— активная проводимость (т.е. генерация потенциала действия) означает, что сигнал проходит вдоль нерва без потери амплитуды

Рисунок 21-2. Lodish 4-е издание (а) Потенциал действия — это внезапный, преходящая деполяризация мембраны с последующей реполяризацией потенциал покоя около -60 мВ. Эта запись аксональной мембраны потенциал в пресинаптическом нейроне показывает, что он производит одно действие потенциала примерно каждые 4 миллисекунды. (б) Мембранный потенциал на плазматическая мембрана пресинаптического нейрона измеряется небольшим электродом вставлен в него. Потенциалы действия распространяются по аксону со скоростью до 100 метров в секунду. Их прибытие в синапс вызывает высвобождение нейротрансмиттеры, которые связываются с рецепторами в постсинаптических клетках, обычно деполяризуя мембрану (делая потенциал менее отрицательным) и стремясь индуцировать в нем потенциал действия.

Потенциалы действия в нейронах в основном основаны на потенциалзависимых Na+ канал, некоторые нейроны используют как потенциалзависимый Na+-канал, так и потенциалзависимый K+ канал, некоторые нейроны используют только потенциалзависимый Na+ канал а некоторые нейроны используют потенциалзависимый Ca+2-канал

Мы будем использовать классический пример потенциала действия от гигантского аксона кальмаров (беспозвоночных), а также потенциал действия, обнаруженный у немиелинизированных аксонов млекопитающих. Этот потенциал действия состоит из двух компонентов: потенциалзависимого Na+ каналы и потенциалзависимые К+ каналы

Канал Na+ с управляемым напряжением:
Канал имеет три состояния: закрытый, открытый и неактивный.
Closed to Open: Деполяризация необходима для открытия канала и поэтому он действует, чтобы активировать себя в регенеративном цикле. Больше притока Na+ деполяризует мембрану, что открывает больше каналов, которые деполяризуют мембрана больше.
Open to Inactive: Деполяризация также необходима для неактивного канал. Как только канал будет открыт, он также переключится на неактивный состоянии и не может быть открыт снова
От неактивного до закрытого: Канал не переключится обратно на закрытый состоянии до тех пор, пока мембрана не реполяризуется (т. е. не вернется к исходному мембранный потенциал покоя. Находясь в закрытом состоянии, его можно снова открыть

Канал K+ с управляемым напряжением (называемый каналом K+ с задержкой выпрямления)
Этот канал имеет только два состояния: закрытый и открытый.
Closed to open: Канал открыт при сильной деполяризации, тип, который вы обычно получаете в потенциале действия. Этот канал работает на вернуть мембрану к потенциалу Нернста для K +, т.е. гиперполяризовать мембрана
От открытия до закрытия: Канал закроется, когда мембрана станет гиперполяризованные или реполяризованные. Поэтому этот канал работает, чтобы закрыть себя вниз.

Компоненты потенциал действия

Рисунок 7-32 Lodish 5-е издание. Деполяризация плазматической мембраны вследствие открытие закрытых Na+ каналов. (а) Покоящиеся нейроны без гейтированных К+-каналов открыты, но более многочисленные закрытые Na+-каналы закрыты. Движение Ионы K+ наружу устанавливают внутри-отрицательный мембранный потенциал характерны для большинства клеток. (б) Открытие закрытых каналов Na+ позволяет приток достаточного количества ионов Na+ вызывает изменение мембранного потенциала.

Порог

— уровень деполяризации, необходимый для запуска потенциала действия (наиболее нейроны имеют порог на уровне -50 мВ (т. е. деполяризация 10-15 мВ)
— потенциал действия представляет собой событие «все или ничего», если нерв амплитуда одного потенциала действия будет одинакова на всем протяжении нерва не зависит от силы раздражителя.
— пороговое значение, отражающее необходимость срабатывания открытия потенциально управляемого натриевый канал (для открытия требуется деполяризация примерно на 10–15 мВ)

Фаза повышения потенциала действия

— когда открываются натриевые каналы, ионы Na+ поступают в клетку, деполяризуя клетку открывается все больше и больше натриевых каналов = регенеративный ответ — регенеративный открытие натриевых каналов увеличивает мембранный потенциал до пика Равновесный потенциал Нернста для Na+

Пиковый потенциал действия

— во время потенциала действия мембранный потенциал приближается к потенциалу Нернста равновесный потенциал для Na+
— по уравнению Гольдмана-Каца теперь доминирует проницаемость по Na+ (K+ и Cl- минорные компоненты) поэтому мембранный потенциал приближается к ENa
— обычно не дотягивает до ENa, меньше движущая сила на Na+ и начинаются каналы быстро инактивироваться после активации

Падение фазы потенциала действия

— после достижения пика теперь потенциал действия падает, мембранный потенциал падает назад к отдыху
— почему? Почему потенциал действия не остается вокруг ENa?
— две причины:
i) Na+-каналы переходят в неактивное состояние
ii) отсроченные K+-каналы открываются (гигантский аксон кальмара или немиелинизированные аксоны кальмара позвоночные)
 

1) Инактивация Na+-каналов —
— Na+-каналы переходят в инактивированное состояние через 1-2 мс после первого открытия
— инактивирован = НЕ может быть повторно открыт
— поэтому мембранный потенциал теперь определяется в основном K+ (так же, как потенциал покоя) и мембрана начинает реполяризоваться

 

2) Каналы K+ с задержкой открыты (так называемый выпрямитель с задержкой; Na+ канал)
— открывается примерно через 1-2 мс пороговой деполяризации
— теперь K+ вытекает из клетки и ускоряет процесс реполяризации
— вызывает гиперполяризацию после потенциала действия, потому что открывается K+ каналы делают проницаемость K+ выше, чем в состоянии покоя, а мембраны более минус внутри

-гиперполяризация мембраны вызывает закрытие K+ каналов
— затем мембрана возвращается в исходное положение

Реполяризация

— потенциалзависимые каналы Na+ и потенциалзависимые каналы K+ теперь закрыты, поэтому мембрана возвращается в состояние покоя
— т. е. каналы утечки — единственные открытые каналы и снова устанавливают мембрану потенциал
 

— разделенный на две части
i) абсолютный рефрактерный период
ii) относительный рефрактерный период

1) Абсолютный рефрактерный период
— Na+ каналы неактивны и НЕ МОГУТ быть открыты, сколько бы мембрана в это время деполяризована
— другой потенциал действия не может генерироваться в этой части нерва при на этот раз

2) Относительный рефрактерный период
— когда мембрана реполяризуется = переходит к более отрицательным потенциалам, это вызывает Na+-каналы переходят из неактивного состояния в закрытое.
— этому процессу способствует гиперполяризация путем открытия К+ каналов
— когда канал Na+ находится в закрытом состоянии, его можно снова открыть с помощью деполяризация
— в течение относительного рефрактерного периода все больше и больше каналов Na+ доступны для быть открытым и, следовательно, увеличить шансы запуска потенциала действия

Частота потенциалов действия

— Если потенциал действия, если все или ничего, как нерв передает сила раздражителя?
— напр. как чувствительный нерв различает легкое прикосновение (перо) и грубый абразивный штрих (наждачная бумага)?
— информация указана по частоте потенциалов действия вдоль нерв.
— сила раздражителя (ввод тока в нерв экспериментально введение большого тока или в реальной жизни по реакции сенсорного рецептора) вызывает разную частоту потенциалов действия

— следовательно: легкое прикосновение — нечастые потенциалы действия; грубое прикосновение — больше частые потенциалы действия
— рефрактерный период ограничивает частоту потенциала действия
— в течение относительного рефрактерного периода может генерироваться потенциал действия но с повышенным порогом и уменьшенной амплитудой
— повышенный порог, потому что приходится преодолевать гиперполяризацию
— уменьшенная амплитуда, потому что для открытия доступно меньше каналов Na+ (многие все еще в неактивном состоянии) и, таким образом, получить меньше Na+, поступающего в ячейку
(другими словами, проницаемость или проводимость Na+ уменьшается во время относительный рефрактерный период — увеличивается к концу периода)

Потенциалы направления действия

Рисунок 21-14, Лодское 4-е издание ИЛИ Рисунок 7-35, Лодское 5-е издание. Однонаправленное проведение потенциала действия из-за переходного инактивация потенциалзависимых Na+-каналов. В момент времени 0 потенциал действия (фиолетовый) находится на расстоянии 2 мм от аксона. Деполяризация мембраны пассивно распространяется в обоих направлениях вдоль аксона (рис. 21.11). Потому что каналы Na+ в положении 1 мм все еще инактивированы (зеленые), они еще не может быть вновь открыт из-за небольшой деполяризации, вызванной пассивным распространением. Каждая область мембраны рефрактерна (неактивна) в течение нескольких миллисекунд. после прохождения потенциала действия. Таким образом, деполяризация на 2-мм сайт в момент времени 0 запускает потенциалы действия только вниз по течению; в 1 мс действие потенциал проходит положение 3 мм, а через 2 мс возникает потенциал действия. минуя положение 4 мм.

— рефрактерный период также определяет направление потенциала действия
— деполяризующий ток от потенциала действия может пассивно распространяться в в любом направлении
— в одну сторону каналы Na+ находятся в закрытом состоянии и готовы к открытию, поэтому распространяющийся ток может вызвать потенциал действия в этом соседний регион
— в противном случае каналы Na+ находятся в неактивном состоянии и не могут быть открыты, поэтому ток распространения не влияет на каналы в этом региона и потенциал действия не является триггерным
 

На лекциях мы познакомим вас с широким спектром ионных каналы. Они варьируются от каналов утечки (K+, Na+, Cl- и т. д.), ионные каналы (K+, Na+ и Ca+2 и т. д.) и выровненные закрытые ионные каналы (K+/Na+, Cl- и др.).

Рисунок 21-8, Lodish, 4-е издание. Ионные каналы в плазматических мембранах нейронов.
Каждый тип канального белка выполняет определенную функцию в электрическом активности нейронов. а) покоящиеся К+-каналы ответственны за генерацию потенциал покоя через мембрану. (b) Потенциал-зависимые каналы отвечает за распространение потенциалов действия вдоль аксональной мембраны. (с, г) Два типа ионных каналов в дендритах и ​​телах клеток отвечают за для генерации электрических сигналов в постсинаптических клетках. Один тип (с) имеет сайт для связывания специфического внеклеточного нейротрансмиттера (синий кружок). Другой тип (d) связан с рецептором нейротрансмиттера через G белок; он отвечает на внутриклеточные сигналы (красный кружок), индуцированные связывание нейротрансмиттера с отдельным белком-рецептором (не показано). Сигналы, активирующие различные каналы, включают Ca2+, циклический GMP и Ga. субъединицы тримерных G-белков (глава 20).

Большинство белков, из которых состоят различные типы ионных каналов, очень похожи по своей структуре и имеют консервативную аминокислотную последовательность. Этот степень сохранения происходит между различными типами каналов и через разновидность. Так, например, потенциалзависимый Na+-канал дрозофилы очень похож на потенциалозависимый Na+-канал человека и т. д. Все ионные каналы состоит из альфа-спиралей, которые охватывают липидный бислой. Те, что связываются с липидный бислой состоит из гидрофобных аминокислот (Phe, Ile, Leu и др.) которые охватывают около 20 аминокислот. Те альфа-спирали, которые выстилают поры, состоит из гидрофильных остатков, обеспечивающих поток ионов (Lys, Arg и т. д.).

Рисунок 21-27, Lodish 4-е издание. Предлагаемые трансмембранные структуры из четырех Типы белков с закрытыми ионными каналами.
(а) Потенциал-зависимый К+-канал шейкера, выделенный из дрозофилы, представляет собой тетрамер из четырех идентичных субъединиц, каждая из которых содержит 656 аминокислот и шесть трансмембранные альфа-спирали (обозначены арабскими цифрами). Helix 4 (бордовый) действует как датчик напряжения, а неспиральные сегменты P между спиралями 5 и 6 выстилают ионную пору. (b) Циклические AMP- или циклические GMP-управляемые ионные каналы также содержат четыре субъединицы. Поскольку ни одна из трансмембранных альфа-спиралей действуют как датчик напряжения, эти каналы не являются потенциалозависимыми. Скорее, связывание цАМФ или цГМФ с цитозольным сегментом вызывает открытие этих каналы, которых много в чувствительных клетках зрительного и обонятельные системы (см. рис. 21-47). (c) Потенциалзависимый Na+ (и Ca+2) каналы представляют собой мономерные белки, содержащие 1800–2000 аминокислот, организованные на четыре гомологичных трансмембранных домена (обозначены римскими цифрами). Около 64 процентов остатков сходны или идентичны по последовательности в оба канала. Считается, что каждый из четырех гомологичных доменов содержит шесть трансмембранные альфа-спирали, сходные по структуре с таковыми в шейкере канальные мономеры в (а).

Пора канала

Все рассматриваемые ионные каналы имеют общую черту. Пора, которая позволяет рассматриваемый ион (ионы) течет через липидный бислой. Пора специфична к определенному иону или ионам. Например, канал утечки K+ пропускает только ионы K+. протекать через мембрану.

Рисунок 7-16, Lodish, 5-е издание. Механизм ионной селективности и транспорта в покоящихся К+ каналах. (а) Схематическая диаграмма ионов K+ и Na+, гидратированных в растворе и в поре К+ канала. (б) Высокое разрешение карта электронной плотности, полученная с помощью рентгеновской кристаллографии, показывающая ионы K + прохождение через фильтр селективности.

Датчик напряжения

Датчик напряжения представляет собой альфа-спираль, расположенную в канале и охватывающую мембрана. Датчик напряжения имеет положительный заряд на каждой третьей аминокислоте. Датчик перемещается в ответ на деполяризацию (т.е. увеличение положительного заряд на внутренней мембране вызывает физическое движение датчик напряжения). Сенсорная альфа-спираль спрятана внутри белка канала. (т.е. защищен от гидрофобного липидного двойного слоя остальной частью ионного канала белок).

Рисунок 21-13 Lodish, 4-е издание ИЛИ Рисунок 7-33 Lodish, 5-е издание. Состав и функция потенциалзависимого Na+ канала.
Как и все потенциалзависимые каналы, он содержит четыре трансмембранных домена, каждый из которых вносит свой вклад в центральную пору, через которую движутся ионы. критические компоненты, контролирующие движение ионов Na+, показаны на вид в разрезе. а) в закрытом состоянии покоя ворота препятствуют канал, ингибирующий движение Na+, а сегмент, инактивирующий канал, свободно в цитозоле. Канальный белок содержит четыре чувствительных к напряжению альфа-канала. спирали (бордовые), каждая третья из которых имеет положительно заряженные боковые цепи остаток. Притяжение этих зарядов к отрицательным внутренностям покоящиеся клетки помогают держать канал закрытым. б) когда мембрана становится деполяризованные (снаружи отрицательные), чувствительные к напряжению спирали движутся к внешней поверхности плазматической мембраны, вызывая немедленное конформационное изменение сегмент ворот, открывающий канал для поступления ионов Na+. (c) В течение миллисекунды после открытия спирали, чувствительные к напряжению, возвращаются в исходное положение. положение, и сегмент инактивации канала (фиолетовый) перемещается в открытый канала, препятствуя дальнейшему движению ионов. Когда мембранный потенциал перевернутый так, что внутренняя часть снова отрицательная, ворота перемещаются обратно в положение блокировки (не показано). Через 1 2 мс канал деактивируется. сегмент вытесняется из отверстия канала, и белок возвращается к закрытое состояние покоя (а), где он может быть снова открыт путем деполяризации.