Canale ionico. Definizione

Proprietà del canale ionico

La selettività è la permeabilità selettiva e aumentata dell'IR per determinati ioni. Per altri ioni, la permeabilità è ridotta. Questa selettività è determinata da un filtro selettivo, il punto più stretto del poro del canale. Il filtro, oltre alle sue ridotte dimensioni, può avere anche una carica elettrica locale. Ad esempio, i canali cation-selettivi di solito hanno residui di amminoacidi carichi negativamente nella molecola proteica nell'area del loro filtro selettivo, che attraggono i cationi positivi e respingono gli anioni negativi, impedendo loro di passare attraverso il poro.

La permeabilità controllata è la capacità di IK di aprirsi o chiudersi sotto determinate azioni di controllo sul canale. Un canale chiuso ha una permeabilità ridotta e uno aperto - aumentato. Secondo questa proprietà, gli IR possono essere classificati in base alle modalità della loro scoperta: ad esempio, attivati ​​dal potenziale, attivati ​​da ligando, ecc.

L'inattivazione è la capacità degli IR, qualche tempo dopo la sua apertura, di abbassare automaticamente la sua permeabilità anche se il fattore attivante che li ha aperti continua ad agire. L'inattivazione rapida è un processo speciale con un proprio meccanismo speciale, che differisce dalla chiusura lenta del canale (inattivazione lenta). La chiusura (inattivazione lenta) del canale avviene a causa di processi opposti ai processi che ne hanno assicurato l'apertura, ad es. modificando la conformazione della proteina canale. Ma, ad esempio, nei canali attivati ​​dal potenziale, la rapida inattivazione avviene con l'aiuto di uno speciale "plug-plug" molecolare, che ricorda un tappo su una catena, che viene solitamente utilizzato nei bagni. Questo tappo è un anello di amminoacidi (polipeptide) con un ispessimento all'estremità sotto forma di tre amminoacidi, che tappa l'apertura interna del canale dal lato del citoplasma. Ecco perché i circuiti integrati voltaggio-dipendenti per il sodio, che assicurano lo sviluppo del potenziale d'azione e il movimento dell'impulso nervoso, possono far entrare gli ioni sodio nella cellula solo per pochi millisecondi, e poi si chiudono automaticamente con i loro tappi molecolari, nonostante il fatto che la depolarizzazione che li apre continua ad agire. Un altro meccanismo di inattivazione di IK può essere la modifica dell'apertura del canale intracellulare con subunità aggiuntive.

Il blocco è la capacità dell'IC sotto l'influenza di sostanze bloccanti di fissare uno dei suoi stati e di non rispondere alle normali influenze di controllo. In questo stato, il canale smette semplicemente di dare risposte alle azioni di controllo. Il blocco è causato da sostanze bloccanti, che possono essere chiamate antagonisti, bloccanti o agenti litici. Gli antagonisti sono sostanze che interferiscono con l'effetto di attivazione di altre sostanze sull'IC. Tali sostanze sono in grado di legarsi bene al sito recettore dell'IC, ma non sono in grado di modificare lo stato del canale, per provocarne la risposta. Si scopre il blocco del recettore e, insieme ad esso, il blocco dell'IC. Va ricordato che gli antagonisti non causano necessariamente un blocco completo del recettore e del suo IC, possono agire in modo più debole e solo inibire (inibire) il canale, ma non fermarlo completamente.Gli agonisti-antagonisti sono sostanze che hanno un debole effetto stimolante sul recettore, ma bloccando l'azione delle sostanze naturali di controllo endogene. I bloccanti sono sostanze che interferiscono con il funzionamento di un canale ionico, ad esempio l'interazione di un mediatore con un recettore molecolare per esso e, quindi, interrompono il controllo del canale, bloccandolo. Ad esempio, l'azione dell'acetilcolina è bloccata dagli anticolinergici; noradrenalina con adrenalina - bloccanti adrenergici; istamina - bloccanti dell'istamina, ecc. Molti bloccanti sono usati per scopi terapeutici come farmaci. I litici sono gli stessi bloccanti, il termine è più antico ed è usato come sinonimo di bloccante: anticolinergico, adrenolitico, ecc.

La plasticità è la capacità dell'IR di modificare le sue proprietà, le sue caratteristiche. Il meccanismo più comune che fornisce plasticità è la fosforilazione degli amminoacidi delle proteine ​​canale dal lato interno della membrana da parte degli enzimi protein chinasi. I residui di fosforo dell'ATP o del GTP sono attaccati alle proteine ​​del canale e il canale cambia le sue proprietà. Ad esempio, è fisso in uno stato permanentemente chiuso o, al contrario, in uno stato aperto.

Tutti i canali presenti nei tessuti viventi, e ora conosciamo diverse centinaia di varietà di canali, possono essere suddivisi in due tipi principali. Il primo tipo è canali di riposo, che si aprono e si chiudono spontaneamente senza influenze esterne. Sono importanti per generare il potenziale di membrana a riposo. Il secondo tipo è il cosiddetto canali del cancello, o canali del portale(dalla parola "cancello") . A riposo, questi canali sono chiusi e possono essere aperti sotto l'influenza di determinati stimoli. Alcuni tipi di tali canali partecipano alla generazione di potenziali d'azione.

La maggior parte dei canali ionici sono caratterizzati da selettività(selettività), cioè solo alcuni ioni passano attraverso un certo tipo di canali. Su questa base si distinguono i canali sodio, potassio, calcio, cloro. La selettività dei canali è determinata dalla dimensione del poro, dalla dimensione dello ione e del suo guscio di idratazione, dalla carica dello ione e dalla carica della superficie interna del canale. Tuttavia, esistono anche canali non selettivi che possono far passare due tipi di ioni contemporaneamente: ad esempio potassio e sodio. Ci sono canali attraverso i quali possono passare tutti gli ioni e anche le molecole più grandi.

Esiste una classificazione dei canali ionici per metodo di attivazione(fig. 9). Alcuni canali rispondono specificamente ai cambiamenti fisici nella membrana cellulare di un neurone. I rappresentanti più importanti di questo gruppo sono canali potenzialmente attivati... Esempi sono i canali ionici sodio, potassio e calcio che sono sensibili al potenziale sulla membrana, che sono responsabili della formazione di un potenziale d'azione. Questi canali si aprono ad un certo potenziale attraverso la membrana. Quindi, i canali del sodio e del potassio si aprono ad un potenziale di circa -60 mV (la superficie interna della membrana è caricata negativamente rispetto alla superficie esterna). I canali del calcio si aprono a un potenziale di -30 mV. Il gruppo di canali attivati ​​da modifiche fisiche comprende

Figura 9. Metodi per l'attivazione dei canali ionici

(A) Canali ionici attivati ​​da cambiamenti nel potenziale di membrana o stiramento della membrana. (B) Canali ionici attivati ​​da agenti chimici (leganti) dal lato extracellulare o intracellulare.

anche canali meccano-sensibili che rispondono a sollecitazioni meccaniche (stiramento o deformazione della membrana cellulare). I canali ionici di un altro gruppo si aprono quando le sostanze chimiche attivano speciali centri di legame del recettore sulla molecola del canale. Tale canali attivati ​​da ligando sono suddivisi in due sottogruppi, a seconda che i loro centri recettoriali siano intracellulari o extracellulari. Vengono anche chiamati canali attivati ​​dal ligando che rispondono a stimoli extracellulari recettori ionotropici. Tali canali sono sensibili ai mediatori e sono più direttamente coinvolti nella trasmissione di informazioni nelle strutture sinaptiche. I canali attivati ​​dal ligando che vengono attivati ​​dal lato citoplasmatico includono canali sensibili ai cambiamenti nella concentrazione di ioni specifici. Ad esempio, i canali del potassio attivati ​​dal calcio sono attivati ​​da un aumento locale della concentrazione intracellulare di calcio. Tali canali svolgono un ruolo importante nella ripolarizzazione della membrana cellulare durante il completamento del potenziale d'azione. Oltre agli ioni calcio, i nucleotidi ciclici sono rappresentanti tipici dei ligandi intracellulari. Il GMF ciclico, ad esempio, è responsabile dell'attivazione dei canali del sodio nei bastoncelli retinici. Questo tipo di canale gioca un ruolo fondamentale nel lavoro dell'analizzatore visivo. La fosforilazione / defosforilazione di alcune parti della sua molecola proteica sotto l'azione di enzimi intracellulari - chinasi proteiche e fosfatasi proteiche - è un tipo separato di modulazione del canale legando un ligando intracellulare.

La classificazione presentata dei canali in base al metodo di attivazione è in gran parte arbitraria. Alcuni canali ionici possono essere attivati ​​solo con pochi trattamenti. Ad esempio, anche i canali del potassio attivati ​​dal calcio sono sensibili a potenziali cambiamenti e alcuni canali ionici attivati ​​dal voltaggio sono sensibili ai ligandi intracellulari.

Secondo i concetti moderni, le membrane biologiche formano la membrana esterna di tutte le cellule animali e formano numerosi organelli intracellulari. La caratteristica strutturale più caratteristica è che le membrane formano sempre spazi chiusi e questa organizzazione microstrutturale delle membrane consente loro di svolgere funzioni critiche.

La struttura e la funzione delle membrane cellulari.

1. La funzione barriera si esprime nel fatto che la membrana con l'ausilio di opportuni meccanismi partecipa alla creazione di gradienti di concentrazione, impedendo la libera diffusione. In questo caso, la membrana partecipa ai meccanismi dell'elettrogenesi. Questi includono meccanismi per la creazione di potenziale di riposo, generazione di un potenziale d'azione, meccanismi per la propagazione di impulsi bioelettrici lungo strutture eccitabili omogenee e disomogenee.

2. La funzione regolatrice della membrana cellulare consiste nella regolazione fine del contenuto intracellulare e delle reazioni intracellulari dovute alla ricezione di sostanze biologicamente attive extracellulari, che porta a un cambiamento nell'attività dei sistemi enzimatici di membrana e all'avvio dei meccanismi di “messaggeri” secondari (“mediatori”).

3. Trasformazione di stimoli esterni di natura non elettrica in segnali elettrici (nei recettori).

4. Rilascio di neurotrasmettitori nelle terminazioni sinaptiche.

Lo spessore delle membrane cellulari (6-12 nm) è stato determinato mediante moderni metodi di microscopia elettronica. L'analisi chimica ha mostrato che le membrane sono composte principalmente da lipidi e proteine, la cui quantità non è la stessa per i diversi tipi di cellule. La difficoltà di studiare i meccanismi molecolari del funzionamento delle membrane cellulari è dovuta al fatto che durante l'isolamento e la purificazione delle membrane cellulari, il loro normale funzionamento viene interrotto. Attualmente possiamo parlare di diversi tipi di modelli della membrana cellulare, tra i quali il più diffuso è il modello a mosaico liquido.

Secondo questo modello, la membrana è rappresentata da un doppio strato di molecole fosfolipidiche orientate in modo tale che le estremità idrofobe delle molecole siano all'interno del doppio strato, mentre le estremità idrofile siano dirette verso la fase acquosa. Questa struttura è ideale per la formazione della separazione di due fasi: extra e intracellulare.

Nel doppio strato fosfolipidico sono integrate proteine ​​globulari, le cui regioni polari formano una superficie idrofila nella fase acquosa. Queste proteine ​​integrate svolgono varie funzioni, tra cui recettore, enzimatico, formano canali ionici, sono pompe di membrana e portatrici di ioni e molecole.

Alcune molecole proteiche si diffondono liberamente nel piano dello strato lipidico; nello stato normale, parti di molecole proteiche che emergono sui lati opposti della membrana cellulare non cambiano la loro posizione.

Caratteristiche elettriche della membrana:

Le proprietà capacitive sono determinate principalmente dal doppio strato fosfolipidico, che è impermeabile agli ioni idrati e allo stesso tempo sufficientemente sottile (circa 5 nm) da garantire un'efficace separazione e accumulo di cariche e interazione elettrostatica di cationi e anioni. Inoltre, le proprietà capacitive delle membrane cellulari sono uno dei motivi che determinano le caratteristiche temporali dei processi elettrici che si verificano sulle membrane cellulari.

La conduttività (g) è il reciproco della resistenza elettrica ed è uguale al rapporto tra la corrente transmembrana totale per un dato ione e il valore che ha causato la sua differenza di potenziale transmembrana.

Varie sostanze possono diffondere attraverso il doppio strato fosfolipidico e il grado di permeabilità (P), cioè la capacità della membrana cellulare di far passare queste sostanze, dipende dalla differenza nella concentrazione della sostanza diffondente su entrambi i lati della membrana, la sua solubilità nei lipidi e proprietà della membrana cellulare.

La conduttività di una membrana è una misura della sua permeabilità ionica. Un aumento della conduttività indica un aumento del numero di ioni che passano attraverso la membrana.

Struttura e funzione dei canali ionici... Gli ioni Na+, K+, Ca2+, Cl- penetrano nella cellula ed escono attraverso speciali canali pieni di liquido. La dimensione dei canali è piuttosto piccola.

Tutti i canali ionici sono classificati nei seguenti gruppi:

1. Per selettività:

a) Selettivo, cioè specifico. Questi canali sono permeabili a ioni rigorosamente definiti.

b) Poco selettivo, non specifico, non dotato di una certa selettività ionica. Ce ne sono pochi nella membrana.

1. Dalla natura degli ioni passati:

a) potassio

b) sodio

c) calcio

d) cloro

1. Dal tasso di inattivazione, ad es. chiusura:

a) rapidamente inattivanti, es. trasformandosi rapidamente in uno stato chiuso. Forniscono una diminuzione rapida in aumento della MF e un recupero altrettanto veloce.

b) lento. La loro apertura provoca una lenta diminuzione degli MP e il suo lento recupero.

4. Mediante meccanismi di apertura:

a) potenziale dipendente, cioè quelli che si aprono ad un certo livello di potenziale di membrana.

b) chemiodipendenti, che si aprono quando i chemocettori della membrana cellulare sono esposti a sostanze fisiologicamente attive (neurotrasmettitori, ormoni, ecc.).

È stato ora stabilito che i canali ionici hanno la seguente struttura:

1. Filtro selettivo situato all'imbocco del canale. Assicura il passaggio di ioni rigorosamente definiti attraverso il canale.

2. Porte di attivazione, che si aprono ad un certo livello di potenziale di membrana o all'azione del corrispondente PAV. Le porte di attivazione dei canali dipendenti dalla tensione hanno un sensore che le apre ad un certo livello dell'MP.

3. Porte di inattivazione, che assicurano la chiusura del canale e la cessazione della conduzione di ioni attraverso il canale ad un certo livello della MF (Fig).

I canali ionici non specifici non hanno porte.

I canali ionici selettivi possono trovarsi in tre stati, determinati dalla posizione delle porte di attivazione (m) e di inattivazione (h):

1.Chiuso, quando l'attivazione è chiusa e l'inattivazione è aperta.

2. Quando attivato, entrambi i cancelli sono aperti.

3. Disattivato, il cancello di attivazione è aperto e il cancello di inattivazione è chiuso

Funzioni del canale ionico:

1. Potassio (a riposo) - generazione del potenziale di riposo

2. Sodio - generazione di potenziale d'azione

3. Calcio - Generazione ad azione lenta

4. Potassio (rettifica ritardata) - assicurare la ripolarizzazione

5. Potassio calcio-attivato - limitando la depolarizzazione dovuta alla corrente Ca + 2

La funzione dei canali ionici è studiata in vari modi. Il più comune è il metodo di serraggio della tensione. L'essenza del metodo sta nel fatto che con l'aiuto di speciali sistemi elettronici durante l'esperimento, il potenziale di membrana viene modificato e fissato a un certo livello. In questo caso viene misurato il valore della corrente ionica che scorre attraverso la membrana. Se la differenza di potenziale è costante, allora, secondo la legge di Ohm, la corrente è proporzionale alla conduttività dei canali ionici. In risposta alla depolarizzazione graduale, vengono aperti alcuni canali, gli ioni corrispondenti entrano nella cellula lungo un gradiente elettrochimico, cioè si verifica una corrente ionica, che depolarizza la cellula. Questo cambiamento viene registrato utilizzando un amplificatore di controllo e una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la membrana, di uguale grandezza, ma in direzione opposta alla corrente ionica di membrana. In questo caso, la differenza di potenziale transmembrana non cambia.

Lo studio della funzione dei singoli canali è possibile mediante il metodo del bloccaggio locale di potenziali "path-clamp". Un microelettrodo di vetro (micropipetta) viene riempito con soluzione salina, premuto contro la superficie della membrana e viene applicato un leggero vuoto. In questo caso, parte della membrana viene risucchiata nel microelettrodo. Se nella zona di aspirazione compare un canale ionico, viene registrata l'attività di un singolo canale. Il sistema di stimolazione e registrazione dell'attività del canale differisce poco dal sistema di fissazione del voltaggio.

La corrente attraverso un singolo canale ionico ha una forma rettangolare ed è la stessa in ampiezza per diversi tipi di canali. La durata della permanenza del canale nello stato aperto ha carattere probabilistico, ma dipende dal valore del potenziale di membrana. La corrente ionica totale è determinata dalla probabilità di trovarsi nello stato aperto in ogni specifico periodo di tempo per un certo numero di canali.

La parte esterna del canale è relativamente accessibile allo studio; lo studio della parte interna presenta notevoli difficoltà. P. G. Kostyuk ha sviluppato un metodo di dialisi intracellulare, che consente di studiare la funzione delle strutture di input e output dei canali ionici senza l'uso di microelettrodi. Si è scoperto che la parte del canale ionico aperta nello spazio extracellulare differisce nelle sue proprietà funzionali dalla parte del canale rivolta verso l'ambiente intracellulare.

Sono i canali ionici che forniscono due importanti proprietà della membrana: selettività e conduttività.

La selettività, o selettività, del canale è fornita dalla sua speciale struttura proteica. La maggior parte dei canali è controllata elettricamente, cioè la loro capacità di condurre ioni dipende dal valore del potenziale di membrana. Il canale è eterogeneo nelle sue caratteristiche funzionali, soprattutto per le strutture proteiche poste all'ingresso del canale e alla sua uscita (i cosiddetti meccanismi di porta).

Consideriamo il principio di funzionamento dei canali ionici usando l'esempio di un canale del sodio. Si ritiene che il canale del sodio sia chiuso a riposo. Quando la membrana cellulare viene depolarizzata a un certo livello, le porte di attivazione m vengono aperte (attivazione) e il flusso di ioni Na + nella cellula aumenta. Pochi millisecondi dopo l'apertura dell'm-gate, l'h-gate posto all'uscita dei canali del sodio si chiude (inattivazione). L'inattivazione si sviluppa molto rapidamente nella membrana cellulare e il grado di inattivazione dipende dall'entità e dalla durata dello stimolo depolarizzante.

Quando un singolo potenziale d'azione viene generato in una spessa fibra nervosa, il cambiamento nella concentrazione di ioni Na + nell'ambiente interno è solo 1/100000 del contenuto interno di ioni Na nell'assone del calamaro gigante.

Oltre al sodio, nelle membrane cellulari sono installati altri tipi di canali che sono selettivamente permeabili per i singoli ioni: K +, Ca2 + e ci sono varietà di canali per questi ioni.

Hodgkin e Huxley hanno formulato il principio di "indipendenza" dei canali, secondo il quale i flussi di sodio e potassio attraverso la membrana sono indipendenti l'uno dall'altro.

La proprietà di conduttività di diversi canali non è la stessa. In particolare, per i canali del potassio, il processo di inattivazione non esiste, come per i canali del sodio. Esistono speciali canali del potassio che vengono attivati ​​con un aumento della concentrazione intracellulare di calcio e depolarizzazione della membrana cellulare. L'attivazione dei canali potassio-calcio-dipendenti accelera la ripolarizzazione, ripristinando così il valore iniziale del potenziale di riposo.

I canali del calcio sono di particolare interesse. La corrente di calcio in ingresso di solito non è abbastanza grande da depolarizzare normalmente la membrana cellulare. Molto spesso, il calcio che entra nella cellula agisce come un "messaggero" o un mediatore secondario. L'attivazione dei canali del calcio è fornita dalla depolarizzazione della membrana cellulare, ad esempio dalla corrente di sodio in ingresso.

Il processo di inattivazione dei canali del calcio è piuttosto complicato. Da un lato, un aumento della concentrazione intracellulare di calcio libero porta all'inattivazione dei canali del calcio. Le proteine ​​del citoplasma delle cellule, invece, legano il calcio, il che permette di mantenere a lungo un valore stabile della corrente di calcio, seppur a un livello basso; in questo caso la corrente di sodio è completamente soppressa. I canali del calcio svolgono un ruolo essenziale nelle cellule cardiache. L'elettrogenesi dei cardiomiociti è discussa nel Capitolo 7. Le caratteristiche elettrofisiologiche delle membrane cellulari sono studiate utilizzando metodi speciali.

La struttura e la funzione dei canali ionici. Gli ioni Na +, K +, Ca 2+, Cl - penetrano nella cellula ed escono attraverso speciali canali pieni di liquido. La dimensione del canale è piuttosto piccola (diametro 0,5-0,7 nm). I calcoli mostrano che l'area totale del canale occupa una parte insignificante della superficie della membrana cellulare.

La funzione dei canali ionici è studiata in vari modi. Il più comune è il metodo di serraggio della tensione (Figura 2.2). L'essenza del metodo sta nel fatto che con l'aiuto di speciali sistemi elettronici durante l'esperimento, il potenziale di membrana viene modificato e fissato a un certo livello. In questo caso viene misurato il valore della corrente ionica che scorre attraverso la membrana. Se la differenza di potenziale è costante, allora, secondo la legge di Ohm, la corrente è proporzionale alla conduttività dei canali ionici. In risposta alla depolarizzazione graduale, vengono aperti alcuni canali, gli ioni corrispondenti entrano nella cellula lungo un gradiente elettrochimico, cioè si verifica una corrente ionica, che depolarizza la cellula. Questo cambiamento viene registrato utilizzando un amplificatore di controllo e una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la membrana, di uguale grandezza, ma in direzione opposta alla corrente ionica di membrana. In questo caso, la differenza di potenziale transmembrana non cambia. L'uso combinato del potenziale metodo di bloccaggio e di specifici bloccanti dei canali ionici ha portato all'apertura di vari tipi di canali ionici nella membrana cellulare.

Attualmente, sono stati stabiliti molti tipi di canali per vari ioni (Tabella 2.1). Alcuni di questi sono molto specifici, il secondo, oltre allo ione principale, può passare altri ioni.

Lo studio della funzione dei singoli canali è possibile mediante il metodo del bloccaggio locale di potenziali "path-clamp"; Riso. 2.3, A). Un microelettrodo di vetro (micropipetta) viene riempito con soluzione salina, premuto contro la superficie della membrana e viene applicato un leggero vuoto. In questo caso, parte della membrana viene risucchiata nel microelettrodo. Se nella zona di aspirazione compare un canale ionico, viene registrata l'attività di un singolo canale. Il sistema di stimolazione e registrazione dell'attività del canale differisce poco dal sistema di fissazione del voltaggio.

Tabella 2.1. I più importanti canali ionici e correnti ioniche delle cellule eccitabili

Nota. TÈ - tetraetilammonio; TTX - tetrodotossina.

La parte esterna del canale è relativamente accessibile allo studio; lo studio della parte interna presenta notevoli difficoltà. P. G. Kostyuk ha sviluppato un metodo di dialisi intracellulare, che consente di studiare la funzione delle strutture di input e output dei canali ionici senza l'uso di microelettrodi. Si è scoperto che la parte del canale ionico aperta nello spazio extracellulare differisce nelle sue proprietà funzionali dalla parte del canale rivolta verso l'ambiente intracellulare.

Sono i canali ionici che forniscono due importanti proprietà della membrana: selettività e conduttività.

selettività, o selettività, il canale è fornito dalla sua speciale struttura proteica. La maggior parte dei canali è controllata elettricamente, cioè la loro capacità di condurre ioni dipende dal valore del potenziale di membrana. Il canale è eterogeneo nelle sue caratteristiche funzionali, soprattutto per le strutture proteiche poste all'ingresso del canale e alla sua uscita (i cosiddetti meccanismi di porta).

5. Il concetto di eccitabilità. Parametri di eccitabilità del sistema neuromuscolare: soglia di irritazione (reobase), tempo utile (cronassia). Dipendenza della forza dell'irritazione dal momento della sua azione (curva di Goorweg-Weiss). refrattarietà.

Eccitabilità- la capacità di una cellula di rispondere alla stimolazione mediante la formazione di AP e una reazione specifica.

1) la fase della risposta locale - parziale depolarizzazione della membrana (ingresso di Na + nella cellula). Se applichi un piccolo irritante, la risposta è più forte.

La depolarizzazione locale è la fase di esaltazione.

2) la fase di assoluta refrattarietà - la proprietà dei tessuti eccitabili di non formare PD per qualsiasi stimolo di qualsiasi forza

3) la fase di refrattarietà relativa.

4) la fase di lenta ripolarizzazione - irritazione - ancora una risposta forte

5) la fase di iperpolarizzazione - meno eccitabilità (subnormale), lo stimolo dovrebbe essere grande.

Labilità funzionale- valutazione dell'eccitabilità dei tessuti attraverso il numero massimo possibile di AP per unità di tempo.

leggi di eccitazione:

1) la legge della forza - la forza dello stimolo deve essere soglia o sopra soglia (il valore minimo della forza che provoca eccitazione). Più forte è lo stimolo, più forte è l'eccitazione - solo per le associazioni tissutali (tronco nervoso, muscolo, ad eccezione di SMC).

2) la legge del tempo: uno stimolo ad azione prolungata dovrebbe essere sufficiente per l'inizio dell'eccitazione.

Il rapporto tra forza e tempo è inversamente proporzionale tra il tempo minimo e la forza minima. La forza minima - reobase - è la forza che provoca l'eccitazione e non dipende dalla durata. Il tempo minimo è buono. La cronassia è l'eccitabilità di un particolare tessuto, il tempo in cui si verifica l'eccitazione è pari a due reobasi.

Maggiore è la forza, maggiore è la risposta a un certo valore.

Fattori che creano MSP:

1) la differenza nella concentrazione di sodio e potassio

2) diversa permeabilità al sodio e al potassio

3) il lavoro della pompa Na-K (3 Na + viene rimosso, 2 K + viene restituito).

La relazione tra la forza dello stimolo e la durata del suo impatto, necessaria per l'emergere di una risposta minima di una struttura vivente, può essere tracciata molto bene sulla cosiddetta curva forza-tempo (curva di Goorweg-Weiss-Lapik) .

Dall'analisi della curva segue che, per quanto grande sia la forza dello stimolo, se la durata della sua azione è insufficiente, non ci sarà risposta (punti a sinistra del ramo ascendente dell'iperbole). Un fenomeno simile si osserva con l'azione prolungata di stimoli sottosoglia. La corrente (o tensione) minima che può causare l'eccitazione è chiamata reobase di Lapik (un segmento dell'ordinata OA). Il più piccolo intervallo di tempo durante il quale una corrente di intensità pari a una reobase raddoppiata provoca l'eccitazione nel tessuto è chiamato cronassia (un segmento dell'ascissa OF), che è un indicatore della durata soglia della stimolazione. La cronassia si misura in (millesimi di secondo). Dall'entità della cronassia, si può giudicare il tasso di insorgenza dell'eccitazione nel tessuto: minore è la cronassia, più rapida è l'eccitazione. La cronassia delle fibre nervose e muscolari umane è pari a millesimi e decimillesimi di secondo e la cronassia dei cosiddetti tessuti lenti, ad esempio le fibre muscolari dello stomaco di una rana, è pari a centesimi di secondo.

La determinazione della cronassia dei tessuti eccitabili si è diffusa non solo nell'esperimento, ma anche nella fisiologia dello sport, nella clinica. In particolare, misurando la cronassia del muscolo, il neurologo può stabilire la presenza di danni ai nervi motori. Va notato che lo stimolo può essere abbastanza forte, avere una durata di soglia, ma un basso tasso di aumento nel tempo al valore di soglia; l'eccitazione in questo caso non si verifica. L'adattamento del tessuto eccitabile a uno stimolo a crescita lenta è chiamato accomodamento. L'accomodamento è dovuto al fatto che durante l'aumento della forza dello stimolo nel tessuto, i cambiamenti attivi hanno il tempo di svilupparsi, aumentando la soglia di irritazione e prevenendo lo sviluppo dell'eccitazione. Pertanto, il tasso di aumento della stimolazione nel tempo, o il gradiente di stimolazione, è essenziale per l'inizio dell'eccitazione.

Legge del gradiente di irritazione. La reazione di un essere vivente ad uno stimolo dipende dal gradiente di stimolazione, cioè dall'urgenza o dalla rapidità della crescita dello stimolo nel tempo: maggiore è il gradiente di stimolazione, più forte (fino a certi limiti) la risposta di la formazione eccitabile.

Di conseguenza, le leggi dell'irritazione riflettono la complessa relazione tra lo stimolo e la struttura eccitabile durante la loro interazione. Perché si verifichi l'eccitazione, lo stimolo deve avere una forza di soglia, avere una durata di soglia e avere una certa velocità di aumento nel tempo.

6. Pompe ioniche (ATP-asi): K + -Na +, Ca2 + (plasmolemma e reticolo sarcoplasmatico), H + –K + -scambiatore.

Secondo i concetti moderni, le membrane biologiche hanno pompe ioniche che funzionano a spese dell'energia libera dell'idrolisi dell'ATP - sistemi speciali di proteine ​​integrali (ATPasi di trasporto).

Attualmente, ci sono tre tipi di pompe ioniche elettrogeniche che trasferiscono attivamente ioni attraverso la membrana (Fig. 13).

Il trasferimento di ioni mediante ATPasi di trasporto avviene a causa della coniugazione di processi di trasferimento con reazioni chimiche, dovute all'energia del metabolismo cellulare.

Durante il lavoro di K + -Na + -ATPasi, a causa dell'energia rilasciata durante l'idrolisi di ciascuna molecola di ATP, due ioni potassio vengono trasferiti nella cellula e contemporaneamente tre ioni sodio vengono pompati fuori dalla cellula. Pertanto, si crea una maggiore concentrazione di ioni potassio nella cellula e una ridotta concentrazione di sodio nella cellula rispetto all'ambiente intercellulare, che è di grande importanza fisiologica.

Segni di una "biopompa":

1. Movimento contro il gradiente di potenziale elettrochimico.

2. Il flusso di una sostanza è associato all'idrolisi dell'ATP (o altra fonte di energia).

3. asimmetria del mezzo di trasporto.

4. La pompa in vitro è in grado di idrolizzare l'ATP solo in presenza di quegli ioni che trasporta in vivo.

5. Quando la pompa è integrata in un ambiente artificiale, è in grado di mantenere la selettività.

Il meccanismo molecolare di funzionamento delle ATPasi ioniche non è completamente compreso. Tuttavia, le fasi principali di questo complesso processo enzimatico possono essere rintracciate. Nel caso di K + -Na + -ATPasi, ci sono sette fasi di trasferimento ionico associate all'idrolisi dell'ATP.

Il diagramma mostra che le fasi chiave dell'enzima sono:

1) la formazione di un complesso dell'enzima con ATP sulla superficie interna della membrana (questa reazione è attivata dagli ioni magnesio);

2) legame da un complesso di tre ioni sodio;

3) fosforilazione dell'enzima con formazione di adenosina difosfato;

4) flip-flop (flip-flop) dell'enzima all'interno della membrana;

5) la reazione di scambio ionico del sodio con il potassio, che avviene sulla superficie esterna della membrana;

6) capovolgimento inverso del complesso enzimatico con trasferimento di ioni potassio nella cellula;

7) il ritorno dell'enzima al suo stato originale con il rilascio di ioni potassio e fosfato inorganico (P).

Pertanto, durante un ciclo completo, dalla cellula vengono rilasciati tre ioni sodio, il citoplasma viene arricchito con due ioni potassio e una molecola di ATP viene idrolizzata.

I canali ligando-dipendenti sono canali ionici situati nella membrana postsinaptica in corrispondenza delle giunzioni neuromuscolari. Il legame del mediatore a questi canali dall'esterno della membrana provoca cambiamenti nella loro conformazione: i canali si aprono, facendo passare ioni attraverso la membrana e quindi modificando il potenziale di membrana. A differenza dei canali voltaggio-dipendenti, che sono responsabili dell'emergere di un potenziale d'azione e del rilascio di un mediatore, i canali ligando-dipendenti sono relativamente insensibili ai cambiamenti nel potenziale di membrana e quindi non sono in grado di auto-rafforzare l'eccitazione tutto o niente. Generano invece un segnale elettrico, la cui intensità dipende dall'intensità e dalla durata del segnale chimico esterno, ad es. su quanto mediatore viene escreto nella fessura sinaptica e per quanto tempo vi rimane.

I recettori associati ai canali sono specifici, come gli enzimi, solo in relazione a determinati ligandi e quindi rispondono all'azione di un solo mediatore, quello che viene rilasciato dal terminale presinaptico; altri mediatori non hanno effetto.

Diversi tipi di canali sono caratterizzati da una diversa specificità ionica: alcuni possono passare selettivamente ioni sodio, altri - potassio, ecc., Ci possono essere quelli che non sono molto selettivi rispetto ai vari cationi, ma non passano anioni. Tuttavia, la specificità ionica è costante per una data membrana postsinaptica: di solito tutti i canali in una sinapsi hanno la stessa selettività.

Di tutti i canali ionici ligando-dipendenti, il recettore nicotinico dell'acetilcolina è il più studiato.

Sono noti molti altri tipi di MK, sono attivati ​​da vari mediatori (serotonina, glicina, acido gamma-aminobutirrico - GABA, ecc.) E tutti questi principali tipi di MK sono suddivisi in molti sottotipi. In termini di sistemi sensoriali, i MC più importanti presenti nelle cellule olfattive e fotorecettrici sono sensibili ai nucleotidi ciclici (SNC). Verrà descritta la struttura dei canali CNZ-portale. A differenza dei canali n-AChP, la proteina subunità forma 6 segmenti transmembrana e l'intero canale è costituito da quattro subunità.