Том 1 (1128365), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Б.Предполагаемая пространственная структура ТТХ и его расположение в натриевомканале. (Нillе, 1975.) В. Влияние ТТХ на ранний входящий ток. Кривые записаны синтервалами 15 с после воздействия на аксон кальмара ТТХ в концентрации 1,5·10 -7М. Видно, что ранний ток уменьшается, а поздний остается без изменений. (Moor,Narahashi, 1967.)деполяризующего потенциала в положительную сторону это времяуменьшается. В то же время проводимость одиночных натриевых каналов слабозависит от напряжения и равна примерно 10 пСм (т.е. 10·10 -12 См, чтосоответствует сопротивлению 10 11 Ом). Используя закон Ома, постояннуюФарадея и число Авогадро, находим, что при Vм - ENa = -100 мВ (примернотакова электродвижущая сила для Na + в начале развития ПД) активированныенатриевые каналы пропускают примерно 6000 ионов натрия за 1 мс. Тотзначительный натриевый ток, который отвечает за фазу подъема ПД, равенсумме тысяч чрезвычайно слабых импульсных одиночных токов, обусловленныхсрабатыванием (т.е.
открыванием и закрыванием) натриевых каналов. Числоканалов, открытых в каждый момент времени, зависит от мембранногопотенциала, а также от времени, поскольку от, времени зависят процессы,приводящие к активации и инактивации каналов. Таким образом, суммарные,зависящие от потенциала и времени изменения натриевой проводимостимембраны (рис. 5-29) порождаются воротными процессами в тысячах натриевыхканалов, каждый из которых в ответ на деполяризацию открывается изакрываетсявсоответствиисопределеннымивероятностнымизакономерностями.1501 То есть, в течение которого проводимость снижается в е раз.-Прим. перев.148 :: 149 :: 150 :: Содержание150 :: 151 :: 152 :: Содержание5.6.4.
Цикл ХоджкинаРезко изменяя мембранный потенциал гигантского аксона кальмара до разногоуровня, Ходжкин и Хаксли обнаружили, что максимальная амплитуда раннеговходящего тока, активируемого деполяризацией, зависит от величины этойдеполяризации (т. е. от Vм). При умеренном увеличении амплитуды потенциаладеполяризующих импульсов наблюдалось возрастание силы тока (рис. 5-29,A). Спомощью этой методики Ходжкин и Хаксли установили, что число натриевыхканалов, активирующихся при деполяризации, при увеличении степенидеполяризации возрастает по сигмоидному закону. Когда величинадеполяризующего импульса достигает 100 мВ при исходном потенциале -70 мВ,зависимость натриевой проводимости от деполяризации выходит на плато.Следовательно, при мембранном потенциале около + 30 мВ имеет местомаксимальная активация натриевых каналов, которая длится примерно 1-2 мс.Увеличение натриевой проводимости, обусловленное активациейнатриевых каналов при деполяризации, лежит в основе тех самоусиливающихсяпроцессов, из-за которых ПД подчиняется закону "все или ничего".
Еслимембране дать возможность свободно, т.е. без фиксации потенциала, ответитьна деполяризующий стимул (см., например, рис.1505-15), то сначала произойдет открывание лишь нескольких натриевых каналов.Через них некоторое количество ионов Na + войдет в клетку. Поскольку этиионы заряжены положительно, клетка деполяризуется еще больше. В своюочередь эта дополнительная деполяризация приведет к дальнейшемувозрастанию натриевой проводимости (т. е. активации натриевых каналов), и вклетку войдет еще больше ионов Na+. Такой "замкнутый круг", связывающиймембранный потенциал и натриевую проводимость, называется цикломХоджкина (рис. 5-30).Это типичный пример положительной обратной связи (дополнение 1-1). Вживых системах положительная обратная связь встречается реже, чемотрицательная, поскольку она всегда приводит к "взрывным", нестабильнымпроцессам.
Если говорить о потенциале действия, то эффекты, связанные сположительной обратной связью, ограничиваются как зависящей от времениинактивацией натриевых каналов, так и тем, что при развитии ПД мембранныйпотенциал приближается к ENa и движущая сила, обеспечивающая переходионов натрия внутрьРис.5.28.
Запись активности одиночного канала с помощью метода локальной фиксации. А. Оплавленнуюстеклянную микропипетку с диаметром кончика около 2 мкм, заполненную солевым раствором, слегкаприжимают к очищенной поверхности мембраны, и участок мембраны под кончиком всасывают впипетку. При этом между пипеткой и мембраной создается очень плотный контакт, препятствующийутечке тока "мимо" микропипетки. Ток, протекающий через открытый канал, подается на вход усилителя,с помощью которого напряжение фиксируется на участке мембраны примерно таким же способом, как вклассической методике фиксации потенциала, описанной в дополнении 5-3. Б.
Деполяризация (верхняякривая) участка мембраны мышечной клетки крысы приводит к кратковременному открываниюнатриевого канала. Срабатывания каналов проявляются в виде "всплесков" тока различной длительностис разным латентным периодом (нижние кривые). В. Суммарный ток, полученный в результате сложения144 кривых, записанных от одного участка мембраны.
Динамика этого тока отражает распределение вовремени отдельных срабатываний одиночного канала в ответ на деполяризующий стимул. Видно, что этадинамика сходна с временным ходом макроскопического натриевого тока (рис. 5-24,B), отражающегооткрывание многих каналов в ответ на одиночный деполяризующий стимул. (Кривые Б и Ввоспроизведены из работы Patlack, Horn, 1982.)151Рис. 5.29.А. Временное изменение натриевой проводимости при подаче деполяризующихимпульсов разной величины (высота импульсов в милливольтах указана надкривыми). (Hodgkin, 1958.) Б. Зависимость максимальной величины g Na от степенидеполяризации. Ноль соответствует исходному фиксированному потенциалу (около-70 мВ).
Эта экспериментальная кривая сходна с расчетной кривой В в дополнении5-4. (Hodgkin, Huxley, 1952b.) (На рисунке опечатка: вместо См должно быть мСм.)Рис. 5.30. Цикл Ходжкина. В норме этот цикл запускается частичной деполяризацией мембраны поддействием либо постсинаптического потенциала, либо какого-либо другого потенциала, не связанного сработой натриевых каналов. Это приводит к появлению положительной обратной связи, которая иобусловливает регенеративный характер переднего фронта ПД. Пунктиром показано, на какой стадии спомощью метода фиксации потенциала прерывается эта положительная обратная связь.клетки (Vм - ENa), при этом уменьшается.
В то же время именно "взрывной"характер процессов, участвующих в цикле Ходжкина и связанных подожительной обратной связью, в значительной мере обусловливает высокуюскорость нарастания потенциала действия.Здесь может возникнуть некоторое недоразумение. Выше мы говорили отом, что деполяризация наступает, когда ток от микроэлектрода выходит черезмембрану из клетки (см. рис. 5-15).
Теперь же оказалось, что при возбужденииклетка деполяризуется под действием тока, входящего через открытыенатриевые каналы. Важно понимать, что в обоих случаях деполяризация связанас накоплением в клетке положительных зарядов. При возбуждении носителемэтих зарядов являются ионы Na+ , попадающие в клетку через натриевые каналы,а когда речь идет о внутриклеточных микроэлектродах, заряды входят в клетку,когда с помощью этого электрода(обусловленный, как правило, ионами К+).создаетсяположительныйток152150 :: 151 :: 152 :: Содержание152 :: 153 :: Содержание5.6.5.
Калиевый токКак мы теперь знаем, фаза деполяризации ПД обусловлена самоусиливающимсяувеличением натриевой проводимости. Остается понять, каким образом послепика потенциала действия мембранный потенциал возвращается к уровнюпокоя. Ходжкин и Хаксли предположили, что задержанный выходящий ток (см.рис. 5-24) связан с выходом положительных зарядов, в результате которого ипроисходит уменьшение мембранного потенциала от пика ПД до уровня покоя.На рис.
5-31 приведена кривая зависимости задержанного тока от мембранногопотенциала, полученная путем скачкообразного смещения этого потенциала идостаточно длительной фиксации его на разном уровне. Видно, что, когдамембранный потенциал смещается в положительную сторону, наклон этойкривой (т.е. проводимость мембраны) увеличивается. Это проявляется также втом, что через несколько миллисекунд после изменения потенциала (т. е.
подостижении стационарного состояния) мембрана легче пропускает выходящийток, чем входящий. Это свойство называется выпрямлением.Было бы естественно предположить, что задержанный выходящий ток,вызванный деполяризацией, переносится ионами калия.
Дело в том, что, по меретого как внутриклеточный потенциал становится все более положительным посравнению с Ек, ЭДС, действующая на ионы К +, возрастает [см. уравнение (510)]. Иными словами, когда мембранный потенциал сдвигается вположительную сторону, стремление ионов К+ покинуть клетку и вывестиположительные заряды усиливается.
Во время пика152Рис. 5.31. Зависимость задержанного выходящего тока отмембранного потенциала (вольт-амперная характеристика). Эта характеристика была получена тем жеметодом, что и кривая Б в дополнении 5-4, однако в данном случае, как показано на врезке, измерялся невходящий, а выходящий ток. Видно, что через некоторое время после деполяризации мембрана легчепропускает выходящий ток, чем входящий. Это связано с тем, что часть калиевых каналов открываетсятолько после деполяризации.ПД положительный внутриклеточный потенциал, "выталкивающий" ионы К + изклетки, достигает максимума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
