Том 1 (1128365), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Так, в С-волокнах млекопитающих(диаметром ~ 10-3 мм) после одиночного импульса концентрации Na + и К+изменяются примерно на 1%. Это приводит к снижению потенциала покояпримерно на 0,3 мВ, а при прохождении подряд 10ПД-на 2 мВ. Значит, оченьважно, чтобы концентрации Na + и К+ в аксоплазме аксонов малого диаметрадостаточно быстро восстанавливались с помощью активного транспорта, иначеизменения ионных концентраций будут суммироваться и приведут кзначительному изменению концентрационных градиентов.Здесь важно понять, что активный транспорт ионов через мембрану,осуществляемый за счет энергии обменных процессов, не отвечаетнепосредственно за фазы деполяризации и реполяризации ПД, но необходим дляподдержания ионных концентрационных градиентов, которые ответственны завозникновение мембранных токов.155155 :: Содержание155 :: 156 :: 157 :: 158 :: Содержание5.7.
Другие электровозбудимые каналыС тех пор как Ходжкин и Хаксли выдвинули свою ионную гипотезувозбуждения, согласно которой в аксоне кальмара существуют каналы,избирательно пропускающие натрий и калий, стало ясно, что практически вовсех клетках имеются и другие типы каналов. Так, во многих возбудимыхклетках обнаружено несколько разновидностей электроуправляе-мых каналов,избирательно проницаемых для кальция.
Эти кальциевые каналы (см. табл. 5-1)во многих отношениях более важны для функционирования клеток, чемнатриевые. Последние выполняют в основном следующие функции: 1)обеспечивают проведение импульсов; 2) участвуют в деполяризации мембраныи тем самым - в активации кальциевых каналов. Что же касается кальциевыхканалов, то они полностью или частично обусловливают регенеративныйдеполяризующий ток в мышечных волокнах ракообразных, в гладкомышечныхклетках, в телах, дендритах и синаптических окончаниях многих нервныхклеток, в эмбриональных клетках и у таких инфузорий, как Paramecium ( и этовсего лишь несколько примеров клеток с такими каналами). В большинствеподобных мембран носителями входящего тока являются и Са 2+, и Na+, и лишь внескольких случаях - исключительно Са 2+ .
Как правило, кальциевый токнедостаточно велик для того, чтобы без участия натриевого тока мог возникнутьрегенеративный ПД. Поэтому в большинстве мембран с кальциевым токомпередний фронт ПД создается преимущественно мощным натриевым током,который прежде всего обеспечивает быструю деполяризацию мембраны. Этадеполяризация активирует кальциевые каналы, открывающиеся более медленнои не в столь большом количестве. Входящий по этим каналам кальций частоиграет роль посредника (гл.
9), например инициирует высвобождениемедиаторов из синаптических окончаний (разд. 6.6). Характерно, что в155большинстве аксонов кальциевого тока нет, и входящий ток обеспечиваетсясрабатыванием исключительно более быстрых натриевых каналов, работающихв импульсном режиме. Эти каналы в данном случае обеспечивают толькобыструю "импульсную" передачу потенциалов действия по аксонам. В ходеэмбрионального развития прежде всего появляются именно кальциевые каналы,а натриевые начинают работать на более поздних стадиях.
Этот факт, а такжепреобладание кальциевых каналов у более низкоорганизованных существ типапростейших говорят о том, что в процессе эволюции натриевые каналы моглипоявиться позже и специально для проведения импульсов; кальциевые жеканалы, регулирующие во многих клетках вход "посредника"-ионов Са 2+,очевидно, более древние.Большинство разновидностей кальциевых каналов существенно отличаютсяот натриевых тем, что у них не наступает полная инактивация (т. е. они незакрываются) даже при длительной деполяризации.
Однако имеются кальциевыеканалы, у которых вероятность инактивации возрастает при повышениивнутриклеточного содержания свободного Са 2+ . Значит, при длительнойдеполяризации кальциевый ток частично подавляется из-за того, что содержаниеСа2+ у внутренней поверхности мембраны возрастает. Однако в клеткесуществуют своего рода "кальциевые буферы"-кальцийсвязы-вающие белкицитоплазмы (разд. 9.4); входящий кальций связывается с ними, и повышение егоконцентрации у мембраны становится гораздо менее существенным.
Поэтомупри длительной деполяризации Са2+ -ток может долго сохраняться на низком,но постоянном уровне (рис. 5-34), тогда как натриевый ток при такойдеполяризации быстро и полностью подавляется (см. рис. 5-24). Постоянныйкальциевый ток играет важную роль в функционировании сердечной мышцы(разд. 10.9). В большинстве случаев кальциевые каналы блокируютсянекоторыми двух- и трехвалентными катионами, в частности Со 2+ , Cd2+, Mn2+,Ni2+ и La3+ (см. табл.
5-1). Эти ионы конкурируют с Са 2+ за анионные участкисвязывания в кальциевых каналах, через которые сами они не проходят.Напротив, ионы Sr2+ и Ва2+, также конкурируя с кальцием, могут столь жехорошо, как и он (или еще лучше), проходить через эти каналы. Для примераможно привести высокоамплитудные регенеративные потенциалы действия,возникающие у Paramecium в растворе, содержащем барий (рис.
5-35,Б, слева), игораздо более слабые градуальные ответы, обусловленные исключительновходом Са2+ (рис. 5-35,A слева).Во многих тканях найдены особые калиевые каналы, активируемыедеполяризацией мембраны при условии повышенной внутриклеточнойконцентрации Са 2+ (табл. 5-1). Это означает, что, когда ионы Са 2+ входят вклетку по кальциевым каналам и скапливаются у внутренней поверхностимембраны, они способствуют активации кальцийзависимых калиевых каналов вответ на деполяризацию (рис.
5-36). Тем самым вход Са 2+ усиливает выходположительно заряженных ионов К+ из клетки и благодаря этому ускоряетреполяризацию. В некоторых нервных клетках активация ионами Са 2+кальцийзависимых калиевых каналов приводит к медленной гиперполяризациимембраны, при которой мембранный потенциал приближается к равновесномуРис. 5.34. Постоянный кальциевый ток в нейроне улитки. А.Входящий ток (отклонение кривой вниз), возникающий в ответ на длительную (0,5 с) деполяризациюразной амплитуды (она указана слева). Начало и конец деполяризующего стимула обозначены стрелками.Длительность разрыва записи составляет 250 мс. Б.
График зависимости позднего тока от мембранногопотенциала; ток измеряли через 200 мс после подачи постоянного деполяризующего импульса(интересно сравнить эту кривую с той, которая приведена на рис. Б в дополнении 5-4). Видно, что, когдамембранный потенциал лежит в диапазоне от -45 до -28 мВ, наблюдается небольшой кальциевыйвходящий ток. При более положительных значениях потенциала этот ток уже не регистрируется,поскольку на него накладывается более мощный выходящий калиевый ток. (Eckert, Lux, 1976.)156Рис. 5.35.Поведение электровозбудимой мембраны инфузории Paramecium дикого типа(слева) и невозбудимой мембраны мутантной инфузории с нарушеннойдеятельностью кальциевых каналов (справа).
А. В растворе, содержащем 1 мМСаС1 2 , у инфузории дикого типа в ответ на деполяризующий ток возникаютградуальные кальциевые потенциалы, а у мутантной - лишь электротоническиеответы. Б. После добавления в раствор ВаС1 2 до концентрации 4 мМ у инфузорийдикого типа возникают мощные "бариевые" ПД, подчиняющиеся принципу "все илиничего"; эти ПД обусловлены током ионов Ва 2+ через кальциевые каналы. Умутантной же инфузории вновь наблюдаются лишь электротонические ответы.Нижние кривые на каждой записи-стимулирующий ток. (Kung, Eckert, 1972.)калиевому потенциалу Ек (рис. 5-37). Когда кальциевые каналы закрываются,уровень свободного Са 2+ в цитоплазме снижается, поскольку эти ионыдиффундируют от мест их проникновения в клетку и очень активно "удаляютсяпри участии кальцийсвязывающих белков и особых механизмов (разд.
9.4).Снижение концентрации Са2+ приводит к тому, что кальцийзависимые калиевыеканалы закрываются и гиперполяризация прекращается. Если подавитькальциевый ток с помощью какого-либо блокирующего агента (например,кобальта или кадмия), то медленно спадающей гиперполяризации, при котороймембранный потенциал неуклонно приближается к Ек, не будет. Фазареполяризации ПД в этих условиях будет определяться исключительно работойболее быстрых потенциалзависимых калиевых каналов.Итак, мы рассмотрим четыре типа потенциалзависимых ионных каналов.Каждый из этих каналов обладает сравнительно высокой избирательностью поотношению к тому или иному иону. Через натриевые и кальциевые каналы внорме течет входящий ток, а через потенциалзависимые и кальцийзависимыекалиевые каналы-выходящий.
Существуют и другие разновидностипотенциалзависимых каналов, определяющих электрические свойства клеток;число их в разных возбудимых клетках и в разных частях этих клетокнеодинаково.Рис. 5.36.Взаимоотношения между кальциевыми и Са2+-зависимыми калиевыми каналами,характерные для многих возбудимых тканей.
Цветные стрелки - отрицательнаяобратная связь. Накопление в клетке свободных ионов Са 2+ при деполяризацииприводит к активации некоторых Са 2+-зависимых калиевых каналов, что в своюочередь вызывает активацию некоторых кальциевых каналов. Видно, что на каждомиз этих этапов, начинающихся с повышения внутриклеточной концентрации кальцияи заканчивающихся деполяризацией, существует отрицательная обратная связь,ограничивающаястепеньдеполяризации.Онаоказываетдействие,противоположное действию положительной обратной связи (циклу Ходжкина),усиливающей степень деполяризации.157Рис. 5.37.Предполагаемая последовательность событий, приводящих к появлениюпейсмекерных потенциалов в спонтанно "взрывных" нейронах моллюсков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
