Том 1 (1128365), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Разность между двумя этими токами(на рис. 5-24, Б закрашенная область) и принималась за величину входящеготока, переносимого ионами Na+ (рис. 5-24,5).Что же мы можем сказать о свойствах мембраны исходя из особенностейнатриевого тока? Прежде всего напомним, что, согласно закону Ома, натриевыйт о к INa зависит от двух величин [см. уравнение (5-11)]: 1) проводимостимембраны для Na+, qNa; 2) действующей на ионы Na + электрохимическойдвижущей силы (ЭДС), т. е. Vм - ENa.
Значит, если резко деполяризоватьмембрану до нового фиксированного потенциала, то временной ход натриевоготока будет отражать те изменения натриевой проводимости во времени, которыевозникают147в ответ на деполяризацию. Иными словами, то увеличение INa, котороеиллюстрирует рис. 5-24, B дает возможность судить о соответствующемувеличении натриевой проводимости. Как мы видим из рисунка, несмотря на точто уровень деполяризации (т.
е. Vм) удерживается постоянным, натриеваяпроводимость сначала (в пределах 1 мс) достигает максимума, а затем быстроспадает и возвращается к исходному уровню (рис. 5-24, B). Это означает, что вмембране протекают два разных процесса. Первый из них - увеличениенатриевой проводимости при деполяризации-называется активацией, второйпостепенное, или зависящее от времени, снижение натриевой проводимости доисходного уровня - инактивацией.1481 Для обозначения фазы нарастания ПД широко используются также термины "фаза деполяризации" или"передний фронт".
-Прим. перев.144 :: 145 :: 146 :: 147 :: 148 :: Содержание148 :: 149 :: 150 :: Содержание5.6.3. Натриевые каналыЦелый ряд данных свидетельствует о том, что при возбуждении мембраны ионынатрия проходят через специальные каналы, избирательно проницаемые дляэтих ионов (табл. 5-1), причем число каналов ограничено. Натриевые каналыактивируются (т.е. открываются и пропускают ионы) в ответ на деполяризацию,при этом они проявляют высоко избирательную проницаемость для Li + и Na+ посравнению с другими ионами (рис. 5-25).
Такое свойство обусловлено особойструктурой каналов, благодаря которой они играют роль избирательных(селективных) фильтров. Поскольку в норме ионы лития в организмепрактически отсутствуют, весь ток, проходящий через эти каналы, переноситсяионами Na + ; ионы же Са2+ и К+ через них почти не проходят.Процессы, приводящие к открыванию или закрыванию каналов (например,натриевого канала при деполяризации мембраны), называются воротными.Детальный механизм этих процессов пока неизвестен.
По-видимому, в покоенатриевый канал механически перекрыт некой заряженной структурой (рис. 526,A). При деполяризации мембраны конформация этой структуры изменяется иканал открывается (рис. 5-26,Б). Главный аргумент в пользу того, что вмембранедействительнопроисходятподобныемеханическиеконформационные перестройки,-это обнаружение так называемых воротныхтоков, возникающих при открывании и закрывании натриевых каналов. Этиочень слабые токи можно зарегистрировать, если активировать натриевыеканалы, предварительно заблокировав их с помощью фармакологическихпрепаратов с тем, чтобы через них не мог протекать гораздо более мощныйионный ток.
Полагают, что воротные токи связаны с перемещением заряженныхгруппировок, приводящим к открыванию активационных ворот (га-ворот) приактивации каналов. В некоторых клетках обнаружены аналогичные воротныетоки калиевых и кальциевых каналов.Рис. 5.25.Относительная проницаемость натриевого канала аксона кальмара для ионов Na+ идругих ионов, способных проходить через этот канал; коэффициент проницаемостидля Nа+ принят за 1. (Нillе, 1985.)Здесь может возникнуть вопрос: каким же образом деполяризациямембраны приводит к открыванию электроуправляемых каналов (например,натриевых)? Представим себе типичную возбудимую клетку в состоянии покоя.Ее мембранный потенциал составляет -75 мВ. Деполяризация на 50 мВ (т. е.
до 25 мВ) обычно приводит к активации большей части натриевых каналов,расположенных в мембране. Эти каналы представляют собой молекулы белка,вкрапленные в мембранный липидный бислой толщиной порядка 5 нм. Значит,при деполяризации на 50 мВ в этом бислое (а следовательно, и в расположенныхв нем воротных белках) возникает изменение напряжения 10-3 В на 10-8 см, т.е.100000 В/см.
Неудивительно, что заряженные группировки белков-каналов"чувствуют" такие изменения и отвечают на них конформационнымиперестройками каких-то участков белковых молекул. Считают, что этиконформационные перестройки и лежат в основе воротных процессов,управляющих электровозбудимыми каналами.При длительной деполяризации натриевые каналы инактивируются.Инактивация развивается в мембране автоматически, и степень ее зависит отмембранного потенциала и времени.
Постоянная времени инактивации1составляет менее 2 мс (рис. 5-24,B). Инактивацию можно подавить, введя вцитоплазму протеолитические ферменты. Это позволяет думать, что винактивации принимает участие некая белковая структура, расположенная увнутреннего входа натриевого канала - инактивационных ворот (h-ворот). hВорота закрываются через несколько миллисекунд после открывания т-ворот.По-видимому, закрывание h-ворот как-то зависит от пребывания m-ворот воткрытом состоянии.Тетродотоксин (ТТХ)-вещество, выделенное из внутренних органовиглобрюха (рыбы, обитающей у берегов Японии), способен внедряться внатриевые каналы и блокировать их (рис. 5-27). Опыты, проведенные наразличных видах нервов, показали, что148Рис. 5.26.Основные состояния натриевых каналов, А.
В покое (мембрана не деполяризована)канал не пропускает ионы Na+, поскольку закрыты т-ворота. Б. При деполяризациит-ворота открываются, и канал активируется (т.е. начинает пропускать ионы Na +).Из-за этого т-ворота называют также активационными. В открытом состояниипроводимость канала в значительной степени определяется его селективнымфильтром, который не пропускает анионы и гораздо более охотно пропускает Na +,чем К+ или Са2+.
Б. При более длительной деполяризации закрываются h-ворота (инактивационные ворота), расположенные у внутренней стороны мембраны, и каналинактивируется. Реполяризация до уровня потенциала покоя вновь приводит коткрыванию h-eopom и закрыванию т-ворот; в этом состоянии канал вновь можноактивировать деполяризующим стимулом.натриевые каналы на участке мембраны аксона площадью 1 мкм 2 связываютменее 100 молекул ТТХ.
При этом полностью подавляется увеличениенатриевой проводимости, возникающее в норме при деполяризации (табл. 5-1).Кинетические особенности блокирования каналов свидетельствуют о том, чтокаждая молекула ТТХ связывается с одним натриевым каналом. Значит, числоканалов на 1 мкм2 мембраны составляет менее 100. Если бы все эти каналыоткрывались одновременно, то площадь их сечения должна была бы составлятьменее 1/50000 от поверхности мембраны, если считать, что диаметр каналасоставляет порядка 0,5 нм (рис. 5-27,Б). То, что на долю канала приходитсястоль малая часть поверхности мембраны, вполне согласуется с моделямиклеточных оболочек Даниелли и Сингера (разд.
4,2.1). Согласно этим моделям,низкая проницаемость мембраны для полярных молекул обусловлена тем, чтобольшую ее часть занимает сплошной липидный бислой. Чрезвычайно малаяплощадь канала объясняет также и то, почему при тех значительных измененияхпроводимости, которые наблюдаются при возбуждении мембран, не происходиткаких-либо существенных изменений емкости мембраны.В 1980 г.
Фредерик Сигворс и Эрвин Неер с помощью так называемогометода локальной фиксации (patch-clamp) (рис. 5-28,4) смогли зарегистрироватьток через одиночный натриевый канал, активированный с помощьюдеполяризации. Для этого они использовали микропипетку диаметром 0,5 мкм,в кончик которой втягивали участок мембраны для создания тесного контактамежду пипеткой и мембраной.
Оказалось, что токи через одиночные каналыподчиняются закону "все или ничего", имеют прямоугольную форму (этосвидетельствует об очень быстром открывании и закрывании каналов) иодинаковы по величине для разных каналов (рис. 5-28,5). При этом длительностьпребывания каналов в открытом состоянии варьирует случайным образом идовольно широко. Среднее время нахождения канала в открытом состояниисоставляет менее 1 мс и зависит от мембранного потенциала; при смещении149Рис. 5.27.Структурная формула яда иглобрюха -тетродотоксина (ТТХ)~и его действие. А.Структурная формула ТТХ. Закрашенный квадратик-гуанидиновая группировка,которая может входить в устье натриевого канала и блокировать его.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
