Том 1 (1128361), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Поскольку наиболее тщательно исследована молекула !Ча" -канала, мы вновь обратимся к нему. !Ча+-канал состоит из глиноиротеияа с молекулярной массой 300000. Недавно установлена его амннокислотная последовательность. Изолированные молекулы можно включить в искусственные ляпилные мембраны, где онн продолжают функционировать (83. Число имеющихся в мембране !Ча+- каналов можно определить путем «тнтрования» тетродотоксином, который связывается с этими каналами, или путем деления величины !с!а -тока через мембрану площадью 1 мкм' на амплитуду тока одного канала. Разные типы мембран содержат от ! до 50 каяалов на 1 мкмз. При плотности 50 каналов.
Мкм ' среднее расстояние между ними составляет около 140 нм. Если принять диаметр молекулы канала равным примерно 8 нм, а диаметр просвета канала, когда он открыт,— около 0,5 нм, то оказывается, что каналы находятся друг от друга довольно далеко. В течение 1 мс открытого состояния через один такой канал входит примерно 1 пА тока, перенося заряд, равный 10 " Кл. Емкость мембраны обычно равна 1 мкФ см или 1О 'а Ф.мкм з. Поскольку 1Ф = 1 Кл-В ', заряд величиной !0 '~ Кл-мкм который входит в клетку за время одного открывания каналов, достаточен для смещения мембранного потенциала на 100 мВ; иными словами, такой заряд обеспечивает фазу нарастания потенциала действия. Заряд величиной 10 'а Кл переносит 6000 ионов !Ча+. Повышение внутриклеточной концентрации, обусловленное поступлением 6000 ионов !Ча+ в прнмембранную область объемом 1 мкм', пренебрежимо мало, 1О ' М.
Следовательно, токи каналов достаточно велики для обеспечения генерации потенциала действия, но не создают заметных изменений внутриклеточных концентраций ионов (за исключением ЕСа~+Зс). Таким образом, восстановление трансмембранных ионных градиентов посредством !Ча/К-насоса (с. 15) не играет роли в случае одиночного потенциала действия. Белок !с!а"-канала должен быть способен не только быстро включать массивный поток !Ча+, но и предотвращать одновременный вход других ионов, особенно К+, которые имеют почти те же размеры. Значит, !ч(а«-каналы должны характеризоваться избирательностью.
Что касается анионов, то они удерживаются отрицательными зарядами у входа в канал, как это показано на схеме (рис. 2.15). Из мелких катионов (а+ проходит через )Ча+-канал относительно хорошо, тогда как К+ практически не пропускается. Избирательность можно объяснить только специфическим связыванием иона во время его прохождения через канал,о чем уже говорилось при обсуждении энергетического уровня связывания вдоль канала (рис.
1.5,Б) Г2Ц. Кроме избирательности для Ха+, !Ча~-канал должен обладать способностью быстро изменять свою проницаемость при изменениях мембранного потенциала. Следовательно, молекула Хас-канала должна нести заряды, которые могут смещаться под влиянием сдвигов силы электрического поля через мембрану. Смещения этих зарядов регистрируются в виде «воротных токов» !"3, 9, 231 после полной блокады ионных каналов; воротные токи свидетельствуют о смещении по крайней мере 4 зарядов на канал. Эти 4 заряда представлены на рис. 2.15 как <сдатчик электрического поля», способствующий изменению конформации молекулы, прн котором ка- 40 янко Слава Гтэнблногака НоИ/Оа) ! ! азачааа«ауанктох.гн ! ! Ьмр;//уанко.мо.го ЧАСТЬ Ь ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ нал открывается.
Открытое состояние нестабильно и преобразуется спонтанно в закрытое инактивированное состояние. Инактиввция осуществляется участками канального белка, находящимися на внутренней стороне мембраны. Вещества, которые действуют внутриклеточно, например нодат илн проназа, а также специфические токсины и фармакологические препараты, могут блокировать инактивацию.
Еше один способ блокады )ч)а+-канала представляет интерес для медицины. Местные аиестетнкн используются для предотвращения генерирования и распространения возбуждения в нервах, с тем чтобы потенциалы действия от «болевых рецепторов» не поступали в ЦНС. Анестетики обычно вводят около того нерва, который нужно блокировать. Однако их молекулы связываются только с открытыми каналами, в участке между входом в селективную пору и «воротами» (рис. 2.15) (25, 30].
Молекулы местных анестетиков слишком велики, чтобы войти в устье канала с наружной стороны мембраны. Они могут входить в открытый канал только с внутренней стороны мембраны или же, если они жирорастворимы, через липидную мембрану. Вызываемые ими закрывания канала часто продолжаются только несколько миллисекунд, но повторяются с высокой частотой; разбивая ток одиночного канала на много коротких фрагментов, анестетики делают вход Ха+ неэффективным. 2.4.
Электротон и стимул Обсудив молекулярные основы возбуждения, вернемся к макроскопическому поведению нервных клеток. Возбуждение возникает при деполяризации мембраны до нли выше порогового уровня; этот процесс называется также стимуляцией, вди рвздрвжевием. Как правило, стимулом служит приложенный извне электрический ток, во время протекания которого происходит деполяризация мембраны. Поэтому прежде чем рассмотреть„каким образом стимул вызывает возбуждение, обратимся к процессу деполяризации мембраны электрическим током, начиная с таких небольших сдвигов потенциала, которые не изменяют проводимость мембраны.
Электроток и случае раиномекного распределении тока Простейшую модель для изучения ответов мембраны на прохождение тока представляет собой сферическая клетка„для приложения тока и регистрации мембранного потенциала служат внутриклеточные электроды (рис. 2.1б,А). При вюиочении постоянного тока положительного направления (рис. 2.1б,Б) входящие в клетку положительные заряды постепенно разряжают мембранную емкость и та- Рис. 2.15. Модель )Ча'-канала а мембране. Компоненты мембраны и ионы изображены в приближенном масштабе. Ионы )Ча проходят через пору; прерывистыми стрелками показано место действия ингибиторовтетродотоксина (ТТХ, блокирует вход а пору) и проназы или иодата (предотвращают инактиаацию) (по (9, 14] с изменениями) ким образом деполяризуют мембрану. Соответственно отводящий электрод регистрирует быструю деполяризацию в начале импульса тока.
Однако очень скоро деполяризация замедляется, поскольку при смещении мембранного потенциала от уровня потенциала покоя нарушается равновесие ионных потоков, и во время деполяризации больше ионов К+ покидает клетку. Этот противоположный поток положительных ионов через мембрану удаляет какую-то долю заряда, внесенного электрическим током„и разр1щ мембранной емкости замедляется.
В конце концов деполяризацня при постепенном уменьшении ее скорости достигает конечного уровня,при котором ионный ток через мембрану равен электрическому току, приложенному с помощью электрода, и тогда дальнейший разряд мембранной емкости прекращается (рис. 2.!6). Сдвиг потенциала, вызываемый импульсом тока, называется электратонвческим потенциалом, или электротоном. Конечный уровень, или амплитуда элекгротонического потенциала, пропорционален сопротивлению мембраны (велнчине, обратной проводимости мембраны) ионным токам.
Скорость нарастания электротонического потенциала в самом начале определяется только емхостью мембраны; в это время протекает только емкостной ток. Когда возникает противоположно направленный поток ионов через мембрану, потенциал начинает эксцоненциально меняться с показателем — 1/т, где ! — время, а т — постоянная времени, равная произведению сопротивления и емкости Янко Слава (Библиотека Роет/Зза) 1 1 агамааайуапдем.еп 1 1 ЬНГМ//уапмо.МЬ.ММ ГЛАВА 2. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ там 1 50 Ез 2,5 Мм 2,5 мм 5 й а Е2,5 0 50 100 150 м О 50 100 О 50 100 0 50 100 мс Б 0 1 2 3 4 5 Вмм Рис.
2.16. Я. Б. Электротонический потенциал в клетке сферической формы. Я. Внутрикпеточные электроды служат дли регистрации мембранного потенциала Е и пропускания тока 1, распределение которого показано красными стрелками. Б. Временной ход импульса тока и одновременно регистрируемого зпектротонического потенциала в клетке. Постоянная времени т электротонмческого потенциала определяется временем, в течение которого потенциал доходит до уровня, достигающего 37% (110) его конечной амплитуды мембраны. В разных клетках т составляет от 5 до 50 мс. Такая зкспоненциаэьная кризаэ, как график злектротона (ияв.
например. спад радиоактивности изотопа), описывастся выражением с о. 1 называется постоянной времени, поскольку пря 1, равном 1, показатель степени равен — 1. Следовательно, с помощью такой кривой можно определить 1, найдя на оси абсцисс время, за которое амплитуда падает ло е ' = 170 = 37% начальной величины. Электротов в клетках вытянутой формы Почти все нервные и мышечные клетки имеют большую длину ло сравнению с нх диаметром; так. нервное волокно может быть длиной до 1 м при диаметре нсего около 1 мкм.
Выходя нз такой клетки„пропускаемый через нее ток будет распределяться очень неравномерно, т.е. ситуация будет сильно отличаться от представленной на рис. 2.16. Электротоничсскне потенциалы в имеющем вытянутую форму мьппечном волокне в месте пропускання тока (Ео) и на расстоянии 2,5 и 5 мм (Е,, и Е,) показаны на рис. 1.20. Этн кривые отличаются по форме от изображенных на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
