1625915635-92a031038627ac3eac2957c3e668e3ef (843953), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Действительно, в опытах, выполненных на аксоне кальмара, перемещение электрода внутри аксона не выявило различия в трансмембранной разности потенциалов.Активный транспорт. Поскольку мембраны живых клеток в той илиной степени проницаемы для всех ионов, совершенно очевидно, что беспециальных механизмов невозможно поддерживать постоянную разностьконцентрации ионов (ионная асимметрия). В клеточных мембранах существуют специальные системы активного транспорта, работающие с затрако+++к+--+БРис.

2.5. Участие натрий-калиевого насоса в генерации потенциала покоя.А — внеклеточная среда; Б — внутриклеточная среда.той энергии и перемещающие ионы против градиента концентраций. Экс¬периментальным доказательством существования механизмов активноготранспорта служат результаты опытов, в которых активность АТФазы по¬давляли различными способами, например сердечным гликозидом оуабаином. При этом происходило выравнивание концентраций К вне и внутриклетки и мембранный потенциал уменьшался до нуля.Различают два вида активного транспорта. Первичный активный транс¬порт получает энергию, высвобождаемую непосредственно при гидролизеАТФ или креатинфосфата. Вторичный активный транспорт заключается впереносе вещества против градиента концентрации; энергообеспечениеэтого процесса происходит за счет энергии, которая освобождается притранспорте других веществ по градиенту концентрации.Примером первичного активного транспорта является механизм, под¬держивающий низкую внутриклеточную концентрацию Na и высокуюконцентрацию К (натрий-калиевый насос) (рис.

2.5). Известно, что в50+++клеточной мембране имеется система переносчиков, каждый из которыхсвязывается с тремя находящимися внутри клетки N a и выводит их нару¬жу. С наружной стороны переносчик связывается с двумя находящимисявне клетки К , которые переносятся в цитоплазму. Энергообеспечение ра¬боты систем переносчиков обеспечивается АТФ. Функционирование насо¬са по такой схеме приводит к следующим результатам.+++* Поддерживается высокая концентрация К внутри клетки, что обеспе¬чивает постоянство величины потенциала покоя. Вследствие того что заодин цикл обмена ионов из клетки выводится на один положительныйион больше, чем вводится, активный транспорт играет роль в созданиипотенциала покоя (электрогенный насос).

Однако величина вклада элек¬трогенного насоса в общее значение потенциала покоя обычно невеликаи составляет несколько мВ.* Поддерживается низкая концентрация N a внутри клетки, что обеспе¬чивает работу механизма генерации потенциала действия и сохранениенормальных осмолярности и объема клетки.Примером вторичного активного транспорта может служить механизмподдержания низкой внутриклеточной концентрации кальция за счет вы¬сокого натриевого концентрационного градиента. Экспериментально былопоказано, что выведение С а уменьшается при удалении N a из окружа¬ющей среды.

Доказано, что существует специальный обменный механизм(переносчик-обменник), источником энергии которого служит высокийградиент Na .Поддерживая стабильный концентрационный градиент N a , натрийкалиевый насос способствует сопряженному транспорту аминокислот иСахаров через клеточную мембрану.Таким образом, возникновение трансмембранной разности потенциа¬лов (потенциал покоя) обусловлено высокой проводимостью клеточноймембраны в состоянии покоя для К (для мышечных клеток и С1 ), ион¬ной асимметрией концентраций для К (для мышечных клеток и для С1 ),работой систем активного транспорта, которые создают и поддерживаютионную асимметрию.+2+++++-+-2.1.5.

Потенциал действияЕмкость мембраны и работа метаболических ионных насосов приводятк накоплению потенциальной электрической энергии на клеточной мемб¬ране в форме потенциала покоя. Эта энергия может освобождаться в видеспецифических электрических сигналов (потенциал действия), характер¬ных для возбудимых тканей.Под потенциалом действия понимают быстрое колебание потенциала,сопровождающееся, как правило, перезарядкой мембраны.Для понимания процессов, происходящих при генерации потенциалаДействия, используем схему опыта, приведенную на рис. 2.6.

Если черезстимулирующий электрод подавать короткие толчки гиперполяризующеготока, то можно зарегистрировать увеличение мембранного потенциала,пропорциональное амплитуде подаваемого тока; при этом мембрана про¬являет свои емкостные свойства — замедленное нарастание и снижениемембранного потенциала.51Е.мВ+60ЕкрЛокальный ответРис. 2.6. Потенциал действияодиночной клетки.-80АА — реакция клеточной мембранына деполяризующий стимул; Б —величина деполяризующего тока вотносительных единицах.

1 — лока¬льный ответ; 2 — быстрая деполя¬ризация; 3 — реверсия, или овершут; 4 — реполяризация; 5 — поло¬жительный следовой потенциал. Наабсциссе — отметка времени.БСитуация будет изменяться, если через стимулирующий электрод пода¬вать короткие толчки деполяризующего тока. При небольшой (подпороговая) величине деполяризующего тока мембрана ответит пассивной деполя¬ризацией и проявит емкостные свойства. Подпороговое пассивное поведе¬ние клеточной мембраны называется электротоническим, или электрото¬ном.

Увеличение деполяризующего тока приведет к появлению активнойреакции клеточной мембраны в форме повышения натриевой проводимо¬сти (gNa ). При этом проводимость клеточной мембраны не будет подчи¬няться закону Ома. Отклонение от пассивного проведения проявляетсяобычно при 50—80 % значении порогового тока.Подпороговые изменения мембранного потенциала называются локаль¬+ным ответом.Смещение мембранного потенциала до критического уровня приводитк генерации потенциала действия (ПД). Минимальное значение тока, не¬обходимого для достижения критического потенциала, называют порого¬вым током.

Следует подчеркнуть, что не существует абсолютных значенийвеличины порогового тока и критического уровня потенциала, посколькуэти параметры зависят от электрических характеристик мембраны и ион¬ного состава окружающей внешней среды, а также от параметров стимула(зависимость между величиной стимулирующего тока и временем его дей¬ствия рассматривается в разделе 2.1.5).В опытах Ходжкина и Хаксли было обнаружено, что во время генерацииПД мембранный потенциал уменьшался не просто до нуля, как следовалобы из уравнения Нернста, но изменил свой знак на противоположный.Анализ ионной природы ПД, проведенный первоначально Ходжкиным,Хаксли и Катцем, позволил установить, что фронт нарастания потенциаладействия и перезарядка мембраны (овершут) обусловлены движением N aвнутрь клетки.

Как уже указывалось выше, натриевые каналы оказалисьэлектроуправляемыми. Деполяризующий толчок тока приводит к актива+52ции натриевых каналов и увеличению натриевого тока, что обеспечиваетлокальный ответ. Смещение мембранного потенциала до критическогоуровня приводит к стремительной деполяризации клеточной мембраны иобеспечивает фронт нарастания ПД. Если удалить N a из внешней среды,то ПД не возникает. Аналогичный эффект удавалось получить при добав¬лении в перфузионный раствор ТТХ (тетродотоксин) — специфическогоблокатора натриевых каналов (см. табл. 2.1).

При использовании метода«voltage-clamp» было показано, что в ответ на действие деполяризующеготока через мембрану протекает кратковременный (1— 2 мс) входящий ток,который сменяется через некоторое время выходящим током. При заменеNa на другие ионы и вещества, например холин, удалось показать, чтовходящий ток обеспечивается натриевым током, т.е. в ответ на деполяри¬зующий стимул происходит повышение натриевой проводимости (gNa ).Таким образом, развитие фазы деполяризации ПД обусловлено повыше¬нием натриевой проводимости.Критический потенциал определяет уровень максимальной активациинатриевых каналов.

Если смещение мембранного потенциала достигаетзначения критического уровня потенциала, то процесс поступления Na вклетку лавинообразно нарастает. Система начинает работать по принципуположительной обратной связи, т.е. возникает регенеративная (самоуси¬ливающаяся) деполяризация.Перезарядка мембраны, или овершут, весьма характерна для большин¬ства возбудимых клеток. Амплитуда овершута характеризует состояниемембраны и зависит от состава вне- и внутриклеточной среды. На высотеовершута величина потенциала действия приближается к равновесномунатриевому потенциалу, поэтому происходит изменение знака заряда намембране.Экспериментально было показано, что амплитуда ПД практически независит от силы стимула, если он превышает пороговую величину.

Поэто¬му принято говорить, что потенциал действия подчиняется закону «всеили ничего».На пике ПД проводимость мембраны для ионов натрия (gNa ) начина¬ет быстро снижаться. Этот процесс называется инактивацией. Скорость истепень натриевой инактивации зависят отвеличины мембранного потен¬циала, т.е. они потенциалзависимы. При постепенном уменьшении мемб¬ранного потенциала до —50 мВ (например, при дефиците кислорода, дей¬ствии некоторых лекарственных веществ) система натриевых каналов пол¬ностью инактивируется, и клетка становится невозбудимой.Потенциалзависимость активации и инактивации в большой степениобусловлена концентрацией С а .

При повышении концентрации кальциязначение порогового потенциала увеличивается, при понижении — умень¬шается и приближается к потенциалу покоя. При этом в первом случаевозбудимость уменьшается, во втором — увеличивается.После достижения пика ПД происходит реполяризация, т.е.

мембранныйпотенциал возвращается к контрольному значению в покое. Рассмотримэти процессы подробнее. Развитие ПД и перезарядка мембраны приводятк тому, что внутриклеточный потенциал становится еще более положи¬тельным, чем равновесный калиевый потенциал, и, следовательно, элект¬рические силы, перемещающие К через мембрану, увеличиваются. Мак¬симума эти силы достигают во время пика ПД. Кроме тока, обусловленно. го пассивным передвижением К , был обнаружен задержанный выходя¬щий ток, который также переносился К', что было показано в опытах сприменением изотопа К .

Характеристики

Список файлов книги