Llojet e kanaleve jonike. kanalet jonike. Kanalet e mundshme të pavarura të natriumit
Përditësimi i fundit: 28/10/2013
Artikulli i dytë në serinë Bazat e Fiziologjisë së Njeriut dhe Kafshëve. Ne do të flasim për mekanizmin e veprimit të formimit të potencialit - baza e çdo lëvizjeje.
Qelizat ngacmuese (të cilat janë, në një shkallë ose në një tjetër, të gjitha qelizat e trupit të kafshës) në qetësi kanë një tepricë të ngarkesës negative, e cila formohet. Nëse qeliza është e ekspozuar ndaj stimulimit të jashtëm, ajo kalon në një gjendje të ngacmuar dhe gjeneron një potencial tjetër - potencialin e veprimit.
Ky proces zbatohet nga një sistem i kanaleve jonike në membranën qelizore, i cili rregullon përqendrimin e grimcave të ngarkuara elektrike - joneve. Të gjitha kanalet, pavarësisht nga specializimi, kontrollohen nga forca të caktuara. Ky mund të jetë një ndryshim në potencialin në membranën qelizore - në rastin e kanaleve të varura nga tensioni, një rritje në përqendrimin e disa substancave aktive - për ato të varura nga ligandi, ose shtrirje e membranës - për kanalet e kontrolluara mekanikisht.
Kanalet janë proteina specifike të ngulitura në membranë. Çdo lloj kanali lejon kalimin e joneve të caktuara. Ky është një sistem transporti pasiv: jonet kalojnë përmes tyre për shkak të difuzionit, dhe kanalet thjesht kontrollojnë përqendrimin e grimcave kaluese, rregullojnë përshkueshmërinë e membranës për to.
Në formimin e potencialit të veprimit, si dhe të potencialit të pushimit, marrin pjesë kryesisht jonet e natriumit dhe kaliumit.
Kanalet e natriumit kanë një strukturë mjaft të thjeshtë: është një proteinë e tre nënnjësive të ndryshme që formojnë një strukturë të ngjashme me poret - domethënë një tub me një lumen të brendshëm. Kanali mund të jetë në tre gjendje: i mbyllur, i hapur dhe i çaktivizuar (i mbyllur dhe jo ngacmues). Kjo sigurohet nga lokalizimi i ngarkesave negative dhe pozitive në vetë proteinën; këto ngarkesa tërhiqen nga ato të kundërta që ekzistojnë në membranë, dhe kështu kanali hapet dhe mbyllet kur gjendja e membranës ndryshon. Kur është i hapur, jonet e natriumit mund të kalojnë lirshëm përmes tij në qelizë përgjatë gradientit të përqendrimit. Ky është një moment shumë i shkurtër kohe - fjalë për fjalë fraksione të një milisekondi.
Kanalet e kaliumit janë edhe më të thjeshta: ato janë nënnjësi të veçanta që kanë një formë trapezoidale në kontekst; ato janë të vendosura pothuajse afër njëri-tjetrit, por gjithmonë ka një hendek midis tyre. Kanalet e kaliumit nuk mbyllen plotësisht; në pushim, kaliumi largohet lirshëm nga citoplazma (përgjatë gradientit të përqendrimit).
Të dy kanalet e natriumit dhe të kaliumit varen nga voltazhi - ato funksionojnë në varësi të ndryshimeve potencial elektrik membranat.
Gjatë formimit të potencialit të veprimit, ndodh një rimbushje e mprehtë afatshkurtër e membranës. Kjo sigurohet nga disa procese të njëpasnjëshme.
Së pari, nën ndikimin e një stimuli të jashtëm (për shembull, një rrymë elektrike), membrana depolarizohet - domethënë, ngarkesat nga anët e saj të ndryshme ndryshojnë në ato të kundërta (brenda qelizës, ngarkesa kthehet në pozitive, jashtë - në negative ). Ky është një sinjal për hapjen e kanaleve të natriumit, nga të cilat ka një numër të madh në sipërfaqen e një membrane - mund të ketë deri në 12 mijë. Momenti në të cilin kanalet fillojnë të hapen quhet niveli kritik i depolarizimit. Rryma që prodhon këtë depolarizim kritik quhet rryma e pragut.
Është interesante se rritja e rrymës pasi të jetë arritur pragu nuk ndryshon karakteristikat e potencialit të veprimit që rezulton. Ajo që ka rëndësi për hapjen e kanaleve nuk është amplituda e rrymës, por sasia e energjisë së marrë nga membrana - "sasia e energjisë elektrike". Ky model quhet "të gjitha ose asgjë" - ose ka një përgjigje të plotë ndaj acarimit me vlerën e tij nga pragu dhe më lart, ose nuk ka fare përgjigje nëse acarimi nuk e ka arritur vlerën e pragut. Në këtë rast, vlera e vlerës së pragut përcaktohet nga kohëzgjatja e stimulimit të ofruar.
Megjithatë, ky ligj është i vlefshëm vetëm brenda një qelie të vetme. Nëse marrim, për shembull, një nerv të përbërë nga një numër i madh aksonësh të ndryshëm, amplituda gjithashtu do të ketë rëndësi, sepse ne do të shohim një përgjigje ndaj acarimit vetëm kur kanalet aktivizohen në të gjitha qelizat - domethënë me një vlerë totale më të madhe. të rrymës së pragut.
Pas hapjes së kanaleve, natriumi fillon të hyjë në qelizë dhe rryma e tij tejkalon ndjeshëm rrymën e kaliumit duke lënë gradientin. Kjo do të thotë që përshkueshmëria e membranës për natriumin bëhet më e madhe se për kaliumin. Në një moment, pothuajse të gjitha kanalet e natriumit hapen. Kjo ndodh si një ortek: nga pika ku erdhi stimuli, në të dy drejtimet. Kështu, përqendrimi i natriumit në qelizë rritet ndjeshëm.
Pas kësaj, përqendrimet e joneve duhet të kthehen në ato origjinale. Kjo siguron një veti të tillë të përbashkët të kanaleve si refraktariteti: një kanal që ka funksionuar është joaktiv për ca kohë pas kësaj dhe nuk mund të ngacmohet nën veprimin e një stimuli irritues.
Kanalet e natriumit në momentin e përgjigjes maksimale ndaj acarimit bëhen refraktare, përshkueshmëria e natriumit bie ndjeshëm. Kanalet e kaliumit, përkundrazi, fillojnë të punojnë në mënyrë aktive, dhe rryma e kaliumit nga qeliza rritet. Kështu, një tepricë e joneve të ngarkuar pozitivisht largohet nga qeliza dhe potenciali origjinal i pushimit rikthehet. Kjo periudhë kohore, derisa kanalet e natriumit dhe potenciali fillestar të rikthehen (kjo mund të zgjasë rreth një milisekondë), qeliza nuk është në gjendje të ngacmojë.
Meqenëse aftësia e qelizave për të eksituar siguron funksionimin e trupit në tërësi dhe mundësinë e kontrollit qendror të të gjitha qelizave të trupit, helmet që bllokojnë kanalet janë ndër më të rrezikshmet për njerëzit dhe shumë kafshë.
Një nga bllokuesit më të frikshëm të kanaleve është tetrodotoksina, një substancë e prodhuar nga peshku i fryrë. Për të, vlera e LD50 (50% Niveli i Vdekjes - doza nga e cila do të vdesin 50 njerëz nga njëqind) është 10 miligramë për kilogram peshë, domethënë rreth një mijë herë më pak se për cianidin. Molekulat e saj lidhen fort me proteinën e kanalit të natriumit kur ajo është e mbyllur dhe bllokojnë plotësisht mundësinë e një potenciali veprimi. Disa alga prodhojnë toksina të ngjashme. Helmi i akrepit, përkundrazi, i mban të gjitha kanalet në një gjendje të hapur përgjithmonë.
Epo, në rregull, një akrep, por pse një armë kaq e tmerrshme për algat është një mister.
Keni diçka për të thënë? Lini një koment!.
Vetitë e kanaleve jonike
Selektiviteti është rritja e përshkueshmërisë selektive e IR për jone të caktuara. Për jonet e tjera, përshkueshmëria zvogëlohet. Një selektivitet i tillë përcaktohet nga filtri selektiv - pika më e ngushtë e poreve të kanalit. Filtri, përveç dimensioneve të ngushta, mund të ketë edhe ngarkesë elektrike lokale. Për shembull, kanalet selektive të kationit zakonisht kanë mbetje aminoacide të ngarkuara negativisht në molekulën e proteinës në rajonin e filtrit të tyre selektiv, të cilat tërheqin katione pozitive dhe sprapsin anionet negative, duke i penguar ato të kalojnë nëpër pore.
Përshkueshmëria e kontrolluar është aftësia e IC për të hapur ose mbyllur nën veprime të caktuara kontrolli në kanal. Një kanal i mbyllur ka një përshkueshmëri të reduktuar, dhe një kanal i hapur ka një të rritur. Sipas kësaj vetie, IC-të mund të klasifikohen në varësi të metodave të zbulimit të tyre: për shembull, të aktivizuara nga potenciali, të aktivizuara nga ligand, etj.
Inaktivizimi është aftësia e IC-ve për të ulur automatikisht përshkueshmërinë e tyre disa kohë pas hapjes së tyre, edhe nëse faktori aktivizues që i hapi ato vazhdon të funksionojë. Inaktivizimi i shpejtë është një proces i veçantë me mekanizmin e tij specifik, i ndryshëm nga mbyllja e ngadaltë e kanalit (inaktivizimi i ngadalshëm). Mbyllja (inaktivizimi i ngadaltë) i kanalit ndodh për shkak të proceseve që janë të kundërta me proceset që siguruan hapjen e tij, d.m.th. duke ndryshuar konformacionin e proteinës së kanalit. Por, për shembull, në kanalet e aktivizuara me tension, inaktivizimi i shpejtë ndodh me ndihmën e një prize të veçantë molekulare, që i ngjan një prize në një zinxhir, e cila zakonisht përdoret në banja. Ky prizë është një lak aminoacid (polipeptid) me një trashje në fund në formën e tre aminoacideve, i cili mbyll grykën e brendshme të kanalit nga ana e citoplazmës. Kjo është arsyeja pse IC-të e varur nga tensioni për natriumin, të cilat sigurojnë zhvillimin e një potenciali veprimi dhe lëvizjen e një impulsi nervor, mund të lejojnë jonet e natriumit në qelizë vetëm për disa milisekonda, dhe më pas ato mbyllen automatikisht nga prizat e tyre molekulare. pavarësisht se vazhdon të veprojë depolarizimi që i hap. Një mekanizëm tjetër i inaktivizimit të CI mund të jetë modifikimi i grykës ndërqelizore të kanalit me nënnjësi shtesë.
Bllokimi është aftësia e IR nën veprimin e substancave bllokuese për të rregulluar një nga gjendjet e saj dhe për të mos iu përgjigjur veprimeve të zakonshme të kontrollit. Në këtë gjendje, kanali thjesht nuk i përgjigjet veprimeve të kontrollit. Bllokimi shkaktohet nga substanca bllokuese, të cilat mund të quhen antagonistë, bllokues ose litikë. Antagonistët janë substanca që parandalojnë veprimin aktivizues të substancave të tjera në IC. Substancat e tilla janë në gjendje të lidhen mirë me vendin e receptorit IR, por nuk janë në gjendje të ndryshojnë gjendjen e kanalit dhe të shkaktojnë përgjigjen e tij. Rezulton bllokada e receptorit dhe, së bashku me të, bllokada e IR. Duhet mbajtur mend se antagonistët nuk shkaktojnë domosdoshmërisht bllokadë të plotë të receptorit dhe IR të tij, ata mund të veprojnë më dobët dhe vetëm të frenojnë (shtypin) kanalin, por jo ta ndalojnë plotësisht atë. Agonist-antagonistët janë substanca që kanë një efekt të dobët stimulues. në receptor, por duke bllokuar veprimin e substancave endogjene natyrore të kontrollit. Bllokuesit janë substanca që parandalojnë funksionimin e një kanali jonik, për shembull, ndërveprimin e një ndërmjetësi me një receptor molekular për të dhe, për rrjedhojë, prishin kontrollin e kanalit, duke e bllokuar atë. Për shembull, veprimi i acetilkolinës bllokohet nga antikolinergjikët; norepinefrinë me adrenalinë - bllokues; histamine - bllokues histamine etj. Shumë bllokues përdoren për qëllime terapeutike si barna. Litikët janë të njëjtët bllokues, termi është më i vjetër dhe përdoret si sinonim i bllokuesit: antikolinergjik, adrenolitik, etj.
Plasticiteti është aftësia e një IC për të ndryshuar vetitë, karakteristikat e tij. Mekanizmi më i zakonshëm që siguron plasticitet është fosforilimi i aminoacideve të proteinave të kanalit nga ana e brendshme e membranës nga enzimat e proteinave kinazës. Mbetjet e fosforit nga ATP ose GTP janë ngjitur në proteinat e kanalit - dhe kanali ndryshon vetitë e tij. Për shembull, është fiksuar në një gjendje të mbyllur përgjithmonë, ose, anasjelltas, në një gjendje të hapur.
12. Kanalet jonike…
Kanali jonik përbëhet nga disa nënnjësi, numri i tyre në një kanal të vetëm jonik varion nga 3 në 12 nënnjësi. Sipas organizimit të tyre, nënnjësitë e përfshira në kanal mund të jenë homologe (të të njëjtit lloj), një numër kanalesh formohen nga nën-njësi të llojeve të ndryshme.
Secila prej nënnjësive përbëhet nga disa (tre ose më shumë) segmente transmembranore (pjesë jo polare të përdredhura në α-spira), nga sythe jashtë dhe brendaqelizore dhe seksione fundore të domeneve (të përfaqësuara nga rajone polare të molekulave që formojnë një domen dhe dalin. përtej shtresës bilipidike të membranës) .
Secili nga segmentet transmembranore, unazat jashtë dhe ndërqelizore dhe seksionet terminale të domeneve kryen funksionin e vet.
Kështu, segmenti transmembranor 2, i organizuar në formën e një spirale α, përcakton selektivitetin e kanalit.
Rajonet terminale të domenit veprojnë si sensorë për ligandët jashtë dhe ndërqelizor, dhe një nga segmentet transmembranore luan rolin e një sensori të varur nga tensioni.
Segmentet e treta transmembranore në nënnjësi janë përgjegjëse për funksionimin e sistemit të kanalit portal, etj.
Kanalet jonike funksionojnë me mekanizmin e difuzionit të lehtësuar. Kur kanalet aktivizohen, lëvizja e joneve përgjatë tyre ndjek një gradient përqendrimi. Shpejtësia e lëvizjes nëpër membranë është 10 jone në sekondë.
Specifikimi i kanaleve jonike.
Shumica e tyre janë selektive, d.m.th. kanale që lejojnë të kalojë vetëm një lloj joni (kanalet e natriumit, kanalet e kaliumit, kanalet e kalciumit, kanalet e anionit).
selektiviteti i kanalit.
Selektiviteti i kanalit përcaktohet nga prania e një filtri selektiv.
Roli i tij luhet nga seksioni fillestar i kanalit, i cili ka një ngarkesë, konfigurim dhe madhësi (diametër) të caktuar, i cili lejon që vetëm një lloj i caktuar jonesh të kalojnë në kanal.
Disa nga kanalet jonike janë jo selektive, të tilla si kanalet "rrjedhje". Këto janë kanale membranore përmes të cilave, në qetësi, përgjatë gradientit të përqendrimit, jonet K + largohen nga qeliza, megjithatë, përmes këtyre kanaleve, një sasi e vogël e joneve Na + gjithashtu hyn në qelizë në qetësi përgjatë gradientit të përqendrimit.
Sensori i kanalit jonik.
Sensori i kanalit jonik është një pjesë e ndjeshme e kanalit që percepton sinjalet, natyra e të cilave mund të jetë e ndryshme.
Mbi këtë bazë, ekzistojnë:
kanale jonike të mbyllura me tension;
kanale jonike të mbyllura nga receptorët;
i kontrolluar nga ligandi (i varur nga ligandi);
i kontrolluar mekanikisht (i varur mekanikisht).
Kanalet që kanë një sensor quhen të kontrolluara. Disa kanale nuk kanë sensor. Kanale të tilla quhen të pamenaxhuara.
Sistemi i portës së kanalit jonik.
Kanali ka një portë që mbyllet në pushim dhe hapet kur aplikohet një sinjal. Në disa kanale dallohen dy lloje portash: aktivizimi (m-porta) dhe inaktivizimi (h-porta).
Ekzistojnë tre gjendje të kanaleve jonike:
një gjendje pushimi, kur porta është e mbyllur dhe kanali është i paarritshëm për jonet;
gjendja e aktivizimit, kur sistemi i portës është i hapur dhe jonet lëvizin nëpër membranë përgjatë kanalit;
gjendja e inaktivizimit, kur kanali është i mbyllur dhe nuk i përgjigjet stimujve.
Shpejtësia e përçueshmërisë (përçueshmëria).
Ka kanale të shpejta dhe të ngadalta. Kanalet e rrjedhjes janë të ngadalta, kanalet e natriumit në neurone janë të shpejta.
Në membranën e çdo qelize ekziston një grup i madh kanalesh jonike të ndryshme (përsa i përket shpejtësisë), aktivizimi i të cilave përcakton gjendjen funksionale të qelizave.
kanale të kontrolluara me tension.
Kanali i kontrolluar potencialisht përbëhet nga:
filtër selektiv;
portat e aktivizimit dhe inaktivizimit;
sensori i tensionit.
poret e mbushura me ujë;
Diametri i kanalit është shumë më i madh se diametri i joneve; në zonën e filtrit selektiv, ai ngushtohet në madhësi atomike, gjë që siguron që ky seksion i kanalit të kryejë funksionin e një filtri selektiv.
Hapja dhe mbyllja e mekanizmit të portës ndodh kur potenciali i membranës ndryshon, dhe porta hapet në një vlerë të potencialit të membranës dhe mbyllet në një nivel të ndryshëm të potencialit të membranës.
Besohet se ndryshimi në fushën elektrike të membranës perceptohet nga një seksion i veçantë i murit të kanalit, i cili quhet sensori i tensionit.
Një ndryshim në gjendjen e tij, për shkak të një ndryshimi në nivelin e potencialit të membranës, shkakton konformimin e molekulave të proteinave që formojnë kanalin dhe, si rezultat, çon në hapjen ose mbylljen e portës së kanalit jonik.
Kanalet (natriumi, kalciumi, kaliumi) kanë katër domene homologe - nënnjësi (I, II, III, IV). Domeni (për shembull, kanalet e natriumit) përbëhet nga gjashtë segmente transmembranore të organizuara në formën e a-helikave, secila prej të cilave luan rolin e vet.
Kështu, segmenti transmembranor 5 luan rolin e një pore, segmenti transmembranor 4 është një sensor që i përgjigjet ndryshimeve në potencialin e membranës, dhe segmente të tjera transmembranore janë përgjegjëse për aktivizimin dhe inaktivizimin e sistemit të kanalit portal. Deri në fund, roli i segmenteve dhe nënnjësive transmembranore individuale nuk është studiuar.
Kanalet e natriumit (diametri i brendshëm 0,55 nm) janë të pranishëm në qelizat e indeve ngacmuese. Dendësia për 1 µm 2 në inde të ndryshme nuk është e njëjtë.
Pra, në fibrat nervore jo të mielinuara, është 50-200 kanale, dhe në fibrat nervore të mielinuara (përgjimet Ranvier) - 13,000 për 1 mikron 2 zonë membranore. Në pushim, ato janë të mbyllura. Potenciali i membranës është 70-80 mV.
Ekspozimi ndaj një stimuli ndryshon potencialin e membranës dhe aktivizon një kanal natriumi të mbyllur me tension.
Aktivizohet kur potenciali i membranës zhvendoset nga niveli i mundshëm i pushimit drejt nivelit kritik të depolarizimit.
Një rrymë e fortë natriumi siguron një zhvendosje në potencialin e membranës në një nivel kritik të depolarizimit (CDL).
Ndryshimi i potencialit të membranës deri në -50-40 mV, d.m.th. në nivelin e një niveli kritik të depolarizimit, shkakton hapjen e kanaleve të tjera Na + të varura nga tensioni, përmes të cilave kryhet rryma hyrëse e natriumit, e cila formon "kulmin" e potencialit të veprimit.
Jonet e natriumit lëvizin në qelizë përgjatë gradientit të përqendrimit dhe gradientit kimik përmes kanalit, duke formuar të ashtuquajturën rrymë natriumi hyrëse, e cila çon në zhvillimin e mëtejshëm të shpejtë të procesit të depolarizimit.
Ndryshimet e potencialit të membranës tregojnë të kundërtën +10-20 mV. Një potencial pozitiv i membranës bën që kanalet e natriumit të mbyllen dhe të çaktivizohen.
Kanalet Na + të varura nga potenciali luajnë një rol udhëheqës në formimin e potencialit të veprimit, d.m.th. procesi i ngacmimit në qelizë.
Jonet e kalciumit pengojnë hapjen e kanaleve të natriumit të mbyllura me tension duke ndryshuar parametrat e përgjigjes.
TE + -kanalet
Kanalet e kaliumit (diametri i brendshëm 0,30 nm) janë të pranishëm në membranat citoplazmike, u gjet një numër i konsiderueshëm kanalesh për "rrjedhjen" e kaliumit nga qeliza.
Në pushim, ato janë të hapura. Nëpërmjet tyre, në qetësi, kaliumi "rrjedh" nga qeliza përgjatë gradientit të përqendrimit dhe gradientit elektrokimik.
Ky proces quhet rryma dalëse e kaliumit, e cila çon në formimin e një potenciali qetësues të membranës (-70-80 mV). Këto kanale kaliumi mund të klasifikohen vetëm me kusht si të varura nga voltazhi.
Kur potenciali i membranës ndryshon gjatë depolarizimit, rryma e kaliumit çaktivizohet.
Gjatë repolarizimit, një rrymë hyrëse K + formohet përmes kanaleve të varura nga tensioni, e cila quhet rrymë K + e korrigjimit të vonuar.
Një lloj tjetër i kanaleve K + të mbyllura me tension. Një rrymë e shpejtë kaliumi jashtë lind përgjatë tyre në rajonin e nënpragut të potencialit të membranës (potenciali i gjurmës pozitive). Inaktivizimi i kanalit ndodh për shkak të hiperpolarizimit të gjurmëve.
Një lloj tjetër i kanaleve të kaliumit të mbyllura me tension aktivizohet vetëm pas hiperpolarizimit paraprak, ai formon një rrymë kaliumi të shpejtë kalimtare, e cila çaktivizohet shpejt.
Jonet e kalciumit lehtësojnë hapjen e kanaleve të kaliumit të mbyllura me tension duke ndryshuar parametrat e përgjigjes.
Sa + -kanalet.
Kanalet e mbyllura me potencial japin një kontribut të rëndësishëm si në rregullimin e hyrjes së kalciumit në citoplazmë ashtu edhe në elektrogjenezë.
Proteinat që formojnë kanale kalciumi përbëhen nga pesë nënnjësi (al, a2, b, g, d).
Nën-njësia kryesore al formon vetë kanalin dhe përmban vende lidhëse për modulatorët e ndryshëm të kanalit të kalciumit.
Disa al-nën-njësi të kanaleve të kalciumit të dallueshme strukturore janë gjetur në qelizat nervore të gjitarëve (të emërtuara A, B, C, D dhe E).
Funksionalisht, lloje të ndryshme të kanaleve të kalciumit ndryshojnë nga njëri-tjetri në aktivizim, kinetikë, përcjellshmëri të vetme kanalesh dhe farmakologji.
Deri në gjashtë lloje të kanaleve të kalciumit të mbyllura me tension janë përshkruar në qeliza (kanalet T-, L-, N-, P-, Q-, R-).
Aktiviteti i kanaleve të membranës plazmatike të mbyllura me tension rregullohet nga lajmëtarë të ndryshëm të dytë ndërqelizor dhe proteina G të lidhura me membranën.
Kanalet e mbyllura nga tensioni i kalciumit gjenden në një numër të madh në membranat citoplazmike të neuroneve, miocitet e muskujve të lëmuar, të strijuar dhe kardiak, si dhe në membranat e rrjetës endoplazmatike.
Kanalet Ca 2+ të SPR janë proteina oligomerike të ngulitura në membranën SPR.
Sa 2+ - kontrolluar Sa 2+ - Kanalet SPR.
Këto kanale kalciumi fillimisht u izoluan nga muskujt skeletorë dhe kardiakë.
Doli se kanalet Ca 2+ të SPR në këto inde muskulore kanë dallime molekulare dhe janë të koduara nga gjene të ndryshme.
Kanalet Ca 2+ të SPR në muskujt e zemrës lidhen drejtpërdrejt me kanalet Ca 2+ me prag të lartë të membranës plazmatike (lloj L) përmes proteinave që lidhin kalciumin, duke formuar kështu një strukturë funksionalisht aktive - një "treshe".
Në muskujt skeletorë, depolarizimi i plazmalemës aktivizon drejtpërdrejt çlirimin e Ca 2+ nga rrjeti endoplazmatik për faktin se kanalet Ca 2+ të membranës plazmatike shërbejnë si transmetues të ndjeshëm ndaj tensionit të sinjalit aktivizues direkt në kanalet Ca 2+ të SPR përmes proteinave lidhëse.
Kështu, depot e Ca 2+ të muskujve skeletorë kanë një mekanizëm çlirimi të Ca 2+ të shkaktuar nga depolarizimi (lloj RyRl).
Ndryshe nga muskujt skeletorë, kanalet endoplazmatike të Ca 2+ të kardiomiociteve nuk shoqërohen me membranën plazmatike dhe stimulimi i çlirimit të Ca 2+ nga depo kërkon një rritje të përqendrimit të kalciumit citosolik (lloji RyR2).
Përveç këtyre dy llojeve të kanaleve Ca 2h të aktivizuar me Ca 2+, kohët e fundit është identifikuar një lloj i tretë i kanaleve Ca 2+ SPR (lloji RyR3), i cili ende nuk është studiuar mjaftueshëm.
Të gjitha kanalet e kalciumit karakterizohen nga aktivizimi i ngadaltë dhe inaktivizimi i ngadaltë në krahasim me kanalet e natriumit.
Kur qeliza muskulore është e depolarizuar (daljet e membranave citoplazmike - tubulat T i afrohen membranave të rrjetës endoplazmatike), ndodh një hapje e varur nga tensioni i kanaleve të kalciumit të membranave të retikulit sarkoplazmatik.
Meqenëse, nga njëra anë, përqendrimi i kalciumit në SPR është i lartë (depo kalciumi), dhe përqendrimi i kalciumit në citoplazmë është i ulët, dhe, nga ana tjetër, zona e membranës SPR dhe dendësia e kalciumit kanalet në të janë të mëdha, niveli i kalciumit në citoplazmë rritet 100 herë.
Kjo rritje e përqendrimit të kalciumit fillon procesin e tkurrjes së miofibrileve.
Kanalet e kalciumit në kardiomiocitet ndodhen në membranën citoplazmike dhe janë kanale kalciumi të tipit L.
Ato aktivizohen në një potencial membranor prej +20-40 mV, formojnë një rrymë kalciumi hyrëse. Ata janë në gjendje të aktivizuar për një kohë të gjatë, formojnë një "pllajë" të potencialit të veprimit të kardiomiociteve.
kanalet e anionit.
Numri më i madh i kanaleve për klorin në membranën qelizore. Ka më pak jone klorur në qelizë në krahasim me mjedisin ndërqelizor. Prandaj, kur kanalet hapen, klori hyn në qelizë përgjatë gradientit të përqendrimit dhe gradientit elektrokimik.
Numri i kanaleve për HCO 3 nuk është aq i madh, vëllimi i transportit të këtij anioni përmes kanaleve është shumë më i vogël.
këmbyesit e joneve.
Membrana përmban shkëmbyes jonesh (proteina bartëse) që kryejnë difuzion të lehtësuar të joneve, d.m.th. lëvizja e përshpejtuar e çiftëzuar e joneve përmes biomembranës përgjatë gradientit të përqendrimit, procese të tilla janë të pavarura nga ATP.
Më të njohurit janë shkëmbyesit Na + -H +, K + -H +, Ca 2+ -H +, si dhe shkëmbyesit që sigurojnë shkëmbimin e kationeve për anionetNa + -HCO- 3, 2CI-Ca 2+ dhe shkëmbyesit që sigurojnë shkëmbimin e kationit për kation (Na + -Ca 2+) ose anion për anion (Cl- HCO3).
Kanalet jonike të mbyllura nga receptorët.
Kanalet jonike të mbyllura (ligand-portuar).
Kanalet jonike të lidhura me ligand janë një nëngrup i kanaleve të mbyllura nga receptorët dhe janë gjithmonë të kombinuara me një receptor për një substancë biologjikisht aktive (BAS).
Receptorët e kanaleve të konsideruara i përkasin llojit jonotropik të receptorëve të membranës, kur ndërveprojnë me substanca biologjikisht aktive (ligandë), ndodhin reaksione të shpejta.
Një kanal jonik i mbyllur nga ligand përbëhet nga:
poret e mbushura me ujë;
filtër selektiv;
porta e aktivizimit;
vendi i lidhjes së ligandit (receptori). BAS aktiv me energji të lartë ka një nivel të lartë
afiniteti (afiniteti) për një lloj të caktuar receptori. Kur aktivizohen kanalet jonike, disa jone lëvizin përgjatë një gradienti përqendrimi dhe një gradienti elektrokimik.
Në një receptor membranor, vendi i lidhjes së ligandit mund të jetë i aksesueshëm për ligand nga sipërfaqja e jashtme e membranës.
Në këtë rast, hormonet dhe parahormonet, jonet veprojnë si një ligand.
Pra, kur aktivizohen receptorët N-kolinergjikë, aktivizohen kanalet e natriumit.
Përshkueshmëria e kalciumit inicohet nga receptorët neuronal të mbyllur nga acetilkolina, të mbyllura me glutamate (NMDA dhe AMPA/kainattypes) dhe receptorët purine.
Receptorët GABA A janë të lidhur me kanalet jonike të klorurit, dhe receptorët e glicinës janë gjithashtu të lidhur me kanalet e klorurit.
Në një receptor membranor, vendi i lidhjes së ligandit mund të jetë i aksesueshëm për ligandët nga sipërfaqja e brendshme e membranës.
Në këtë rast, kinazat e proteinave të aktivizuara nga lajmëtarët e dytë ose vetë lajmëtarët e dytë veprojnë si ligandë.
Pra, kinazat e proteinave A, C, G, me fosforilimin e proteinave të kanalit të kationit, ndryshojnë përshkueshmërinë e tyre.
Kanalet jonike të kontrolluara mekanikisht.
Kanalet jonike të kontrolluara mekanikisht ndryshojnë përçueshmërinë e tyre për jonet ose duke ndryshuar tensionin e shtresës bilipidike ose përmes citoskeletit qelizor. Shumë kanale të kontrolluara mekanikisht janë të lidhura me mekanoreceptorët; ato ekzistojnë në qelizat e dëgjimit, boshtet e muskujve dhe endotelin vaskular.
Të gjitha kanalet e kontrolluara mekanikisht ndahen në dy grupe:
qelizat e aktivizuara me shtrirje (SAC);
qelizat e inaktivuara me shtrirje (SIC).
Kanalet e kontrolluara mekanikisht kanë të gjitha veçoritë kryesore të kanalit:
pore e mbushur me ujë;
mekanizmi i portës;
sensor shtrirjeje.
Kur kanali aktivizohet, jonet lëvizin përgjatë gradientit të përqendrimit përgjatë tij.
ATPaza e natriumit, kaliumit.
Natriumi, kalium ATPaza (pompë natriumi-kalium, pompë natriumi-kalium).
Përbëhet nga katër domene transmembranore: dy nën-njësi α dhe dy nën-njësi β. Nën-njësia α është një domen i madh dhe nën-njësia β është një domen i vogël. Gjatë transportit të joneve, nën-njësi të mëdha fosforilohen dhe jonet lëvizin nëpër to.
Natriumi, ATPaza e kaliumit luan një rol vendimtar në ruajtjen e homeostazës së natriumit dhe kaliumit në mjedisin brenda dhe jashtëqelizor:
mbështet nivel të lartë K + dhe nivele të ulëta të Na + në qelizë;
merr pjesë në formimin e potencialit membranor të pushimit, në gjenerimin e potencialit të veprimit;
siguron transportin e konjuguar Na + të shumicës së substancave organike përmes membranës (transport aktiv sekondar);
ndikon ndjeshëm në homeostazën e H 2 O.
Natriumi, ATPaza e kaliumit, jep kontributin më të rëndësishëm në formimin e asimetrisë jonike në hapësirat jashtë dhe brendaqelizore.
Puna me faza e pompës së natriumit, kaliumit siguron një shkëmbim jo ekuivalent të kaliumit dhe natriumit nëpër membranë.
Sa + -ATPase (pompë).
Ekzistojnë dy familje të pompave Ca 2 + përgjegjëse për eliminimin e joneve Ca 2 + nga citoplazma: pompat Ca 2 + të membranës plazmatike dhe pompat Ca 2 + të rrjetës endoplazmatike.
Edhe pse i përkasin të njëjtës familje proteinash (të ashtuquajturat klasa P e ATPases), këto pompa tregojnë disa ndryshime në strukturë, aktivitet funksional dhe farmakologji.
Gjendet në sasi të mëdha në membranën citoplazmike. Në citoplazmën e qelizës në qetësi, përqendrimi i kalciumit është 10-7 mol/l, ndërsa jashtë qelizës është shumë më tepër -10-3 mol/l.
Një ndryshim kaq domethënës në përqendrime ruhet për shkak të punës së Ca ++ -ATPazës citoplazmike.
Aktiviteti i pompës Ca 2+ të membranës plazmatike kontrollohet drejtpërdrejt nga Ca 2+: një rritje në përqendrimin e kalciumit të lirë në citosol aktivizon pompën Ca 2+.
Në pushim, difuzioni nëpër kanalet e joneve të kalciumit pothuajse nuk ndodh.
Ca-ATPaza transporton Ca nga qeliza në mjedisin jashtëqelizor kundrejt gradientit të përqendrimit të tij. Përgjatë gradientit, Ca + hyn në qelizë për shkak të difuzionit përmes kanaleve jonike.
Membrana e rrjetës endoplazmatike përmban gjithashtu një sasi të madhe Ca ++ -ATPase.
Pompa e kalciumit e rrjetës endoplazmatike (SERCA) siguron largimin e kalciumit nga citozoli në rrjetin endoplazmatik - "depo" e kalciumit për shkak të transportit aktiv primar.
Në depo, kalciumi lidhet me proteinat që lidhin kalciumin (kalsequestrin, kalreticulin, etj.).
Të paktën tre izoforma të ndryshme të pompave SERCA janë përshkruar deri më tani.
Nëntipi SERCA1 është i përqendruar ekskluzivisht në muskujt e shpejtë të skeletit, ndërsa pompat SERCA2 janë të përhapura në inde të tjera. Rëndësia e pompave SERCA3 është më pak e qartë.
Proteinat SERCA2-nacos ndahen në dy izoforma të ndryshme: SERCA2a, karakteristikë e kardiomiociteve dhe muskujve të lëmuar, dhe SERCA2b, karakteristikë e indeve të trurit.
Një rritje e Ca 2+ në citosol aktivizon marrjen e joneve të kalciumit në rrjetin endoplazmatik, ndërsa një rritje e kalciumit të lirë brenda rrjetës endoplazmatike pengon pompat SERCA.
H + K + -ATPaza (pompë).
Me ndihmën e kësaj pompe (si rezultat i hidrolizës së një molekule ATP) në qelizat e brendshme (parietale) të mukozës gastrike, dy jone kaliumi transportohen nga hapësira jashtëqelizore në qelizë dhe dy jone H + nga citozoli. në hapësirën jashtëqelizore gjatë hidrolizës së një molekule. Ky mekanizëm qëndron në themel të formimit të acidit klorhidrik në stomak.
Klasa e pompës jonikeF.
ATPaza mitokondriale. Katalizon hapin e fundit në sintezën e ATP. Kriptet mitokondriale përmbajnë ATP sintazë, e cila bashkon oksidimin në ciklin e Krebsit dhe fosforilimin e ADP në ATP.
Klasa e pompës jonikeV.
H + -ATPaza lizozomale (pompa protonike lizozomale) - pompa protonike që sigurojnë transportin e H + nga citozoli në një numër organelesh lizozomesh, aparatin Golgi, vezikulat sekretore. Si rezultat, vlera e pH zvogëlohet, për shembull, në lizozome në 5.0, gjë që optimizon aktivitetin e këtyre strukturave.
Karakteristikat e transportit të joneve
1. Transmembrane domethënëse dhe asimetrike! gradient për Na+ dhe K+ në qetësi.
Natriumi jashtë qelizës (145 mmol/l) është 10 herë më i madh se në qelizë (14 mmol/l).
Ka rreth 30 herë më shumë kalium në qelizë (140 mmol/l) sesa jashtë qelizës (4 mmol/l).
Kjo veçori e shpërndarjes së joneve të natriumit dhe kaliumit:
homeostatizuar nga puna e Na + /K + -nakoka;
formon në qetësi rrymën dalëse të kaliumit (kanali i rrjedhjes);
gjeneron potencial pushimi;
puna e çdo kanali kaliumi (të varur nga tensioni, i varur nga kalciumi, i varur nga ligandi) synon formimin e rrymës dalëse të kaliumit.
Kjo ose e kthen gjendjen e membranës në nivelin e saj origjinal (aktivizimi i kanaleve të varura nga tensioni në fazën e repolarizimit), ose hiperpolarizon membranën (kanalet e varura nga kalciumi, të varura nga ligandi, përfshirë ato të aktivizuara nga sistemet e ndërmjetësve të dytë).
Duhet pasur parasysh se:
lëvizja e kaliumit nëpër membranë kryhet me transport pasiv;
formimi i ngacmimit (potenciali i veprimit) është gjithmonë për shkak të rrymës hyrëse të natriumit;
aktivizimi i çdo kanali natriumi shkakton gjithmonë një rrymë natriumi brenda;
lëvizja e natriumit nëpër membranë kryhet pothuajse gjithmonë me transport pasiv;
në qelizat epiteliale që formojnë një mur tubash dhe zgavrash të ndryshme në inde (zorrë e hollë, tubula nefron, etj.), në membranën e jashtme ka gjithmonë një numër të madh kanalesh natriumi që sigurojnë një rrymë natriumi hyrëse kur aktivizohen, dhe në membrana bazale - një numër i madh pompash natriumi, kaliumi që pompojnë natriumin jashtë qelizës. Një shpërndarje e tillë asimetrike e këtyre sistemeve të transportit për natriumin siguron transportin e tij ndërqelizor, d.m.th. nga lumeni i zorrëve, tubulat renale në mjedisin e brendshëm të trupit;
Transporti pasiv i natriumit në qelizë përgjatë gradientit elektrokimik çon në akumulimin e energjisë, e cila përdoret për transportin sekondar aktiv të shumë substancave.
2. Niveli i ulët i kalciumit në citosolin e qelizës.
Në qelizën në qetësi, përmbajtja e kalciumit (50 nmol/l) është 5000 herë më e ulët se jashtë qelizës (2,5 mmol/l).
Një nivel kaq i ulët i kalciumit në citosol nuk është i rastësishëm, pasi kalciumi në përqendrime 10-100 herë më të larta se ai fillestar vepron si një ndërmjetës i dytë ndërqelizor në realizimin e sinjalit.
Në kushte të tilla, një rritje e shpejtë e kalciumit në citosol është e mundur për shkak të aktivizimit të kanaleve të kalciumit (difuzion i lehtësuar), të cilat janë të pranishme në sasi të mëdha në membranën citoplazmike dhe në membranën e rrjetës endoplazmatike (retikulumi endoplazmatik - "depo të kalciumit në qelizë).
Formimi i flukseve të kalciumit, i cili ndodh për shkak të hapjes së kanaleve, siguron një rritje të konsiderueshme fiziologjikisht të përqendrimit të kalciumit në citosol.
Niveli i ulët i kalciumit në citosolin e qelizës mbahet nga shkëmbyesit Ca 2+ -ATP, Na + /Ca 2+, proteinat lidhëse të kalciumit të citosolit.
Përveç lidhjes së shpejtë të Ca 2+ citosolike nga proteinat ndërqelizore që lidhen me Ca 2+, jonet e kalciumit që hyjnë në citosol mund të grumbullohen nga aparati Golgi ose bërthama qelizore dhe të kapen nga depot mitokondriale të Ca 2+.
3. Niveli i ulët i klorit në qelizë.
Në qelizën në qetësi, përmbajtja e klorit (8 mmol/l) është më shumë se 10 herë më e ulët se jashtë qelizës (110 mmol/l).
Kjo gjendje ruhet nga funksionimi i transportuesit K + /Cl-.
Ndryshimi në gjendjen funksionale të qelizës shoqërohet (ose shkaktohet) me një ndryshim në përshkueshmërinë e membranës për klor. Me aktivizimin e kanaleve të klorurit të lidhur me tension dhe ligand, joni hyn në citosol përmes kanalit me transport pasiv.
Përveç kësaj, hyrja e klorit në citosol formohet nga bashkëtransportuesi Na+/K+/2CH dhe shkëmbyesi CG-HCO3.
Hyrja e klorit në qelizë rrit polaritetin e membranës deri në hiperpolarizimin.
Karakteristikat e transportit të joneve luajnë një rol themelor në formimin e fenomeneve bioelektrike në organet dhe indet që kodojnë informacionin, përcaktojnë gjendjen funksionale të këtyre strukturave, kalimin e tyre nga një gjendje funksionale në tjetrën.
12. Kanalet jonike…
Kanali jonik përbëhet nga disa nënnjësi, numri i tyre në një kanal të vetëm jonik varion nga 3 në 12 nënnjësi. Sipas organizimit të tyre, nënnjësitë e përfshira në kanal mund të jenë homologe (të të njëjtit lloj), një numër kanalesh formohen nga nën-njësi të llojeve të ndryshme.
Secila prej nënnjësive përbëhet nga disa (tre ose më shumë) segmente transmembranore (pjesë jo polare të përdredhura në α-spira), nga sythe jashtë dhe brendaqelizore dhe seksione fundore të domeneve (të përfaqësuara nga rajone polare të molekulave që formojnë një domen dhe dalin. përtej shtresës bilipidike të membranës) .
Secili nga segmentet transmembranore, unazat jashtë dhe ndërqelizore dhe seksionet terminale të domeneve kryen funksionin e vet.
Kështu, segmenti transmembranor 2, i organizuar në formën e një spirale α, përcakton selektivitetin e kanalit.
Rajonet terminale të domenit veprojnë si sensorë për ligandët jashtë dhe ndërqelizor, dhe një nga segmentet transmembranore luan rolin e një sensori të varur nga tensioni.
Segmentet e treta transmembranore në nënnjësi janë përgjegjëse për funksionimin e sistemit të kanalit portal, etj.
Kanalet jonike funksionojnë me mekanizmin e difuzionit të lehtësuar. Kur kanalet aktivizohen, lëvizja e joneve përgjatë tyre ndjek një gradient përqendrimi. Shpejtësia e lëvizjes nëpër membranë është 10 jone në sekondë.
Specifikimi i kanaleve jonike.
Shumica e tyre janë selektive, d.m.th. kanale që lejojnë të kalojë vetëm një lloj joni (kanalet e natriumit, kanalet e kaliumit, kanalet e kalciumit, kanalet e anionit).
selektiviteti i kanalit.
Selektiviteti i kanalit përcaktohet nga prania e një filtri selektiv.
Roli i tij luhet nga seksioni fillestar i kanalit, i cili ka një ngarkesë, konfigurim dhe madhësi (diametër) të caktuar, i cili lejon që vetëm një lloj i caktuar jonesh të kalojnë në kanal.
Disa nga kanalet jonike janë jo selektive, të tilla si kanalet "rrjedhje". Këto janë kanale membranore përmes të cilave, në qetësi, përgjatë gradientit të përqendrimit, jonet K + largohen nga qeliza, megjithatë, përmes këtyre kanaleve, një sasi e vogël e joneve Na + gjithashtu hyn në qelizë në qetësi përgjatë gradientit të përqendrimit.
Sensori i kanalit jonik.
Sensori i kanalit jonik është një pjesë e ndjeshme e kanalit që percepton sinjalet, natyra e të cilave mund të jetë e ndryshme.
Mbi këtë bazë, ekzistojnë:
kanale jonike të mbyllura me tension;
kanale jonike të mbyllura nga receptorët;
i kontrolluar nga ligandi (i varur nga ligandi);
i kontrolluar mekanikisht (i varur mekanikisht).
Kanalet që kanë një sensor quhen të kontrolluara. Disa kanale nuk kanë sensor. Kanale të tilla quhen të pamenaxhuara.
Sistemi i portës së kanalit jonik.
Kanali ka një portë që mbyllet në pushim dhe hapet kur aplikohet një sinjal. Në disa kanale dallohen dy lloje portash: aktivizimi (m-porta) dhe inaktivizimi (h-porta).
Ekzistojnë tre gjendje të kanaleve jonike:
një gjendje pushimi, kur porta është e mbyllur dhe kanali është i paarritshëm për jonet;
gjendja e aktivizimit, kur sistemi i portës është i hapur dhe jonet lëvizin nëpër membranë përgjatë kanalit;
gjendja e inaktivizimit, kur kanali është i mbyllur dhe nuk i përgjigjet stimujve.
Shpejtësia e përçueshmërisë (përçueshmëria).
Ka kanale të shpejta dhe të ngadalta. Kanalet e rrjedhjes janë të ngadalta, kanalet e natriumit në neurone janë të shpejta.
Në membranën e çdo qelize ekziston një grup i madh kanalesh jonike të ndryshme (përsa i përket shpejtësisë), aktivizimi i të cilave përcakton gjendjen funksionale të qelizave.
kanale të kontrolluara me tension.
Kanali i kontrolluar potencialisht përbëhet nga:
filtër selektiv;
portat e aktivizimit dhe inaktivizimit;
sensori i tensionit.
poret e mbushura me ujë;
Diametri i kanalit është shumë më i madh se diametri i joneve; në zonën e filtrit selektiv, ai ngushtohet në madhësi atomike, gjë që siguron që ky seksion i kanalit të kryejë funksionin e një filtri selektiv.
Hapja dhe mbyllja e mekanizmit të portës ndodh kur potenciali i membranës ndryshon, dhe porta hapet në një vlerë të potencialit të membranës dhe mbyllet në një nivel të ndryshëm të potencialit të membranës.
Besohet se ndryshimi në fushën elektrike të membranës perceptohet nga një seksion i veçantë i murit të kanalit, i cili quhet sensori i tensionit.
Një ndryshim në gjendjen e tij, për shkak të një ndryshimi në nivelin e potencialit të membranës, shkakton konformimin e molekulave të proteinave që formojnë kanalin dhe, si rezultat, çon në hapjen ose mbylljen e portës së kanalit jonik.
Kanalet (natriumi, kalciumi, kaliumi) kanë katër domene homologe - nënnjësi (I, II, III, IV). Domeni (për shembull, kanalet e natriumit) përbëhet nga gjashtë segmente transmembranore të organizuara në formën e a-helikave, secila prej të cilave luan rolin e vet.
Kështu, segmenti transmembranor 5 luan rolin e një pore, segmenti transmembranor 4 është një sensor që i përgjigjet ndryshimeve në potencialin e membranës, dhe segmente të tjera transmembranore janë përgjegjëse për aktivizimin dhe inaktivizimin e sistemit të kanalit portal. Deri në fund, roli i segmenteve dhe nënnjësive transmembranore individuale nuk është studiuar.
Kanalet e natriumit (diametri i brendshëm 0,55 nm) janë të pranishëm në qelizat e indeve ngacmuese. Dendësia për 1 µm 2 në inde të ndryshme nuk është e njëjtë.
Pra, në fibrat nervore jo të mielinuara, është 50-200 kanale, dhe në fibrat nervore të mielinuara (përgjimet Ranvier) - 13,000 për 1 mikron 2 zonë membranore. Në pushim, ato janë të mbyllura. Potenciali i membranës është 70-80 mV.
Ekspozimi ndaj një stimuli ndryshon potencialin e membranës dhe aktivizon një kanal natriumi të mbyllur me tension.
Aktivizohet kur potenciali i membranës zhvendoset nga niveli i mundshëm i pushimit drejt nivelit kritik të depolarizimit.
Një rrymë e fortë natriumi siguron një zhvendosje në potencialin e membranës në një nivel kritik të depolarizimit (CDL).
Ndryshimi i potencialit të membranës deri në -50-40 mV, d.m.th. në nivelin e një niveli kritik të depolarizimit, shkakton hapjen e kanaleve të tjera Na + të varura nga tensioni, përmes të cilave kryhet rryma hyrëse e natriumit, e cila formon "kulmin" e potencialit të veprimit.
Jonet e natriumit lëvizin në qelizë përgjatë gradientit të përqendrimit dhe gradientit kimik përmes kanalit, duke formuar të ashtuquajturën rrymë natriumi hyrëse, e cila çon në zhvillimin e mëtejshëm të shpejtë të procesit të depolarizimit.
Ndryshimet e potencialit të membranës tregojnë të kundërtën +10-20 mV. Një potencial pozitiv i membranës bën që kanalet e natriumit të mbyllen dhe të çaktivizohen.
Kanalet Na + të varura nga potenciali luajnë një rol udhëheqës në formimin e potencialit të veprimit, d.m.th. procesi i ngacmimit në qelizë.
Jonet e kalciumit pengojnë hapjen e kanaleve të natriumit të mbyllura me tension duke ndryshuar parametrat e përgjigjes.
TE + -kanalet
Kanalet e kaliumit (diametri i brendshëm 0,30 nm) janë të pranishëm në membranat citoplazmike, u gjet një numër i konsiderueshëm kanalesh për "rrjedhjen" e kaliumit nga qeliza.
Në pushim, ato janë të hapura. Nëpërmjet tyre, në qetësi, kaliumi "rrjedh" nga qeliza përgjatë gradientit të përqendrimit dhe gradientit elektrokimik.
Ky proces quhet rryma dalëse e kaliumit, e cila çon në formimin e një potenciali qetësues të membranës (-70-80 mV). Këto kanale kaliumi mund të klasifikohen vetëm me kusht si të varura nga voltazhi.
Kur potenciali i membranës ndryshon gjatë depolarizimit, rryma e kaliumit çaktivizohet.
Gjatë repolarizimit, një rrymë hyrëse K + formohet përmes kanaleve të varura nga tensioni, e cila quhet rrymë K + e korrigjimit të vonuar.
Një lloj tjetër i kanaleve K + të mbyllura me tension. Një rrymë e shpejtë kaliumi jashtë lind përgjatë tyre në rajonin e nënpragut të potencialit të membranës (potenciali i gjurmës pozitive). Inaktivizimi i kanalit ndodh për shkak të hiperpolarizimit të gjurmëve.
Një lloj tjetër i kanaleve të kaliumit të mbyllura me tension aktivizohet vetëm pas hiperpolarizimit paraprak, ai formon një rrymë kaliumi të shpejtë kalimtare, e cila çaktivizohet shpejt.
Jonet e kalciumit lehtësojnë hapjen e kanaleve të kaliumit të mbyllura me tension duke ndryshuar parametrat e përgjigjes.
Sa + -kanalet.
Kanalet e mbyllura me potencial japin një kontribut të rëndësishëm si në rregullimin e hyrjes së kalciumit në citoplazmë ashtu edhe në elektrogjenezë.
Proteinat që formojnë kanale kalciumi përbëhen nga pesë nënnjësi (al, a2, b, g, d).
Nën-njësia kryesore al formon vetë kanalin dhe përmban vende lidhëse për modulatorët e ndryshëm të kanalit të kalciumit.
Disa al-nën-njësi të kanaleve të kalciumit të dallueshme strukturore janë gjetur në qelizat nervore të gjitarëve (të emërtuara A, B, C, D dhe E).
Funksionalisht, lloje të ndryshme të kanaleve të kalciumit ndryshojnë nga njëri-tjetri në aktivizim, kinetikë, përcjellshmëri të vetme kanalesh dhe farmakologji.
Deri në gjashtë lloje të kanaleve të kalciumit të mbyllura me tension janë përshkruar në qeliza (kanalet T-, L-, N-, P-, Q-, R-).
Aktiviteti i kanaleve të membranës plazmatike të mbyllura me tension rregullohet nga lajmëtarë të ndryshëm të dytë ndërqelizor dhe proteina G të lidhura me membranën.
Kanalet e mbyllura nga tensioni i kalciumit gjenden në një numër të madh në membranat citoplazmike të neuroneve, miocitet e muskujve të lëmuar, të strijuar dhe kardiak, si dhe në membranat e rrjetës endoplazmatike.
Kanalet Ca 2+ të SPR janë proteina oligomerike të ngulitura në membranën SPR.
Sa 2+ - kontrolluar Sa 2+ - Kanalet SPR.
Këto kanale kalciumi fillimisht u izoluan nga muskujt skeletorë dhe kardiakë.
Doli se kanalet Ca 2+ të SPR në këto inde muskulore kanë dallime molekulare dhe janë të koduara nga gjene të ndryshme.
Kanalet Ca 2+ të SPR në muskujt e zemrës lidhen drejtpërdrejt me kanalet Ca 2+ me prag të lartë të membranës plazmatike (lloj L) përmes proteinave që lidhin kalciumin, duke formuar kështu një strukturë funksionalisht aktive - një "treshe".
Në muskujt skeletorë, depolarizimi i plazmalemës aktivizon drejtpërdrejt çlirimin e Ca 2+ nga rrjeti endoplazmatik për faktin se kanalet Ca 2+ të membranës plazmatike shërbejnë si transmetues të ndjeshëm ndaj tensionit të sinjalit aktivizues direkt në kanalet Ca 2+ të SPR përmes proteinave lidhëse.
Kështu, depot e Ca 2+ të muskujve skeletorë kanë një mekanizëm çlirimi të Ca 2+ të shkaktuar nga depolarizimi (lloj RyRl).
Ndryshe nga muskujt skeletorë, kanalet endoplazmatike të Ca 2+ të kardiomiociteve nuk shoqërohen me membranën plazmatike dhe stimulimi i çlirimit të Ca 2+ nga depo kërkon një rritje të përqendrimit të kalciumit citosolik (lloji RyR2).
Përveç këtyre dy llojeve të kanaleve Ca 2h të aktivizuar me Ca 2+, kohët e fundit është identifikuar një lloj i tretë i kanaleve Ca 2+ SPR (lloji RyR3), i cili ende nuk është studiuar mjaftueshëm.
Të gjitha kanalet e kalciumit karakterizohen nga aktivizimi i ngadaltë dhe inaktivizimi i ngadaltë në krahasim me kanalet e natriumit.
Kur qeliza muskulore është e depolarizuar (daljet e membranave citoplazmike - tubulat T i afrohen membranave të rrjetës endoplazmatike), ndodh një hapje e varur nga tensioni i kanaleve të kalciumit të membranave të retikulit sarkoplazmatik.
Meqenëse, nga njëra anë, përqendrimi i kalciumit në SPR është i lartë (depo kalciumi), dhe përqendrimi i kalciumit në citoplazmë është i ulët, dhe, nga ana tjetër, zona e membranës SPR dhe dendësia e kalciumit kanalet në të janë të mëdha, niveli i kalciumit në citoplazmë rritet 100 herë.
Kjo rritje e përqendrimit të kalciumit fillon procesin e tkurrjes së miofibrileve.
Kanalet e kalciumit në kardiomiocitet ndodhen në membranën citoplazmike dhe janë kanale kalciumi të tipit L.
Ato aktivizohen në një potencial membranor prej +20-40 mV, formojnë një rrymë kalciumi hyrëse. Ata janë në gjendje të aktivizuar për një kohë të gjatë, formojnë një "pllajë" të potencialit të veprimit të kardiomiociteve.
kanalet e anionit.
Numri më i madh i kanaleve për klorin në membranën qelizore. Ka më pak jone klorur në qelizë në krahasim me mjedisin ndërqelizor. Prandaj, kur kanalet hapen, klori hyn në qelizë përgjatë gradientit të përqendrimit dhe gradientit elektrokimik.
Numri i kanaleve për HCO 3 nuk është aq i madh, vëllimi i transportit të këtij anioni përmes kanaleve është shumë më i vogël.
këmbyesit e joneve.
Membrana përmban shkëmbyes jonesh (proteina bartëse) që kryejnë difuzion të lehtësuar të joneve, d.m.th. lëvizja e përshpejtuar e çiftëzuar e joneve përmes biomembranës përgjatë gradientit të përqendrimit, procese të tilla janë të pavarura nga ATP.
Më të njohurit janë shkëmbyesit Na + -H +, K + -H +, Ca 2+ -H +, si dhe shkëmbyesit që sigurojnë shkëmbimin e kationeve për anionetNa + -HCO- 3, 2CI-Ca 2+ dhe shkëmbyesit që sigurojnë shkëmbimin e kationit për kation (Na + -Ca 2+) ose anion për anion (Cl- HCO3).
Kanalet jonike të mbyllura nga receptorët.
Kanalet jonike të mbyllura (ligand-portuar).
Kanalet jonike të lidhura me ligand janë një nëngrup i kanaleve të mbyllura nga receptorët dhe janë gjithmonë të kombinuara me një receptor për një substancë biologjikisht aktive (BAS).
Receptorët e kanaleve të konsideruara i përkasin llojit jonotropik të receptorëve të membranës, kur ndërveprojnë me substanca biologjikisht aktive (ligandë), ndodhin reaksione të shpejta.
Një kanal jonik i mbyllur nga ligand përbëhet nga:
poret e mbushura me ujë;
filtër selektiv;
porta e aktivizimit;
vendi i lidhjes së ligandit (receptori). BAS aktiv me energji të lartë ka një nivel të lartë
afiniteti (afiniteti) për një lloj të caktuar receptori. Kur aktivizohen kanalet jonike, disa jone lëvizin përgjatë një gradienti përqendrimi dhe një gradienti elektrokimik.
Në një receptor membranor, vendi i lidhjes së ligandit mund të jetë i aksesueshëm për ligand nga sipërfaqja e jashtme e membranës.
Në këtë rast, hormonet dhe parahormonet, jonet veprojnë si një ligand.
Pra, kur aktivizohen receptorët N-kolinergjikë, aktivizohen kanalet e natriumit.
Përshkueshmëria e kalciumit inicohet nga receptorët neuronal të mbyllur nga acetilkolina, të mbyllura me glutamate (NMDA dhe AMPA/kainattypes) dhe receptorët purine.
Receptorët GABA A janë të lidhur me kanalet jonike të klorurit, dhe receptorët e glicinës janë gjithashtu të lidhur me kanalet e klorurit.
Në një receptor membranor, vendi i lidhjes së ligandit mund të jetë i aksesueshëm për ligandët nga sipërfaqja e brendshme e membranës.
Në këtë rast, kinazat e proteinave të aktivizuara nga lajmëtarët e dytë ose vetë lajmëtarët e dytë veprojnë si ligandë.
Pra, kinazat e proteinave A, C, G, me fosforilimin e proteinave të kanalit të kationit, ndryshojnë përshkueshmërinë e tyre.
Kanalet jonike të kontrolluara mekanikisht.
Kanalet jonike të kontrolluara mekanikisht ndryshojnë përçueshmërinë e tyre për jonet ose duke ndryshuar tensionin e shtresës bilipidike ose përmes citoskeletit qelizor. Shumë kanale të kontrolluara mekanikisht janë të lidhura me mekanoreceptorët; ato ekzistojnë në qelizat e dëgjimit, boshtet e muskujve dhe endotelin vaskular.
Të gjitha kanalet e kontrolluara mekanikisht ndahen në dy grupe:
qelizat e aktivizuara me shtrirje (SAC);
qelizat e inaktivuara me shtrirje (SIC).
Kanalet e kontrolluara mekanikisht kanë të gjitha veçoritë kryesore të kanalit:
pore e mbushur me ujë;
mekanizmi i portës;
sensor shtrirjeje.
Kur kanali aktivizohet, jonet lëvizin përgjatë gradientit të përqendrimit përgjatë tij.
ATPaza e natriumit, kaliumit.
Natriumi, kalium ATPaza (pompë natriumi-kalium, pompë natriumi-kalium).
Përbëhet nga katër domene transmembranore: dy nën-njësi α dhe dy nën-njësi β. Nën-njësia α është një domen i madh dhe nën-njësia β është një domen i vogël. Gjatë transportit të joneve, nën-njësi të mëdha fosforilohen dhe jonet lëvizin nëpër to.
Natriumi, ATPaza e kaliumit luan një rol vendimtar në ruajtjen e homeostazës së natriumit dhe kaliumit në mjedisin brenda dhe jashtëqelizor:
mban një nivel të lartë të K + dhe një nivel të ulët të Na + në qelizë;
merr pjesë në formimin e potencialit membranor të pushimit, në gjenerimin e potencialit të veprimit;
siguron transportin e konjuguar Na + të shumicës së substancave organike përmes membranës (transport aktiv sekondar);
ndikon ndjeshëm në homeostazën e H 2 O.
Natriumi, ATPaza e kaliumit, jep kontributin më të rëndësishëm në formimin e asimetrisë jonike në hapësirat jashtë dhe brendaqelizore.
Puna me faza e pompës së natriumit, kaliumit siguron një shkëmbim jo ekuivalent të kaliumit dhe natriumit nëpër membranë.
Sa + -ATPase (pompë).
Ekzistojnë dy familje të pompave Ca 2 + përgjegjëse për eliminimin e joneve Ca 2 + nga citoplazma: pompat Ca 2 + të membranës plazmatike dhe pompat Ca 2 + të rrjetës endoplazmatike.
Edhe pse i përkasin të njëjtës familje proteinash (të ashtuquajturat klasa P e ATPases), këto pompa tregojnë disa ndryshime në strukturë, aktivitet funksional dhe farmakologji.
Gjendet në sasi të mëdha në membranën citoplazmike. Në citoplazmën e qelizës në qetësi, përqendrimi i kalciumit është 10-7 mol/l, ndërsa jashtë qelizës është shumë më tepër -10-3 mol/l.
Një ndryshim kaq domethënës në përqendrime ruhet për shkak të punës së Ca ++ -ATPazës citoplazmike.
Aktiviteti i pompës Ca 2+ të membranës plazmatike kontrollohet drejtpërdrejt nga Ca 2+: një rritje në përqendrimin e kalciumit të lirë në citosol aktivizon pompën Ca 2+.
Në pushim, difuzioni nëpër kanalet e joneve të kalciumit pothuajse nuk ndodh.
Ca-ATPaza transporton Ca nga qeliza në mjedisin jashtëqelizor kundrejt gradientit të përqendrimit të tij. Përgjatë gradientit, Ca + hyn në qelizë për shkak të difuzionit përmes kanaleve jonike.
Membrana e rrjetës endoplazmatike përmban gjithashtu një sasi të madhe Ca ++ -ATPase.
Pompa e kalciumit e rrjetës endoplazmatike (SERCA) siguron largimin e kalciumit nga citozoli në rrjetin endoplazmatik - "depo" e kalciumit për shkak të transportit aktiv primar.
Në depo, kalciumi lidhet me proteinat që lidhin kalciumin (kalsequestrin, kalreticulin, etj.).
Të paktën tre izoforma të ndryshme të pompave SERCA janë përshkruar deri më tani.
Nëntipi SERCA1 është i përqendruar ekskluzivisht në muskujt e shpejtë të skeletit, ndërsa pompat SERCA2 janë të përhapura në inde të tjera. Rëndësia e pompave SERCA3 është më pak e qartë.
Proteinat SERCA2-nacos ndahen në dy izoforma të ndryshme: SERCA2a, karakteristikë e kardiomiociteve dhe muskujve të lëmuar, dhe SERCA2b, karakteristikë e indeve të trurit.
Një rritje e Ca 2+ në citosol aktivizon marrjen e joneve të kalciumit në rrjetin endoplazmatik, ndërsa një rritje e kalciumit të lirë brenda rrjetës endoplazmatike pengon pompat SERCA.
H + K + -ATPaza (pompë).
Me ndihmën e kësaj pompe (si rezultat i hidrolizës së një molekule ATP) në qelizat e brendshme (parietale) të mukozës gastrike, dy jone kaliumi transportohen nga hapësira jashtëqelizore në qelizë dhe dy jone H + nga citozoli. në hapësirën jashtëqelizore gjatë hidrolizës së një molekule. Ky mekanizëm qëndron në themel të formimit të acidit klorhidrik në stomak.
Klasa e pompës jonikeF.
ATPaza mitokondriale. Katalizon hapin e fundit në sintezën e ATP. Kriptet mitokondriale përmbajnë ATP sintazë, e cila bashkon oksidimin në ciklin e Krebsit dhe fosforilimin e ADP në ATP.
Klasa e pompës jonikeV.
H + -ATPaza lizozomale (pompa protonike lizozomale) - pompa protonike që sigurojnë transportin e H + nga citozoli në një numër organelesh lizozomesh, aparatin Golgi, vezikulat sekretore. Si rezultat, vlera e pH zvogëlohet, për shembull, në lizozome në 5.0, gjë që optimizon aktivitetin e këtyre strukturave.
Karakteristikat e transportit të joneve
1. Transmembrane domethënëse dhe asimetrike! gradient për Na+ dhe K+ në qetësi.
Natriumi jashtë qelizës (145 mmol/l) është 10 herë më i madh se në qelizë (14 mmol/l).
Ka rreth 30 herë më shumë kalium në qelizë (140 mmol/l) sesa jashtë qelizës (4 mmol/l).
Kjo veçori e shpërndarjes së joneve të natriumit dhe kaliumit:
homeostatizuar nga puna e Na + /K + -nakoka;
formon në qetësi rrymën dalëse të kaliumit (kanali i rrjedhjes);
gjeneron potencial pushimi;
puna e çdo kanali kaliumi (të varur nga tensioni, i varur nga kalciumi, i varur nga ligandi) synon formimin e rrymës dalëse të kaliumit.
Kjo ose e kthen gjendjen e membranës në nivelin e saj origjinal (aktivizimi i kanaleve të varura nga tensioni në fazën e repolarizimit), ose hiperpolarizon membranën (kanalet e varura nga kalciumi, të varura nga ligandi, përfshirë ato të aktivizuara nga sistemet e ndërmjetësve të dytë).
Duhet pasur parasysh se:
lëvizja e kaliumit nëpër membranë kryhet me transport pasiv;
formimi i ngacmimit (potenciali i veprimit) është gjithmonë për shkak të rrymës hyrëse të natriumit;
aktivizimi i çdo kanali natriumi shkakton gjithmonë një rrymë natriumi brenda;
lëvizja e natriumit nëpër membranë kryhet pothuajse gjithmonë me transport pasiv;
në qelizat epiteliale që formojnë një mur tubash dhe zgavrash të ndryshme në inde (zorrë e hollë, tubula nefron, etj.), në membranën e jashtme ka gjithmonë një numër të madh kanalesh natriumi që sigurojnë një rrymë natriumi hyrëse kur aktivizohen, dhe në membrana bazale - një numër i madh pompash natriumi, kaliumi që pompojnë natriumin jashtë qelizës. Një shpërndarje e tillë asimetrike e këtyre sistemeve të transportit për natriumin siguron transportin e tij ndërqelizor, d.m.th. nga lumeni i zorrëve, tubulat renale në mjedisin e brendshëm të trupit;
Transporti pasiv i natriumit në qelizë përgjatë gradientit elektrokimik çon në akumulimin e energjisë, e cila përdoret për transportin sekondar aktiv të shumë substancave.
2. Niveli i ulët i kalciumit në citosolin e qelizës.
Në qelizën në qetësi, përmbajtja e kalciumit (50 nmol/l) është 5000 herë më e ulët se jashtë qelizës (2,5 mmol/l).
Një nivel kaq i ulët i kalciumit në citosol nuk është i rastësishëm, pasi kalciumi në përqendrime 10-100 herë më të larta se ai fillestar vepron si një ndërmjetës i dytë ndërqelizor në realizimin e sinjalit.
Në kushte të tilla, një rritje e shpejtë e kalciumit në citosol është e mundur për shkak të aktivizimit të kanaleve të kalciumit (difuzion i lehtësuar), të cilat janë të pranishme në sasi të mëdha në membranën citoplazmike dhe në membranën e rrjetës endoplazmatike (retikulumi endoplazmatik - "depo të kalciumit në qelizë).
Formimi i flukseve të kalciumit, i cili ndodh për shkak të hapjes së kanaleve, siguron një rritje të konsiderueshme fiziologjikisht të përqendrimit të kalciumit në citosol.
Niveli i ulët i kalciumit në citosolin e qelizës mbahet nga shkëmbyesit Ca 2+ -ATP, Na + /Ca 2+, proteinat lidhëse të kalciumit të citosolit.
Përveç lidhjes së shpejtë të Ca 2+ citosolike nga proteinat ndërqelizore që lidhen me Ca 2+, jonet e kalciumit që hyjnë në citosol mund të grumbullohen nga aparati Golgi ose bërthama qelizore dhe të kapen nga depot mitokondriale të Ca 2+.
3. Niveli i ulët i klorit në qelizë.
Në qelizën në qetësi, përmbajtja e klorit (8 mmol/l) është më shumë se 10 herë më e ulët se jashtë qelizës (110 mmol/l).
Kjo gjendje ruhet nga funksionimi i transportuesit K + /Cl-.
Ndryshimi në gjendjen funksionale të qelizës shoqërohet (ose shkaktohet) me një ndryshim në përshkueshmërinë e membranës për klor. Me aktivizimin e kanaleve të klorurit të lidhur me tension dhe ligand, joni hyn në citosol përmes kanalit me transport pasiv.
Përveç kësaj, hyrja e klorit në citosol formohet nga bashkëtransportuesi Na+/K+/2CH dhe shkëmbyesi CG-HCO3.
Hyrja e klorit në qelizë rrit polaritetin e membranës deri në hiperpolarizimin.
Karakteristikat e transportit të joneve luajnë një rol themelor në formimin e fenomeneve bioelektrike në organet dhe indet që kodojnë informacionin, përcaktojnë gjendjen funksionale të këtyre strukturave, kalimin e tyre nga një gjendje funksionale në tjetrën.
Modeli i membranës ngacmuese sipas teorisë Hodgkin-Huxley supozon një transport të rregulluar të joneve nëpër membranë. Sidoqoftë, kalimi i drejtpërdrejtë i jonit përmes shtresës së dyfishtë lipidike është shumë i vështirë dhe, për rrjedhojë, fluksi i joneve do të ishte gjithashtu i vogël.
Kjo dhe një numër konsideratash të tjera dhanë arsye për të besuar se membrana duhet të përmbajë disa struktura të veçanta - jone përcjellëse. Struktura të tilla u gjetën dhe u emëruan kanale jonike. Kanale të ngjashme janë izoluar nga objekte të ndryshme: membrana plazmatike e qelizave, membrana postinaptike e qelizave muskulore dhe objekte të tjera. Janë të njohura edhe kanalet jonike të formuara nga antibiotikët.
Karakteristikat kryesore të kanaleve jonike:
1) selektiviteti;
2) pavarësia e funksionimit të kanaleve individuale;
3) karakteri diskret i përçueshmërisë;
4) varësia e parametrave të kanalit nga potenciali i membranës.
Le t'i konsiderojmë ato me radhë.
1. Selektiviteti është aftësia e kanaleve jonike për të kaluar në mënyrë selektive jone të çdo lloji.
Edhe në eksperimentet e para në aksonin e kallamarit, u zbulua se jonet Na+ dhe Km kanë efekte të ndryshme në potencialin e membranës. Jonet K+ ndryshojnë potencialin e pushimit, dhe jonet Na+ ndryshojnë potencialin e veprimit. Në modelin Hodgkin-Huxley, kjo përshkruhet duke futur kanale të pavarura jonike të kaliumit dhe natriumit. Supozohej se i pari kalonte vetëm jonet K+, dhe i dyti vetëm jonet Na+.
Matjet kanë treguar se kanalet jonike kanë selektivitet absolut në lidhje me kationet (kanalet selektive të kationeve) ose me anionet (kanalet selektive të anionit). Në të njëjtën kohë, katione të ndryshme të elementeve të ndryshëm kimikë janë në gjendje të kalojnë nëpër kanalet përzgjedhëse të kationit, por përçueshmëria e membranës për një jon të vogël, dhe rrjedhimisht rryma përmes tij, do të jetë dukshëm më e ulët, për shembull, për Kanali Na +, rryma e kaliumit përmes tij do të jetë 20 herë më pak. Aftësia e një kanali jonik për të kaluar jone të ndryshme quhet selektivitet relativ dhe karakterizohet nga një seri selektiviteti - raporti i përçueshmërisë së kanalit për jone të ndryshëm të marrë në të njëjtin përqendrim. Në këtë rast, për jonin kryesor, selektiviteti merret si 1. Për shembull, për kanalin Na +, kjo seri ka formën:
Na + : K + = 1: 0,05.
2. Pavarësia e kanaleve individuale. Kalimi i rrymës përmes një kanali jonik individual është i pavarur nëse rryma rrjedh nëpër kanale të tjera. Për shembull, kanalet K + mund të ndizen ose fiken, por rryma përmes kanaleve Na + nuk ndryshon. Ndikimi i kanaleve mbi njëri-tjetrin ndodh në mënyrë indirekte: një ndryshim në përshkueshmërinë e çdo kanali (për shembull, natriumi) ndryshon potencialin e membranës dhe tashmë ndikon në përçueshmërinë e kanaleve të tjera jonike.
3. Natyra diskrete e përcjelljes së kanaleve jonike. Kanalet jonike janë një kompleks nën-njësi proteinash që përfshin membranën. Në qendër të tij ka një tub nëpër të cilin mund të kalojnë jonet. Numri i kanaleve jonike për sipërfaqe të membranës 1 μm 2 u përcaktua duke përdorur një bllokues të kanaleve të natriumit të etiketuar në mënyrë radioaktive - tetrodotoksina. Dihet se një molekulë TTX lidhet vetëm me një kanal. Më pas matja e radioaktivitetit të një kampioni me sipërfaqe të njohur bëri të mundur që të tregohej se ka rreth 500 kanale natriumi për 1 μm 2 të aksonit të kallamarit.
Ato rryma transmembranore që maten në eksperimentet konvencionale, për shembull, në një akson kallamar 1 cm të gjatë dhe 1 mm në diametër, domethënë me një sipërfaqe prej 3 * 10 7 μm 2, janë për shkak të një përgjigjeje totale (ndryshim në përçueshmëri) prej 500 3 10 7 -10 10 kanale jonike. Një përgjigje e tillë karakterizohet nga një ndryshim gradual i përçueshmërisë me kalimin e kohës. Përgjigja e një kanali të vetëm jonik ndryshon me kalimin e kohës në një mënyrë krejtësisht të ndryshme: në mënyrë diskrete për të dy kanalet Na+, kanalet K+- dhe Ca 2+.
Kjo u zbulua për herë të parë në vitin 1962 në studimet e përçueshmërisë së membranave të dyshtresës lipidike (BLMs) kur në tretësirën që rrethon membranën u shtuan mikrosasi të disa substancave që nxitën ngacmimin. Një tension konstant u aplikua në BLM dhe rryma I(t) u regjistrua. Regjistrimi i rrymës në kohë kishte formën e kërcimeve ndërmjet dy gjendjeve përcjellëse.
Nje nga metoda efektive Një studim eksperimental i kanaleve jonike ishte metoda e fiksimit lokal të potencialit të membranës ("Patch Clamp") e zhvilluar në vitet 1980 (Fig. 10).
Oriz. 10. Metoda e fiksimit lokal të potencialit të membranës. ME - mikroelektrodë, IR - kanal jonik, M - membrana qelizore, SFP - qark i kapëses potenciale, I - rrymë me një kanal
Thelbi i metodës qëndron në faktin se mikroelektroda ME (Fig. 10) me një fund të hollë që ka një diametër prej 0,5-1 μm thithet në membranë në atë mënyrë që një kanal jonik të hyjë në diametrin e saj të brendshëm. Pastaj, duke përdorur qarkun e fiksimit të potencialit, është e mundur të maten rrymat që kalojnë vetëm përmes një kanali të vetëm të membranës, dhe jo nëpër të gjitha kanalet njëkohësisht, siç ndodh kur përdoret metodë standarde fiksimi i potencialit.
Rezultatet e eksperimenteve të kryera në kanale të ndryshme jonike treguan se përçueshmëria e kanalit jonik është diskrete dhe mund të jetë në dy gjendje: e hapur ose e mbyllur. Kalimet ndërmjet shteteve ndodhin në kohë të rastësishme dhe u binden modeleve statistikore. Nuk mund të thuhet se ky kanal jonik do të hapet pikërisht në këtë moment në kohë. Mund të bëhet vetëm një deklaratë në lidhje me probabilitetin e hapjes së një kanali në një interval të caktuar kohor.
4. Varësia e parametrave të kanalit nga potenciali i membranës. Kanalet jonike të fibrave nervore janë të ndjeshme ndaj potencialit të membranës, për shembull, kanalet e natriumit dhe kaliumit të aksonit të kallamarit. Kjo manifestohet në faktin se pas fillimit të depolarizimit të membranës, rrymat përkatëse fillojnë të ndryshojnë me një ose një tjetër kinetikë. Ky proces ndodh si më poshtë: Kanali jon-selektiv ka një sensor - një element i dizajnit të tij, i ndjeshëm ndaj veprimit të një fushe elektrike (Fig. 11). Kur ndryshon potenciali i membranës, madhësia e forcës që vepron mbi të ndryshon, si rezultat, kjo pjesë e kanalit jonik lëviz dhe ndryshon probabilitetin e hapjes ose mbylljes së portës - një lloj damperi që vepron sipas të gjitha-ose- asgje ligji. Eksperimentalisht është treguar se nën veprimin e depolarizimit të membranës rritet probabiliteti i kalimit të kanalit të natriumit në gjendjen përcjellëse. Kërcimi i tensionit në membranë, i krijuar gjatë matjeve me metodën e shtrëngimit të potencialit, çon në faktin që një numër i madh kanalesh hapen. Më shumë ngarkesa kalojnë nëpër to, që do të thotë, mesatarisht, më shumë rryma. Është thelbësore që procesi i rritjes së përçueshmërisë së kanalit të përcaktohet nga rritja e probabilitetit të kalimit të kanalit në gjendje të hapur, dhe jo nga rritja e diametrit të kanalit të hapur. Kjo është ideja moderne e mekanizmit të kalimit të rrymës përmes një kanali të vetëm.
Kurbat e lëmuara kinetike të rrymave të regjistruara gjatë matjeve elektrike në membrana të mëdha fitohen për shkak të përmbledhjes së shumë rrymave kërcuese që rrjedhin nëpër kanale individuale. Përmbledhja e tyre, siç tregohet më lart, zvogëlon ndjeshëm luhatjet dhe jep varësi kohore mjaft të qetë të rrymës transmembranore.
Kanalet jonike mund të jenë të ndjeshme ndaj të tjerëve ndikim fizik: deformim mekanik, lidhje kimike etj. Në këtë rast, ato janë baza strukturore, përkatësisht, e mekanoreceptorëve, kemoreceptorëve etj.
Studimi i kanaleve jonike në membrana është një nga detyrat e rëndësishme të biofizikës moderne.
Struktura e kanalit jonik.
Kanali jon-selektiv përbëhet nga pjesët e mëposhtme (Fig. 11): një pjesë proteinike e zhytur në shtresën e dyfishtë, e cila ka një strukturë nën-njësi; një filtër selektiv i formuar nga atome oksigjeni të ngarkuar negativisht, të cilët janë të vendosur në mënyrë të ngurtë në një distancë të caktuar nga njëri-tjetri dhe kalojnë jone me vetëm një diametër të caktuar; pjesë e portës.
Portat e kanalit jonik kontrollohen nga potenciali i membranës dhe mund të jenë ose në gjendje të mbyllur (vijë e ndërprerë) ose në gjendje të hapur (vijë e ngurtë). Pozicioni normal i portës së kanalit të natriumit është i mbyllur. Nën veprimin e një fushe elektrike, probabiliteti i një gjendjeje të hapur rritet, porta hapet dhe rrjedha e joneve të hidratuar merr mundësinë të kalojë nëpër filtrin selektiv.
Nëse joni përshtatet në diametër, atëherë ai heq guaskën e hidratimit dhe hidhet në anën tjetër të kanalit jonik. Nëse joni është shumë i madh në diametër, si tetraetilamoni, ai nuk mund të kalojë nëpër filtër dhe nuk mund të kalojë membranën. Nëse, përkundrazi, joni është shumë i vogël, atëherë ai ka vështirësi në filtrin selektiv, këtë herë të shoqëruar me vështirësinë e hedhjes së guaskës hidratuese të jonit.
Bllokuesit e kanaleve jonike ose nuk mund të kalojnë nëpër të, duke u ngecur në filtër, ose, nëse janë molekula të mëdha, si TTX, ato përputhen në mënyrë sterike me çdo hyrje në kanal. Meqenëse bllokuesit mbartin një ngarkesë pozitive, pjesa e tyre e ngarkuar tërhiqet në kanal në filtrin selektiv si një kation i zakonshëm dhe makromolekula e bllokon atë.
Kështu, ndryshimet në vetitë elektrike të biomembranave ngacmuese kryhen duke përdorur kanale jonike. Këto janë makromolekulat e proteinave që depërtojnë në shtresën e dyfishtë lipidike, të cilat mund të jenë në disa gjendje diskrete. Vetitë e kanaleve selektive për jonet K +, Na + dhe Ca 2+ mund të varen ndryshe nga potenciali i membranës, i cili përcakton dinamikën e potencialit të veprimit në membranë, si dhe ndryshimet në potenciale të tilla në membranat e qelizave të ndryshme.
Oriz. 11. Skema e strukturës së kanalit jonik të natriumit të membranës në kontekst
Feedback.
| 1 nuk jam plotësisht dakord | 2 nuk pajtohem | 3 nuk e di | 4 dakord | 5 plotësisht dakord | ||
| Ky aktivitet zhvilloi aftësitë e mia për zgjidhjen e problemeve. | ||||||
| Gjithçka që më duhej ishte një kujtesë e mirë për të përfunduar këtë mësim. | ||||||
| Ky aktivitet ka zhvilluar aftësinë time për të punuar në grup. | ||||||
| Ky mësim përmirësoi aftësitë e mia analitike. | ||||||
| Ky sesion përmirësoi aftësitë e mia të të shkruarit. | ||||||
| Mësimi kërkonte një kuptim të thellë të materialit. |
