Том 1 (1128361), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Однако в период открытого состояния К'-канал часто на короткое время закрывается, т. е. происходят быстрые осцилляции между открытым и закрытым состояниями. Такие «вспышки» открываний наблюдаются для многих типов каналов (с. 39 и б5). В отличие от )Ча'-канала, К'-канал не ннактивируется во время деполяризации; пока продолжается деполяризация, индивидуальные каналы непрерывно открываются и закрываются. В соответствии с этим, при суммации отведений получается кривая К"-тока, которая нарастает до стационарного уровня. Таким образом, описывая поведение токов К+-каналов с помощью модели, представленной на рис. 2.13, следует отметить, что инактивированное состояние в данном случае отсутствует, но наблюдаются два последовательных закрытых состояния, которые обеспечивают прерывистый характер вспышек Е343 (см.
Са~+-канал). Рис. 2.12 отражает поведение К'-каналов. типичное для нервных волокон: задержанное нарастание суммарного тока при деполяризации, заметное повышение проводимости во время деполяризации от Лико С:лава (Библиатеиа Рого/тра) 1 1 в1аеааавеуапгтех.гп 1 1 тгтгкг//уапиоз1Ь.гп )ЛАВА Х ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ -40 мВ -ВО мВ Сумма токов ОЯИНОЧНМХ КОНОНОВ 1)Р 'К оьннсн)Е . — .=лсььк ТОКИ Оанночнмх КОНОНОВ Рис. 2.12. Токи через натриееые (слева) и калиевые (спраео) каналы (схематическое изображение). С помощью локальной фиксации потенциала производили сдвиг потенциала длительностью 14 мс от — 80 до — 40 мВ (чернов пиния); ниже показаны мембранные токи, зарегистрированные при нескольких таких последовательных сдвигах потенциала.
Во время деполяризации токи одиночного канала могут возникать е любой момент, причем длительность их варьирует. При объединении многих записей токов а условиях синхронизации скачков потенциала попучаютсн суммарные кривые токов, показанные вверху красным (1н, и 1„). Временной код 1, свидетельствует о том, что вероятность открывания )Ча'-каналов наиболее высока вскоре после скачка потенциала, а примерно через 1 мс зги каналы открываютсн есе реже и а конце концов инактиеируютсн. Большая часть К'-каналов открывается с некоторой задержкой после скачка потенциала, затем средняя частота открываний остается на постоянном уровне е течение всего периода деполяризации потенциала покоя и отсутсп1ие ннактнвацнн (ср. рис.
2.6). Обнаружено по крайней мере пять других типов К+-каналов. Они различаются, например, соотношением между открыванием канала и потенциалом мембраны, характеристиками ннактивацнн (см. рис. 2.25) нли же зависимостью не только от деполяризации, но н от внутриклеточной концентрацян Саз+. Эти типы К+-каналов обнаружены в клетках различных типов или частях клетки н присутствуют либо по отдельности, либо в виде определенных сочетаний. Именно разнообразие К+-каналов обусловливает вариации формы потенциалов действия, а также различную скорость реполяризацин и особенности следовых потенциалов (см.
рис. 2.4). Существует яркий контраст между многообразием К'-каналов и одновременно 1ца+-каналов, которые в возбудимых клетках животных всех типов быстро активируются деполяризацней, а затем быстро инактивируются. Токи через одиночные Сат+-каналы. До сих пор мы не упоминали о том, что при деполяризации клетки открываются также Сат+-каналы. При этом возникает входящий кальциевьщ ток, который вместе с одновременно развивающимся Ха+-током обеспечивает деполяризацию мембраны. Концентрация свободных ионов Са+ в клетке очень низка (табл.
1.1)„так что равновесный потенциал для Саз' более положителен, чем Ен, (гл. 1, уравнение 4, с. 13). В аксонной мембране яс, меньше по сравнению с ян„позтому этой величиной можно пренебречь прн анализе потенциала действия (рис. 2.7). Однако в децлритах нейронов или в окончаниях аксонов (см, с. 62) во время деполяризации яс, может возрастать, превышая Ен,. В миокарде н тем более а гладких мышцах повышение я бывает столь же велико, как и повышение я „а иногда и более значительно.
Такие входящие токи Са'+ представляют особый интерес из-за их влияния на внутриклеточную концентрашпо Сат+, (Саз+1н которая может возрастать с 10 ' до 10 о М„это повышение (Сат+3, .часто выполняет в клетке регулирующие функции (см. с. 23 и рис. 1.16). Механизм открывания Саз'-каналов и последующие внутриклеточные процессы являются филогенетнчески очень древними — они выявлены даже у простейших.
Янко С".лава (Библиотека РоятУГ»а! ! ! итаъааа«»уапятех.па ! ! Гяттр<УУуап<ио.т«Ьаяя ЧАСТЫ ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ 38 Сяямяиня и<няня: Здесь от переходов между «Закрытым состоянием 2» и «Открытым состоянием» зависит длительность и частота индивидуальных открываний, а от переходов между <сЗакрытым состоянием !» и «Закры- +ю мв Б + Аяряняиин '(.(ЦЦМ ~~'ЦГЗ -и< мв ~!(((!)()й(((Щ ~)- ФММ)()))())!-!'4 200 мн Рис.
2.14. А Б. Токи одиночных кальциевых каналов в клетках миокарда. Вверху: деполяризация длительностью 600 мс от — 70 до +10 мВ, создаваемая методом локальной фиксации потенциала. Них<в представлены 4 записи токов одиночного канала. А. В нормальных условиях депопяризация в 30% случаев не вызывает токов через канал (записи не представлены). Внозу: суммарный ток, полученный путем усреднения многих индивидуальных записей токов одиночного канала; видна инактивация Са"-тока после деполяризации. Б. В присутствии 1 мкМ адренапина группы открываний одиночного канала становятся продолжительнее; при этом деполяризация не вызывает открываний канала только в 20%.
Адреналин не влияет на амплитуду токов одиночного канала, но амплитуда суммарного тока (внозу) значительно возрастает (по (32) с изменениями) Рис. 2.13. Модель состояний Иа'-каналов. «Закрытое, способное к активации» состояние при деполяризации может преобразовываться в «открытое активированное» ипи «закрытое инактивированное» состояние. Когда канал находится в «открытом активированном» состоянии, стойкая депопяризация способствует переходу в «закрытое инактивироеанное» состояние. Возвращение канала в «закрытое, способное к активации» состояние может происходить только в результате реполяризации. (Более реальная модель включает последовательно 3 «закрытых, способных к активации» и 4 «закрытых инактивированных» состояния (8).) Токи одьчючиых Са"-каналов в миокарде (рис. 2.14) характеризуются несколько более сложным поведением по сравнению с )Ча'- и К"-токами, показанными на рис.
2.12. Во время серий деполяризацнонных скачков потенциала примерно в 70»Уя случаев возникают довольно длительные вспышки импульсов тока, каждый амплитудой около ! пА, а в 30% случаев канал остается закрытым. Индивидуальные открывания во время вспышек продолжаются в среднем около 1 мс. а закрытые состояния между ними- только 0,2 мс. Суммарный Са" т-ток во время деполяризации (ннжние записи иа рис. 2.14) бь<стро нарастает и ннактивируется с постоянной времени примерно 130 мс, причем общий ток определяется длительностью и частотой вспышек.
Кинетику канала проще всего описать (в соответствии с рис. 2.13) следующим уравнением: Дина<яр имия Закрытое состояние 1 == Закрытое состояние 2 дянаяярияяния ~ — -- Отхрьпае сссюянке (2) Лико Слака Овибпиогека РогС/Оа! ! ! атаеааа«»уапбеа.гп ! ! Ьмр//уапмо.ИЬ.гп ГЛАВА Х ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ тым состоянием 2» — частота и длительность вспышек. Уравнение (2) требует дополнения, чтобы учесть инактивированное состояние, как показано на рис. 2.13 !"323.
Записи активности Саз+-канала на рнс. 2. 14 служат также примером модуляпвн активности канала гормоном или медиатором (см. с. 65). Адреиалвн, секретируемый корой надпочечников как «эрготропный гормон», поступает к сердцу с кровотоком; один из его эффехтов состоит в увеличении частоты сердечных сокрашений. Кроме того, он высвобождается (вместе с норадреналином) в качестве медиатора из симпатических нервов сердца, вызывая тот же эффект (с. 462). В эксперименте, результаты которого приведены на рис. 2.14, Б, адреналнв в концентрации 1О «М апплицировали на клетку миокарда. После этого деполяризация вызвала примерно в 80% случаев активность одиночных Са~+-каналов с повышенной частотой вспышек.
Кратковременные открывания и закрывания каналов были такими же, как раньше. Суммарная кривая (рис. 2.14, Б, внизу) отчетливо показывает, что адреналин увеличивал вход Саз+. Такой же эффект можно вызвать перфузией клеток миокарда раствором с циклическим адеяозинмонофосфатом (ПАМФ) или применением каталитической субъединнцы цАМФ- зависимой протеннкиназы (ПК-А).
Эти наблюдения свидетельствуют, что адреналин действует здесь через второй посредник — цАМФ, вызывая фосфорилнровавие ферментов каталитической субъединицей протеинхиназы (рис. 1.15, с. 24) 1191. Таким образом, адресяслнн, по-видимому, увеличивает Саз' -ток путем инициации фосфорилирования Саз"-канала, которое способствует переходу из «Закрытого состояния 1» в «Закрытое состояние 2». Эффект адреналнна, представленный на рис. 2.14, может слухснть прототипом модуляции клеточной активности гормонами или меднаторами. В мембране, несомненно, существуют еще и С! -каналы. Они изучены недостаточно подробно, поэтому рассматриваться здесь не будут. Молекулы !Ча+-канала. Белки различных каналов очень сходны между собой по структуре и функциям; полагают, что все они происходят от Саз+- канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
