Проведение сигналов в головном мозге зависит от способности нейронов отвечать на очень слабые стимулы быстрыми и значительными изменениями электрического потенциала , проходящего через клеточную мембрану. В сенсорных клетках мембранный потенциал изменяется в ответ на действие физического стимула: рецепторы глаза отвечают , в частности, на простые фотоны света , обонятельные нейроны - на прямое воздействие молекул одоранта и нейроны органа слуха - в ответ на слабые изменения звуковых волн. В основе всех этих сенсорных ответов лежит эффект действия потенциала, в течение которого происходят изменения мембранного потенциала со скоростью 500 вольт в секунду. В быстром изменении мембранного потенциала, обеспечивающего процесс передачи информации в центральной нервной системе принимают участие каналы ионов - определенный класс интегральных мембранных протеинов , найденных во всех клетках организма. Ионные каналы нейронов оптимально реагируют в ответ на действие химических и физических сигналов. В различных отделах центральной нервной системы они гетерогенны ( разные типы каналов) и реагируют в ответ на специфические сигналы. Поскольку ключевая роль ионных каналов заключается в проведении электрических сигналов, то их повреждение может стать причиной различных неврологических и психических расстройств. Однако, поражение ионных каналов может стать причиной не только болезней нервной системы , но и расстройств со стороны других органов , например, скелетных мышц или мышцы сердца ( некоторые варианты аритмий). Ионные каналы могут быть мишенями для лекарственных препаратов.
Ионные каналы представляют собой не только поры в липидной мембране , но они отличаются различной структурой протеинов , которые окружаются двойным слоем липидов. Диаметр ионов К+ больше , чем ионов Na+, оба канала открываются в ответ на деполяризацию мембраны , причем ее степень влияет на скорость открытия каналов ( каналы Na+ открываются более быстро). Когда деполяризация достигает определенного уровня каналы Na+ начинают закрываться. Процесс , при котором каналы Na+ закрыты в течении пролонгированной деполяризации обозначают термином "инактивация". Такая деполяризация становится стимулом ( причиной) перключения каналов Na+ между тремя различными состояниями : отдыхом, активацией и инактивацией и, которые соотвествуют трем различным конформациям протеина каналов Na+, по контрасту аксоны , содержащие каналы К+ не инактивируются , а остаются на протяжении того времени пока мембрана деполяризуется , по крайней мере, для вольтаж - фиксированной деполяризации это время составляет десять миллисекунд. В инактивном состоянии каналы Na+ закрыты и не могут открыться при дальнейшей деполяризации мембраны.
Ионные каналы могут быть повреждены в результате воздействия на организм токсинов и медикаментов. Таким образом, становится очевидным, что ионные каналы играют важнейшую роль в физиологии и патофизиологии нервной системы.
В дополнении к ионным каналам , нейроны содержат второй значимый класс протеинов , специально предназначенный для движения ионов через клеточную мембрану - это транспортеры ионнов или помпы. Данные протеины не принимают участия в проведении быстрых нейронных сигналов , а учавствуют в стабилизации и увеличении концентрации градиентов физиологически значимых ионнах во внешней и внутренней среде нейрона ( Na+ и К+ помпы транспортируют ионы со скоростью 100 ионов в секунду ). В случае активности ACh рецептора, как транспортера , "шлюз" для ионов открывается и ионы проходят через мембрану со скоростью 10 миллионов в секунду. Приток ( поступление _ ионов Ca2+ контролируется каналами и при их нарушении может стать причиной метаболических нарушений внутри клеток , стать причной активации различных энзимов ( ферментов) и других протеинов, облегчающих процесс нейротрансмиссии и даже привести к изменениям экспрессии генов.
Ионные каналы имеют три основных свойства ( выполняют три главные функции):
- они распознают и выбирают специфические ионны;
- они открываются и закрываются в ответ на специфические электрические , механические или химические сигналы;
- они обеспечивают прохождение ионнов черех клеточную мембрану.
Ионные каналы в нервной и мышечной ткани обеспечивают прохождение ионов в очень быстрые отрезки времени , тем самым обеспечивая большую скорость изменения электрических зарядов. ( около 100 миллионов ионов могут проходить через простой канал каждую секунду). Скорость прохождения ионнов через каналы регулируется энзимами , каталазой и углеродной ангидразой, которые ограничивают процессы диффузии. Скорость ( уровень) трансфера ионов через каналы был впервые описан в начале 70-х годов прошлого столетия при исследовании нейротранмиттера ацетилхолина ( ACh) и связывающегося с рецептором клеточной мембраны скелетных мышечных волокон в синапсе между невром и мышцей.
Каждый тип ионных каналов специфичен, так, например, негативный потенциал покоя нейронов в большинстве случаев детерминируется каналами К+, а потенциал действия - каналами Na+. Различные типы ионных помп влияет на градиент концентрации таких ионов как Na+, K+, Ca2+, Cl - ионов.
Добавить комментарий