Canale de ioni - funcția biologică a membranei
Ionii de Na +, K +, Ca2 +, Cl - penetrare în celulă și du-te afară prin canale speciale, fluid umplut. Dimensiunea canalului este destul de mic (diametru de 0,5-0,7 nm). Calculele arată că suprafața totală a canalelor este o mică parte a suprafeței membranei celulare.
Funcția canalului ionic a fost studiată în diferite moduri. Cea mai comună metodă este clemă de tensiune, sau «voltage-clamp». Esența metodei constă în faptul că, cu ajutorul unor sisteme electronice speciale pentru a procesa experiența schimbat și fixată la un anumit nivel de potențialul de membrană. Când această valoare măsurată a curentului de ioni care curge prin membrana. În cazul în care potențial constant diferență, în conformitate cu legea lui Ohm, valoarea proporțională curent la efectuarea canalelor ionice. Ca răspuns la o depolarizare deschidere în trepte anumite canale de ioni corespunzătoare intră în celulă prin gradientului electrochimic, adică există un curent de ioni care depolarizează celula. Această schimbare este detectată de către amplificatorul de control și a trecut printr-o membrană de curent electric egală în mărime, dar opusă în membrană direcția curentului ionic. Atunci când această diferență nu este schimbat potențialele transmembranare. Utilizarea combinată a capacității și blocanți specifici ai canalelor de ioni fixarea a dus la descoperirea diferitelor tipuri de canale de ioni in membrana celulelor.
instalate în prezent mai multe tipuri de canale pentru diferiți ioni. Unele dintre ele sunt foarte specifice, în timp ce acesta din urmă, în afară de ionul principal poate efectua alți ioni.
Studiul canalelor individuale pot funcționa prin fixarea potențialului «cale clemă» locală; microelectrozi de sticlă (micropipete) umplut cu saramură, membrana este presată pe suprafața și de a crea un vid ușor. În această parte a membranei este atras de microelectrozii. Dacă zona de aspirație este canalul ionic, activitatea înregistrată cu un singur canal. Activitatea de stimulare și canal sistem de înregistrare diferă puțin de sistemul de tensiune-clamp.
Curentul printr-un singur canal de ioni are o formă dreptunghiulară și aceeași amplitudine pentru diferite tipuri de canale. canal Durata în stare deschisă are un caracter probabilistic, dar depinde de amploarea potențialului membranei. Curentul ionic total este determinat de probabilitatea de a fi într-o stare deschisă, în orice perioadă de timp particular, un anumit număr de canale.
Partea exterioară a canalului este relativ accesibil pentru studiu, examinarea interiorul dificultăților considerabile. PG Kostyuk dializa intracelular a fost dezvoltat o metodă care permite de a studia introducerea funcției și a structurilor de ieșire canale de ioni, fără utilizarea microelectrodes. Sa dovedit că o parte a canalului de ioni, deschis la spațiul extracelular, în funcție de proprietățile lor funcționale diferite din partea a canalului cu care se confruntă în mediul intracelular.
Că canale ionice oferă două proprietăți importante ale membranei: selectivitate si conductanta.
Selectivitatea sau selectivitatea, canalul este furnizat de structura sa de proteine speciale. Cele mai multe dintre canalele sunt controlabile electric, adică capacitatea lor de a efectua ionii depinde de potențialul de membrană. Canalul nu este omogen în caracteristicile sale funcționale, în special structurile proteice situate la intrarea canalului și ieșirea acestuia (așa-numitele mecanisme Gate).
Luați în considerare principiul de funcționare a canalelor ionice pe un exemplu al canalului de sodiu. Se crede că în canalul de sodiu dependent de starea de repaus este închisă. Când membrana celulelor depolarizare la un anumit nivel este deschiderea de activare m-gate (activare) și întărirea ionilor Incoming Na + în celulă. În termen de câteva milisecunde, după deschiderea porții are loc poarta m-n-închidere, amplasat la ieșirea canalelor de sodiu (inactivare). Inactivarea se dezvolta in membrana celulelor foarte repede și gradul de inactivare depinde de dimensiunea și timpul acțiunii stimulului depolarizare.
Munca canalelor de sodiu este determinată de potențialul de membrană în conformitate cu anumite legi de probabilitate. Calc care activează canalul de sodiu transmite doar 6000 de ioni per 1 ms. Este curent foarte semnificativ de sodiu, care trece prin membrana în timpul excitației este suma mii de curenti individuali.
La generarea unui singur potențial de acțiune într-o schimbare gros fibrelor nervoase în concentrația ionilor de Na + în mediul intern este doar o sută de mii din conținutul intern al Na ioni gigant axon calmari. Cu toate acestea, această modificare a concentrației poate fi foarte important pentru fibrele nervoase subțiri.
In afara de sodiu, în membranele celulare montate alte tipuri de canale, selectiv permeabile pentru anumiți ioni: K +, Ca2 +, și acolo există canale pentru aceste specii de ioni (a se vedea tabelul 2.1 ..).
Hodgkin și Huxley formulat principiul de canale „independență“, potrivit căruia sodiu și potasiu curge prin membrana independent unul față de celălalt.
conducție proprietate canale diferite în mod diferit. În special, pentru procesul de inactivare a canalelor de potasiu pentru canalul de sodiu nu există. Există anumite canale de potasiu, sunt activate prin creșterea concentrației intracelulare de calciu și depolarizarea membranei celulare. Activarea canalelor de potasiu dependente de calciu accelerează repolarizarea, restabilind astfel valoarea inițială a potențialului de repaus.
De interes special sunt canale de calciu.
curent de calciu de intrare nu este de obicei suficient de mare pentru a depolariza membrana celulară în mod normal. Cel mai adesea, calciu intră acționează celule ca un „mesager“ sau al doilea mesager. activarea canalelor de calciu este furnizat de depolarizarea membranei celulare, pentru curentul de intrare exemplu sodiu.
Calciul proces de canal de inactivare este destul de complicată. Pe de o parte, creșterea concentrației intracelulare de calciu are ca rezultat liberi în canalele de calciu de inactivare. Pe de altă parte, proteinele citoplasmei se leaga de calciu, menținând astfel o stabilă valoare actuală de calciu timp, deși la un nivel scăzut; cu curentul de sodiu este complet suprimat. Canalele de calciu joaca un rol important in celulele cardiace. cardiomiocite electrogenesis este discutată în Capitolul 7. Caracteristicile electrofiziologice ale membranelor celulare au fost examinate prin metode speciale.