Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_3 (1123311), страница 59
Текст из файла (страница 59)
11.3.2.1); добавление К+ приводит к гидролизу аспартилфосфата. Скорость этих процессов достаточна для обеспечения векторного характера действия фермента за счет энергии АТР. Установлено, что прп ненормально высокой концентрации ионов Ьа+ во внешней среде отношение обмена Ха+!К+ для насоса будет увеличиваться. Таким образом, ко1да клетка находится в состоянии покоя, ионы К+ перемешаются по направлению градиента концентрации; поскольку Ч1=1."А, происходит выход определенного количества К+, в то же время некоторое количество ионов К+ возвращается н клетку путем,тнффузии. Разшща между скоростями этих двух процессов компенсируется за счет действия Ха+--К+-насоса.
Ионы Ха' входят внутрь, по направлению градиента их концентрации, со скоростью, ограничиваемой низкой проницаемостью мембраны; одновременно ионы Ма+ выкачиваются из клетки прп помощи насоса, который для совершения работы против градиентов концентраипей Ха» и К+ использует энерппо АТР. 37.1.1.2. Потанинца действия Раздражение нерва электрическими стимулами вызывает местную деполярпзацию мембраны, т. е. снижение трансмембранного потенциала, которое обычно происходит за счет входа некоторого количества ионов Ха+. Когда Ч' небольшого участка мембраны падает до порогового уровня, около — 50 мВ, проводимость !проницаемость) мембраны для Ка.'.
быстро возрастает примерно в 100 раз; Ха+ устремляется через э|ембрану в направлении градиента концентрации н отрицательного заряда. В результате возникает «овершут», т. е. вели пша Ч' может измениться от — 75 до +30 мВ. Этот положительный заряд препятствует дальнейшему входу !Ча1-, проводимость для Ха+ падает. а Ка+-насос восстанавливает исходное состояние. Эта последовательность процессов, которая завери1ается примерно в течение 1 мс. называется логенпиалоа1 деиствця !рпс. 3?.21. Если стимул достигает порогового уровня, то происходит запуск всей совокупности процессов по принципу евое или ничего». В момент максимума потенциала действия, когда 1К достигает +30 ИВ 1рпс.
37.!), недостаток шести ионов К+, который приходится на участок мембраны плошадью 10 нм', компенсируется поступлением в клетку восьми ионов !та+; этот избыток двух ионов Хаь приводят к возникновению суммарного положительного трансмембранного потенциала. Эти величины следует сопоставить с истинным содержанием ионов Ха~ и К+ в соответствующих растворах. Вследствие значительных вариаций диаметра нервных волокон и большой амплитуды величин отношения площадь/объем доля внутриклеточных ионов К+, которая в 1431 ат.
неРВКАя ткань поиеициая Всасмвиа Рнс. 37.2. Изменение во времени потенциала действия н проводимости для 7!а+ н Ки в аксоне кальмара. [Нот!дып А. !., !!их!еу А. Е., Л. Рьтв!о1., 117, 300 11932).! действительности может проходить через мембрану при поступлении ил!пульса, колеблется в пределах от 1 па 5.10' до 1 на 5.10'.
В аксоне кальмара вход 5!ае составляет 3 пмоль/см' на 1 импульс. Однажды начавшись, процессы, которые обеспечивают восходящую фазу потенциала действия, протекают спонтанно; метаболическая энергия затрачивается только во время нисходящей фазы, когда для восстановления распределения ионов, характерного для состояния покоя, используется АТР. 37.1.1.3.
Проведение Если стимул ие достигает порогового уровня, т. е. местное значение Ч' не становится положительнее --50 мВ, то при измерении Ч' в соседних участках мембраны регистрируется постепенное снижение деполяризации, а на расстоянии нескольких миллиметров сдвиг потенциала уже отсутствует. Если, однако, стимул достигает порога, то электроды, помещенные на разных расстояниях от места раздражения, регистрируют одинаковую картину. Потенциал действия распространяется вдоль волокна со скоростью 30 — 50 м!с в толстых и 1 — 10 м!с в тонких немнелиннзированных волокнах. Местное изменение электродвижушей силы в данном участке аксона служит стимулом по отношени!о к соседнему участку, где стимул в свою очередь достигает порога и т.
д. Возможно, с этими ил жидкая сРедА оггхнизмА ИЗ2 процессами связаны сдвиги внутриаксональной концентрации ионов Са'+. Весь виутриклеточный Са»+, кроме небольшой фракции, находится в связанном с белком состоянии; концентрация свободного Са'+ составляет около 0,3 мкМ. Поскольку концентрация ионов Са'+ во внешней среде равна примерно 2 мМ, имеется значнтельный градиент, который стремится направить ионы Са'+ в клетку. Природа насоса, который удаляет ионы Са'+ из клетки, не выяснена; известно лишь, что каждый ион Са'+ обменивается на 3 (илн более) иона Ха+, когда они входят в клетку в период восходящей фазы потенциала действия.
Вход ионов Ха+ в ансон происходит не в случайных участках мембраны, а через структуры, которые имеют особую организацию и называются канала»щ. В структуру канала входит интегральный мембранный белок, обладающий свойством прочно связываться с тетродотоксиыо»с, токсическим веществом из рыбы-иглобрюха, а также с сакситоксином, который выделен из водорослсй 6овуаи1ах. ы ына — мы Оы сакса»«оксан Эти токсины блокируют канал, причем прп концентрации тетродотоксина 3 нМ блокируется 50% каналов.
Связывание происходит только в том случае, если токсин находится с внешней стороны аксона; если же токсин введен внутрь аксона, то он не эффективен. Токсин скорпиона, являющийся полипептпдом, состоящим пз 65 аминокислотных остатков, также блокирует проведение по нерву путем связывания с белком Р)а+-каналов, однако он связывается с регуляторным, а ие с главным участком, к которому прнсоединяется тетродотоксин. Опыты по связыванию меченого радиоактивного тетродотоксина позволяют рассчитать плотность распределения Р)а+-каналов; так, на каждый квадратный микрометр поверхности немиелинизироваиного перехвата Ранвье приходится около 500 каналов.
В период восходящей фазы потенциала действия через каждый канал проходит примерно 50000 ионов 1ча', проводимость в пересчете на один канал составляет около 5 пОм-'. Последующее быстрое удаление этих ионов из клетки оказывается возможным благодаря тому, что на каждый канал в мембране имеется 5 — 10 молекул )ча+,К+-ЛТРазы.
Каждая молекула фермента должна «выкачать» 5000 — 10000 ионов )ча+, прежде чем сможет начаться следующий цикл возбуждения. зе неРВнАя ткАнь !4зз Размеры открытого канала были определены на основе данных о том, что скорость проникновения иона гуанидиния через канал составляет примерно 15')1~ скорости проникновения Иа+, а ион метилгуанидиния вообще не может пройти через мембрану. Следовательно, диаметр каналов равен примерно 0,5 нм, а при открытии канала он может увеличиваться на 0,05 — 0,10 нм. Процесс открывания и закрывания канала называют «воротным механизмом».
Через !1а+-каналы может также проходить К+. При одинаковых концентрациях этих ионов Иа+ проходит через канал в 12 раз быстрее, чем К+, а в условиях реальных концентраций — в 500 раз. Спонтанный выход К+ из клетки и менее выраженное их спонтанное возвращение происходят через самостоятельные калиевые каналы, диаметр которых равен примерно 0,3 нм„а протяженность несколько меньше, чем у Ха+-каналов. Перемещение К+ можно блокировать путем введения в аксон ионов тетраэтиламмония, которые не влияют на !яа+-каналы; тетродотокснн, добавленный во внешнюю среду, не действует на К+-каналы. Внеклеточная концентрация Са'+ оказывает влияние на пороговый уровень мембранного потенциала, при котором происходит увеличение проницаемости для Ыа+.
Этим объясняется возникновение судорог при гипокальцемии (гл. 43). Для нормального процесса проведения по нерву необходимо, чтобы концентрация внутриклеточного Са»+ составляла около 0,3 мкМ. Вероятно, ионы Са'+ входят в клетку через Иа+-каналы и выводятся из клетки, как отмечалось выше, в обмен на Ха+. Таким образом, распространение импульса в немиелинизированном нерве происходит благодаря открыванию Ха+-каналов, образованных малекуламп интегрального мембранного белка, конформация которого меняется в ответ ~на увеличение положительного заряда окружающей среды, обусловленное входом Иа+ через соседний канал. Эти молекулы, площадь поперечного сечения которых составляет приблизительно 50 нм', занимают, по-видимому, около ! ~ поверхности немиелинизированного нерва; деполяризации, вызванная открытием канала, эффективно воздействует на соседний канал. Совсем другая ситуация наблюдается в миелннизированном нерве.
Там многочисленные 5!а+-каналы сосредоточены в немиелинизированных перехватах Ранвье; так, например, в перехватах седалишного нерва кролика густота каналов достигает примерно 12000 на 1 мкм, так что каналы занимают буквально всю поверхность. Это согласуется с ганными о том. что максимальный натриевый ток на единицу поверхности (в амперах на 1 мкм») в зоне перехвата оказывается в 10 — 100 раз большим, чем на проводящей поверхности немиелннпзированного нерва, Молекулы !Ча+,Кэ-АТРазы отсутствуют на поверхности этих маленьких участков; они, вероятно, в большом количестве находятся в соседних участках нерва. Под миелиновой оболочкой относительно ЪУ. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА 1434 длинных межперехватных участков имеется очень мало натриевых каналов.
Деполяризация одного из перехватов вызывает градиент потенциала между перехватами, благодаря которому через аксоплазму быстро протекает ток к соседнему перехвату, вызывая снижение Ч' до порогового уровня. Тем самым обеспечивается проведение по нерву импульса со скоростью около 100 м/с, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
