Головна » Фізіологія » Токи через поодинокі кальцієві (Ca) канали.я


Рис. 2.7. Мембранні провідності під час потенціалу дії в гігантському аксоні кальмара. gNa і gK розраховували, подаючи серії деполяризуючих стрибків потенціалу (див. рис. 2.6) (по[6]із змінами)

До сих пір ми незгадували про те, що при деполяризації клітини відкриваються також Са2 +-канали. При цьому виникає вхідний кальцієвий струм, який разом з одночасно розвиваються Na +-струмом забезпечує деполяризацію мембрани. Концентрація вільних іонів Са + в клітині дуже низька (табл. 1.1), так що рівноважний потенціал для Са2 + більш позитивний, ніж ENa. В аксонной мембрані gCa менше порівняно з gNa, тому цією величиною можна знехтувати при аналізіпотенціалу дії (рис. 2.7). Проте в дендритах нейронів або в закінченнях аксонів під час деполяризації gCa може зростати, перевищуючи gNa. В міокарді і тим більше в гладких м'язах підвищення gCa буває настільки ж велика, як і підвищення gNa, а іноді і більш значно. Такі вхідні струми Са2 + представляють особливий інтерес через їх впливу на внутрішньоклітинну концентрацію Са2 +,[Са2+];, Яка може зростати з Ю-7 до 10 ~ 6 М; це підвищення[Са2 + ]; Часто виконує в клітинірегулюючі функції. Механізм відкривання Са2 +-каналів і наступні внутрішньоклітинні процеси є філогенетично дуже древніми-вони виявлені навіть у найпростіших.

Рис. 2.14. А, Б. Токи одиночних кальцієвих каналів у клітинах міокарда. Вгорі: деполяризація тривалістю 600 мс від -70 до +10 мВ, створювана методом локальної фіксації потенціалу. Нижче представлені 4 записи струмів одиночного каналу. А В нормальнихумовах деполяризація в 30% випадків не викликає струмів через канал (записи не представлені). Внизу: сумарний струм, отриманий шляхом усереднення багатьох індивідуальних записів струмів одиночного каналу; видна інактивація Са2 +-струму після деполяризації. Б. В присутності 1 мкМ адреналіну групи відкривань одиночного каналу стають триваліше; при цьому деполяризація не викликає відкривань каналу тільки в 20%. Адреналін не впливає на амплітуду струмів одиночного каналу, але амплітуда сумарногоструму (внизу) значно зростає (по[32]із змінами)

Токи одиночних Са2-каналів в міокарді (Рис. 2.14) характеризуються дещо складною поведінкою в порівнянні з Na + - і К +-струмами, показаними на рис. 2.12. Під час серій деполярізаціонних стрибків потенціалу приблизно в 70% випадків виникають досить тривалі спалахи імпульсів струму, кожен амплітудою близько 1 пА, а в 30% випадків канал залишається закритим. Індивідуальнівідкривання під час спалахів тривають в середньому близько 1 мс, а закриті стану між ними-тільки 02 мс. Сумарний Са2 +-струм під час деполяризації (Нижні записи на рис. 2.14) швидко наростає і інактивується з постійною часу приблизно 130 мс, причому загальний струм визначається тривалістю і частотою спалахів. Кінетику каналу найпростіше описати (відповідно до рис. 2.13) наступним рівнянням:

Тут від переходів між «Закритим станом 2» і «Відкритим станом» залежить тривалість і частота індивідуальних відкриттів, а від переходів між «Закритим станом 1» і «Закритим станом 2»-частота і тривалість спалахів. Рівняння (2) вимагає доповнення, щоб врахувати інактивовані стан, як показано на рис. 2.13[32].

Рис. 2.12. Токи через натрієві (ліворуч) і калієві (праворуч) канали (схематичне зображення). За допомогою локальної фіксації потенціалу виробляли зсув потенціалу тривалістю 14 мс від -80 до -40 мВ (чорна лінія); нижче показані мембранні струми, зареєстровані при декількох таких послідовних зрушення потенціалу. Під час деполяризації струми одиночного каналу можуть виникати в будь-який момент, причому тривалість їх варіює. При об'єднанні багатьох записів струмів в умовах синхронізації стрибків потенціалу виходять сумарні криві струмів, показані вгорі червоним (lNa і lK). Тимчасової хід lNa свідчить про те, що ймовірність відкриття Na +-каналів найбільш висока незабаром після стрибка потенціалу, а приблизно через 1 мс ці канали відкриваються все рідше і врешті-решт інактивуються. Велика частина К +-каналів відкривається з деякою затримкою після стрибка потенціалу, потім середня частота відкривань залишається на постійному рівні протягом всього періоду деполяризації.
Рис. 2.13. Модель станів Na +-каналів. «Закрите, здатне до активації» стан при деполяризації може перетворюватися в «відкрите активований» або «закрите інактивовані» стан. Коли канал знаходиться у «відкритому активованому» стані, стійка деполяризація сприяє переходу в «закрите інактивовані» стан. Повернення каналу в «закрите, здатне до активації» стан може відбуватися тільки в результаті реполяризації. (Більш реальна модель включає послідовно 3 «закритих, здатних до активації» і 4 «закритих інак-вмотивована» стану[8])

Записи активності Са2 +-каналу на рис. 2.14 служать також прикладом модуляції активності каналу гормоном або медіатором. Адреналін, секретується корою надниркових залоз як « ерготропних гормон », Надходить до серця з кровотоком; один з його ефектів полягає у збільшенні частоти серцевих скорочень. Крім того, він вивільняється (разом з норадреналіном) як медіатора з симпатичних нервів серця, викликаючи той же ефект. В експерименті, результати якого наведені на рис. 2.14 Б, адреналін в концентрації 10 ~ 6 М аппліціровалі на клітину міокарда. Після цього деполяризація викликала приблизно в 80% випадків активність одиночних Са2 +-каналів з підвищеною частотою спалахів. Короткочасні відкривання і закривання каналів були такими ж, як раніше. Сумарна крива (рис. 2.14 Б, внизу) чітко показує, що адреналін збільшував вхід Са2 +. Такий же ефект можна викликати перфузией клітин міокарда розчином з циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ ) або застосуванням каталітичної субодиниці цАМФ-залежної протеїнкінази (ПК-А). Ці спостереження свідчать, що адреналін діє тут через другий посередник-цАМФ, викликаючи фосфорилювання ферментів каталітичної субодиницею протеїнкінази. Таким чином, адреналін, мабуть, збільшує Са2 +-струм шляхом ініціації фосфорилювання Са2 +-каналу, яке сприяє переходу з «Закритого стану 1» в «Закрите стан 2». Ефект адреналіну, представлений на рис. 2.14 може служити прототипом модуляції клітинної активності гормонами або медіаторами.

У мембрані, безсумнівно, існують ще й Сl-канали. Вони вивчені недостатньо докладно, тому розглядатися тут не будуть.



...


1 (0,00578)