Ионные каналы их структура и типы

Неорганические ионы натрия Na+, калия K+, хлора CI- и кальция Ca++ проходят через клеточную мембрану по специальным каналам. При открывании и закрывании ионных каналов изменяется распределение зарядов и происходит сдвиг мембранного потенциала. Передача сигналов нервными клетками зависит от каналов с регулируемой проницаемостью - так называемых каналов с воротами. Ионные потенциал-зависимые каналы - это каналы, которые открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала, например, натриевые каналы, ответственные за потенциал действия. Механизм действия потенциал-зависимых каналов изучают в системе фиксации потенциала. Если мембранный потенциал поддерживать на уровне потенциала покоя, натриевый ток практически отсутствует, что означает, что натриевые каналы закрыты. Если теперь сдвинуть мембранный потенциал в положительную сторону и удерживать его на постоянном уровне, то потенциал-зависимые натриевые каналы откроются и ионы натрия начнут передвигаться в клетку по градиенту концентрации. Этот натриевый ток достигнет максимума примерно через 0,5 мс после того, как установится новое значение потенциала. Через несколько миллисекунд ток падает почти до нуля, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной, что означает, что каналы, открывшиеся на какой- то момент, снова закрылись. Закрывшись, каналы переходят в инактивированное состояние, отличающееся от первоначального закрытого состояния, при котором они были способны открыться в ответ на деполяризацию мембраны.

Биомембрана состоит из белков, погруженных в липидный бислой, эффективно препятствующий проникновению гидрофильных веществ через мембрану. Погруженные в бислой белки часто формируют гидрофильные каналы, через которые могут проходить неорганические ионы и другие водорастворимые вещества.

Лиганд-управляемые каналы - ионные каналы, расположенные в постсинаптической мембране в нервно-мышечных соединениях. Связывание медиатора с этими каналами с наружной стороны мембраны вызывает изменения в их конформации - каналы открываются, пропуская через мембрану ионы и тем самым изменяя мембранный потенциал. они генерируют электрический сигнал, сила которого зависит от интенсивности и продолжительности внешнего химического сигнала, т.е. от того, сколько медиатора выводится в синаптическую щель и как долго он там остается. Из всех лиганд-зависимых ионных каналов наиболее изучен Никотиновый ацетилхолиновый рецептор.

действие натрий-калиевого насоса можно представить следующим образом. 1. С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной — ионы калия.2. Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молекулы АТФ.3. При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к переносчику присоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфорилирование переносчика); сами эти три иона натрия также присоединяются к переносчику.4. В результате присоединения остатка фосфорной кислоты происходит такое изменение формы молекулы переносчика (конформация), что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются два иона калия.6. Присоединение двух ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика — отдачу им остатка фосфорной кислоты.7. Дефосфорилирование, в свою очередь, вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по другую сторону мембраны, внутри клетки.8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.Значение натрий-калиевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачивание из клетки натрия и нагнетание в нее калия необходимо для осуществления многих жизненно важных процессов: осморегуляции и сохранения клеточного объема, поддержания разности потенциалов по обе стороны мембраны, поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот). Большие количества калия требуются также для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и других процессов. Примерно треть всей АТФ, расходуемой животной клеткой в состоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы натрий-калиевого насоса.

Кальциевые каналы — это тип ионных каналов, избирательно проницаемых для ионов кальция Ca2+. Часто данный термин синонимичен потенциалуправляемым кальциевым каналам, хотя также существуют и лигандуправляемые кальциевые каналы. Например, рецептор инозитолтрифосфата (IP3) является лигандуправляемым кальциевым каналом, и ему соответствует лиганд IP3. Рецептор IP3 находится в мембране эндоплазматического ретикулума и саркоплазматического ретикулума мышц. После связывания с IP3 освобождает ионы кальция из кальциевых депо ретикулума. Появление IP3 в цитоплазме клетки может быть вызвано активацией рецепторов, связанных с G-белками.

Блокаторы кальциевых каналов применяют для лечения артериальной гипертензии.

Эпителиальный натриевый канал — мембранный белок, проводящий ионы Li, Na и протоны. Он постоянно активен и, вероятно, является одним из самых избирательных ионных каналов. 4 трансмембранных домена, сегмент s4 в каждом домене является потенциалчувствительным модулем а сегменты 5и6 Р(пэ)-участок=пора. То есть в каждом домене 2 модуля и они независимы и обладают подвижностью. В «Р» участке всех 4х доменов есть 2 кольца из высококонсервативных аминокислот:

EEDD-наружное кольцо(специфичен для ТТХ и STX)

DEKA- внутреннее кольцо – это сам селективный фильтр натриевых каналов.

3. Природа автоматии сердца.

АВТОМАТИЯ СЕРДЦА, способность клеток сердца к самовозбуждению без каких-либо воздействий извне. Способность генерировать автоматический ритм закрепляется за узловой тканью проводящей системы, образующей узлы автоматии — синусно-предсердный (так называемый водитель ритма сердца, или пейсмекер) и предсердно-желудочковый. Потенциально все элементы проводящей системы в разной степени способны к генерации автоматического ритма. Существует так называемый градиент автоматии. Наиболее высокой способностью к автоматии обладает синусно-предсердный узел, где генерируется ритм, который усваивается остальными элементами проводящей системы и сократительным миокардом. У человека он равен 60-70 уд/мин в состоянии покоя. Если работа синусно-предсердного узла нарушена, функция водителя ритма переходит к предсердно-желудочковому узлу, который генерирует более медленный сердечный ритм (около 40 уд/мин), но он в состоянии обеспечить нормальную работу сердца и нормальное кровоснабжение организма. Другие элементы проводящей системы, и в первую очередь пучок Гиса, также способны к автоматии, но генерируемое здесь возбуждение возникает с еще более низкой частотой и проявляется только в условиях патологии, например при гипоксии и ишемии. В этих условиях ненормальные очаги автоматии могут формироваться и в сократительных клетках сердца, создавая источники аритмии сердца. Изолированное сердце при снабжении его питательным раствором способно сокращаться вне организма продолжительное время. Способность клетки генерировать автоматический ритм в значительной мере определяется величиной мембранного потенциала, при котором активируются ионные каналы, обеспечивающие самовозбуждение клетки. Для клеток узловой ткани характерен более низкий уровень мембранного потенциала, чем для сократительных клеток сердца.

Автоматия возникает в фазу диастолы и проявляется движением ионов Na внутрь клетки. При этом величина мембранного потенциала уменьшается и стремится к критическому уровню деполяризации – наступает медленная спонтанная диастолическая деполяризация, сопровождающаяся уменьшением заряда мембраны. В фазу быстрой деполяризации возникает открытие каналов для ионов Na и Ca, и они начинают свое движение внутрь клетки. В результате заряд мембраны уменьшается до нуля и изменяется на противоположный, достигая +20–30 мВ. Движение Na происходит до достижения электрохимического равновесия по ионам Na, затем начинается фаза плато. В фазу плато продолжается поступление в клетку ионов Ca. В это время сердечная ткань невозбудима. По достижении электрохимического равновесия по ионам Ca заканчивается фаза плато и наступает период реполяризации – возвращения заряда мембраны к исходному уровню.