Жүйке жүйесінде ақпаратты беру

Жүйке жүйесінде ақпаратты беру

Электр сигналдары, жұмыс істеуін қамтамасыз ететін жүйке жасушаларының, опосредованы ағынымен иондар арқылы водопроницаемые тері тесігін клеткалық мембраналар. Бұл тері тесігін, білімді трансмембранными ақуыз деп аталады беттерінің иондық екендігі анықталды арналарымен. Осы уақытқа дейін әзірленді сезімталдығы жоғары әдістері, мүмкіндік беретін тіркеу және өлшеуге ионды токтар өтетін арқылы жеке ионды арналар.

Кейбір ионды арналар сайлау проницаемы үшін ғана катионов, ал басқа жүргізеді, тек аниондар. Катиондық арналар мүмкін жоғары сайлау қатысты бір-бірден жөніндегі ұлттық, мысалы, натрий. Иондық каналдар жасайды өткелдер арасындағы ашық және жабық жай-күйі мен құқығы, әдетте, тән уақыт ашық жай. Олардың үлес иондық ток арқылы клеточную мембрана анықталады салыстырмалы аз уақыт, олар ашық күйде жатыр.

Ашу-арна реттеледі механизмдері әр түрлі. Бұл кейбір тетіктерін жеке сияқты созылу мембраналар немесе өзгерту мембраналық әлеуетін. Басқа да тетіктері химиялық қамтитын байлау белсенді молекулалардың (лигандов) белсенді орталығы орналасқан не внеклеточной немесе клеткаішілік тараптар арна.

Маңызды қасиеті арналарын қосымша кинетике ашу және жабу, қабілеті болып табылады ашық арна жүргізу иондық ток. Бір жолы, оларға иондары мүмкін арқылы енетін ашық арна болып табылады қарапайым диффузия. Басқа тәсіл – өзара іс-қимыл иондар внутриканальными орталықтарымен байланыстыру және перескакивание ішіндегі су тері тесігін бір орталықтың басқа. Кез келген жағдайда қозғалыс ионының арна арқылы пассивті болып табылады және анықталады градиентпен концентрациясы және градиентпен электр әлеуетін мембране.

Саны, ток арқылы өтетін ашық канал бойынша электрлік градиенті, тәуелді өткізгіштік арна үшін осы типтегі иондар. Шамасы ток, сондай-ақ, байланысты концентрациясы иондары сағаларында арна. Бұл екі фактор өтімділік және концентрациясы анықтайды өткізгіштігі арна.

Беру импульстің жүйке жүйесі опосредуется өзгерту мембраналық әлеуетін. Бұл сенсорлық ресинтезін барабар ынталандыру сияқты сыры, дыбыс, жарық, тудырады, жергілікті деполяризацию (жасай отырып мембраналық әлеуеті кем жағымсыз) немесе гиперполяризацию (мембраналық потенциалы неғұрлым теріс). Осылайша нейротрансмиттеры » синапсах тудырады деполяризацию немесе гиперполяризацию постсинаптической жасушалар. Әлеуеті әрекетті білдіретін қысқа деполяризациялық сигналдар үлкен амплитудасы бойынша жүргізеді отросткам нейрон ақпаратты бір бөлім жүйке жүйенің басқа.

Барлық бұл өзгерістер мембраналық әлеуетін туындаған қозғалысын иондар арқылы клеточную мембрана. Мысалы, жасуша ішіне бағытталған қозғалысы оң зарядталған натрий иондары төмендетеді жалпы теріс заряд мембрананың немесе, басқа сөзбен айтқанда, тудырады, деполяризацию. Керісінше, нәтижесі қозғалысының оң зарядталған калий иондары бірі жасушаның өсуі болып табылады жалпы теріс зарядты, яғни гиперполяризация. Гиперполяризация байланысты болуы мүмкін сондай-ақ, қозғалысын жасуша ішіне теріс зарядталған хлор иондарының.

Қалай движутся иондары арқылы клеточную мембрана және олардың қозғалысы реттеледі? Бас арқылы жылдам ауыстыру иондарының жасуша ішіне және одан болып табылады иондық арналар. Ионды арналар білдіреді кірістірілген мембрана молекулалары ақуыз құрайтын тері тесігін, өткізетін иондар үшін. Ионды токтар арқылы реттеледі ашу және жабу осы иондық арналар. Білу механизмдердің жұмыс иондық арналар түсінуге мүмкіндік береді, өндірілген электр сигналдары.

Қасиеттері, иондық арналар. Жасушалық мембранасы жүйке жасушалары

Жасуша мембранасының тұрады, сұйық фазаның липидтердің және жапсарлас липидтер белковыхмолекул. Липидтердің молекулалары арасында судан тұратын екі қабатты мембрана (бислой) қалыңдығы шамамен 6 нм. Полярлы гидрофильді бастары липидтердің бағытталуы — беттерге мембраналар, ал гидрофобные қалдықтары созылған ортасында бислоя. Липидтер нашар әкеледі су және іс жүзінде өткізбейтін болады иондар үшін. Белок молекуласының ішінара тиелуі қабаты липидтер, не внеклеточной, не цитоплазматической тараптар. Кейбір белоктар тұтастай пронизывают мембрана. Дәл пронизывающие мембрана (трансмембранные) белоктар құрайды иондық арналар. Негізгі иондары қатысатын генерациялау электр сигналдары сияқты калий, натрий, кальций немесе хлор, движутся арқылы ионды арналар енжар арқасында концентрация градиенті және электрлік потенциал мембрананың.

Басқа трансмембранные белоктар қызмет етеді ретінде сорғылар мен таратушылар қамтамасыз ететін көлік заттар арқылы клеточную мембрана қарсы электрохимиялық градиентов. Көлік тетіктерін қолдайды, иондық құрамы цитоплазмы ерітеді және жояды немесе оралтуға сол иондары, клеточную мембрана олардың электрохимическим градиентам. Олар сондай-ақ маңызды функцияны орындайды көшіру арқылы клеткалық мембраналар субстраттар метаболиттік реакциялардың сияқты, глюкоза мен амин қышқылдары

Мембраналық арналар бойынша ерекшеленеді, өз іріктеу: кейбір проницаемы үшін катионов, басқа үшін аниондарды. Кейбір катионды арналар болып табылады селективті қатысты бір ғана түріне ион. Мысалы, кейбір арналар проницаемы тек қана натрий иондары үшін, басқа үшін калий иондары арналған өзге де кальций иондарының. Алайда, салыстырмалы түрде неселективные катиондық арналар мүмкіндік беретін өтуге тіпті аз органикалық катионам. Анионды арналары беруге байланысты электрлік импульс болады төмен спецификалы. Алайда, олар, әдетте, деп аталады «хлорными арналармен, өйткені ион хлор болып табылады ең көп таралған жылжымалы анионом биологиялық сұйықтықтарда. Оған қоса, кейбір арналар (деп аталатын коннексонами) қосылу көрші жасушалар мен проницаемы үшін көптеген бейорганикалық иондардың, кейбір ұсақ органикалық молекулалардың

Бірақ қарапайымдылық үшін, біз жиі ұсынамыз белок молекулалары ретінде статикалық құрылымын, олар осындай мүлдем болып табылады. -Өз жылу энергиясын барлық үлкен молекулалар іштей нестабильны. Бөлме температурасында химиялық байланыс тартылады және әлсіреуі, яғни үнемі ауытқуда қатысты тұрақты жағдай. Қарамастан, бұл жеке қозғалыс шамасын құрайды шамамен 10-12 м (жиілігі, достигающей 1013 Гц), мұндай атом тербелістер алып келуі мүмкін, нәтижесінде әлдеқайда неғұрлым елеулі және одан да көп баяу өзгерістерге құрылымында молекулалардың. Бұл көптеген жылдам қозғалыс атомдар мезгіл-мезгіл үшін жағдай жасайды өзара іс-қимыл функционалдық топтар ақуыз болуына қарамастан, өзара отталкивающих күштері. Өзара іс-қимыл функционалдық топтар әкеледі кинетическим мәртебесі ақуыз, рет возникнув, созылуы мүмкін көптеген миллисекунды немесе тіпті секунд. Белгілі мысал гемоглобин молекуласы. Орталықтары байланысу оттегі жасалды ішіндегі макромолекулы бұл ақуыз және оларға жоқ тұрақты еркін қолжетімділікті. Байлау оттегі қол жеткізу мүмкін есебінен ғана транзиторного қол жеткізу молекулалардың газ орталықтарына байланыстыру арналған молекуласындағы тақырып. Осылайша, гемоглобин молекуласы «қазпочта» ақ, мезгіл-мезгіл становясь қолжетімді байланыстыру үшін оттегі, әйтпесе бұл белок еді қабілетсіз орындауға арналған функцияны көшіру бойынша газдар.

Үшін иондық арналардың функционалдық маңызды болып табылады өткелдер арасындағы ашық және жабық жай-күйі. Бұл ауысулар жасалады, іс жүзінде бірден. Екінші жағынан, жүйелі зерттеуге мінез-құлық кез келген иондық арнаның біз обнаружим, бұл уақытта ашық жай-күйі құбылып отырады кездейсоқ. Кейде арна ашылды тек бір миллисекунду немесе тіпті аз, бірақ келесі жолы ол ашылуы мүмкін әлдеқайда ұзақ уақыт. Дегенмен, әрбір арна бар тән орташа уақыты ашық жай-күйін (т), және барлық вариация орын айналасында, бұл орта көрсеткіш.

Кейбір ионды арналар ашылады жиі тіпті тыныштық. Басқаша айтқанда, ықтималдығы орналасқан жері және осындай арналардың ашық күйде неактивированной торда салыстырмалы түрде жоғары. Көпшілігі мұндай иондық арналар проницаемо үшін калий немесе хлор. Олар маңызды генерациялау үшін мембраналық әлеуетін тыныштық. Қалған ионды арналар бұл ретте жабық, яғни ықтималдығы табу, оларды ашық күйде өте төмен. Белсендіру осы арналарды барабар ынталандыру күрт арттырады ықтималдығы ашу. Бұл ынталандыру мүмкін деактивировать ионды каналдар, бұрынғы белсенді тыныштықта. Бұл іске қосу немесе ажырату каналын білдіреді өсуі немесе төмендеуі ықтималдығы ашылу, арнасының, бірақ ұлғайту немесе азайту, уақыт ашық жай-күйін (т) арна.

Басқа іске қосу және ажырату, иондық ток арналары арқылы реттеледі екі басқа да факторлар. Бірінші фактор ерекшелігі, иондық арна ауысады жаңа конформационное жай-күйі, онда әдеттегі белсенділегіш стимул жоқ тудыруға қабілетті ашу арна. Үшін иондық арналар, активируемых деполяризацией, мұндай жай-күйі деп аталады инактивацией. Арналар үшін жауап беретін, химиялық ынталандыру, бұл жай-күйі ретінде белгілі десенситнзация. Екінші тетік – блок ашық арна. Мұндай жағдайлар, мысалы, ірі молекуласы (мұндай ретінде токсин) байланысады ионным арнасы және физикалық жояды артық майлануды сіңіреді (арендаға). Басқа мысал ретінде оқшаулау кейбір катионных арналарын иондармен магний. Бұл жағдайда магний иондары жоқ енеді арқылы иондық канал, бірақ байланыстырылады арнасы саласында оның сағасын және, осылайша, кедергі енуіне басқа катионов.

Кейбір арналар арнайы жауап береді физикалық өзгерістер клеткалық мембране нейрон. Ең жарқын өкілдерінің осы топ болып табылады әлеуеті-активируемые арналары. Мысал сезімтал әлеуетіне натриевый арна, ол үшін жауап регенеративную деполяризацию, орналасқан негізінде генерациялау әлеуетін. Осы топқа сондай-ақ механочувствительные ионды арналар, олар механикалық әсер клеточную мембрана. Рецепторларға созылу, құрамында ионды арналар осындай қаза тапты механорецепторах тері.

Бұл жіктеу болып табылады жеткілікті қатаң. Мысалы, кальций-активируемые калий арналар сезімтал сондай-ақ, өзгерту әлеуетін, ал кейбір әлеуеті-активируемые ионды арналар сезімтал внутриклеточным лигандам.

Өлшеу үшін иондық токтарының арқылы жеке арналар бастапқыда ұсынылды жүрекке тікелей емес әдісі талдау мембраналық шу. Содан кейін әзірленді тәсілі тікелей тіркеу жеке иондық каналдардың әдісінің көмегімен, ол деп аталады асыруын жатқызуға-кламп (patch-clamp). Жиынтығында бұл тәсілдер берді тікелей қатысты сұрақтардың функциялары иондық арналар, онда: қандай заряд өтеді және жеке арна? қанша канал ашық болып қалады? қалай болған иондық каналының ашық немесе жабық күйде байланысты мембраналық әлеуетін?

Асыруын жатқызуға-кламп әдісі ұсынылған. Э. Неером, Б. Сакманном және олардың әріптестерімен, айтарлықтай углубил біздің біліміміз жұмыс істеуі туралы иондық арналар. Үшін асыруын жатқызуға-кламп тіркеу қажет ұшымен шыны тамшуырлар ішкі диаметрі шамамен 1 мкм тығыз контактировал с мембраной зерттелетін жасушалар. Кезінде сәтті шығарған арқасында легкому присасыванию, жасушалық мембраной және шыны тамшуырлар құрылады кедергісі көп 109 Ом (осыдан пайда «термині гигаомный контакт», gigaohm seal). Қашан пипетка теміржолда біріктірілді тиісті күшейткіші, тіркеуге болады шағын токтар арқылы өтетін учаскесі мембраналар орналасқан ішіндегі ұшы тамшуырлар. Мұндай конфигурациясы асыруын жатқызуға-кламп әдісі деп аталады cell attached (байланыс торымен). Высокоомный байланыс кепілдік береді, бұл ионды токтар өткізілетін осы учаскесін клеткалық мембраналар, көбінесе арқылы усилительную аппаратураны емес, жоғалады жерде контакт асыруын жатқызуға-тамшуырлар бастап торымен. Пайдалану кезінде асыруын жатқызуға-кламп әдісін тіркелетін оқиғалар тұрады тік бұрышты ток сигналдарын бейнелейтін процестер ашу және жабу дара иондық арналар. Осылайша, біз нақты уақыт көре аламыз белсенділігі жалғыз ақуыз молекулаларының мембрана.

Жай жағдайда токтар жеке арналар пайда тұрақсыз және әр түрлі ұзақтығы, бірақ тұрақты амплитудасы бар. Кейбір жағдайларда, алайда, көрінісі токтардың болуы мүмкін неғұрлым күрделі. Кейбір ионды арналар, мысалы, ашық күйде болуы мүмкін астам бір деңгейі өткізгіштік. Сонымен қатар, иондық арналар мүмкін танытуға кешенді айтыңыз. Мысалы, ток арқылы жеке ионды канал көрінуі мүмкін ретінде емес, қарапайым тікбұрыш, ал «жарқыл» жаңалықтар арнасы.

Осылайша, асыруын жатқызуға-кламп әдісі ұсынады жаңа бірегей мүмкіндіктерін зерттеу үшін мінез-иондық арналар. Біріншіден, оқшаулау кішкентай учаскесінің мембраналар мүмкіндік береді бақылауға белсенділік барлығы бірнеше иондық арналар емес, мың жандандырылатын » бүкіл клеткадағы. Екіншіден, жоғары кедергісі контакт тіркеуге мүмкіндік береді тіпті өте жеке иондық каналдардың және аламыз талдау кинетика арналар.

Асыруын жатқызуға-кламп әдісі жүзеге асыруға мүмкіндік береді, сондай-ақ тіркеуді иондық каналдар және басқа конфигурация. Жетіп байланысу конфигурациясы cell attached болады, отводя электрод, оттянуть учаскесі мембраналар қалыптастыру үшін inside out (ішкі жағы сыртқа) конфигурациясы. Соңғы жағдайда цитоплазматическая жағы мембрананың болады обрашена — перфузионному раствору. Екінші жағынан, арқылы шағын қосымша кененің жабысқан болады прорвать учаскесі мембраналар орналасқан, ішінде тіркеуші электрод қамтамасыз ете отырып, байланыс соңғының цитоплазмой жасушалар. Осы жағдайларда тіркелетін болады токтар конфигурациясы whole-cell (тұтас клетка). Ақырында алғаннан кейін » конфигурация «тұтас тор, оттянуть электрод жылғы жасушалар, қалыптастырды бірі мембраналар алдымен жұқа перемычку, содан кейін, кейін бөлімше осы учаскені алуға конфигурациясын outside-out (сыртқы жағы сыртқа). Әрқайсысы конфигурациялары өзінің артықшылықтары бар, оларды пайдалану түріне байланысты зерттелетін ионды канал мен сол ақпараттардың біз алуға осы экспериментке. Мысалы, аппликация заттардың сыртқы жағына мембраналар қолайлы болып табылады конфигурациясы outside-out.

Асыруын жатқызуға-кламп конфигурациясы «тұтас тор» болжайды арасындағы алмасу цитоплазмой жасушаның ерітіндісімен, заполняющим регистрирующую пипетку. Бұл алмасу, кейде деп аталатын «диализ» үшін пайдаланылуы мүмкін намеренной ауыстыру внутриклеточного құрамын иондар ғана, олар пипетке. Екінші жағынан (әсіресе жағдайларда клетка аз), ескеру қажет, бұл маңызды цитоплазматические компоненттері көрінбеуі мүмкін олардың жылдам өту кезінде внутрипипеточный ерітіндісі. Мұндай шығындар болдырмауға болады пайдалана отырып, деп аталатын тесілген асыруын жатқызуға-кламп әдісі. Бұл жағдайда, қалыптастыру үшін бастауыш cell attached конфигурациясы пайдаланылады пипетка, толтырылған зат, қабілетті қалыптастыру мембраналық тері тесігін (мысалы антибиотик нистатин). Кейін біраз уақыт оқшауланған көмегімен электрод учаскесінде мембраналар түзіледі өткізетін үшін электролит тері тесігін, тіркеуге мүмкіндік беретін ионды токтар конфигурациясы «тұтас тор».

Дейін әзірлеу асыруын жатқызуға-кламп әдісін қасиеттері, иондық арналар жасушалық мембранах зерттелді эксперименттерде, онда өлшеу үшін мембраналық әлеуетін немесе мембраналық ток пайдаланылған шыны микроэлектроды. Пайдалану Лингом және Джерардом 1949 жылы шыны микроэлектродов үшін жасушаішілік тіркеу иондық токтардың тірі жасушаларында болды кем емес маңызды қарағанда, кіріспе асыруын жатқызуға-кламп әдісін үш онжылдықтар өткен соң. Бұл әдіс қамтамасыз етті дәл өлшеу мембраналық әлеуетін тыныштық жасушалар, әлеуетті әрекеттер, сондай-ақ жауап синаптическую іске қосатын бұлшық ет талшықтары және нейрондық.

Әдісі клеткаішілік тіркеу. Жіті шыны микропипетка, диаметрі ұшы аспайтын 0,5 мкм, толтырылған концентрацияланған тұзды ерітіндімен (мысалы, 3 M KC1), қызмет етеді электродом және қосылады вольтметру жазу үшін әлеуетті. Кезінде тесу пипеткой клеткалық мембраналар әкелетін енуіне, оны клеточную цитоплазму, көрінеді бір сәттік пайда болуымен әлеуетін, тиісті мембранному тыныштық потенциалы. Кезінде сәтті өтуі торша мембранасы бөлімшесінің қарамағында сыртқы беті тамшуырлар, соның арқасында цитоплазма қалады оқшауланған жылғы внеклеточной сұйықтық.

Басында 1970-жылдардың пайдалана отырып, жүйке-бұлшық ет синапс бақалар, Катц және Миледи қолданды бірегей эксперименттер, онда әдісі клеткаішілік микроэлектродной тіркеу үшін пайдаланылған сипаттамаларын зерттеу «шу», продуцируемых медиатор ацетилхолином (АХ). Мұндай синапсе АХ, освобождаюшийся бірі-мотор нейрондық аяқталғаннан ашады хемовозбудимые ионды арналар постсинаптической мембраналар. Кіру катиондарды талшығы арқылы ашық ионды арналар туғызады деполяризацию мембраналар. Қашан Катц және Миледи жергілікті апплицировали экзогенді АХ облысқа синапса, олар тауып, бұл туындаған деполяризация барысында электр «шумен». Кезінде тұрақты деполяризации жылдам тербелістер әлеуетін болды әлдеқайда көп ауытқуына изолинии тыныштықта. Олар екен деп болжадық өсуі электр шу қатысуымен АХ байланысты болды хаотичным ашу және жабу, АХ-активируемых иондық арналар. Басқаша айтқанда, аппликация АХ апарған ашылуына үлкен санының иондық арналар саны бұл кездейсоқ колебалось санына байланысты өзара іс-АХ өмір рецепторлардың.

Пайдалана отырып, белгілі бірі-физика техника талдау шудың, Катц және Миледи алды туралы ақпаратты среднестатистическом мінез-құлық жеке иондық канал, активируемого АХ. Кейінірек, ұқсас эксперименттер жүргізілді, сол объектіде Anderson және Stevens. Айырмашылығы предшественников, бұл зерттеушілер өлшеніп мембраналық ток туындаған, АХ мүмкіндік берді белгіленсін шамасын және ұзақтығы иондық токтарының арқылы жалғыз арна.

Сараптау принциптері шу жеткілікті қарапайым болып табылады: біріншіден, егер токтар жалғыз арна болып табылады үлкен, жиынтық шу, сондай-ақ үлкен. Екіншіден, иондық каналдар, ашылатын салыстырмалы түрде ұзақ уақыт бойы, продуцировать төменгі жиілікті шу; керісінше, арналар, ашылатын қысқа уақытқа, продуцировать жоғары жиілікті шу. Зерттеу амплитудалы-уақытша сипаттамаларын шу, активированных АХ жүйке-мышечном синапсе көрсеткендей арқылы жеке ашық иондық канал өтеді, шамамен 10 миллион иондардың жылдамдығы секундына. Бұдан басқа, белгілі болғандай, мәні орта ашық уақыт иондық канал құрайды, 1-ден 2 мс.

Қарамастан кеңінен ығыстыру асыруын жатқызуға-кламп әдіспен талдау шудың әлі күнге дейін зерттеу үшін қолданылады ионды каналдарының жасушаларында берілмейтін зерттеу көмегімен асыруын жатқызуға-клампа, мысалы, кейбір облыстарда, орталық жүйке жүйесі. Сонымен қатар, талдау шу болып табылады салыстырмалы түрде жылдам әдісі туралы ақпарат алу үшін қасиеттері үлкен популяцияның арналар пайдаланылады комбинацияда асыруын жатқызуға-кламп тіркеуге жылғы бүтін жасушалары сәйкестендіру үшін типті арналар. Дегенмен, түсіну керек, бұл талдау арқылы шудың алу мүмкін болмаса егжей-тегжейлі ақпаратты мінез-құлқы туралы жеке арна, әсіресе арналардағы күрделі кинетикой немесе болған кезде бірнеше деңгейлерден өткізгіштік арна.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *