Том 1 (1128361), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В результате снижение [Са + 3р сопровождается не только более значительным увеличением Р„в ответ на такую же деполяризацию (рис. 2.10), но и абсолютным уменьшением максимально возможного прироста 1„(рис. 2.8). Общий эффект, однако, состоит в том, что уменьшение ) Сад+7' ведет к снижению порога О генерации потенднала действия, т.
е. лоаышаеш «озбудимасшь, тогда как увеличение [Сиз+3„«стабилизирует» мембранный потенциал. Заметные локальные сдвиги [Сад ')„не так уж необычны в организме; например, в ЦНС при усилении активности (особенно в синапсах; см. с. 62) поступление Саз' в клетки ведет к снижению [Сад+ )е в ограниченных межклеточных пространствах (рис. 2.3); возбудимость клеток повышается, что может сопровождаться генерированием разрядов судорожного типа [! 33. Общее снижение [Сад+|„в плазме крови вызывает синдром тетанив, прн котором нерегулируемое возбуждение мышц приводит к судорогам. Удивительное параллельное смпцение графиков потевциалзависимости !ча«-токов (и других мембранных токов) при повышении [Са~"!«интересно с физической точки зрения.
Как показывает представленная иа рис. 2. !5 модель !Ча+-канала, наружная сторона мембраны несет фиксированные заряды, главным образом отрицательные. Они принадлежат фосфо- и глаколипвлам, а также гликопротеивам (рис. !.2). Этя заряды удерживают около мембраны ионную оболочку, которая, по приблизительной оценке, обеспечивает примерно половину общего градиента мембранного потенциала, тах что канальные белки «чуаствуют» не более половины разности потенциалов, сущесгвующей между внутренней средой н наружной поверхностью клетки [3, 26).
Ионы Са ' кщямодействуют с фиксированными зарядами на поверхности плазматической мембраны, нейтрализуя их. Поэтому прн высокой [Саха)„общий наружный отрицательный заряд снижается, а отрицательный потенциал, действующий ва ионные каналы, увеличивается. По этой причине для получения при 20 мМ ~С«з')«такого же повышения Р„„что н при 2 мМ [Сад )«, потребуется примерно на Ю мВ более значительная деполяризация. И наоборот, при снижении [Сад'1„отрипательный поверхнссгный заряд возрастает и графйки потеицналзависимостл смещаются в сторону меньших значений деполяризации.
Эффекты поверхностных отрицательных авралов рассматриваднсь здесь не только лля того, чтобы объяснить влияние изменений [Са'+] . Смещения потенцналзависнмости, аналогичные представленным на рнс. 2.10, наблюдаюзся и при сдвигах внеклетечшжа рН. Прн снижении рН возрастает [Н+)„, что уменьшает отрицательный заряд поверхности мембраны — эффект, аналогичный результату повышения [Са~+)Ф Снижение рН до 4,5, так же хак повышение [Сах+ )«на рнс.
2.10, может вызвать смещение активации Р, на 25 мВ. Изменения рН тканей в зависимости от мета™болязма вполне возможны. Состояние поверхностного заряда мембраны может также влиять на связывание и активность иотпироваиных веществ, действие которых аналогичным образом зависят ст [Са~~) н от рН [3, 26, 33). Лыко Слава (Ьиалиогмка Рогу/тэа) 1 1 а!амааапвуапсхак.гп 1 1 ЬчгргУуапйсо ЫЬ.гп 35 ГЛАВА К ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСГВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ гз О~ А~ О театируапмь потепципп А я) от -60 яо +60 мВ 50 д За ч. й ю й й 5 -ва мв (с 10 0.6 0 +ЗО +60 мВ тестирующий потоп«поп Рис.
2.10. Зависимость максимальной На'-проницаемости, Р„„, от величины скачков деполяризации. Перехват Рзнвье был депопяризован ат исходного мембранного потенциала -80мв да тестирующих потенциалов, отлаженных па оси абсцисс. гга вставке; депопяриззция до тестирующего потенциала и воаниквющий в ответ 1ЧП'-Гаи, 1Ио МаКСИМуМ 1„„ОарвдЕПявт (ЕМЕСтЕ С ВНутрИ- И ВНЕКЛЕГОЧНай КОНцЕНтрацИяМИ На' И МЕМбраННЫМ потенциалом) максимальную Р, е соответствии с уравнением 7 (гл. !). Кривые зависимости Рта ат потенциала смещаются вдоль аси абсцисс при изменениях енеклеточной концентрации Се! и ((Св")о от 0 да 20 мМ).
При снижении (Саго) пороговая депаляризация дпя повышения Р, уменьшается; происходит повышение возбудимости перехвата Ранвье (по (3) с изменениями) 2.3. Токи через потенциапзависимые мембранные каналы протекающему в каждый момент через микроучасток мембраны. Командный потенциал усилителя можно устанавливать произвольно, так что регистрация токов через микроучасток мембраны может осуществляться при различных мембранных потенциалах нлн после ступенчатых сдвигов потенциала.
Локальная фиксация потенциала мембраны. До сих пор мы рассматривали токи н сдвиги проводимости всей мембраны при се деполяризации. Несколько лет назад был разработан метод регистрации токов в микроучастках мембраны диаметром примерно 1 мкм, который позволяет идентифицировать молекулярные реакции одиночных каналов нз основе зависимостей ионных токов от потенциала н времени. Рнс.
2.11 иллюстрирует принцип локальной фиксации потенциала ("ра!с(г с(агпр") (12, 241. Стеклянная микропипетка, диаметр кончика которой меньше ! Мкм, подводится к клетке вплоть до контакта с мембраной, и когда через пипетку подается отрицательное давление, пипетка обычно закупоривается участком мембраны; электрическое сопротивление между пипеткой н внеклеточным раствором возрастает скачком более чем до 1 ГОМ (1Оо Ом). В результате мнкроучасток мембраны электрически изолируется от остальной мембраны. Канал пипетки соединен с усилителем обратной связи, который обеспечивает регулирующую цепь дзя поддержания потенциала пипетки на заданном уровне.
Ток„необходимый для стабилизации потенциала-.«ток фиксации» вЂ” точно соответствует току, Гигпамный контакт между пипеткой и мембраной !шстолько прочен, чта после отведения пипетки микраучпсток мембраны часто отрывается от кпегкн, оставаясь прикрепленным к кончику пипетки. В этом случае регистрацию можно производить в микраучясгке мембраны, атделеяиам ат кпегкн, причем цитаппзэмпгнчсскпя павсрхнасть зтага учзстка может омываться любым нужным расгпаром. Путем искусных манипуляций михраучасгак мембраны можно даже перевернуть яп пипетке наружной стороной мембраны наружу. Тогда цнтаппазматическую поверхность можно орошать раствором и пипетке, который должен примерно соответствовать внутриклеточной среде, з яз наружную поверхность могут воздействовать рзспюры различного состава; такая конфигурация «наружной стороной наружу» („аць(ае-аа!") очень полезна для тестирования реакций кзнппав мембраны из изменения состава ввскпетачнай среды, па мсдиагары яли на фармакологические средства вяекпетачнага действия.
Достаточна прочный каятпкт между участком мембраны и кончикам пипетки может быть достигнут только при абсолютной чистоте стекла пипетки и мембраны. Образованию контакта могут мешать волокна соединительной ткани, которые обычно приходится удалять путем обработки мембраны такими ферментами, кзк каппагензза (124. Янко Сатана (Библиотека ттост/Оа) 1 1 »тата«а«ту«остах.гн 1 1 Гтыр1ГУуаптсо.тгтт.гв ЧАСТЬ 1. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ уааитсстсавтссясасти тЕСЭ П на«кутит чсабстса Рис. 2.11. Схема локальной фиксации мембранного потенциала («пэтч-кпамп»). Изображен продольный срез через регистрирующую микропипетку (обозначена черным цветом) с диаметром контактирующего с мембраной кончика -1 мкм. Если кончик электрода абсолютно чист и поверхность клетки освобождена от волокон соединительной ткани, то при подаче через пипетку отрицательного давления образуется тесный контакт, который создаст электрическую изоляцию каналов накодящегося э кончике пипетки микроучастка мембраны от остальной мембраны клетки (есптоеко).
Таким способом можно регистрировать токи каналов с помощью усилителя обратной связи, соединенного с раствором электролита в пипетке (по [12, 24) с изменениями) Токи через одиночные 1Ча+-каналы. Токи через микроучасток мембраны, процедура регистрации которых показана иа рис. 2.11. схематически представлены на рис. 2.12. Слева приведены 10 записей Хат-тока, при каждой из которых мембрана была деполяризована на период 14 мс. В каждом случае наблюдается только единственный короткий импульс тока с амплитудой — 1.6 пА; зто ток, протекающий через одиночную белковую молекулу )т(а'-канала.
Длительность импульсов тока, которая соответствует времени открытого состояния канала, значительно варьирует около среднего значения 0,7 мс. Моменты открывания также варьируют, но при суммировании многих одиночных отведений получается результирующий временной ход тока, который на рис. 2.12 вверху слева изображен под записью скачка потенциала. Судя по записи временного хода тока, вероятность открывания канала резко возрастает при деполяризации, достигает максимума через 1,5 мс, затем снижается и становится минимальной через 1О мс после скачка деполяризации. Такое уменьшение вероятности открывания канала после деполяризации соответствует ннактивацин суммарного )Ча+-тока 18, 313.
Отсюда следует, что открывание 1Ча+-каналов при деполяризации не является строго детерминированным процессом; скорее происходит повышение вероятности открывания канала, а после того как он открылся, существует определенная вероятность, что он снова закроется. Таким «стохастическим» поведением облалают химические реакции, так что различные состояния канала — <«закрытое, но способное к активации», «открытое» и «закрытое инактивированное» (неспособное к активации) можно связать между собой посредством постоянных скорости, как и в случае химических реакций.
Простейшая модель поведения 1Ча'-канала включает эти три состояния (рнс. 2.13). Переход от закрытого и способного к активации в открытое состояние обеспечивается деполяризанией. Однако деполяризация ускоряет также и переход в инактивироваивое состоявве. поэтому открытый канал подвергается быстрой ннактивации и остается инактивированным, пока в результате ре- илн гилерполяризации мембраны не вернется в закрытое, но способное к активации состояние. Равновесие между закрытым, но способным к активации н закрытым инактивнрованным состояниями тоже устанавливается посредством мембранного потенциала; это соотношение проявляется в виде зависимости оз.
исходного потенциала способности Ха'-тока к активации (рис. 2.8) 183. Токи через одиночные К+-навалы. На рис. 2.12 справа схематически представлены токи одиночных К'-каналов, аналогично токам 1Ча '-каналов (см. слева), Импульсы тока тоже имеют маленькую амплитуду (всего лишь +2 пА), а продолжительность открытого состояния канала варьирует вблизи среднего значения 5 мс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
