На головну

натрієва гіпотеза

  1. Вплив тиску на ентропію. Гіпотеза Капустинського про стан речовини в глибинних зонах Землі
  2. гіпотеза
  3. гіпотеза
  4. ГІПОТЕЗА ВИНИКНЕННЯ ЖИТТЯ АКАДЕМІКА А. І. Опаріна
  5. Гіпотеза і її види
  6. ГІПОТЕЗА І ТЕОРІЯ
  7. гіпотеза дослідження

Багатьом з того, що ми знаємо сьогодні про Електровозбудімость мембранах, ми зобов'язані повідомленням, зробленому в 1936 р англійським зоологом Джоном Юнгом. Цей вчений виявив, що особливі довгі тяжі у кальмарів і каракатиць (рис. 5-19) не є кровоносними судинами, як вважалося раніше, а надзвичайно товстими аксонами.

 
Мал. 5.19. Кальмар Loligo і його гігантські аксони. Завдяки своїм великим розмірам ці аксони швидко проводять збудження і тим самим забезпечують досить синхронну активацію м'язів мантії. Скорочуючи, ці м'язи викликають різкий викид води, і потривожений кальмар робить кидок назад. (Keynes, 1958.)  

Вони отримали назву гігантських аксонів і стали улюбленим об'єктом для вивчення функцій мембран; завдяки їх дуже великому діаметру (до 1 мм) можна було вводити в них в поздовжньому напрямку дротові електроди і записувати потенціали (рис. 5-20,А).

 
Мал. 5.20. А. Схема досвіду, в якому Ходжкин і Хакслі в 1939 р на аксоні кальмара показали, що під час ПД мембранний потенціал змінює свій знак на протилежний. Стрілками вказано напрямок поширення збудження. Б. Запис, отримана в даному досвіді.  

Перші великі відкриття, пов'язані з експериментами на гігантських аксонах кальмара, були зроблені в 1939 р незалежно один від одного Кеннетом Коулом і Говардом Кертісом (Вудс-Хол, Массачусетс), з одного боку, і Аленом Ходжкином і Ендрю Хакслі (Плімут, Великобританія) - з іншого. Коул і Кертіс показали, що під час ПД провідністьмембрани зростає без будь-яких істотних змін її ємності (рис. 5-21). Ходжкин і Хакслі виявили, що мембранний потенціал під час ПД не просто зменшується до нуля, але змінює свій знак на протилежний (рис. 5-20, Б). Цей факт суперечив поширеною в той час гіпотезі про те, що збільшення іонної проникності під час збудження нош неспецифічний характер (т. Е. Мембрана стає проникною в однаковій мірі для всіх іонів) і що ПД обумовлений просто-напросто повної деполяризацией мембрани.

 
Мал. 5.21. Збільшення провідності мембрани під час поширення ПД в аксоні кальмара. На цьому класичному малюнку Коула і Кертіса (1939 г.) наведені ПД і контури високочастотного коливання, ширина якого пропорційна провідності мембрани. Видно, що під час ПД і протягом короткого проміжку після нього провідність збільшена. Повторивши цей досвід з коливаннями різної частоти, Коул і Кертіс виявили, що ємність мембрани під час збудження не змінюється. Інтервал між відмітками часу (внизу) -1 мс.  
 
Мал. 5.22. Залежність величини овершута ПД гігантського аксона кальмара від змісту Na+ у зовнішньому середовищі. 1 - контрольна крива, отримана при нормальному складі середовища (морська вода). Криві 2-5соответствуют поступової зміни конфігурації ПД при заміні середовища, схожою з морською водою, на розчин, що містить холінхлорид замість NaCl; при цьому концентрація Na+ поблизу мембрани, т. е. під шаром прилеглих до неї тканин, поступово знижувалася. Крива 6 отримана після того, як розчин був знову замінений на морську воду. (Hodgkin, Katz, 1949.)  

Надалі Ходжкин і Бернард Катц (1949) виявили, що якщо видалити з позаклітинного середовища Na+ , То ПД не виникає. Якщо ж замінити позаклітинний Na+ на непроникаючий катіон (наприклад, холін), то швидкість деполяризації та амплітуда ПД знижується (рис. 5-22). На підставі цих даних вони висловили так звану натрієву гіпотезу, згідно з якою фаза підйому і овершут ПД обумовлені тимчасовим підвищенням проникності мембрани для Na+ і входом цього іона в клітку.

На користь натрієвої гіпотези свідчать такі міркування і факти.

1.Содержаніе Na+ в позаклітинному середовищі приблизно в 10 разів більше, ніж в клітці, тому ЕNa становить 50-60 мВ. Напрямок діючої на іони Na+ ЕРС таке, що ці іони прагнуть пройти в клітку. Чисельно ця ЕРС дорівнює VM - ЕNa (Розд. 5.5).

2. Оскільки іони Na+ заряджені позитивно, їх вхід в клітку повинен привести до зміни знака внутрішньоклітинного потенціалу на позитивний (що, як ми вже знаємо, і спостерігається в дійсності).

3. На висоті овершута ПД наближається до рівноважного натрієвих потенціалу. Цей потенціал [см. рівняння (5-5)] можна розрахувати виходячи з того, що відношення вмісту Na + в зовнішній і внутрішньоклітинної середовищах дорівнює 10: 1:

ЕNa = RT / FZ ln [Na+]0 / [Na+]i = 0,058 lg 10 = 0,058 В = 58 мВ.

4. Як ми вже відзначали, величина овершута залежить від змісту Na+ в позаклітинному середовищі, причому ця залежність відповідає теоретичної, яку можна знайти виходячи з значення ЕNa

Під час другої світової війни Ходжкин і Хакслі змушені були тимчасово припинити свої роботи на гігантських аксонах кальмара. Після війни вони знову приступили до дослідів, але вже з використанням нового і надзвичайно інформативного методу - так званого методу фіксації потенціалу (Див. Додаток 5-3). Цей метод дозволив їм отримати додаткові дані в підтримку натрієвої гіпотези. У двох словах в методі фіксації потенціалу (вперше застосований на гігантському аксоні кальмара) використовується система зі зворотним зв'язком, що дозволяє стрибкоподібно змінювати мембранний потенціал до будь-якого необхідного рівня і підтримувати (фіксувати) його на цьому рівні; в досвіді вимірюється іонний струм. протікає через мембрану при подібному зміні потенціалу. При такій постановці експерименту дослідник має справу з меншим числом неконтрольованих факторів, ніж в тому випадку коли на мембрані у відповідь на імпульс деполяризующего струму вільно розвивається ПД (див. Рис. 5-5. І 5-15). Метод фіксації потенціалу виявився надзвичайно плідним для вивчення роботи потенціалзавісімих каналів, за якими такі іони, як Na+ і К + , Проходять через мембрану і викликають зміну мембранних потенціалів.

З рис. 5-23 видно, що у відповідь на дію гіперполяризуючий потенціалу (крива а) Через мембрану починає текти дуже невеликий і постійний вхідний струм (крива а), який зберігається протягом усього часу гіперполяризації. Однак такий же за величиною Деполяризуючий зрушення потенціалу (крива б) Супроводжується більш значними і складними змінами мембранних струмів (крива б '). спочатку крива б короткочасно відхиляється вниз. Це означає, що у відповідь на деполяризацію дуже швидко виникає вхідний струм. Цей ранній вхідний струм зберігається протягом 1 - 2 мс, а потім змінюється повільніше розвиваються затриманим виходять струмом (відхилення кривої вгору). Ранній вхідний струм викликав особливий інтерес, оскільки він породжується проникненням позитивних зарядів в клітку і, отже, його можна пов'язати з фазою наростання ПД, обумовленої, як передбачалося, входом Na + . (Для позначення фази наростання ПДшіроко використовуються також терміни «фаза деполяризації» або «передній фронт».- Прим. перев.)

 
Мал. 5.23. Криві, отримані в досліді з фіксацією потенціалу. При гіперполяризації (крива а.) Спостерігається лише невеликий постійний мембранний струм (А'). При деполяризації ж спочатку виникає вхідний струм (крива б ', відхилення вниз), а потім спостерігається повільно розвивається затриманий виходить ток (крива б', зміщення вгору). (Hodgkin, Huxley, Katz, 1952.)  
 
Мал. 5.24. Розмежування натрієвого і затриманого виходить струмів. А. Крива зміни мембранного потенціалу; ступінчаста деполяризация на 60 мВ. Б. Крива а відповідає сумарному струму, переносимого іонами Na+ і К+ в умовах нормального складу позаклітинного середовища (морська вода); крива ботражает лише струм, що переноситься іонами К +, Оскільки вона була отримана при такому зниженні вмісту Na+ у зовнішньому середовищі, коли VM під час подачі стимулу дорівнював рівноважного натрієвих потенціалу; значить, хоча натрієві канали і були відкриті, струм через них не йшов. В. Крива, відповідна натрієвих току, отримана шляхом віднімання кривої б з кривою a. (Hodgkin, Huxley, 1952а.)  

Для перевірки припущення про те, що ранній вхідний струм обумовлений іонами натрію, Ходжкин і Хакслі замінили ці іони в позаклітинному середовищі на холін. Ранній вхідний струм зник (рис. 5-24), замість нього спостерігався лише невеликий ранній виходить ток. Що ж стосується затриманого вихідного струму, то він в цих умовах не змінювався. Якщо аксон знову занурювали в середу з нормальним вмістом натрію, то вхідний струм відновлювався. Таке відновлення свідчило про те, що цей вхідний струм обумовлений тимчасовим входом Na+ через мембрану в клітину. В Відповідно до такої точки зору Деполяризуючий імпульс призводить до короткочасного відкриванню великого числа натрієвих каналів, через які іони Na+ входять в аксон (створюється натрієвий струм). Іншими словами, відкривання натрієвих каналів призводить до підвищення натрієвої провідності gNa. При звичайному складі позаклітинної рідини напрямок електрохімічного градієнта, чинного на Na+ (VM - ЕNa), Таке, що цей іон прагне увійти в клітку. Значить, при підвищенні gNa зростає і натрієвий струм:

INa = gNa(VM - E Na) (5-11)

При заміні Na+ в позаклітинному середовищі на такий непроникаючий іон, як холін, електрохімічний градієнт для Na+ змінює свій знак на протилежний, і напрямок натрієвого струму також стає зворотним.

Ходжкин і Хакслі зуміли дослідити окремо тимчасової хід вхідного і затриманого виходить струмів. Для цього вони спочатку реєстрували сумарний струм в препараті, зануреному в нормальний фізіологічний розчин, а потім знижували вміст натрію в позаклітинній середовищі, замінюючи його на холін. При цьому вони створювали таку концентрацію Na+ , Щоб при тому рівні потенціалу, який вони подавали на мембрану, ці іони перебували в рівновазі (т. Е. VM - E Na = 0) (рис. 5-24). У цих умовах у відповідь на подачу деполяризующего потенціалу натрієвий струм вже не виникало, і залишався лише затриманий виходить ток (рис. 5-24,Б). Надалі було показано (див. Нижче), що носіями цього струму є іони К + . Ходжкин і Хакслі відняли затриманий виходить ток з сумарного струму, який реєструвався при нормальному складі позаклітинного середовища. Різниця між двома цими струмами (на рис. 5-24, Б зафарбована область) і приймалася за величину вхідного струму, що переноситься іонами Na+ (Рис. 5-24,Б).

Що ж ми можемо сказати про властивості мембрани виходячи з особливостей натрієвого струму? Перш за все нагадаємо, що, відповідно до закону Ома, натрієвий струм INa залежить від двох величин [см. рівняння (5-11)]: 1) провідності мембрани для Na + , gNa; 2) що діє на іониNa+ електрохімічної рушійної сили (ЕРС), тобто VM - ENa. Значить, якщо різко деполярізовать мембрану до нового фіксованого потенціалу, то часовий хід натрієвого струму буде відображати ті зміни натрієвої провідності в часі, які виникають у відповідь на деполяризацію. Іншими словами, то збільшення INa, Яке ілюструє рис. 5-24, В, дає можливість судити про відповідне збільшення натрієвої провідності. Як ми бачимо з малюнка, незважаючи на те що рівень деполяризації (тобто VM) Утримується постійним, натрієва провідність спочатку (в межах 1 мс) досягає максимуму, а потім швидко спадає і повертається до вихідного рівня (рис. 5-24,Б). Це означає, що в мембрані протікають два різних процеси. Перший з них - збільшення натрієвої провідності при деполяризації - називається активацією, другий - поступове, або залежне від часу, зниження натрієвої провідності до вихідного рівня - інактивацією.



Попередня   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   Наступна

Пасивні електричні властивості клітинних мембран | провідністьмембрани | ємність мембрани | електротонічних потенціал | електрохімічний потенціал | рівняння Нернста | потенціал спокою | Роль іонних градієнтів і іонних каналів | Роль активного транспорту | Активні електричні процеси |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати