Механизм работы φ-зависимых каналов

Процессы, приводящие к открыванию или закрыванию таких каналов, называются воротными. Представим себе типичную возбудимую клетку в состоянии покоя. Пусть ее мембранный потенциал покоя (ПП) составляет –75 мВ, а пороговый потенциал (ПорП) –25мВ. Следовательно, деполяризация на 50 мВ (с –75 до – 25 мВ) приведет к активации натриевых каналов, расположенных в мембране. Каналы представляют собой молекулы белка, вкрапленные в мембранный фосфолипидный бислой. Значит, при деполяризации на 50 мВ в этом бислое и в канальных белках возникает изменение электрического напряжения. Полярные группировки белков–каналов «чувствуют» такие изменения по электростатическому принципу «притяжение-отталкивание» и отвечают на них конформационными перестройками (изменением формы) каких–либо участков белковых молекул приводящим к перекрыванию или открыванию внутренней полости канала. Эти конформационные перестройки и лежат в основе воротных процессов, управляющих электровозбудимыми каналами. В клетках обнаружены воротные механизмы работы натриевых, калиевых, кальциевых и т.п. каналов. Рассмотрим воротные процессы на примере натриевых электровозбудимых каналов.

Натриевые каналы представляют собой крупные интегральные канальные белки с двумя участками (m–ворота и h–вopoтa). Эти «ворота» способны при изменении своего положения перекрывать или открывать полость канала.

Основные состояния натриевых каналов:

1) В покое: m–ворота (активационные) закрыты, h–вopoтa (инактивационные) открыты; канал не пропускает ионы Na⁺; значение мембранного потенциала соответствует ПП. (рис.А)

2) При деполяризации до значения ПорП m–ворота открываются, канал активируется и начинает пропускать ионы Na ⁺.(рис.Б)

3) На пике овершута (+40мВ) закрываются h–вopoтa, и канал инактивируется и начинается реполяризация мембраны. (рис.В)

4) Реполяризация до уровня потенциала покоя приводит к закрыванию m–ворот; h–вopoта пока закрыты, но в этом состоянии канал можно активировать сверхпороговымдеполяризующим стимулом.

5) Следовая гиперполяризация мембраны приводит к открытию h–вopoт; мембранный потенциал постепенно возвращается к ПП; канал находится в исходном состоянии (рис.А).

Обратите внимание, что на этапе, когда закрыты и m–ворота, и h–ворота, между ними остается «заперто» некоторое количество ионов Na⁺. При открывание h–ворот эти ионы устремляются в клетку, вызывая следовую деполяризацию мембраны на 3,3 – 5мс после нанесения раздражения (см. график ПД). В этот период, поскольку мембрана уже частично деполяризована, для достижений ПорП ее надо перезарядить на меньшее значение, и даже воздействие подпорогового раздражителя может привести к достижению значения ПорП, а значит вызвать ПД. Это явление повышенной возбудимости мембраны называется «супернормальность».

В развитии ПД, помимо натриевых каналов принимают участие и калиевые электровозбудимые каналы. Они открываются на пике овершута в дополнение к K⁺-каналам утечки, открытым в состоянии покоя и обеспечивают быструю реполяризацию мембраны.

(к оглавлению)