Jonu kanālu veidi. jonu kanāli. Potenciālie neatkarīgi nātrija kanāli
Pēdējā atjaunošana: 28/10/2013
Otrais raksts sērijā Cilvēka un dzīvnieku fizioloģijas pamati. Mēs runāsim par darbības potenciāla veidošanās mehānismu - jebkuras kustības pamatu.
Uzbudināmām šūnām (kas vienā vai otrā pakāpē ir visas dzīvnieka ķermeņa šūnas) miera stāvoklī ir pārmērīgs negatīvais lādiņš, kas veidojas. Ja šūna tiek pakļauta ārējai stimulācijai, tā nonāk satrauktā stāvoklī un ģenerē citu potenciālu - darbības potenciālu.
Šo procesu realizē šūnu membrānā esošo jonu kanālu sistēma, kas regulē elektriski lādētu daļiņu – jonu koncentrāciju. Visus kanālus neatkarīgi no specializācijas kontrolē noteikti spēki. Tas var būt potenciāla izmaiņas uz šūnas membrānas - no sprieguma atkarīgo kanālu gadījumā atsevišķu aktīvo vielu koncentrācijas palielināšanās - ligandu atkarīgajiem vai membrānas stiepšanās - mehāniski kontrolētiem kanāliem.
Kanāli ir specifiski proteīni, kas iestrādāti membrānā. Katrs kanāla veids ļauj iziet cauri noteiktiem joniem. Šī ir pasīva transporta sistēma: joni iziet caur tiem difūzijas dēļ, un kanāli vienkārši kontrolē šķērsojošo daļiņu koncentrāciju, regulē tām membrānas caurlaidību.
Darbības potenciāla, kā arī miera potenciāla veidošanā galvenokārt piedalās nātrija un kālija joni.
Nātrija kanāliem ir diezgan vienkārša struktūra: tas ir trīs dažādu apakšvienību proteīns, kas veido porām līdzīgu struktūru - tas ir, caurule ar iekšējo lūmenu. Kanāls var būt trīs stāvokļos: slēgts, atvērts un inaktivēts (slēgts un neuzbudināms). To nodrošina negatīvo un pozitīvo lādiņu lokalizācija pašā proteīnā; šie lādiņi tiek piesaistīti pretējiem, kas atrodas uz membrānas, un tādējādi kanāls atveras un aizveras, mainoties membrānas stāvoklim. Kad tas ir atvērts, nātrija joni var brīvi iekļūt šūnā pa koncentrācijas gradientu. Šis ir ļoti īss laika mirklis – burtiski milisekundes daļas.
Kālija kanāli ir vēl vienkāršāki: tās ir atsevišķas apakšvienības, kurām kontekstā ir trapecveida forma; tie atrodas gandrīz tuvu viens otram, bet starp tiem vienmēr ir plaisa. Kālija kanāli pilnībā neaizveras, miera stāvoklī kālijs brīvi atstāj citoplazmu (pa koncentrācijas gradientu).
Gan nātrija, gan kālija kanāli ir atkarīgi no sprieguma – tie darbojas atkarībā no izmaiņām elektriskais potenciāls membrānas.
Darbības potenciāla veidošanās laikā notiek strauja īslaicīga membrānas uzlāde. To nodrošina vairāki secīgi procesi.
Pirmkārt, ārēja stimula ietekmē (piemēram, elektriskā strāva) membrāna depolarizējas - tas ir, lādiņi no tās dažādām pusēm mainās uz pretējām (šūnas iekšpusē lādiņš kļūst pozitīvs, ārpusē - negatīvs). Tas ir signāls nātrija kanālu atvēršanai, kuru uz vienas membrānas virsmas ir milzīgs skaits - var būt līdz 12 tūkstošiem. Brīdi, kurā kanāli sāk atvērties, sauc par depolarizācijas kritisko līmeni. Strāvu, kas rada šo kritisko depolarizāciju, sauc par sliekšņa strāvu.
Interesanti, ka strāvas palielināšana pēc sliekšņa sasniegšanas nemaina iegūtā darbības potenciāla raksturlielumus. Kanālu atvēršanai svarīga ir nevis strāvas amplitūda, bet gan membrānas saņemtais enerģijas daudzums - "elektrības daudzums". Šo modeli sauc par "visu vai neko" - vai nu ir pilnvērtīga reakcija uz kairinājumu ar tā vērtību no sliekšņa un augstāk, vai arī atbildes nav vispār, ja kairinājums nav sasniedzis sliekšņa vērtību. Šajā gadījumā sliekšņa vērtību nosaka piegādātās stimulācijas ilgums.
Tomēr šis likums ir spēkā tikai vienā šūnā. Ja ņemam, piemēram, nervu, kas sastāv no liela skaita dažādu aksonu, nozīme būs arī amplitūdai, jo reakciju uz kairinājumu redzēsim tikai tad, kad kanāli būs aktivizēti visās šūnās – tas ir, ar lielāku kopējo vērtību. no sliekšņa strāvas.
Pēc kanālu atvēršanas nātrijs sāk iekļūt šūnā, un tā strāva ievērojami pārsniedz kālija strāvu, kas atstāj gradientu. Tas nozīmē, ka membrānas caurlaidība nātrijam kļūst lielāka nekā kālijam. Kādā brīdī atveras gandrīz visi nātrija kanāli. Tas notiek kā lavīna: no punkta, kurā nāca stimuls, abos virzienos. Tādējādi nātrija koncentrācija šūnā strauji palielinās.
Pēc tam jonu koncentrācijai jāatgriežas sākotnējā līmenī. Tas nodrošina tādu kanālu kopīgu īpašību kā ugunsizturība: nostrādājis kanāls kādu laiku pēc tam ir neaktīvs un nevar tikt uzbudināts kairinoša stimula iedarbībā.
Nātrija kanāli maksimālās reakcijas uz kairinājumu brīdī kļūst ugunsizturīgi, nātrija caurlaidība strauji samazinās. Kālija kanāli, gluži pretēji, sāk aktīvi darboties, un kālija strāva no šūnas palielinās. Tādējādi pozitīvi lādētu jonu pārpalikums atstāj šūnu un tiek atjaunots sākotnējais atpūtas potenciāls. Šajā laika periodā, līdz tiek atjaunoti nātrija kanāli un sākotnējais potenciāls (tas var ilgt apmēram milisekundi), šūna nespēj uzbudināt.
Tā kā šūnu spēja uzbudināt nodrošina organisma darbību kopumā un iespēju centralizēti kontrolēt visas organisma šūnas, kanālus bloķējošās indes ir vienas no bīstamākajām cilvēkiem un daudziem dzīvniekiem.
Viens no visvairāk baidītajiem kanālu bloķētājiem ir tetrodotoksīns, viela, ko ražo pūderzivis. Viņam LD50 (50% nāves līmenis - deva, no kuras mirs 50 cilvēki no simts) vērtība ir 10 miligrami uz svara kilogramu, tas ir, apmēram tūkstoš reižu mazāka nekā cianīdam. Tās molekulas cieši saistās ar nātrija kanāla proteīnu, kad tas ir aizvērts, un pilnībā bloķē darbības potenciāla iespējamību. Dažas aļģes ražo līdzīgus toksīnus. Skorpiona inde, gluži pretēji, saglabā visus kanālus pastāvīgi atvērtā stāvoklī.
Nu, labi, skorpions, bet kāpēc tik briesmīgs ierocis aļģēm, tas ir noslēpums.
Vai jums ir ko teikt? Atstājiet savu komentāru!.
Jonu kanālu īpašības
Selektivitāte ir selektīvi palielināta IR caurlaidība noteiktiem joniem. Citiem joniem caurlaidība ir samazināta. Šādu selektivitāti nosaka selektīvais filtrs - šaurākais kanāla poras punkts. Filtram papildus šaurajiem izmēriem var būt arī lokāls elektriskais lādiņš. Piemēram, katjonu selektīvo kanālu proteīna molekulā to selektīvā filtra reģionā parasti ir negatīvi lādētas aminoskābju atliekas, kas piesaista pozitīvos katjonus un atgrūž negatīvos anjonus, neļaujot tiem iziet cauri porām.
Kontrolēta caurlaidība ir IC spēja atvērt vai aizvērt, veicot noteiktas kontroles darbības kanālā. Slēgtam kanālam ir samazināta caurlaidība, bet atvērtam kanālam ir palielināta caurlaidība. Saskaņā ar šo īpašību IC var klasificēt atkarībā no to atklāšanas metodēm: piemēram, potenciāli aktivizēti, ligandu aktivizēti utt.
Inaktivācija ir IC spēja kādu laiku pēc atvēršanas automātiski pazemināt to caurlaidību, pat ja aktivizējošais faktors, kas tos atvēra, turpina darboties. Ātrā inaktivācija ir īpašs process ar savu specifisko mehānismu, kas atšķiras no lēnas kanāla slēgšanas (lēnas inaktivācijas). Kanāla slēgšana (lēna inaktivācija) notiek tādu procesu dēļ, kas ir pretēji procesiem, kas nodrošināja tā atvēršanu, t.i. mainot kanāla proteīna konformāciju. Bet, piemēram, sprieguma aktivizētos kanālos ātra inaktivācija notiek ar speciāla molekulārā spraudņa palīdzību, kas atgādina spraudni uz ķēdes, ko parasti izmanto vannās. Šis spraudnis ir aminoskābes (polipeptīda) cilpa ar sabiezējumu galā trīs aminoskābju veidā, kas aizver kanāla iekšējo muti no citoplazmas puses. Tāpēc no sprieguma atkarīgie nātrija IC, kas nodrošina darbības potenciāla attīstību un nervu impulsa kustību, var ielaist nātrija jonus šūnā tikai dažas milisekundes, un pēc tam tos automātiski aizver molekulārie spraudņi, neskatoties uz to, ka depolarizācija, kas tos atver, turpina darboties. Vēl viens CI inaktivācijas mehānisms var būt kanāla intracelulārās mutes modifikācija ar papildu apakšvienībām.
Bloķēšana ir IR spēja bloķējošu vielu iedarbībā fiksēt kādu no saviem stāvokļiem un nereaģēt uz parastajām kontroles darbībām. Šajā stāvoklī kanāls vienkārši pārstāj reaģēt uz kontroles darbībām. Bloķēšanu izraisa bloķējošas vielas, kuras var saukt par antagonistiem, blokatoriem vai litikām. Antagonisti ir vielas, kas novērš citu vielu aktivizējošo iedarbību uz IC. Šādas vielas spēj labi saistīties ar IR receptoru vietu, bet nespēj mainīt kanāla stāvokli un izraisīt tā reakciju. Izrādās receptora blokāde un kopā ar to IR blokāde. Jāatceras, ka antagonisti ne vienmēr izraisa pilnīgu receptora un tā IR bloķēšanu, tie var darboties vājāk un tikai inhibēt (nospiest) kanālu, bet ne pilnībā to apturēt.Agonisti-antagonisti ir vielas, kurām ir vāja stimulējoša iedarbība. uz receptoru, bet vienlaikus bloķējot dabisko endogēno kontroles vielu darbību. Bloķētāji ir vielas, kas novērš jonu kanāla darbību, piemēram, mediatora mijiedarbību ar tā molekulāro receptoru un tādējādi traucē kanāla vadību, bloķējot to. Piemēram, acetilholīna darbību bloķē antiholīnerģiskie līdzekļi; norepinefrīns ar adrenalīnu - blokatori; histamīns - histamīna blokatori uc Daudzus blokatorus izmanto terapeitiskos nolūkos kā zāles. Lytics ir tie paši blokatori, termins ir vecāks un tiek lietots kā bloķētāja sinonīms: antiholīnerģisks, adrenolītisks utt.
Plastiskums ir IC spēja mainīt savas īpašības, īpašības. Visizplatītākais mehānisms, kas nodrošina plastiskumu, ir kanālu proteīnu aminoskābju fosforilēšana no membrānas iekšējās puses, izmantojot proteīnkināzes enzīmus. Fosfora atlikumi no ATP vai GTP tiek piesaistīti kanālu proteīniem - un kanāls maina savas īpašības. Piemēram, tas ir fiksēts pastāvīgi slēgtā stāvoklī vai, gluži pretēji, atvērtā stāvoklī.
12. Jonu kanāli…
Jonu kanāls sastāv no vairākām apakšvienībām, to skaits vienā jonu kanālā svārstās no 3 līdz 12 apakšvienībām. Pēc savas organizācijas kanālā iekļautās apakšvienības var būt homologas (vienāda tipa), vairākus kanālus veido dažāda veida apakšvienības.
Katra no apakšvienībām sastāv no vairākiem (trīs vai vairāk) transmembrānu segmentiem (nepolārām daļām, kas savītas α-spirālēs), ārpusšūnu un intracelulārām cilpām un domēnu gala sekcijām (ko attēlo molekulu polārie reģioni, kas veido domēnu un izvirzās uz āru ārpus membrānas bilipīda slāņa) .
Katrs no transmembrānas segmentiem, ārpusšūnu un intracelulārām cilpām un domēnu gala sekcijām veic savu funkciju.
Tādējādi transmembrānas segments 2, kas organizēts α-spirāles formā, nosaka kanāla selektivitāti.
Domēna terminālie reģioni darbojas kā sensori ārpusšūnu un intracelulāriem ligandiem, un viens no transmembrānas segmentiem spēlē no sprieguma atkarīga sensora lomu.
Trešie transmembrānas segmenti apakšvienībā ir atbildīgi par portāla kanālu sistēmas darbību utt.
Jonu kanāli darbojas ar atvieglotas difūzijas mehānismu. Kad kanāli ir aktivizēti, jonu kustība pa tiem notiek pēc koncentrācijas gradienta. Kustības ātrums caur membrānu ir 10 joni sekundē.
Jonu kanālu specifika.
Lielākā daļa no tām ir selektīvas, t.i. kanāli, kas ļauj iziet cauri tikai viena veida joniem (nātrija kanāli, kālija kanāli, kalcija kanāli, anjonu kanāli).
kanālu selektivitāte.
Kanāla selektivitāti nosaka selektīvā filtra klātbūtne.
Tās lomu spēlē kanāla sākotnējā sadaļa, kurai ir noteikts lādiņš, konfigurācija un izmērs (diametrs), kas ļauj kanālā nokļūt tikai noteikta veida joniem.
Daži jonu kanāli ir neselektīvi, piemēram, "noplūdes" kanāli. Tie ir membrānas kanāli, pa kuriem miera stāvoklī pa koncentrācijas gradientu K + joni iziet no šūnas, tomēr pa šiem kanāliem pa koncentrācijas gradientu miera stāvoklī šūnā nonāk arī neliels daudzums Na + jonu.
Jonu kanālu sensors.
Jonu kanāla sensors ir jutīga kanāla daļa, kas uztver signālus, kuru raksturs var būt atšķirīgs.
Pamatojoties uz to, ir:
sprieguma kontrolēti jonu kanāli;
ar receptoriem saistīti jonu kanāli;
ligandu kontrolēts (atkarīgs no liganda);
mehāniski kontrolēts (mehāniski atkarīgs).
Kanālus, kuriem ir sensors, sauc par kontrolētiem. Dažiem kanāliem nav sensora. Šādus kanālus sauc par nepārvaldītiem.
Jonu kanāla vārtu sistēma.
Kanālam ir vārti, kas miera stāvoklī ir aizvērti un tiek atvērti, kad tiek pielietots signāls. Dažos kanālos tiek izdalīti divu veidu vārti: aktivizēšana (m-gates) un inaktivācija (h-gates).
Ir trīs jonu kanālu stāvokļi:
miera stāvoklī, kad vārti ir aizvērti un kanāls joniem nepieejams;
aktivācijas stāvoklis, kad vārtu sistēma ir atvērta un joni pārvietojas pa membrānu pa kanālu;
inaktivācijas stāvoklis, kad kanāls ir aizvērts un nereaģē uz stimuliem.
Vadīšanas ātrums (vadītspēja).
Ir ātri un lēni kanāli. Noplūdes kanāli ir lēni, nātrija kanāli neironos ir ātri.
Jebkuras šūnas membrānā ir liels dažādu (ātruma ziņā) jonu kanālu kopums, kuru aktivizēšana nosaka šūnu funkcionālo stāvokli.
sprieguma kontrolēti kanāli.
Potenciāli kontrolēts kanāls sastāv no:
selektīvs filtrs;
aktivizācijas un inaktivācijas vārti;
sprieguma sensors.
poras, kas piepildītas ar ūdeni;
Kanāla diametrs ir daudz lielāks par jona diametru, selektīvā filtra zonā tas sašaurinās līdz atomu izmēriem, kas nodrošina, ka šī kanāla daļa pilda selektīvā filtra funkciju.
Vārtu mehānisma atvēršanās un aizvēršanās notiek, mainoties membrānas potenciālam, un vārti atveras pie vienas membrānas potenciāla vērtības un aizveras citā membrānas potenciāla līmenī.
Tiek uzskatīts, ka membrānas elektriskā lauka izmaiņas uztver īpaša kanāla sienas daļa, ko sauc par sprieguma sensoru.
Tā stāvokļa maiņa, mainoties membrānas potenciāla līmenim, izraisa kanālu veidojošo olbaltumvielu molekulu konformāciju, kā rezultātā tiek atvērti vai aizvērti jonu kanāla vārti.
Kanāliem (nātrijs, kalcijs, kālijs) ir četri homologi domēni – apakšvienības (I, II, III, IV). Domēns (piemēram, nātrija kanāli) sastāv no sešiem transmembrānu segmentiem, kas sakārtoti a-spirāļu veidā, un katrs no tiem spēlē savu lomu.
Tādējādi transmembrānas segments 5 pilda poras lomu, transmembrānas segments 4 ir sensors, kas reaģē uz membrānas potenciāla izmaiņām, un citi transmembrānas segmenti ir atbildīgi par portāla kanālu sistēmas aktivizēšanu un inaktivāciju. Līdz beigām atsevišķu transmembrānu segmentu un apakšvienību loma nav pētīta.
Nātrija kanāli (iekšējais diametrs 0,55 nm) atrodas uzbudināmo audu šūnās. Blīvums uz 1 µm 2 dažādos audos nav vienāds.
Tātad nemielinizētajās nervu šķiedrās tas ir 50–200 kanālu, un mielinizētajās nervu šķiedrās (Ranvier pārtver) - 13 000 uz 1 mikronu 2 membrānas laukuma. Atpūtas stāvoklī tie ir slēgti. Membrānas potenciāls ir 70-80 mV.
Pakļaušana stimulam maina membrānas potenciālu un aktivizē no sprieguma saistītu nātrija kanālu.
Tas tiek aktivizēts, kad membrānas potenciāls pāriet no miera potenciāla līmeņa uz kritisko depolarizācijas līmeni.
Spēcīga nātrija strāva nodrošina membrānas potenciāla nobīdi līdz kritiskajam depolarizācijas līmenim (CDL).
Membrānas potenciāla maiņa līdz -50-40 mV, t.i. līdz kritiskajam depolarizācijas līmenim, izraisa citu no sprieguma atkarīgu Na + kanālu atvēršanos, caur kuriem tiek veikta ienākošā nātrija strāva, kas veido darbības potenciāla "pīķi".
Nātrija joni šūnā pārvietojas pa koncentrācijas gradientu un ķīmisko gradientu pa kanālu, veidojot tā saukto ienākošo nātrija strāvu, kas noved pie tālākas straujas depolarizācijas procesa attīstības.
Membrānas potenciāla izmaiņu zīme uz pretējo +10-20 mV. Pozitīvs membrānas potenciāls izraisa nātrija kanālu aizvēršanos un inaktivāciju.
No potenciāla atkarīgiem Na + kanāliem ir vadošā loma darbības potenciāla veidošanā, t.i. ierosmes process šūnā.
Kalcija joni kavē nātrija kanālu atvēršanos ar spriegumu, mainot reakcijas parametrus.
UZ + - kanāli
Kālija kanāli (iekšējais diametrs 0,30 nm) atrodas citoplazmas membrānās, tika konstatēts ievērojams skaits kanālu kālija "noplūdei" no šūnas.
Atpūtas stāvoklī tie ir atvērti. Caur tiem miera stāvoklī kālijs "izplūst" no šūnas pa koncentrācijas gradientu un elektroķīmisko gradientu.
Šo procesu sauc par izejošo kālija strāvu, kas noved pie membrānas miera potenciāla (-70-80 mV) veidošanās. Šos kālija kanālus var tikai nosacīti klasificēt kā atkarīgus no sprieguma.
Kad depolarizācijas laikā mainās membrānas potenciāls, kālija strāva tiek inaktivēta.
Repolarizācijas laikā pa no sprieguma atkarīgiem kanāliem veidojas ienākošā K + strāva, ko sauc par aizkavētās taisnošanas K + strāvu.
Cits sprieguma K + kanālu veids. Gar tiem membrānas potenciāla apakšsliekšņa reģionā (pozitīvs izsekojamības potenciāls) rodas ātra kālija strāva. Kanālu inaktivācija notiek pēdu hiperpolarizācijas dēļ.
Cits ar spriegumu saistītu kālija kanālu veids tiek aktivizēts tikai pēc iepriekšējas hiperpolarizācijas, tas veido ātru pārejošu kālija strāvu, kas ātri tiek inaktivēta.
Kalcija joni atvieglo sprieguma atkarīgu kālija kanālu atvēršanu, mainot reakcijas parametrus.
Sa + - kanāli.
Potenciāli ierobežotie kanāli sniedz nozīmīgu ieguldījumu gan kalcija iekļūšanas citoplazmā regulēšanā, gan elektroģenēzē.
Olbaltumvielas, kas veido kalcija kanālus, sastāv no piecām apakšvienībām (al, a2, b, g, d).
Galvenā apakšvienība veido pašu kanālu un satur saistīšanās vietas dažādiem kalcija kanālu modulatoriem.
Zīdītāju nervu šūnās ir atrastas vairākas strukturāli atšķirīgas kalcija kanālu al-subvienības (apzīmētas ar A, B, C, D un E).
Funkcionāli dažādi kalcija kanālu veidi atšķiras viens no otra aktivācijas, kinētikas, viena kanāla vadītspējas un farmakoloģijas ziņā.
Šūnās ir aprakstīti līdz sešu veidu kalcija kanāli, kas atkarīgi no sprieguma (T - , L - , N - , P - , Q - , R - kanāli).
Sprieguma plazmas membrānas kanālu darbību regulē dažādi intracelulārie otrie kurjeri un ar membrānu saistītie G proteīni.
Ar kalcija spriegumu saistītie kanāli lielā skaitā ir atrodami neironu citoplazmatiskajās membrānās, gludo, šķērssvītroto un sirds muskuļu miocītos, kā arī endoplazmatiskā retikuluma membrānās.
SPR Ca 2+ -kanāli ir oligomēri proteīni, kas iestrādāti SPR membrānā.
Sa 2+ - kontrolē Sa 2+ - SPR kanāli.
Šie kalcija kanāli vispirms tika izolēti no skeleta un sirds muskuļiem.
Izrādījās, ka SPR Ca 2+ kanāliem šajos muskuļu audos ir molekulāras atšķirības un tos kodē dažādi gēni.
SPR Ca 2+ -kanāli sirds muskuļos ir tieši saistīti ar plazmas membrānas (L-tipa) augsta sliekšņa Ca 2+ -kanāliem caur kalciju saistošiem proteīniem, tādējādi veidojot funkcionāli aktīvu struktūru - "triādi".
Skeleta muskuļos plazmlemmas depolarizācija tieši aktivizē Ca 2+ izdalīšanos no endoplazmatiskā tīkla, jo plazmas membrānas Ca 2+ kanāli kalpo kā sprieguma jutīgi aktivējošā signāla raidītāji tieši uz plazmas Ca 2+ kanāliem. SPR, saistot proteīnus.
Tādējādi skeleta muskuļu Ca 2+ -depo ir depolarizācijas izraisīts Ca 2+ atbrīvošanas mehānisms (RyRl-tips).
Atšķirībā no skeleta muskuļiem kardiomiocītu endoplazmatiskie Ca 2+ kanāli nav saistīti ar plazmlemmu, un, lai stimulētu Ca 2+ izdalīšanos no depo, ir nepieciešams palielināt citozola kalcija (RyR2 tipa) koncentrāciju.
Papildus šiem diviem Ca 2+ aktivēto Ca 2h kanālu veidiem nesen tika identificēts arī trešais Ca 2+ SPR kanālu veids (RyR3 tips), kas vēl nav pietiekami izpētīts.
Visiem kalcija kanāliem ir raksturīga lēna aktivācija un lēna inaktivācija, salīdzinot ar nātrija kanāliem.
Kad muskuļu šūna ir depolarizēta (citoplazmas membrānu izvirzījumi - T-caurulīši tuvojas endoplazmatiskā retikuluma membrānām), notiek sarkoplazmatiskā retikuluma membrānu kalcija kanālu atvēršanās, kas ir atkarīga no sprieguma.
Tā kā, no vienas puses, kalcija koncentrācija SPR ir augsta (kalcija depo), un kalcija koncentrācija citoplazmā ir zema, un, no otras puses, SPR membrānas laukums un kalcija blīvums kanāli tajā ir lieli, kalcija līmenis citoplazmā palielinās 100 reizes.
Šis kalcija koncentrācijas pieaugums ierosina miofibrilu kontrakcijas procesu.
Kalcija kanāli kardiomiocītos atrodas citoplazmas membrānā un ir L tipa kalcija kanāli.
Tie tiek aktivizēti pie membrānas potenciāla +20-40 mV, veido ienākošo kalcija strāvu. Tie ilgstoši atrodas aktivētā stāvoklī, veido kardiomiocītu darbības potenciāla "plato".
anjonu kanāli.
Lielākais hlora kanālu skaits šūnu membrānā. Šūnā ir mazāk hlorīda jonu, salīdzinot ar starpšūnu vidi. Tāpēc, atverot kanālus, hlors iekļūst šūnā pa koncentrācijas gradientu un elektroķīmisko gradientu.
HCO 3 kanālu skaits nav tik liels, šī anjona transportēšanas apjoms pa kanāliem ir daudz mazāks.
jonu apmainītāji.
Membrānā ir jonu apmainītāji (nesējproteīni), kas veic atvieglotu jonu difūziju, t.i. paātrināta savienotā jonu kustība caur biomembrānu pa koncentrācijas gradientu, šādi procesi ir neatkarīgi no ATP.
Vispazīstamākie ir Na + -H +, K + -H +, Ca 2+ -H + apmainītāji, kā arī apmainītāji, kas nodrošina katjonu apmaiņu pret anjoniemNa + -HCO- 3, 2CI-Ca 2+ un apmainītāji, kas nodrošina katjona apmaiņu pret katjonu (Na + -Ca 2+) vai anjonu pret anjonu (Cl-HCO3).
Ar receptoriem saistīti jonu kanāli.
Ligandu (ligandu) jonu kanāli.
Ligandu jonu kanāli ir receptoru kanālu apakšsugas, un tie vienmēr ir apvienoti ar bioloģiski aktīvās vielas (BAS) receptoru.
Aplūkojamo kanālu receptori pieder pie jonotropā tipa membrānas receptoriem, mijiedarbojoties ar bioloģiski aktīvām vielām (ligandiem), notiek ātras reakcijas.
Ar ligandu saistīts jonu kanāls sastāv no:
poras, kas piepildītas ar ūdeni;
selektīvs filtrs;
aktivizācijas vārti;
ligandu saistīšanās vieta (receptors). Augstas enerģijas aktīvajam BAS ir augsts
afinitāte (afinitāte) pret noteikta veida receptoriem. Kad jonu kanāli tiek aktivizēti, daži joni pārvietojas pa koncentrācijas gradientu un elektroķīmisko gradientu.
Membrānas receptorā ligandu saistīšanās vieta var būt pieejama ligandam no membrānas ārējās virsmas.
Šajā gadījumā hormoni un parahormoni, joni darbojas kā ligands.
Tātad, kad tiek aktivizēti N-holīnerģiskie receptori, tiek aktivizēti nātrija kanāli.
Kalcija caurlaidību ierosina neironu acetilholīna, glutamāta (NMDA un AMPA/kainattipi) receptori un purīna receptori.
GABA A receptori ir savienoti ar jonu hlorīda kanāliem, un glicīna receptori ir saistīti arī ar hlorīda kanāliem.
Membrānas receptoros ligandu saistīšanās vieta var būt pieejama ligandiem no membrānas iekšējās virsmas.
Šajā gadījumā proteīna kināzes, ko aktivizē otrie kurjeri, vai paši otrie kurjeri darbojas kā ligandi.
Tātad proteīnkināzes A, C, G, fosforilējot katjonu kanālu proteīnus, maina to caurlaidību.
Mehāniski kontrolēti jonu kanāli.
Mehāniski kontrolēti jonu kanāli maina savu jonu vadītspēju, mainot bilipīda slāņa spriegumu vai caur šūnu citoskeletu. Daudzi mehāniski kontrolēti kanāli ir saistīti ar mehānoreceptoriem; tie pastāv dzirdes šūnās, muskuļu vārpstiņās un asinsvadu endotēlijā.
Visi mehāniski vadāmie kanāli ir sadalīti divās grupās:
izstieptas šūnas (SAC);
stiepes inaktivētas šūnas (SIC).
Mehāniski kontrolētiem kanāliem ir visas galvenās kanālu funkcijas:
poras, kas piepildītas ar ūdeni;
vārtu mehānisms;
stiepes sensors.
Kad kanāls ir aktivizēts, joni pārvietojas pa koncentrācijas gradientu pa to.
Nātrija, kālija ATPāze.
Nātrija, kālija ATPāze (nātrija-kālija sūknis, nātrija-kālija sūknis).
Sastāv no četriem transmembrānu domēniem: divām α-apakšvienībām un divām β-apakšvienībām. α-apakšvienība ir liels domēns, un β-apakšvienība ir maza. Jonu transportēšanas laikā lielas apakšvienības tiek fosforilētas un pa tām pārvietojas joni.
Nātrija, kālija ATPāzei ir izšķiroša loma nātrija un kālija homeostāzes uzturēšanā intra- un ārpusšūnu vidē:
atbalsta augsts līmenis K + un zems Na + līmenis šūnā;
piedalās miera membrānas potenciāla veidošanā, darbības potenciāla ģenerēšanā;
nodrošina vairuma organisko vielu Na + konjugētu transportēšanu caur membrānu (sekundārais aktīvais transports);
būtiski ietekmē H2O homeostāzi.
Nātrijs, kālija ATPāze, dod vissvarīgāko ieguldījumu jonu asimetrijas veidošanā ārpusšūnu un intracelulārās telpās.
Nātrija, kālija sūkņa pakāpeniskais darbs nodrošina neekvivalentu kālija un nātrija apmaiņu cauri membrānai.
Sa + -ATPāze (sūknis).
Ir divas Ca 2+ sūkņu ģimenes, kas ir atbildīgas par Ca 2+ jonu izvadīšanu no citoplazmas: plazmas membrānas Ca 2+ sūkņi un endoplazmatiskā retikuluma Ca 2+ sūkņi.
Lai gan tie pieder vienai un tai pašai olbaltumvielu saimei (tā sauktajai ATPāzes P klasei), šiem sūkņiem ir dažas atšķirības struktūrā, funkcionālajā aktivitātē un farmakoloģijā.
Lielos daudzumos tas ir atrodams citoplazmas membrānā. Šūnas citoplazmā miera stāvoklī kalcija koncentrācija ir 10-7 mol/l, un ārpus šūnas daudz vairāk -10-3 mol/l.
Šāda būtiska koncentrāciju atšķirība tiek saglabāta, pateicoties citoplazmas Ca ++ -ATPāzes darbam.
Plazmas membrānas Ca 2+ -sūkņa darbību tieši kontrolē Ca 2+: brīvā kalcija koncentrācijas palielināšanās citozolā aktivizē Ca 2+ -sūkni.
Miera stāvoklī gandrīz nav difūzijas caur kalcija jonu kanāliem.
Ca-ATPāze transportē Ca no šūnas uz ārpusšūnu vidi pret tās koncentrācijas gradientu. Pa gradientu Ca + iekļūst šūnā difūzijas dēļ caur jonu kanāliem.
Endoplazmatiskā retikuluma membrāna satur arī lielu daudzumu Ca ++ -ATPāzes.
Endoplazmatiskā retikuluma (SERCA) kalcija sūknis nodrošina kalcija izvadīšanu no citozola uz endoplazmas tīklu – kalcija "depo" primārās aktīvās transporta dēļ.
Depo kalcijs saistās ar kalciju saistošiem proteīniem (kalsekvestrīnu, kalretikulīnu utt.).
Līdz šim ir aprakstītas vismaz trīs dažādas SERCA sūkņu izoformas.
SERCA1 apakštips ir koncentrēts tikai ātrajos skeleta muskuļos, savukārt SERCA2 sūkņi ir plaši izplatīti citos audos. SERCA3 sūkņu nozīme nav tik skaidra.
SERCA2-nacos proteīni ir sadalīti divās dažādās izoformās: SERCA2a, kas raksturīga kardiomiocītiem un gludajiem muskuļiem, un SERCA2b, kas raksturīga smadzeņu audiem.
Ca 2+ palielināšanās citozolā aktivizē kalcija jonu uzņemšanu endoplazmatiskajā retikulumā, bet brīvā kalcija palielināšanās endoplazmatiskajā retikulumā kavē SERCA sūkņus.
H + K + -ATPāze (sūknis).
Ar šī sūkņa palīdzību (vienas ATP molekulas hidrolīzes rezultātā) kuņģa gļotādas uzliku (parietālajās) šūnās no ārpusšūnu telpas uz šūnu tiek transportēti divi kālija joni, bet no citozola – divi H+ joni. uz ekstracelulāro telpu vienas molekulas hidrolīzes laikā. Šis mehānisms ir sālsskābes veidošanās pamatā kuņģī.
Jonu sūkņa klaseF.
Mitohondriju ATPāze. Katalizē ATP sintēzes pēdējo posmu. Mitohondriju kriptas satur ATP sintāzi, kas savieno oksidāciju Krebsa ciklā un ADP fosforilāciju ar ATP.
Jonu sūkņa klaseV.
Lizosomu H + -ATPāze (lizosomu protonu sūkņi) - protonu sūkņi, kas nodrošina H + transportēšanu no citozola uz vairākām lizosomu organellām, Golgi aparātu, sekrēcijas pūslīšiem. Rezultātā pH vērtība samazinās, piemēram, lizosomās līdz 5,0, kas optimizē šo struktūru darbību.
Jonu transportēšanas iezīmes
1. Nozīmīga un asimetriska transmembrāna! gradients Na+ un K+ miera stāvoklī.
Nātrijs ārpus šūnas (145 mmol/l) ir 10 reizes lielāks nekā šūnā (14 mmol/l).
Šūnā ir apmēram 30 reizes vairāk kālija (140 mmol/l) nekā ārpus šūnas (4 mmol/l).
Šī nātrija un kālija jonu sadalījuma iezīme:
homeostatizēts ar Na + /K + -nacoca darbu;
miera stāvoklī veido izejošo kālija strāvu (noplūdes kanālu);
rada atpūtas potenciālu;
jebkuru kālija kanālu (no sprieguma, kalcija atkarīgo, ligandu atkarīgo) darbs ir vērsts uz izejošās kālija strāvas veidošanos.
Tas vai nu atgriež membrānas stāvokli sākotnējā līmenī (no sprieguma atkarīgo kanālu aktivizēšana repolarizācijas fāzē), vai arī hiperpolarizē membrānu (no kalcija atkarīgie, ligandu atkarīgie kanāli, tostarp tie, kurus aktivizē otro mediatoru sistēmas).
Jāpatur prātā, ka:
kālija kustība pa membrānu tiek veikta ar pasīvo transportu;
ierosmes (darbības potenciāla) veidošanās vienmēr ir saistīta ar ienākošo nātrija strāvu;
jebkuru nātrija kanālu aktivizēšana vienmēr izraisa iekšēju nātrija strāvu;
nātrija kustība pa membrānu gandrīz vienmēr tiek veikta ar pasīvo transportu;
epitēlija šūnās, kas veido dažādu cauruļu un dobumu sieniņu audos (tievā zarnā, nefronu kanāliņos utt.), ārējā membrānā vienmēr ir liels skaits nātrija kanālu, kas aktivizējot nodrošina ienākošo nātrija strāvu, un audos. bazālā membrāna - liels skaits nātrija, kālija sūkņu, kas izsūknē nātriju no šūnas. Šāds asimetrisks šo transporta sistēmu sadalījums nātrijam nodrošina tā transcelulāro transportu, t.i. no zarnu lūmena, nieru kanāliņi nonāk ķermeņa iekšējā vidē;
pasīvā nātrija transportēšana šūnā pa elektroķīmisko gradientu noved pie enerģijas uzkrāšanās, ko izmanto daudzu vielu sekundārai aktīvai transportēšanai.
2. Zems kalcija līmenis šūnas citozolā.
Šūnā miera stāvoklī kalcija saturs (50 nmol/l) ir 5000 reižu mazāks nekā ārpus šūnas (2,5 mmol/l).
Tik zems kalcija līmenis citozolā nav nejaušs, jo kalcijs koncentrācijās, kas 10–100 reizes pārsniedz sākotnējo, darbojas kā otrs intracelulārais starpnieks signāla realizācijā.
Šādos apstākļos ir iespējama strauja kalcija palielināšanās citozolā, jo tiek aktivizēti kalcija kanāli (atvieglota difūzija), kas lielos daudzumos atrodas citoplazmas membrānā un endoplazmatiskā retikuluma membrānā (endoplazmas retikulums - "depo). " kalcija daudzums šūnā).
Kalcija plūsmu veidošanās, kas rodas kanālu atvēršanas dēļ, nodrošina fizioloģiski nozīmīgu kalcija koncentrācijas palielināšanos citozolā.
Zemu kalcija līmeni šūnas citozolā uztur Ca 2+ -ATPāze, Na + /Ca 2+ -apmainītāji, citozola kalciju saistošie proteīni.
Papildus ātrai citozoliskā Ca 2+ saistīšanai ar intracelulāriem Ca 2+ saistošiem proteīniem, kalcija jonus, kas nonāk citozolā, var uzkrāt Golgi aparāts vai šūnas kodols un uztvert mitohondriju Ca 2+ depo.
3. Zems hlora līmenis šūnā.
Šūnā miera stāvoklī hlora saturs (8 mmol/l) ir vairāk nekā 10 reizes mazāks nekā ārpus šūnas (110 mmol/l).
Šo stāvokli uztur K + /Cl- transportera darbība.
Šūnas funkcionālā stāvokļa izmaiņas ir saistītas (vai izraisa) ar membrānas hlora caurlaidības izmaiņām. Aktivizējot sprieguma un ligandu hlorīda kanālus, jons caur kanālu pasīvā transporta ceļā nonāk citozolā.
Turklāt hlora iekļūšanu citozolā veido Na+/K+/2CH-kotransportētājs un CG-HCO3 apmainītājs.
Hlora iekļūšana šūnā palielina membrānas polaritāti līdz pat hiperpolarizācijai.
Jonu transporta iezīmēm ir būtiska nozīme bioelektrisko parādību veidošanā orgānos un audos, kas kodē informāciju, nosaka šo struktūru funkcionālo stāvokli, to pāreju no viena funkcionālā stāvokļa uz otru.
12. Jonu kanāli…
Jonu kanāls sastāv no vairākām apakšvienībām, to skaits vienā jonu kanālā svārstās no 3 līdz 12 apakšvienībām. Pēc savas organizācijas kanālā iekļautās apakšvienības var būt homologas (vienāda tipa), vairākus kanālus veido dažāda veida apakšvienības.
Katra no apakšvienībām sastāv no vairākiem (trīs vai vairāk) transmembrānu segmentiem (nepolārām daļām, kas savītas α-spirālēs), ārpusšūnu un intracelulārām cilpām un domēnu gala sekcijām (ko attēlo molekulu polārie reģioni, kas veido domēnu un izvirzās uz āru ārpus membrānas bilipīda slāņa) .
Katrs no transmembrānas segmentiem, ārpusšūnu un intracelulārām cilpām un domēnu gala sekcijām veic savu funkciju.
Tādējādi transmembrānas segments 2, kas organizēts α-spirāles formā, nosaka kanāla selektivitāti.
Domēna terminālie reģioni darbojas kā sensori ārpusšūnu un intracelulāriem ligandiem, un viens no transmembrānas segmentiem spēlē no sprieguma atkarīga sensora lomu.
Trešie transmembrānas segmenti apakšvienībā ir atbildīgi par portāla kanālu sistēmas darbību utt.
Jonu kanāli darbojas ar atvieglotas difūzijas mehānismu. Kad kanāli ir aktivizēti, jonu kustība pa tiem notiek pēc koncentrācijas gradienta. Kustības ātrums caur membrānu ir 10 joni sekundē.
Jonu kanālu specifika.
Lielākā daļa no tām ir selektīvas, t.i. kanāli, kas ļauj iziet cauri tikai viena veida joniem (nātrija kanāli, kālija kanāli, kalcija kanāli, anjonu kanāli).
kanālu selektivitāte.
Kanāla selektivitāti nosaka selektīvā filtra klātbūtne.
Tās lomu spēlē kanāla sākotnējā sadaļa, kurai ir noteikts lādiņš, konfigurācija un izmērs (diametrs), kas ļauj kanālā nokļūt tikai noteikta veida joniem.
Daži jonu kanāli ir neselektīvi, piemēram, "noplūdes" kanāli. Tie ir membrānas kanāli, pa kuriem miera stāvoklī pa koncentrācijas gradientu K + joni iziet no šūnas, tomēr pa šiem kanāliem pa koncentrācijas gradientu miera stāvoklī šūnā nonāk arī neliels daudzums Na + jonu.
Jonu kanālu sensors.
Jonu kanāla sensors ir jutīga kanāla daļa, kas uztver signālus, kuru raksturs var būt atšķirīgs.
Pamatojoties uz to, ir:
sprieguma kontrolēti jonu kanāli;
ar receptoriem saistīti jonu kanāli;
ligandu kontrolēts (atkarīgs no liganda);
mehāniski kontrolēts (mehāniski atkarīgs).
Kanālus, kuriem ir sensors, sauc par kontrolētiem. Dažiem kanāliem nav sensora. Šādus kanālus sauc par nepārvaldītiem.
Jonu kanāla vārtu sistēma.
Kanālam ir vārti, kas miera stāvoklī ir aizvērti un tiek atvērti, kad tiek pielietots signāls. Dažos kanālos tiek izdalīti divu veidu vārti: aktivizēšana (m-gates) un inaktivācija (h-gates).
Ir trīs jonu kanālu stāvokļi:
miera stāvoklī, kad vārti ir aizvērti un kanāls joniem nepieejams;
aktivācijas stāvoklis, kad vārtu sistēma ir atvērta un joni pārvietojas pa membrānu pa kanālu;
inaktivācijas stāvoklis, kad kanāls ir aizvērts un nereaģē uz stimuliem.
Vadīšanas ātrums (vadītspēja).
Ir ātri un lēni kanāli. Noplūdes kanāli ir lēni, nātrija kanāli neironos ir ātri.
Jebkuras šūnas membrānā ir liels dažādu (ātruma ziņā) jonu kanālu kopums, kuru aktivizēšana nosaka šūnu funkcionālo stāvokli.
sprieguma kontrolēti kanāli.
Potenciāli kontrolēts kanāls sastāv no:
selektīvs filtrs;
aktivizācijas un inaktivācijas vārti;
sprieguma sensors.
poras, kas piepildītas ar ūdeni;
Kanāla diametrs ir daudz lielāks par jona diametru, selektīvā filtra zonā tas sašaurinās līdz atomu izmēriem, kas nodrošina, ka šī kanāla daļa pilda selektīvā filtra funkciju.
Vārtu mehānisma atvēršanās un aizvēršanās notiek, mainoties membrānas potenciālam, un vārti atveras pie vienas membrānas potenciāla vērtības un aizveras citā membrānas potenciāla līmenī.
Tiek uzskatīts, ka membrānas elektriskā lauka izmaiņas uztver īpaša kanāla sienas daļa, ko sauc par sprieguma sensoru.
Tā stāvokļa maiņa, mainoties membrānas potenciāla līmenim, izraisa kanālu veidojošo olbaltumvielu molekulu konformāciju, kā rezultātā tiek atvērti vai aizvērti jonu kanāla vārti.
Kanāliem (nātrijs, kalcijs, kālijs) ir četri homologi domēni – apakšvienības (I, II, III, IV). Domēns (piemēram, nātrija kanāli) sastāv no sešiem transmembrānu segmentiem, kas sakārtoti a-spirāļu veidā, un katrs no tiem spēlē savu lomu.
Tādējādi transmembrānas segments 5 pilda poras lomu, transmembrānas segments 4 ir sensors, kas reaģē uz membrānas potenciāla izmaiņām, un citi transmembrānas segmenti ir atbildīgi par portāla kanālu sistēmas aktivizēšanu un inaktivāciju. Līdz beigām atsevišķu transmembrānu segmentu un apakšvienību loma nav pētīta.
Nātrija kanāli (iekšējais diametrs 0,55 nm) atrodas uzbudināmo audu šūnās. Blīvums uz 1 µm 2 dažādos audos nav vienāds.
Tātad nemielinizētajās nervu šķiedrās tas ir 50–200 kanālu, un mielinizētajās nervu šķiedrās (Ranvier pārtver) - 13 000 uz 1 mikronu 2 membrānas laukuma. Atpūtas stāvoklī tie ir slēgti. Membrānas potenciāls ir 70-80 mV.
Pakļaušana stimulam maina membrānas potenciālu un aktivizē no sprieguma saistītu nātrija kanālu.
Tas tiek aktivizēts, kad membrānas potenciāls pāriet no miera potenciāla līmeņa uz kritisko depolarizācijas līmeni.
Spēcīga nātrija strāva nodrošina membrānas potenciāla nobīdi līdz kritiskajam depolarizācijas līmenim (CDL).
Membrānas potenciāla maiņa līdz -50-40 mV, t.i. līdz kritiskajam depolarizācijas līmenim, izraisa citu no sprieguma atkarīgu Na + kanālu atvēršanos, caur kuriem tiek veikta ienākošā nātrija strāva, kas veido darbības potenciāla "pīķi".
Nātrija joni šūnā pārvietojas pa koncentrācijas gradientu un ķīmisko gradientu pa kanālu, veidojot tā saukto ienākošo nātrija strāvu, kas noved pie tālākas straujas depolarizācijas procesa attīstības.
Membrānas potenciāla izmaiņu zīme uz pretējo +10-20 mV. Pozitīvs membrānas potenciāls izraisa nātrija kanālu aizvēršanos un inaktivāciju.
No potenciāla atkarīgiem Na + kanāliem ir vadošā loma darbības potenciāla veidošanā, t.i. ierosmes process šūnā.
Kalcija joni kavē nātrija kanālu atvēršanos ar spriegumu, mainot reakcijas parametrus.
UZ + - kanāli
Kālija kanāli (iekšējais diametrs 0,30 nm) atrodas citoplazmas membrānās, tika konstatēts ievērojams skaits kanālu kālija "noplūdei" no šūnas.
Atpūtas stāvoklī tie ir atvērti. Caur tiem miera stāvoklī kālijs "izplūst" no šūnas pa koncentrācijas gradientu un elektroķīmisko gradientu.
Šo procesu sauc par izejošo kālija strāvu, kas noved pie membrānas miera potenciāla (-70-80 mV) veidošanās. Šos kālija kanālus var tikai nosacīti klasificēt kā atkarīgus no sprieguma.
Kad depolarizācijas laikā mainās membrānas potenciāls, kālija strāva tiek inaktivēta.
Repolarizācijas laikā pa no sprieguma atkarīgiem kanāliem veidojas ienākošā K + strāva, ko sauc par aizkavētās taisnošanas K + strāvu.
Cits sprieguma K + kanālu veids. Gar tiem membrānas potenciāla apakšsliekšņa reģionā (pozitīvs izsekojamības potenciāls) rodas ātra kālija strāva. Kanālu inaktivācija notiek pēdu hiperpolarizācijas dēļ.
Cits ar spriegumu saistītu kālija kanālu veids tiek aktivizēts tikai pēc iepriekšējas hiperpolarizācijas, tas veido ātru pārejošu kālija strāvu, kas ātri tiek inaktivēta.
Kalcija joni atvieglo sprieguma atkarīgu kālija kanālu atvēršanu, mainot reakcijas parametrus.
Sa + - kanāli.
Potenciāli ierobežotie kanāli sniedz nozīmīgu ieguldījumu gan kalcija iekļūšanas citoplazmā regulēšanā, gan elektroģenēzē.
Olbaltumvielas, kas veido kalcija kanālus, sastāv no piecām apakšvienībām (al, a2, b, g, d).
Galvenā apakšvienība veido pašu kanālu un satur saistīšanās vietas dažādiem kalcija kanālu modulatoriem.
Zīdītāju nervu šūnās ir atrastas vairākas strukturāli atšķirīgas kalcija kanālu al-subvienības (apzīmētas ar A, B, C, D un E).
Funkcionāli dažādi kalcija kanālu veidi atšķiras viens no otra aktivācijas, kinētikas, viena kanāla vadītspējas un farmakoloģijas ziņā.
Šūnās ir aprakstīti līdz sešu veidu kalcija kanāli, kas atkarīgi no sprieguma (T - , L - , N - , P - , Q - , R - kanāli).
Sprieguma plazmas membrānas kanālu darbību regulē dažādi intracelulārie otrie kurjeri un ar membrānu saistītie G proteīni.
Ar kalcija spriegumu saistītie kanāli lielā skaitā ir atrodami neironu citoplazmatiskajās membrānās, gludo, šķērssvītroto un sirds muskuļu miocītos, kā arī endoplazmatiskā retikuluma membrānās.
SPR Ca 2+ -kanāli ir oligomēri proteīni, kas iestrādāti SPR membrānā.
Sa 2+ - kontrolē Sa 2+ - SPR kanāli.
Šie kalcija kanāli vispirms tika izolēti no skeleta un sirds muskuļiem.
Izrādījās, ka SPR Ca 2+ kanāliem šajos muskuļu audos ir molekulāras atšķirības un tos kodē dažādi gēni.
SPR Ca 2+ -kanāli sirds muskuļos ir tieši saistīti ar plazmas membrānas (L-tipa) augsta sliekšņa Ca 2+ -kanāliem caur kalciju saistošiem proteīniem, tādējādi veidojot funkcionāli aktīvu struktūru - "triādi".
Skeleta muskuļos plazmlemmas depolarizācija tieši aktivizē Ca 2+ izdalīšanos no endoplazmatiskā tīkla, jo plazmas membrānas Ca 2+ kanāli kalpo kā sprieguma jutīgi aktivējošā signāla raidītāji tieši uz plazmas Ca 2+ kanāliem. SPR, saistot proteīnus.
Tādējādi skeleta muskuļu Ca 2+ -depo ir depolarizācijas izraisīts Ca 2+ atbrīvošanas mehānisms (RyRl-tips).
Atšķirībā no skeleta muskuļiem kardiomiocītu endoplazmatiskie Ca 2+ kanāli nav saistīti ar plazmlemmu, un, lai stimulētu Ca 2+ izdalīšanos no depo, ir nepieciešams palielināt citozola kalcija (RyR2 tipa) koncentrāciju.
Papildus šiem diviem Ca 2+ aktivēto Ca 2h kanālu veidiem nesen tika identificēts arī trešais Ca 2+ SPR kanālu veids (RyR3 tips), kas vēl nav pietiekami izpētīts.
Visiem kalcija kanāliem ir raksturīga lēna aktivācija un lēna inaktivācija, salīdzinot ar nātrija kanāliem.
Kad muskuļu šūna ir depolarizēta (citoplazmas membrānu izvirzījumi - T-caurulīši tuvojas endoplazmatiskā retikuluma membrānām), notiek sarkoplazmatiskā retikuluma membrānu kalcija kanālu atvēršanās, kas ir atkarīga no sprieguma.
Tā kā, no vienas puses, kalcija koncentrācija SPR ir augsta (kalcija depo), un kalcija koncentrācija citoplazmā ir zema, un, no otras puses, SPR membrānas laukums un kalcija blīvums kanāli tajā ir lieli, kalcija līmenis citoplazmā palielinās 100 reizes.
Šis kalcija koncentrācijas pieaugums ierosina miofibrilu kontrakcijas procesu.
Kalcija kanāli kardiomiocītos atrodas citoplazmas membrānā un ir L tipa kalcija kanāli.
Tie tiek aktivizēti pie membrānas potenciāla +20-40 mV, veido ienākošo kalcija strāvu. Tie ilgstoši atrodas aktivētā stāvoklī, veido kardiomiocītu darbības potenciāla "plato".
anjonu kanāli.
Lielākais hlora kanālu skaits šūnu membrānā. Šūnā ir mazāk hlorīda jonu, salīdzinot ar starpšūnu vidi. Tāpēc, atverot kanālus, hlors iekļūst šūnā pa koncentrācijas gradientu un elektroķīmisko gradientu.
HCO 3 kanālu skaits nav tik liels, šī anjona transportēšanas apjoms pa kanāliem ir daudz mazāks.
jonu apmainītāji.
Membrānā ir jonu apmainītāji (nesējproteīni), kas veic atvieglotu jonu difūziju, t.i. paātrināta savienotā jonu kustība caur biomembrānu pa koncentrācijas gradientu, šādi procesi ir neatkarīgi no ATP.
Vispazīstamākie ir Na + -H +, K + -H +, Ca 2+ -H + apmainītāji, kā arī apmainītāji, kas nodrošina katjonu apmaiņu pret anjoniemNa + -HCO- 3, 2CI-Ca 2+ un apmainītāji, kas nodrošina katjona apmaiņu pret katjonu (Na + -Ca 2+) vai anjonu pret anjonu (Cl-HCO3).
Ar receptoriem saistīti jonu kanāli.
Ligandu (ligandu) jonu kanāli.
Ligandu jonu kanāli ir receptoru kanālu apakšsugas, un tie vienmēr ir apvienoti ar bioloģiski aktīvās vielas (BAS) receptoru.
Aplūkojamo kanālu receptori pieder pie jonotropā tipa membrānas receptoriem, mijiedarbojoties ar bioloģiski aktīvām vielām (ligandiem), notiek ātras reakcijas.
Ar ligandu saistīts jonu kanāls sastāv no:
poras, kas piepildītas ar ūdeni;
selektīvs filtrs;
aktivizācijas vārti;
ligandu saistīšanās vieta (receptors). Augstas enerģijas aktīvajam BAS ir augsts
afinitāte (afinitāte) pret noteikta veida receptoriem. Kad jonu kanāli tiek aktivizēti, daži joni pārvietojas pa koncentrācijas gradientu un elektroķīmisko gradientu.
Membrānas receptorā ligandu saistīšanās vieta var būt pieejama ligandam no membrānas ārējās virsmas.
Šajā gadījumā hormoni un parahormoni, joni darbojas kā ligands.
Tātad, kad tiek aktivizēti N-holīnerģiskie receptori, tiek aktivizēti nātrija kanāli.
Kalcija caurlaidību ierosina neironu acetilholīna, glutamāta (NMDA un AMPA/kainattipi) receptori un purīna receptori.
GABA A receptori ir savienoti ar jonu hlorīda kanāliem, un glicīna receptori ir saistīti arī ar hlorīda kanāliem.
Membrānas receptoros ligandu saistīšanās vieta var būt pieejama ligandiem no membrānas iekšējās virsmas.
Šajā gadījumā proteīna kināzes, ko aktivizē otrie kurjeri, vai paši otrie kurjeri darbojas kā ligandi.
Tātad proteīnkināzes A, C, G, fosforilējot katjonu kanālu proteīnus, maina to caurlaidību.
Mehāniski kontrolēti jonu kanāli.
Mehāniski kontrolēti jonu kanāli maina savu jonu vadītspēju, mainot bilipīda slāņa spriegumu vai caur šūnu citoskeletu. Daudzi mehāniski kontrolēti kanāli ir saistīti ar mehānoreceptoriem; tie pastāv dzirdes šūnās, muskuļu vārpstiņās un asinsvadu endotēlijā.
Visi mehāniski vadāmie kanāli ir sadalīti divās grupās:
izstieptas šūnas (SAC);
stiepes inaktivētas šūnas (SIC).
Mehāniski kontrolētiem kanāliem ir visas galvenās kanālu funkcijas:
poras, kas piepildītas ar ūdeni;
vārtu mehānisms;
stiepes sensors.
Kad kanāls ir aktivizēts, joni pārvietojas pa koncentrācijas gradientu pa to.
Nātrija, kālija ATPāze.
Nātrija, kālija ATPāze (nātrija-kālija sūknis, nātrija-kālija sūknis).
Sastāv no četriem transmembrānu domēniem: divām α-apakšvienībām un divām β-apakšvienībām. α-apakšvienība ir liels domēns, un β-apakšvienība ir maza. Jonu transportēšanas laikā lielas apakšvienības tiek fosforilētas un pa tām pārvietojas joni.
Nātrija, kālija ATPāzei ir izšķiroša loma nātrija un kālija homeostāzes uzturēšanā intra- un ārpusšūnu vidē:
uztur augstu K + un zemu Na + līmeni šūnā;
piedalās miera membrānas potenciāla veidošanā, darbības potenciāla ģenerēšanā;
nodrošina vairuma organisko vielu Na + konjugētu transportēšanu caur membrānu (sekundārais aktīvais transports);
būtiski ietekmē H2O homeostāzi.
Nātrijs, kālija ATPāze, dod vissvarīgāko ieguldījumu jonu asimetrijas veidošanā ārpusšūnu un intracelulārās telpās.
Nātrija, kālija sūkņa pakāpeniskais darbs nodrošina neekvivalentu kālija un nātrija apmaiņu cauri membrānai.
Sa + -ATPāze (sūknis).
Ir divas Ca 2+ sūkņu ģimenes, kas ir atbildīgas par Ca 2+ jonu izvadīšanu no citoplazmas: plazmas membrānas Ca 2+ sūkņi un endoplazmatiskā retikuluma Ca 2+ sūkņi.
Lai gan tie pieder vienai un tai pašai olbaltumvielu saimei (tā sauktajai ATPāzes P klasei), šiem sūkņiem ir dažas atšķirības struktūrā, funkcionālajā aktivitātē un farmakoloģijā.
Lielos daudzumos tas ir atrodams citoplazmas membrānā. Šūnas citoplazmā miera stāvoklī kalcija koncentrācija ir 10-7 mol/l, un ārpus šūnas daudz vairāk -10-3 mol/l.
Šāda būtiska koncentrāciju atšķirība tiek saglabāta, pateicoties citoplazmas Ca ++ -ATPāzes darbam.
Plazmas membrānas Ca 2+ -sūkņa darbību tieši kontrolē Ca 2+: brīvā kalcija koncentrācijas palielināšanās citozolā aktivizē Ca 2+ -sūkni.
Miera stāvoklī gandrīz nav difūzijas caur kalcija jonu kanāliem.
Ca-ATPāze transportē Ca no šūnas uz ārpusšūnu vidi pret tās koncentrācijas gradientu. Pa gradientu Ca + iekļūst šūnā difūzijas dēļ caur jonu kanāliem.
Endoplazmatiskā retikuluma membrāna satur arī lielu daudzumu Ca ++ -ATPāzes.
Endoplazmatiskā retikuluma (SERCA) kalcija sūknis nodrošina kalcija izvadīšanu no citozola uz endoplazmas tīklu – kalcija "depo" primārās aktīvās transporta dēļ.
Depo kalcijs saistās ar kalciju saistošiem proteīniem (kalsekvestrīnu, kalretikulīnu utt.).
Līdz šim ir aprakstītas vismaz trīs dažādas SERCA sūkņu izoformas.
SERCA1 apakštips ir koncentrēts tikai ātrajos skeleta muskuļos, savukārt SERCA2 sūkņi ir plaši izplatīti citos audos. SERCA3 sūkņu nozīme nav tik skaidra.
SERCA2-nacos proteīni ir sadalīti divās dažādās izoformās: SERCA2a, kas raksturīga kardiomiocītiem un gludajiem muskuļiem, un SERCA2b, kas raksturīga smadzeņu audiem.
Ca 2+ palielināšanās citozolā aktivizē kalcija jonu uzņemšanu endoplazmatiskajā retikulumā, bet brīvā kalcija palielināšanās endoplazmatiskajā retikulumā kavē SERCA sūkņus.
H + K + -ATPāze (sūknis).
Ar šī sūkņa palīdzību (vienas ATP molekulas hidrolīzes rezultātā) kuņģa gļotādas uzliku (parietālajās) šūnās no ārpusšūnu telpas uz šūnu tiek transportēti divi kālija joni, bet no citozola – divi H+ joni. uz ekstracelulāro telpu vienas molekulas hidrolīzes laikā. Šis mehānisms ir sālsskābes veidošanās pamatā kuņģī.
Jonu sūkņa klaseF.
Mitohondriju ATPāze. Katalizē ATP sintēzes pēdējo posmu. Mitohondriju kriptas satur ATP sintāzi, kas savieno oksidāciju Krebsa ciklā un ADP fosforilāciju ar ATP.
Jonu sūkņa klaseV.
Lizosomu H + -ATPāze (lizosomu protonu sūkņi) - protonu sūkņi, kas nodrošina H + transportēšanu no citozola uz vairākām lizosomu organellām, Golgi aparātu, sekrēcijas pūslīšiem. Rezultātā pH vērtība samazinās, piemēram, lizosomās līdz 5,0, kas optimizē šo struktūru darbību.
Jonu transportēšanas iezīmes
1. Nozīmīga un asimetriska transmembrāna! gradients Na+ un K+ miera stāvoklī.
Nātrijs ārpus šūnas (145 mmol/l) ir 10 reizes lielāks nekā šūnā (14 mmol/l).
Šūnā ir apmēram 30 reizes vairāk kālija (140 mmol/l) nekā ārpus šūnas (4 mmol/l).
Šī nātrija un kālija jonu sadalījuma iezīme:
homeostatizēts ar Na + /K + -nacoca darbu;
miera stāvoklī veido izejošo kālija strāvu (noplūdes kanālu);
rada atpūtas potenciālu;
jebkuru kālija kanālu (no sprieguma, kalcija atkarīgo, ligandu atkarīgo) darbs ir vērsts uz izejošās kālija strāvas veidošanos.
Tas vai nu atgriež membrānas stāvokli sākotnējā līmenī (no sprieguma atkarīgo kanālu aktivizēšana repolarizācijas fāzē), vai arī hiperpolarizē membrānu (no kalcija atkarīgie, ligandu atkarīgie kanāli, tostarp tie, kurus aktivizē otro mediatoru sistēmas).
Jāpatur prātā, ka:
kālija kustība pa membrānu tiek veikta ar pasīvo transportu;
ierosmes (darbības potenciāla) veidošanās vienmēr ir saistīta ar ienākošo nātrija strāvu;
jebkuru nātrija kanālu aktivizēšana vienmēr izraisa iekšēju nātrija strāvu;
nātrija kustība pa membrānu gandrīz vienmēr tiek veikta ar pasīvo transportu;
epitēlija šūnās, kas veido dažādu cauruļu un dobumu sieniņu audos (tievā zarnā, nefronu kanāliņos utt.), ārējā membrānā vienmēr ir liels skaits nātrija kanālu, kas aktivizējot nodrošina ienākošo nātrija strāvu, un audos. bazālā membrāna - liels skaits nātrija, kālija sūkņu, kas izsūknē nātriju no šūnas. Šāds asimetrisks šo transporta sistēmu sadalījums nātrijam nodrošina tā transcelulāro transportu, t.i. no zarnu lūmena, nieru kanāliņi nonāk ķermeņa iekšējā vidē;
pasīvā nātrija transportēšana šūnā pa elektroķīmisko gradientu noved pie enerģijas uzkrāšanās, ko izmanto daudzu vielu sekundārai aktīvai transportēšanai.
2. Zems kalcija līmenis šūnas citozolā.
Šūnā miera stāvoklī kalcija saturs (50 nmol/l) ir 5000 reižu mazāks nekā ārpus šūnas (2,5 mmol/l).
Tik zems kalcija līmenis citozolā nav nejaušs, jo kalcijs koncentrācijās, kas 10–100 reizes pārsniedz sākotnējo, darbojas kā otrs intracelulārais starpnieks signāla realizācijā.
Šādos apstākļos ir iespējama strauja kalcija palielināšanās citozolā, jo tiek aktivizēti kalcija kanāli (atvieglota difūzija), kas lielos daudzumos atrodas citoplazmas membrānā un endoplazmatiskā retikuluma membrānā (endoplazmas retikulums - "depo). " kalcija daudzums šūnā).
Kalcija plūsmu veidošanās, kas rodas kanālu atvēršanas dēļ, nodrošina fizioloģiski nozīmīgu kalcija koncentrācijas palielināšanos citozolā.
Zemu kalcija līmeni šūnas citozolā uztur Ca 2+ -ATPāze, Na + /Ca 2+ -apmainītāji, citozola kalciju saistošie proteīni.
Papildus ātrai citozoliskā Ca 2+ saistīšanai ar intracelulāriem Ca 2+ saistošiem proteīniem, kalcija jonus, kas nonāk citozolā, var uzkrāt Golgi aparāts vai šūnas kodols un uztvert mitohondriju Ca 2+ depo.
3. Zems hlora līmenis šūnā.
Šūnā miera stāvoklī hlora saturs (8 mmol/l) ir vairāk nekā 10 reizes mazāks nekā ārpus šūnas (110 mmol/l).
Šo stāvokli uztur K + /Cl- transportera darbība.
Šūnas funkcionālā stāvokļa izmaiņas ir saistītas (vai izraisa) ar membrānas hlora caurlaidības izmaiņām. Aktivizējot sprieguma un ligandu hlorīda kanālus, jons caur kanālu pasīvā transporta ceļā nonāk citozolā.
Turklāt hlora iekļūšanu citozolā veido Na+/K+/2CH-kotransportētājs un CG-HCO3 apmainītājs.
Hlora iekļūšana šūnā palielina membrānas polaritāti līdz pat hiperpolarizācijai.
Jonu transporta iezīmēm ir būtiska nozīme bioelektrisko parādību veidošanā orgānos un audos, kas kodē informāciju, nosaka šo struktūru funkcionālo stāvokli, to pāreju no viena funkcionālā stāvokļa uz otru.
Uzbudināmās membrānas modelis saskaņā ar Hodžkina-Hukslija teoriju paredz regulētu jonu transportēšanu pa membrānu. Tomēr jonu tiešā pāreja caur lipīdu divslāni ir ļoti sarežģīta, un līdz ar to arī jonu plūsma būtu maza.
Šis un vairāki citi apsvērumi ļāva uzskatīt, ka membrānai ir jābūt dažām īpašām struktūrām - vadošiem joniem. Šādas struktūras tika atrastas un nosauktas par jonu kanāliem. Līdzīgi kanāli ir izolēti no dažādiem objektiem: šūnu plazmas membrānas, muskuļu šūnu postsinaptiskās membrānas un citiem objektiem. Ir zināmi arī jonu kanāli, ko veido antibiotikas.
Galvenās jonu kanālu īpašības:
1) selektivitāte;
2) atsevišķu kanālu darbības neatkarība;
3) vadītspējas diskrētais raksturs;
4) kanāla parametru atkarība no membrānas potenciāla.
Apskatīsim tos secībā.
1. Selektivitāte ir jonu kanālu spēja selektīvi nodot jebkura veida jonus.
Jau pirmajos eksperimentos ar kalmāru aksonu tika konstatēts, ka Na+ un Km joniem ir atšķirīga ietekme uz membrānas potenciālu. K+ joni maina miera potenciālu, bet Na+ joni – darbības potenciālu. Hodžkina-Hukslija modelī tas ir aprakstīts, ieviešot neatkarīgus kālija un nātrija jonu kanālus. Tika pieņemts, ka pirmais izlaiž cauri tikai K+ jonus, bet otrais tikai Na+ jonus.
Mērījumi ir parādījuši, ka jonu kanāliem ir absolūta selektivitāte attiecībā pret katjoniem (katjonu selektīvie kanāli) vai anjoniem (anjonu selektīvie kanāli). Tajā pašā laikā dažādi dažādu ķīmisko elementu katjoni spēj iziet cauri katjonu selektīvajiem kanāliem, bet membrānas vadītspēja mazajam jonam un līdz ar to arī strāva caur to būs ievērojami zemāka, piemēram, Na + -kanāls, kālija strāva caur to būs 20 reizes mazāka. Jonu kanāla spēju izlaist dažādus jonus sauc par relatīvo selektivitāti, un to raksturo selektivitātes rinda - kanālu vadītspējas attiecība dažādiem joniem, kas ņemti vienā un tajā pašā koncentrācijā. Šajā gadījumā galvenajam jonam selektivitāte tiek pieņemta kā 1. Piemēram, Na + kanālam šai sērijai ir šāda forma:
Na + : K + = 1: 0,05.
2. Atsevišķu kanālu neatkarība. Strāvas pāreja caur atsevišķu jonu kanālu nav atkarīga no tā, vai strāva plūst pa citiem kanāliem. Piemēram, K + kanālus var ieslēgt vai izslēgt, bet strāva caur Na + kanāliem nemainās. Kanālu ietekme viens uz otru notiek netieši: jebkuru kanālu (piemēram, nātrija) caurlaidības izmaiņas maina membrānas potenciālu, un tas jau ietekmē citu jonu kanālu vadītspēju.
3. Jonu kanālu vadītspējas diskrētais raksturs. Jonu kanāli ir proteīnu apakšvienību komplekss, kas aptver membrānu. Tās centrā ir caurule, caur kuru var iziet joni. Jonu kanālu skaits uz 1 μm 2 membrānas virsmas tika noteikts, izmantojot radioaktīvi iezīmētu nātrija kanālu blokatoru - tetrodotoksīnu. Ir zināms, ka viena TTX molekula saistās tikai ar vienu kanālu. Tad radioaktivitātes mērījums paraugam ar zināmu laukumu ļāva parādīt, ka uz 1 μm 2 kalmāra aksona ir aptuveni 500 nātrija kanālu.
Tās transmembrānas strāvas, kuras mēra tradicionālajos eksperimentos, piemēram, uz kalmāru aksona, kura garums ir 1 cm un diametrs ir 1 mm, tas ir, ar laukumu 3 * 10 7 μm 2, rodas kopējās reakcijas (izmaiņas) rezultātā. vadītspējā) 500 3 10 7 -10 10 jonu kanālu. Šādai reakcijai raksturīga pakāpeniska vadītspējas maiņa laika gaitā. Viena jonu kanāla reakcija laika gaitā mainās principiāli atšķirīgi: diskrēti gan Na+ kanāliem, gan K+-, gan Ca 2+ kanāliem.
Pirmo reizi tas tika atklāts 1962. gadā lipīdu divslāņu membrānu (BLM) vadītspējas pētījumos, kad šķīdumam, kas ieskauj membrānu, tika pievienoti kādas vielas mikrodaudzumi, kas izraisīja ierosmi. BLM tika pielikts pastāvīgs spriegums un tika reģistrēta strāva I (t). Strāvas reģistrēšana laikā izpaudās kā lēcieni starp diviem vadošiem stāvokļiem.
Viens no efektīvas metodes Eksperimentāls jonu kanālu pētījums bija 1980. gados izstrādātā membrānas potenciāla lokālās fiksācijas metode ("Patch Clamp") (10. att.).
Rīsi. 10. Membrānas potenciāla lokālās fiksācijas metode. ME - mikroelektrods, IR - jonu kanāls, M - šūnu membrāna, SFP - potenciāla skavas ķēde, I - viena kanāla strāva
Metodes būtība slēpjas tajā, ka ME mikroelektrods (10. att.) ar tievu galu, kura diametrs ir 0,5–1 μm, tiek piesūkts pie membrānas tā, ka tās iekšējā diametrā iekļūst jonu kanāls. Pēc tam, izmantojot potenciāla nostiprināšanas ķēdi, ir iespējams izmērīt strāvas, kas iet tikai caur vienu membrānas kanālu, nevis caur visiem kanāliem vienlaikus, kā tas notiek, izmantojot standarta metode fiksācijas potenciāls.
Dažādos jonu kanālos veikto eksperimentu rezultāti parādīja, ka jonu kanāla vadītspēja ir diskrēta un tā var būt divos stāvokļos: atvērtā vai slēgtā. Pārejas starp stāvokļiem notiek nejaušā laikā un pakļaujas statistikas modeļiem. Nevar teikt, ka šis jonu kanāls atvērsies tieši šajā laika brīdī. Var tikai izteikt apgalvojumu par kanāla atvēršanas iespējamību noteiktā laika intervālā.
4. Kanāla parametru atkarība no membrānas potenciāla. Nervu šķiedru jonu kanāli ir jutīgi pret membrānas potenciālu, piemēram, kalmāru aksona nātrija un kālija kanāli. Tas izpaužas faktā, ka pēc membrānas depolarizācijas sākuma attiecīgās strāvas sāk mainīties ar vienu vai otru kinētiku. Šis process notiek šādi: Jonu selektīvajam kanālam ir sensors - kāds tā konstrukcijas elements, jutīgs pret elektriskā lauka darbību (11. att.). Mainoties membrānas potenciālam, mainās uz to iedarbojošā spēka lielums, kā rezultātā šī jonu kanāla daļa pārvietojas un maina vārtu atvēršanas vai aizvēršanas varbūtību - sava veida slāpētāju, kas darbojas saskaņā ar visu vai- nekas likums. Eksperimentāli ir pierādīts, ka membrānas depolarizācijas ietekmē palielinās nātrija kanāla pārejas iespējamība vadošā stāvoklī. Sprieguma lēciens uz membrānas, kas izveidots mērījumu laikā ar potenciāla nostiprināšanas metodi, noved pie tā, ka tiek atvērts liels skaits kanālu. Caur tiem iet vairāk lādiņu, kas nozīmē vidēji lielāku strāvas plūsmu. Ir svarīgi, lai kanāla vadītspējas pieauguma procesu noteiktu kanāla pārejas uz atvērtu stāvokli varbūtības palielināšanās, nevis diametra palielināšanās. atvērt kanālu. Šī ir mūsdienu ideja par strāvas pārejas mehānismu caur vienu kanālu.
Gludas strāvu kinētiskās līknes, kas reģistrētas elektrisko mērījumu laikā uz lielām membrānām, tiek iegūtas, summējot daudzas lēciena strāvas, kas plūst pa atsevišķiem kanāliem. To summēšana, kā parādīts iepriekš, strauji samazina svārstības un nodrošina diezgan vienmērīgu transmembrānas strāvas laika atkarību.
Jonu kanāli var būt jutīgi pret citiem fiziska ietekme: mehāniskā deformācija, ķīmiskā savienošana utt. Šajā gadījumā tie ir attiecīgi mehānoreceptoru, ķīmijreceptoru utt. strukturālais pamats.
Jonu kanālu izpēte membrānās ir viens no svarīgākajiem mūsdienu biofizikas uzdevumiem.
Jonu kanāla uzbūve.
Jonu selektīvais kanāls sastāv no šādām daļām (11. att.): divslānī iegremdēta proteīna daļa, kurai ir apakšvienības struktūra; selektīvs filtrs, ko veido negatīvi lādēti skābekļa atomi, kas stingri atrodas noteiktā attālumā viens no otra un izlaiž tikai noteikta diametra jonus; vārtu daļa.
Jonu kanāla vārti tiek kontrolēti ar membrānas potenciālu, un tie var būt slēgtā stāvoklī (pārtraukta līnija) vai atvērtā stāvoklī (nepārtraukta līnija). Nātrija kanāla vārtu parastais stāvoklis ir aizvērts. Elektriskā lauka iedarbībā palielinās atvērtā stāvokļa iespējamība, atveras vārti un hidratēto jonu plūsma iegūst iespēju iziet cauri selektīvajam filtram.
Ja jons iekļaujas diametrā, tas izmet hidratācijas apvalku un pārlec uz otru jonu kanāla pusi. Ja jonam ir pārāk liels diametrs, piemēram, tetraetilamonija, tas nespēj iziet cauri filtram un nevar šķērsot membrānu. Ja, gluži pretēji, jons ir pārāk mazs, tad tam ir grūtības ar selektīvo filtru, kas šoreiz ir saistīts ar grūtībām izmest jona hidratācijas apvalku.
Jonu kanālu blokatori vai nu nevar iziet cauri tam, iestrēgstot filtrā, vai arī, ja tie ir lielas molekulas, piemēram, TTX, tie steriski atbilst jebkurai ieejai kanālā. Tā kā blokatoriem ir pozitīvs lādiņš, to uzlādētā daļa kā parasts katjons tiek ievilkta selektīvā filtra kanālā, un makromolekula to aizsprosto.
Tādējādi uzbudināmo biomembrānu elektrisko īpašību izmaiņas tiek veiktas, izmantojot jonu kanālus. Tās ir olbaltumvielu makromolekulas, kas iekļūst lipīdu divslānī, kas var būt vairākos atsevišķos stāvokļos. K + , Na + un Ca 2+ joniem selektīvo kanālu īpašības var dažādi būt atkarīgas no membrānas potenciāla, kas nosaka darbības potenciāla dinamiku membrānā, kā arī šādu potenciālu atšķirības dažādu šūnu membrānās.
Rīsi. 11. Membrānas nātrija jonu kanāla struktūras shēma kontekstā
Atsauksmes.
| 1 pilnīgi nepiekrītu | 2 nepiekrītu | 3 nezinu | 4 piekrītu | 5 pilnīgi piekrītu | ||
| Šī aktivitāte attīstīja manas problēmu risināšanas prasmes. | ||||||
| Viss, kas man bija vajadzīgs, bija laba atmiņa, lai pabeigtu šo nodarbību. | ||||||
| Šī aktivitāte ir attīstījusi manu spēju strādāt komandā. | ||||||
| Šī nodarbība uzlaboja manas analītiskās prasmes. | ||||||
| Šī sesija uzlaboja manas rakstīšanas prasmes. | ||||||
| Nodarbībai bija nepieciešama dziļa materiāla izpratne. |
