Характеристика ионных каналов мембраны, каналы входящего тока, селективность ионных каналов
Строение и функции ионных каналов. Ионы Na+, K+, Са2+, Сl- проникают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные жидкостью каналы. Размер каналов довольно мал. Расчеты показывают, что суммарная площадь каналов занимает незначительную часть поверхности клеточной мембраны. Функцию ионных каналов изучают различными способами. Наиболее распространенным является метод фиксации напряжения. Сущность метода заключается в том, что с помощью специальных электронных систем в процессе опыта изменяют и фиксируют на определенном уровне мембранный потенциал. При этом измеряют величину ионного тока, протекающего через мембрану. Если разность потенциалов постоянна, то в соответствии с законом Ома величина тока пропорциональна проводимости ионных каналов. В настоящее время установлены многие типы каналов для различных ионов. Одни из них весьма специфичны, вторые, кроме основного иона, могут пропускать и другие ионы. Изучение функции отдельных каналов возможно методом локальной фиксации потенциала. Стеклянный микроэлектрод заполняют солевым раствором, прижимают к поверхности мембраны и создают небольшое разрежение. При этом часть мембраны подсасывается к микроэлектроду. Если в зоне присасывания оказывается ионный канал, то регистрируют активность одиночного канала. Система раздражения и регистрации активности канала мало отличается от системы фиксации напряжения. Ток через одиночный ионный канал имеет прямоугольную форму и одинаков по амплитуде для каналов различных типов. Длительность пребывания канала в открытом состоянии имеет вероятностный характер, но зависит от величины мембранного потенциала. Суммарный ионный ток определяется вероятностью нахождения в открытом состоянии в каждый конкретный период времени определенного числа каналов. Именно ионные каналы обеспечивают два важных свойства мембраны: селективность и проводимость. Селективность, или избирательность, канала обеспечивается его особой белковой структурой. Большинство каналов являются электроуправляемыми, т. е. их способность проводить ионы зависит от величины мембранного потенциала. Канал неоднороден по своим функциональным характеристикам, особенно это касается белковых структур, находящихся у входа в канал и у его выхода.
|
|
|
Воротный механизм мембраны; ионный механизм мембранного потенциала.
Проницаемость мембранных каналов для соответствующих ионов определяется состоянием их ворот, которое регулирует прохождение ионов. При открытых воротах канал становится проходимым для ионов, при закрытых — они не проходят. В обычных условиях, в состоянии физиологического покоя преобладающее количество каналов закрыто. Лишь небольшая их часть остается открытой. Канал образован макромолекулой белка, суженная часть которого соответствует селективному фильтру. В натриевом канале имеются активационные и инактивационные ворота, которые управляются электрическим полем мембраны. При ПП наиболее вероятным является положение закрыто для активационных ворот, и положение открыто для инактивационных. Деполяризация мембраны приводит к быстрому открыванию ворот и медленному закрыванию, поэтому в начальный момент деполяризации обе пары ворот оказываются открытыми и через канал могут двигаться ионы в соответствии с их концентрационными и электрическими градиентами. При продолжающейся деполяризации инактивационные ворота закрываются, и канал переходит в состояние инактивации. Активационное состояние приводит к одномоментному открытию многих каналов и относительно быстрому прохождению ионов по концентрационному или электрическому градиенту. Открытие канала определяется соответствующим зарядом мембраны. В силу чего оба типа каналов относятся к электрогенным каналам. К+каналы нервного волокна открываются при 0заряде мембраны, а — при снижении уровня МП. ПД возникает при деполяризации мембраны примерно до 50 мВ. Этот уровень именуется пороговым. Вначале действия раздражителя открывается лишь небольшая часть каналов. В результате происходит постепенная деполяризация мембраны, которая именуется локальным потенциалом. Местный потенциал переходит в ПД при достижении порогового уровня. Дело в том, что лишь при этой деполяризации открывается такое количество +каналов, которое вызывает развертывание всех фаз ПД.
|
|
|
|
|
|
При нанесении раздражения наружная сторона мембраны заряжена положительно, а внутренняя – отрицательно. Такое распределение зарядов, по сравнению с потенциалом покоя, обусловлено перераспределением ионов натрия, калия, хлора. При деполяризации натрий перемещается внутрь клетки, а калий – наружу, однако вход катионов натрия в клетку во много раз превышает выход катионов натрия из клетки. На внутренней поверхности мембраны накапливаются положительные заряды, а на наружной – отрицательные заряды. Такое перераспределение зарядов называется деполяризацией. В этом состоянии клеточная мембрана существует недолго. Для того, чтобы клетка опять стала способной к возбуждению, её мембрана должна реполяризироваться, т.е. вернуться в состояние потенциала покоя. Для возвращения клетки к мембранному потенциалу, необходимо «откачать» катионы натрия и калия против градиента концентрации. Для выполнения такой работы необходима энергия, которая концентрируется в АТФ. Такую работу выполняет натриево-каливый насос. Перемещение ионов натрия и калия обеспечивается специальными ферментами, которые активируются с помощью энергии АТФ. Фермент х способен к катионом калия, калия при этом образует комплекс Kx, который распадается и «продвигает» катионы калия внутрь клетки. Фермент x снова активируется, при этом меняется его конформация (структура) и он приобретает сродство с ионом натрия. Связанный с ионом натрия, фермент «выталкивается» за пределы клетки, таким образом, натриево-калиевый насос восстанавливает исходное состояние концентрации катионов натрия и калия, т.е. восстанавливается мембранный потенциал.
|
|
|
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 533; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!