Osobine jonskih kanala
Selektivnost je selektivna povećana permeabilnost IR za određene jone. Za ostale jone, permeabilnost je smanjena. Takvu selektivnost određuje selektivni filter - najuža tačka pore kanala. Filter, osim uskih dimenzija, može imati i lokalni električni naboj. Na primjer, kationski selektivni kanali obično imaju negativno nabijene aminokiselinske ostatke u proteinskoj molekuli u području svog selektivnog filtera, koji privlače pozitivne katione i odbijaju negativne anione, sprječavajući ih da prođu kroz pore.
Kontrolisana permeabilnost je sposobnost IC-a da se otvori ili zatvori pod određenim kontrolnim radnjama na kanalu. Zatvoreni kanal ima smanjenu propusnost, a otvoreni kanal povećanu. Prema ovom svojstvu, IC se mogu klasificirati ovisno o metodama njihovog otkrivanja: na primjer, potencijalno aktivirane, aktivirane ligandom itd.
Inaktivacija je sposobnost IC-a da automatski smanje svoju propusnost neko vrijeme nakon otvaranja, čak i ako faktor aktiviranja koji ih je otvorio nastavi djelovati. Brza inaktivacija je poseban proces sa svojim specifičnim mehanizmom, koji se razlikuje od sporog zatvaranja kanala (spora inaktivacija). Zatvaranje (spora inaktivacija) kanala nastaje zbog procesa koji su suprotni procesima koji su obezbijedili njegovo otvaranje, tj. promjenom konformacije proteina kanala. Ali, na primjer, u kanalima aktiviranim naponom dolazi do brze inaktivacije uz pomoć posebnog molekularnog čepa, nalik na čep na lancu, koji se obično koristi u kupkama. Ovaj čep je aminokiselinska (polipeptidna) petlja sa zadebljanjem na kraju u obliku tri aminokiseline, koja zatvara unutrašnje ušće kanala sa strane citoplazme. Zato naponski ovisni IC za natrij, koji osiguravaju razvoj akcionog potencijala i kretanje nervnog impulsa, mogu pustiti natrijeve ione u ćeliju samo nekoliko milisekundi, a zatim se automatski zatvaraju svojim molekularnim čepovima, uprkos činjenici da depolarizacija koja ih otvara nastavlja da deluje. Drugi mehanizam inaktivacije CI može biti modifikacija intracelularnog ušća kanala dodatnim podjedinicama.
Blokiranje je sposobnost IR-a pod djelovanjem blokirajućih supstanci da popravi jedno od svojih stanja i ne odgovori na uobičajena kontrolna djelovanja. U ovom stanju, kanal jednostavno prestaje da odgovara na kontrolne akcije. Blokiranje je uzrokovano blokirajućim supstancama, koje se mogu nazvati antagonistima, blokatorima ili liticima. Antagonisti su supstance koje sprečavaju aktivirajuće dejstvo drugih supstanci na IC. Takve supstance su u stanju da se dobro vežu za mesto IR receptora, ali nisu u stanju da promene stanje kanala i izazovu njegov odgovor. Ispostavlja se blokada receptora i, zajedno s njim, blokada IR. Treba imati na umu da antagonisti ne izazivaju nužno potpunu blokadu receptora i njegovog IR-a, oni mogu djelovati slabije i samo inhibirati (pritisnuti) kanal, ali ga ne i potpuno zaustaviti.Agonisti-antagonisti su supstance koje imaju slab stimulativni učinak. na receptoru, ali istovremeno blokirajući djelovanje prirodnih endogenih kontrolnih supstanci. Blokatori su tvari koje sprječavaju rad ionskog kanala, na primjer, interakciju medijatora s molekularnim receptorom za njega i, stoga, remete kontrolu kanala, blokirajući ga. Na primjer, djelovanje acetilholina blokirano je antiholinergicima; norepinefrin s adrenalinom - blokatori; histamin - blokatori histamina itd. Mnogi blokatori se koriste u terapeutske svrhe kao lijekovi. Litici su isti blokatori, termin je stariji i koristi se kao sinonim za blokator: antiholinergik, adrenolitik itd.
Plastičnost je sposobnost IC-a da promijeni svoja svojstva, svoje karakteristike. Najčešći mehanizam koji obezbeđuje plastičnost je fosforilacija aminokiselina proteina kanala sa unutrašnje strane membrane enzimima protein kinaze. Ostaci fosfora iz ATP-a ili GTP-a su vezani za proteine kanala - i kanal mijenja svoja svojstva. Na primjer, fiksiran je u trajno zatvorenom stanju ili, obrnuto, u otvorenom stanju.
Svi kanali koji se nalaze u živim tkivima, a sada znamo nekoliko stotina vrsta kanala, mogu se podijeliti u dva glavna tipa. Prvi tip je kanali za odmor, koji se spontano otvaraju i zatvaraju bez ikakvih vanjskih utjecaja. Važni su za stvaranje potencijala membrane u mirovanju. Druga vrsta je tzv kapija kanala, ili kanali portala(od riječi "kapija") . U mirovanju, ovi kanali su zatvoreni i mogu se otvoriti pod uticajem različitih podražaja. Neke vrste takvih kanala uključene su u stvaranje akcionih potencijala.
Većina jonskih kanala je karakterizirana selektivnost(selektivnost), odnosno samo određeni joni prolaze kroz određeni tip kanala. Na osnovu toga razlikuju se natrijum, kalijum, kalcijum, hloridni kanali. Selektivnost kanala određena je veličinom pora, veličinom jona i njegove hidratacijske ljuske, nabojem jona i nabojom unutrašnje površine kanala. Međutim, postoje i neselektivni kanali koji mogu istovremeno proći dvije vrste jona: na primjer, kalij i natrij. Postoje kanali kroz koje mogu proći svi joni, pa čak i veći molekuli.
Postoji klasifikacija jonskih kanala prema metoda aktivacije(Sl. 9). Neki kanali specifično reaguju na fizičke promjene u ćelijskoj membrani neurona. Najistaknutiji predstavnici ove grupe su potencijalno aktivirani kanali. Primjeri su membranski potencijalno osjetljivi natrijum, kalijum, kalcijum jonski kanali, koji su odgovorni za formiranje akcionog potencijala. Ovi kanali se otvaraju pod određenim potencijalom kroz membranu. Dakle, natrijum i kalijum kanali se otvaraju pri potencijalu od oko -60 mV (unutrašnja površina membrane je negativno naelektrisana u odnosu na vanjsku). Kalcijumski kanali se otvaraju pri potencijalu od -30 mV. Grupa kanala aktiviranih fizičkim promjenama uključuje
Slika 9. Načini aktiviranja jonskih kanala
(A) Jonski kanali aktivirani promjenom membranskog potencijala ili istezanja membrane. (B) Jonski kanali aktivirani hemijskim agensima (ligandi) sa vanćelijske ili intracelularne strane.
takođe mehano-osetljivi kanali, koji reaguju na mehanički stres (istezanje ili deformacija ćelijske membrane). Jonski kanali druge grupe se otvaraju kada hemikalije aktiviraju specijalna mesta vezivanja receptora na molekulu kanala. Takve ligand-aktivirani kanali dijele se u dvije podgrupe, u zavisnosti od toga da li su njihovi receptorski centri intracelularni ili ekstracelularni. Zovu se i kanali aktivirani ligandom koji reaguju na ekstracelularne podražaje jonotropni receptori. Takvi kanali su osjetljivi na posrednike i direktno su uključeni u prijenos informacija u sinaptičkim strukturama. Ligandom aktivirani kanali koji se aktiviraju sa citoplazmatske strane uključuju kanale koji su osjetljivi na promjene u koncentraciji specifičnih jona. Na primjer, kalijum-aktivirani kanali se aktiviraju lokalnim povećanjem koncentracije intracelularnog kalcija. Takvi kanali igraju važnu ulogu u repolarizaciji ćelijske membrane tokom završetka akcionog potencijala. Pored jona kalcijuma, ciklični nukleotidi su tipični predstavnici intracelularnih liganada. Ciklični HMP, na primjer, odgovoran je za aktivaciju natrijumskih kanala u retinalnim štapićima. Ova vrsta kanala igra osnovnu ulogu u radu vizuelnog analizatora. Zasebna vrsta modulacije kanala vezivanjem intracelularnog liganda je fosforilacija/defosforilacija određenih dijelova njegovog proteinskog molekula pod djelovanjem intracelularnih enzima - protein kinaza i protein fosfataza.
Prikazana klasifikacija kanala prema načinu aktivacije je u velikoj mjeri uslovna. Neki jonski kanali mogu se aktivirati samo uz nekoliko ekspozicija. Na primjer, kalcijum-aktivirani kalijumski kanali su također osjetljivi na potencijalne promjene, a neki ionski kanali aktivirani naponom osjetljivi su na intracelularne ligande.
Prema modernim konceptima, biološke membrane čine vanjsku ljusku svih životinjskih stanica i formiraju brojne unutarćelijske organele. Najkarakterističnija strukturna karakteristika je da membrane uvijek formiraju zatvorene prostore, a ova mikrostrukturna organizacija membrana omogućava im da obavljaju bitne funkcije.
Struktura i funkcije ćelijskih membrana.
1. Funkcija barijere se izražava u činjenici da membrana, koristeći odgovarajuće mehanizme, učestvuje u stvaranju gradijenata koncentracije, sprečavajući slobodnu difuziju. U ovom slučaju membrana učestvuje u mehanizmima elektrogeneze. To uključuje mehanizme za stvaranje potencijala mirovanja, stvaranje akcionog potencijala, mehanizme za propagaciju bioelektričnih impulsa kroz homogene i nehomogene ekscitabilne strukture.
2. Regulatorna funkcija ćelijske membrane sastoji se u finoj regulaciji unutarćelijskog sadržaja i intracelularnih reakcija zbog prijema ekstracelularnih biološki aktivnih supstanci, što dovodi do promjene aktivnosti membranskih enzimskih sistema i pokretanja mehanizama sekundarnih " glasnici" ("posrednici").
3. Transformacija vanjskih nadražaja neelektrične prirode u električne signale (u receptorima).
4. Oslobađanje neurotransmitera u sinaptičkim završecima.
Savremenim metodama elektronske mikroskopije utvrđena je debljina ćelijskih membrana (6-12 nm). Hemijska analiza je pokazala da se membrane uglavnom sastoje od lipida i proteina, čija količina nije ista u različitim tipovima ćelija. Složenost proučavanja molekularnih mehanizama funkcionisanja ćelijskih membrana je zbog činjenice da se tokom izolacije i pročišćavanja ćelijskih membrana narušava njihovo normalno funkcionisanje. U ovom trenutku možemo govoriti o nekoliko tipova modela ćelijskih membrana, među kojima se najviše koristi fluidno-mozaični model.
Prema ovom modelu, membrana je predstavljena dvoslojem fosfolipidnih molekula orijentiranih na način da su hidrofobni krajevi molekula unutar dvosloja, dok su hidrofilni krajevi usmjereni u vodenu fazu. Takva struktura je idealna za formiranje razdvajanja dvije faze: ekstra- i intracelularne.
U fosfolipidnom dvosloju integrisani su globularni proteini, čiji polarni regioni formiraju hidrofilnu površinu u vodenoj fazi. Ovi integrisani proteini obavljaju različite funkcije, uključujući receptorske, enzimske, formiraju ionske kanale, membranske su pumpe i nosioci jona i molekula.
Neki proteinski molekuli slobodno difundiraju u ravni lipidnog sloja; u normalnom stanju, dijelovi proteinskih molekula koji se pojavljuju na suprotnim stranama ćelijske membrane ne mijenjaju svoj položaj.
Električne karakteristike membrana:
Kapacitivnost je uglavnom određena fosfolipidnim dvoslojem, koji je nepropustan za hidratizirane jone i istovremeno dovoljno tanak (oko 5 nm) da omogući efikasno odvajanje i akumulaciju naboja i elektrostatičku interakciju katjona i anjona. Osim toga, kapacitivna svojstva ćelijskih membrana su jedan od razloga koji određuju vremenske karakteristike električnih procesa koji se odvijaju na ćelijskim membranama.
Konduktivnost (g) je recipročna vrijednost električnog otpora i jednaka je omjeru ukupne transmembranske struje za dati ion i vrijednosti koja je uzrokovala njegovu transmembransku potencijalnu razliku.
Kroz fosfolipidni dvosloj mogu difundirati različite supstance, a stepen permeabilnosti (P), odnosno sposobnost ćelijske membrane da propušta te supstance, zavisi od razlike u koncentracijama difuzne supstance sa obe strane membrane, njene rastvorljivosti. lipidima i svojstvima ćelijske membrane.
Provodljivost membrane je mjera njene ionske permeabilnosti. Povećanje provodljivosti ukazuje na povećanje broja jona koji prolaze kroz membranu.
Struktura i funkcije ionskih kanala. Na+, K+, Ca2+, Cl- joni prodiru unutar ćelije i izlaze kroz posebne kanale ispunjene tečnošću. Kanali su prilično mali.
Svi jonski kanali su podijeljeni u sljedeće grupe:
- po selektivnosti:
a) Selektivna, tj. specifično. Ovi kanali su propusni za strogo definisane jone.
b) Slabo selektivan, nespecifičan, nema određenu ionsku selektivnost. U membrani ih je samo nekoliko.
- Po prirodi prenesenih jona:
a) kalijum
b) natrijum
c) kalcijum
d) hlor
- Prema stopi inaktivacije, tj. zatvaranje:
a) brzo inaktivirajuće, tj. brzo prelazi u zatvoreno stanje. Oni pružaju brzo rastuće smanjenje MP i isti brzi oporavak.
b) polako se deaktivira. Njihovo otvaranje uzrokuje sporo smanjenje MP i njegov spor oporavak.
4. Mehanizmima za otvaranje:
a) zavisno od napona, tj. one koje se otvaraju na određenom nivou membranskog potencijala.
b) hemozavisni, otvaraju se pri izlaganju hemoreceptorima ćelijske membrane fiziološki aktivnih supstanci (neurotransmitera, hormona itd.).
Sada je utvrđeno da jonski kanali imaju sljedeću strukturu:
1. Selektivni filter koji se nalazi na ušću kanala. Osigurava prolaz strogo određenih jona kroz kanal.
2. Aktivacijska kapija koja se otvaraju na određenom nivou membranskog potencijala ili djelovanjem odgovarajućeg PAS-a. Aktivacijska kapija naponskih kanala ima senzor koji ih otvara na određenom MP nivou.
3. Inaktivaciona kapija, koja osigurava zatvaranje kanala i prekid provođenja jona kroz kanal na određenom nivou MP (Sl.).
Nespecifični jonski kanali nemaju kapiju.
Selektivni jonski kanali mogu biti u tri stanja, koja su određena pozicijom aktivacijskih (m) i inaktivacionih (h) kapija:
1.Zatvoreno kada su aktivacijski zatvoreni, a oni za deaktivaciju otvoreni.
2.Aktivirano, obje kapije su otvorene.
3. Deaktivirano, aktivacijske kapije su otvorene, a inaktivacione kapije zatvorene
Funkcije jonskih kanala:
1. Kalijum (u mirovanju) - stvaranje potencijala mirovanja
2. Natrijum - stvaranje akcionog potencijala
3. Kalcijum - sporo djelovanje
4. Kalijum (odložena rektifikacija) - osigurava repolarizaciju
5. Kalijum-kalcijum-aktiviran - ograničenje depolarizacije uzrokovano Ca + 2 strujom
Funkcija jonskih kanala proučava se na različite načine. Najčešća je metoda naponske stezaljke ili "voltage-clamp". Suština metode leži u činjenici da se uz pomoć posebnih elektronskih sistema membranski potencijal mijenja i fiksira na određenom nivou tokom eksperimenta. U tom slučaju se mjeri veličina jonske struje koja teče kroz membranu. Ako je razlika potencijala konstantna, tada je, u skladu s Ohmovim zakonom, veličina struje proporcionalna vodljivosti ionskih kanala. Kao odgovor na stepenastu depolarizaciju, otvaraju se određeni kanali, odgovarajući ioni ulaze u ćeliju duž elektrohemijskog gradijenta, tj. nastaje jonska struja koja depolarizira ćeliju. Ova promjena se bilježi pomoću kontrolnog pojačala i kroz membranu se propušta električna struja, jednaka po veličini, ali suprotnog smjera, od struje jona membrane. U ovom slučaju se razlika transmembranskog potencijala ne mijenja.
Proučavanje funkcije pojedinačnih kanala moguće je metodom lokalne fiksacije potencijala "path-clamp". Staklena mikroelektroda (mikropipeta) se puni fiziološkim rastvorom, pritisne na površinu membrane i stvara se blagi vakuum. U tom slučaju dio membrane se usisa na mikroelektrodu. Ako se jonski kanal nalazi u zoni usisavanja, tada se bilježi aktivnost jednog kanala. Sistem stimulacije i registracije aktivnosti kanala malo se razlikuje od sistema fiksacije napona.
Struja kroz jedan jonski kanal ima pravougaoni oblik i jednaka je po amplitudi za kanale različitih tipova. Trajanje kanala u otvorenom stanju ima vjerovatnoćan karakter, ali ovisi o veličini membranskog potencijala. Ukupna struja jona određena je vjerovatnoćom da će u svakom određenom vremenskom periodu biti u otvorenom stanju određeni broj kanala.
Vanjski dio kanala je relativno pristupačan za proučavanje, proučavanje unutrašnjeg dijela predstavlja značajne poteškoće. P. G. Kostyuk je razvio metodu intracelularne dijalize, koja omogućava proučavanje funkcije ulaznih i izlaznih struktura jonskih kanala bez upotrebe mikroelektroda. Pokazalo se da se dio ionskog kanala koji je otvoren prema vanćelijskom prostoru po svojim funkcionalnim svojstvima razlikuje od dijela kanala koji je okrenut prema unutarćelijskom okruženju.
Jonski kanali daju dva važna svojstva membrane: selektivnost i provodljivost.
Selektivnost, ili selektivnost, kanala je obezbeđena njegovom posebnom strukturom proteina. Većina kanala je električno kontrolirana, odnosno njihova sposobnost da provode ione ovisi o veličini membranskog potencijala. Kanal je po svojim funkcionalnim karakteristikama heterogen, posebno za proteinske strukture koje se nalaze na ulazu u kanal i na njegovom izlazu (tzv. mehanizmi kapije).
Razmotrimo princip rada jonskih kanala koristeći natrijev kanal kao primjer. Vjeruje se da je natrijumski kanal zatvoren u mirovanju. Kada se ćelijska membrana depolarizira do određenog nivoa, otvara se kapija m-aktivacije (aktivacija) i povećava protok Na+ jona u ćeliju. Nekoliko milisekundi nakon otvaranja m-gejta, h-kapija koja se nalazi na izlazu iz natrijumskih kanala se zatvara (inaktivacija). Inaktivacija se vrlo brzo razvija u ćelijskoj membrani, a stupanj inaktivacije ovisi o veličini i trajanju depolarizirajućeg stimulusa.
Kada se jedan akcioni potencijal generiše u debelom nervnom vlaknu, promena koncentracije Na+ jona u unutrašnjem okruženju iznosi samo 1/100 000 unutrašnjeg sadržaja Na iona u aksonu divovske lignje.
Osim natrijuma, u ćelijske membrane su ugrađene i druge vrste kanala koji su selektivno propusni za pojedinačne jone: K+, Ca2+, a za ove ione postoje različite vrste kanala.
Hodgkin i Huxley formulirali su princip "nezavisnosti" kanala, prema kojem su tokovi natrijuma i kalija kroz membranu nezavisni jedan od drugog.
Svojstvo provodljivosti različitih kanala nije isto. Konkretno, za kalijumove kanale, proces inaktivacije, kao i za natrijumove kanale, ne postoji. Postoje posebni kalijevi kanali koji se aktiviraju povećanjem intracelularne koncentracije kalcija i depolarizacijom stanične membrane. Aktivacija kalijum-kalcijum zavisnih kanala ubrzava repolarizaciju, čime se vraća početna vrijednost potencijala mirovanja.
Od posebnog interesa su kalcijumski kanali. Dolazna kalcijeva struja obično nije dovoljno velika da normalno depolarizira ćelijsku membranu. Najčešće, kalcij koji ulazi u ćeliju djeluje kao "glasnik", ili drugi glasnik. Aktivacija kalcijumskih kanala osigurava se depolarizacijom ćelijske membrane, na primjer, dolaznom natrijevom strujom.
Proces inaktivacije kalcijumskih kanala je prilično komplikovan. S jedne strane, povećanje intracelularne koncentracije slobodnog kalcija dovodi do inaktivacije kalcijumskih kanala. S druge strane, proteini citoplazme stanica vezuju kalcij, što omogućava održavanje stabilne vrijednosti struje kalcija dugo vremena, iako na niskom nivou; u ovom slučaju, natrijeva struja je potpuno potisnuta. Kalcijumski kanali igraju bitnu ulogu u srčanim ćelijama. O elektrogenezi kardiomiocita govori se u poglavlju 7. Elektrofiziološke karakteristike ćelijskih membrana se ispituju posebnim metodama.
Struktura i funkcije ionskih kanala. Joni Na+, K+, Ca 2+, Cl- prodiru unutar ćelije i izlaze kroz posebne kanale ispunjene tečnošću. Veličina kanala je prilično mala (prečnik 0,5-0,7 nm). Proračuni pokazuju da ukupna površina kanala zauzima neznatan dio površine ćelijske membrane.
Funkcija jonskih kanala proučava se na različite načine. Najčešća je metoda naponske kleme, ili "voltage-clamp" (slika 2.2). Suština metode leži u činjenici da se uz pomoć posebnih elektronskih sistema membranski potencijal mijenja i fiksira na određenom nivou tokom eksperimenta. U tom slučaju se mjeri veličina jonske struje koja teče kroz membranu. Ako je razlika potencijala konstantna, tada je, u skladu s Ohmovim zakonom, veličina struje proporcionalna vodljivosti ionskih kanala. Kao odgovor na stepenastu depolarizaciju, otvaraju se određeni kanali, odgovarajući ioni ulaze u ćeliju duž elektrohemijskog gradijenta, tj. nastaje jonska struja koja depolarizira ćeliju. Ova promjena se bilježi pomoću kontrolnog pojačala i kroz membranu se propušta električna struja, jednaka po veličini, ali suprotnog smjera, od struje jona membrane. U ovom slučaju se razlika transmembranskog potencijala ne mijenja. Kombinovana upotreba metode potencijalnog stezanja i specifičnih blokatora jonskih kanala dovela je do otkrića različitih tipova jonskih kanala u ćelijskoj membrani.
Trenutno je instalirano mnogo vrsta kanala za različite jone (tabela 2.1). Neki od njih su vrlo specifični, potonji, pored glavnog jona, mogu propuštati i druge jone.
Proučavanje funkcije pojedinačnih kanala moguće je metodom lokalne fiksacije potencijala "path-clamp"; pirinač. 2.3, A). Staklena mikroelektroda (mikropipeta) se puni fiziološkim rastvorom, pritisne na površinu membrane i stvara se blagi vakuum. U tom slučaju dio membrane se usisa na mikroelektrodu. Ako se jonski kanal nalazi u zoni usisavanja, tada se bilježi aktivnost jednog kanala. Sistem stimulacije i registracije aktivnosti kanala malo se razlikuje od sistema fiksacije napona.
Tabela 2.1. Najvažniji jonski kanali i jonske struje ekscitabilnih ćelija
Bilješka. TEA - tetraetilamonijum; TTX - tetrodotoksin.
Vanjski dio kanala je relativno pristupačan za proučavanje, proučavanje unutrašnjeg dijela predstavlja značajne poteškoće. P. G. Kostyuk je razvio metodu intracelularne dijalize, koja omogućava proučavanje funkcije ulaznih i izlaznih struktura jonskih kanala bez upotrebe mikroelektroda. Pokazalo se da se dio ionskog kanala koji je otvoren prema vanćelijskom prostoru po svojim funkcionalnim svojstvima razlikuje od dijela kanala koji je okrenut prema unutarćelijskom okruženju.
Jonski kanali daju dva važna svojstva membrane: selektivnost i provodljivost.
selektivnost, ili selektivnost, kanal osigurava njegova posebna proteinska struktura. Većina kanala je električno kontrolirana, odnosno njihova sposobnost da provode ione ovisi o veličini membranskog potencijala. Kanal je po svojim funkcionalnim karakteristikama heterogen, posebno za proteinske strukture koje se nalaze na ulazu u kanal i na njegovom izlazu (tzv. mehanizmi kapije).
5. Koncept ekscitabilnosti. Parametri ekscitabilnosti neuromišićnog sistema: prag iritacije (reobaza), korisno vrijeme (hronaksija). Ovisnost jačine stimulacije o vremenu njenog djelovanja (kriva Goorweg-Weiss). Vatrostalna.
Ekscitabilnost– sposobnost ćelije da odgovori na stimulaciju stvaranjem AP i specifičnom reakcijom.
1) faza lokalnog odgovora - parcijalna depolarizacija membrane (ulazak Na+ u ćeliju). Ako primijenite mali stimulans, tada je odgovor jači.
Lokalna depolarizacija je faza egzaltacije.
2) faza apsolutne refraktornosti - svojstvo ekscitabilnog tkiva da ne formira AP ni pod kakvom jačinom stimulusa
3) faza relativne refraktornosti.
4) faza spore repolarizacije - iritacija - opet jaka reakcija
5) faza hiperpolarizacije - ekscitabilnost je manja (subnormalna), stimulus mora biti veliki.
Funkcionalna labilnost- procjena ekscitabilnosti tkiva kroz maksimalno mogući broj AP u jedinici vremena.
Zakoni ekscitacije:
1) zakon sile - jačina stimulusa mora biti granična ili nadpražna (minimalna vrijednost sile koja izaziva ekscitaciju). Što je stimulus jači, to je jača ekscitacija - samo za asocijacije tkiva (nervni trup, mišić, izuzetak - SMC).
2) zakon vremena - stimulans dugog dejstva mora biti dovoljan za nastanak ekscitacije.
Postoji obrnuto proporcionalan odnos između sile i vremena unutar granica između minimalnog vremena i minimalne sile. Minimalna sila - reobaza - je sila koja izaziva ekscitaciju i ne ovisi o trajanju. Minimalno vrijeme je korisno vrijeme. Hronaksija je ekscitabilnost određenog tkiva, vrijeme u kojem dolazi do ekscitacije jednako je dvije reobaze.
Što je veća sila, to je veći odziv do određene vrijednosti.
Faktori koji stvaraju MPP:
1) razlika između koncentracija natrijuma i kalijuma
2) različita permeabilnost za natrijum i kalijum
3) rad Na-K pumpe (3 Na+ izlazi, 2 K+ se vraća).
Odnos između jačine stimulusa i trajanja njegovog uticaja, neophodnog za nastanak minimalnog odgovora žive strukture, može se vrlo dobro pratiti na tzv. krivulji sila-vreme (krivulja Goorweg-Weiss-Lapik). .
Iz analize krivulje proizilazi da, koliko god bila jaka stimulans, ako je trajanje njegovog djelovanja nedovoljno, odgovora neće biti (pokazuje lijevo od uzlazne grane hiperbole). Sličan fenomen se uočava i kod produženog djelovanja podpražnih podražaja. Minimalna struja (ili napon) koja može izazvati ekscitaciju Lapik naziva reobazom (segment ordinate OA). Najmanji vremenski period tokom kojeg struja jednake jačini dvostruko većoj od reobaze izaziva ekscitaciju u tkivu naziva se hronaksija (apscisni segment OF), što je pokazatelj praga trajanja stimulacije. Hronaksija se mjeri u δ (hiljaditim dijelovima sekunde). Po veličini hronaksije može se suditi o brzini pojave ekscitacije u tkivu: što je manja kronaksija, to se ekscitacija brže javlja. Hronaksija ljudskih nervnih i mišićnih vlakana jednaka je hiljaditim i desethiljaditim delovima sekunde, a hronaksija takozvanih sporih tkiva, na primer, mišićnih vlakana žabljeg stomaka, je stotinke sekunde.
Definicija hronaksije ekscitabilnih tkiva postala je raširena ne samo u eksperimentu, već iu fiziologiji sporta, na klinici. Konkretno, mjerenjem hronaksije mišića, neuropatolog može utvrditi prisustvo oštećenja motoričkog živca. Treba napomenuti da podražaj može biti prilično jak, imati granično trajanje, ali niska stopa povećanja vremena do vrijednosti praga, u ovom slučaju ne dolazi do ekscitacije. Adaptacija ekscitabilnog tkiva na sporo rastući stimulans naziva se akomodacija. Akomodacija je zbog činjenice da se tokom povećanja jačine stimulusa u tkivu razvijaju aktivne promjene koje povećavaju prag iritacije i sprječavaju razvoj ekscitacije. Stoga je brzina povećanja stimulacije tokom vremena, ili gradijent stimulacije, bitan za početak ekscitacije.
Zakon gradijenta pobude. Reakcija žive formacije na podražaj zavisi od gradijenta iritacije, tj. od hitnosti ili strmine rasta stimulusa u vremenu: što je veći gradijent iritacije, jači je (do određenih granica) odgovor ekscitabilnog formiranje.
Shodno tome, zakoni stimulacije odražavaju složen odnos između stimulusa i ekscitabilne strukture tokom njihove interakcije. Da bi došlo do ekscitacije, stimulus mora imati graničnu snagu, imati prag trajanja i imati određenu brzinu povećanja u vremenu.
6. Jonske pumpe (ATP-aze): K + -Na + -eva, Ca2 + -eva (plazmolema i sarkoplazmatski retikulum), H + -K + -izmjenjivač.
Prema savremenim konceptima, biološke membrane sadrže jonske pumpe koje rade zahvaljujući slobodnoj energiji hidrolize ATP-a - posebne sisteme integralnih proteina (transportnih ATPaza).
Trenutno su poznata tri tipa elektrogenih jonskih pumpi koje vrše aktivan prenos jona kroz membranu (slika 13).
Prijenos jona transportnim ATPazama nastaje zbog konjugacije procesa prijenosa s kemijskim reakcijama, zbog energije metabolizma ćelije.
U toku rada K + -Na + -ATPaze, zbog energije koja se oslobađa prilikom hidrolize svakog ATP molekula, dva jona kalijuma se prenose u ćeliju, a tri jona natrijuma se istovremeno ispumpavaju iz ćelije. Tako se stvara povećana koncentracija kalijevih jona u ćeliji i smanjena koncentracija natrijuma u odnosu na međućelijski medij, što je od velikog fiziološkog značaja.
Znakovi "bio pumpe":
1. Kretanje protiv gradijenta elektrohemijskog potencijala.
2. protok materije je povezan sa hidrolizom ATP-a (ili drugog izvora energije).
3. asimetrija transportnog vozila.
4. In vitro pumpa je sposobna da hidrolizira ATP samo u prisustvu onih jona koje nosi in vivo.
5. kada se pumpa ugrađuje u veštačko okruženje, ona je u stanju da održi selektivnost.
Molekularni mehanizam rada ionskih ATPaza nije u potpunosti shvaćen. Ipak, glavne faze ovog složenog enzimskog procesa mogu se pratiti. U slučaju K + -Na + -ATPaze, postoji sedam faza prenosa jona povezanih sa hidrolizom ATP-a.
Dijagram pokazuje da su ključne faze enzima:
1) formiranje enzimskog kompleksa sa ATP-om na unutrašnjoj površini membrane (tu reakciju aktiviraju joni magnezijuma);
2) vezivanje kompleksom tri natrijumova jona;
3) fosforilacija enzima sa stvaranjem adenozin difosfata;
4) flip (flip-flop) enzima unutar membrane;
5) reakcija jonske razmene natrijuma za kalijum, koja se odvija na spoljnoj površini membrane;
6) obrnuti obrt enzimskog kompleksa sa transferom jona kalijuma u ćeliju;
7) vraćanje enzima u prvobitno stanje uz oslobađanje jona kalijuma i neorganskog fosfata (P).
Tako se za kompletan ciklus iz ćelije oslobađaju tri jona natrijuma, citoplazma je obogaćena sa dva jona kalijuma, a jedan molekul ATP-a je hidrolizovan.
Kanali vođeni ligandom su jonski kanali koji se nalaze u postsinaptičkoj membrani na neuromuskularnim spojevima. Vezivanje medijatora za ove kanale sa vanjske strane membrane uzrokuje promjene u njihovoj konformaciji – kanali se otvaraju, prolazeći ioni kroz membranu i na taj način mijenjajući membranski potencijal. Za razliku od naponski vođenih kanala, koji su odgovorni za pokretanje akcionog potencijala i oslobađanje transmitera, kanali vođeni ligandom su relativno neosjetljivi na promjene membranskog potencijala i stoga nisu sposobni za samopojačavajuću ekscitaciju na sve ili ništa. Umjesto toga, generiraju električni signal čija snaga ovisi o intenzitetu i trajanju vanjskog kemijskog signala, tj. koliko medijatora se oslobađa u sinaptičku pukotinu i koliko dugo ostaje tamo.
Receptori povezani sa kanalima specifični su, kao i enzimi, samo za određene ligande i stoga odgovaraju na djelovanje samo jednog medijatora – onog koji se oslobađa iz presinaptičkog terminala, ostali medijatori nemaju efekta.
Kanale različitih tipova karakterizira različita ionska specifičnost: jedni mogu selektivno propuštati ione natrija, drugi - kalijeve, itd., mogu postojati i oni koji su malo selektivni u odnosu na različite katione, ali ne propuštaju anione. Međutim, specifičnost jona je konstantna za datu postsinaptičku membranu: tipično, svi kanali u sinapsi imaju istu selektivnost.
Od svih ligand-zavisnih jonskih kanala, nikotinski acetilkolinski receptor je najviše proučavan.
Poznate su mnoge druge vrste UA, koje se aktiviraju raznim medijatorima (serotonin, glicin, gama-aminomaslačna kiselina - GABA, itd.) i sve ove glavne vrste UA dijele se na mnoge podtipove. Što se tiče senzornih sistema, najvažniji MK koji se nalaze u olfaktornim i fotoreceptornim ćelijama su osetljivi na ciklične nukleotide (CNZ). Biće opisana struktura CNZ-gate kanala. Za razliku od n-AChR kanala, protein podjedinice formira 6 transmembranskih segmenata, a cijeli kanal se sastoji od četiri podjedinice.
