[an error occurred while processing the directive]

Воротный механизм белковых каналов.

Воротный механизм белковых каналов обеспечивает способ регуляции ионной проницаемости каналов, как показано рис. 4-4 на примере управления избирательным пропусканием натриевых и калиевых ионов. Полагают, что некоторые ворота фактически являются удлинением транспортной белковой молекулы, которое может закрывать или открывать отверстие канала при кон-формационном изменении формы самой белковой молекулы.
Открытие и закрытие ворот регулируется двумя основными способами.
1 Электроуправляемые ворота. В этом случае молекулярная конформация ворот или их химических связей соответствует электрическому потенциалу на клеточной мембране. Например, наличие сильного отрицательного заряда с внутренней стороны клеточной мембраны может заставлять наружные ворота для натрия оставаться плотно закрытыми. Напротив, когда внутренняя сторона мембраны теряет отрицательный заряд, эти ворота могут внезапно открываться, позволяя громадному числу ионов натрия проходить через натриевые поры. Это основной механизм генерации в нервах потенциалов действия, ответственных за проведение нервных сигналов. В нижней части рис. 4-4 показаны ворота для ионов калия на внутриклеточных концах калиевых каналов, которые открываются, если внутренняя часть клеточной мембраны становится положительно заряженной. Открытие этих ворот частично обусловливает завершение потенциала действия. 2. Хемоуправляемые (лигандуправляемые) ворота. Некоторые ворота белковых каналов открываются при связывании с белком химического вещества лиганда. Это ведет к конформа-ционному или химическому изменению в белковой молекуле, что открывает или закрывает ворота. Такой воротный механизм называют химическим, или лигандным. Одним из наиболее важных примеров химического воротного механизма является действие ацетил-холина на так называемый ацетилхолиновый канал. Ацетилхолин открывает ворота этого канала, в результате появляется отрицательно заряженная пора диаметром около 0,65 нм, через которую могут проходить незаряженные молекулы или положительные ионы меньшего диаметра. Эти ворота исключительно важны для передачи нервных сигналов от одной нервной клетки к другой и от нервных клеток к мышечным, что необходимо для мышечного сокращения.
Открытое и закрытое состояние воротных каналов. Рис. 4-5А демонстрирует наиболее важные характеристики большинства электроуправляе-мых каналов; показаны две записи, полученные во время регистрации электрического тока, протекающего через одиночный натриевый канал при уровне мембранного потенциала порядка 25 мВ. Примечательно, что канал проводит ток по принципу все или ничего. Это значит, что ворота канала резко открываются и затем также резко закрываются, причем в открытом состоянии капал находится от долей миллисекунды до нескольких миллисекунд. При одном уровне потенциала канал может оставаться практически все время закрытым, а при другом уровне — почти все время открытым. Как показано на рисунке, при промежуточных уровнях мембранного потенциала ворота натриевого канала имеют склонность периодически быстро открываться и закрываться, обеспечивая среднее значение тока.
Метод ютч-кломп для регистрации ионного тока, протекающего через одиночные каналы. Показанную на рис. 4-5А регистрацию ионного тока, протекающего через одиночные белковые каналы, технически осуществляют с помощью метода пэтч-кламп, схематически представленного на рис. 4-5Б. Микропипетку с диаметром кончика не более 1—2 мкм подводят вплотную к мембране с наружной стороны. Затем изнутри пипетки создают отрицательное давление, благодаря чему расположенный напротив участок мембраны подсасывается к кончику пипетки, формируя плотный контакт с его краями. В результате можно регистрировать электрический ток, протекающий через очень маленький кусочек (пэтч) мембраны у верхушки пипетки.
Кроме того, как показано справа на рис. 4—5Б, маленький кусочек клеточной мембраны на конце пипетки можно вырвать из клетки. Затем пипетку с герметически сцепленным с ней кусочком помещают в любой раствор. Это позволяет, по желанию экспериментатора, изменять состав раствора как внутри пипетки, так и снаружи, а также поддерживать на любом заданном уровне разность потенциалов между двумя сторонами мембраны, то есть фиксировать (кламп) напряжение.
Можно выделить такой малый участок мембраны, что в нем обнаруживается лишь один белковый канал, доступный для изучения. Путем изменения концентраций разных ионов и напряжения по обе стороны мембраны можно определять транспортные характеристики одиночного канала и свойства его воротных механизмов.



[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]