Общие свойства ионных каналов нервных волокон. Na-канал, К-канал, их селективность

В нервных волокнах наиболее полно охарактеризованы два типа каналов: Na⁺ - канал и К⁺ - канал.

Входящий и выходящий потоки Na⁺ в Na⁺ - канале независимы. В энергетическом профиле – высокий центральный барьер (рис. 5.7, кривая 1). Однако проводимость канала зависит от рН среды, протонирование кислотной группы блокирует канал. При физиологических значениях рН состоянию канала с депротонированной группой более соответствует профиль, в котором центральный энергетический барьер расщеплен на два (рис. 5.7, кривая 2). Протонированный центр притягивает катионы, облегчая вход в канал, одновременно затрудняется выход из потенциальной ямы, который может облегчится, когда в боковом участке связывания появляется второй катион. Электростатическое отталкивание способствует выходу первого катиона, второй катион может заполнить центральную яму.

Рис. 5.7. Энергетические профили натриевого и калиевого каналов возбудимых мембран: 1 и 2 — альтернативные модели Na⁺ -канала (Рубин, 2004).

При транспорте К⁺ наиболее медленная стадия – переход через границу мембраны. Канал все время находится в заполненном «двухчастичном» состоянии. Выход иона в раствор сопровождается сдвигом ионов по всему каналу. Число ям – два, поэтому порядок транспорта увеличивается вдвое. К+ - каналы содержат широкое устье со стороны мембраны, которое может блокироваться со стороны цитоплазмы (рис. 5.8.).

Рис. 5.8. Калиевые каналы аксона (I) и саркоплазматического ретикулума (II):

1—широкое устье диаметром около 1 нм, 2 — узкая часть поры, 3 — критическое сужение (селективный фильтр), штриховыми линиями показан возможный внешний участок связывания тетраэтиламмония, 4 — белковый компонент, 5—липидный бислой, о, i — соответственно внешняя и внутренняя стороны мембран (Рубин, 2004).

Ион К⁺ эффективно взаимодействует со всеми атомами кислорода в стенках поры (рис. 5.7), его энергия в поре незначительно больше, чем в воде.

Ион Na⁺ эффективно связывается только с двумя атомами кислорода в селективном центре, энергия его выше чем в воде, поэтому он не проходит через селективный центр К⁺ - канала.