Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
184
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
дительно подтверждено в экспериментах. В частности, оно противоречило данным о количестве ионов натрия, переносимых на каждую молекулу потребляемого кислорода.
Представление о насосном механизме, потребляющем энергию макро-эргических фосфатов, получило прочную биохимическую основу после открытия (Skou, 1957) мембранной АТФазы, активируемой ионами калия и натрия, и установления векторного характера ее работы. Гидролиз АТФ этой ферментной системой оказался возможным лишь при наличии ионов натрия с внутренней стороны клеточной мембраны и ионов калия — с наружной ее стороны (Glynn, 1962; и др.).
Электронейтральный и электрогенный активный транспорт
Очевидно, возможны два различных способа функционирования механизма активного переноса ионов через мембрану. Такой механизм может производить обмен внутриклеточных ионов на внеклеточные на электронейтральной основе (заряд на заряд), не оказывая соответственно прямого действия на мембранный потенциал. В то же время количество перенесенных зарядов в одном направлении может не компенсироваться количеством зарядов, перемещаемых транспортным механизмом в другом направлении; иными словами, ^транспортный механизм может разделять заряды и тем самым непосредственно создавать разность потенциалов на мембране (электрогенный активный транспорт).
Предположение о возможном участии транспортного механизма в создании мембранного потенциала было высказано раньше, чем доказано существование такого механизма. Так, Лундберг и Оскарссон (Lundberg, Oscarsson, 1952), обнаружив значительную гиперполяризацию нервных волокон после периода аноксии, предположили, что она может быть связана с секрецией натрия этими волокнами. Тот факт, что инъекция в гигантский аксон ряда солей не влияет существенно на мембранный потенциал (Grundfest et al., 1954), позволил высказать предположение, что последний имеет в основном не диффузионную природу, а создается деятельностью электрогенного ионного насоса. Однако исследования, проведенные на гигантских аксонах, достаточно убедительно показали, что метаболические ингибиторы заметно не влияют на мембранный потенциал (Hodgkin, Keynes, 1955). Поэтому был сделан вывод, что перенос ионов натрия и калия в этом случае жестко связан и не сопровождается нарушением электронейтральности (Hodgkin, 1958). В это же время показано (Ritchie, Straub, 1957), что гиперполяризация, развивающаяся в немие-линизированных нервных волокнах после серии импульсов, может быть обратимо подавлена динитрофенолом и устранением ионов калия из наружного раствора — факторами, специфически угнетающими активный перенос ионов натрия. Вполне закономерным объяснением этого было бы предположение, что тетаническая активность вызывает поступление избыточного количества ионов натрия в волокна, которые затем откачиваются электрогенный натриевым насосом. Однако авторы заключили, что более вероятным объяснением причины гиперполяризации может быть предположение об уменьшении концентрации ионов калия в непосредственной близости от наружной стороны поверхностной мембраны в связи
ГЛАВА 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТНОЙ МЕМБРАНЕ 185
с усиленным транспортом их внутрь клетки и соответственным увеличением калиевого равновесного потенциала.
Строгое доказательство возможности электрогенного активного транспорта было впервые дано на мышечных волокнах (Kernan, 1962). Мышечные волокна нагружали натрием посредством выдерживания их на холоду в бескалиевом растворе; после перенесения в нормальную солевую среду они сразу начинали усиленно транспортировать ионы натрия наружу. В этот период мембранный потенциал волокон оказывался в среднем на 11 мв более отрицательным, чем рассчитанный калиевый равновесный потенциал; ясно, что такое расхождение могло быть объяснено только наличием электрогенного эффекта в активном транспорте натрия. Хотя в отношении точности подсчета величины калиевого равновесного потенциала могли быть высказаны обоснованные сомнения, однако факт несбалансированности активного переноса натрия и калия и появления электрогенного эффекта после этой работы не вызывал сомнения.
Электрогенный транспорт в различных тканях
Электрогенный характер активного ионного транспорта в поперечнополосатых мышцах подтвержден в ряде работ (Cross et al., 1965; Fru-mento, 1965; Mullins, Awad, 1965; Adrian, Slayman, 1966; Мартиросов, Микаэлян, 1970; и др.). На гладкомышечных волокнах наличие электрогенного ионного транспорта впервые было показано при помощи методики предварительного обогащения клеток ионами натрия (Taylor et al.,
1970). В период восстановления мембранный потенциал обработанных таким образом волокон мышцы матки возрастал до —70 мв, что, несомненно, существенно выше калиевого равновесного потенциала; гиперполяризация блокировалась оуабаином. Позже аналогичный эффект был обнаружен у гладкомышечных волокон толстой кишки (Tomita, Yamamoto, 1971; Castells et al., 1971), а также у гладкомышечных волокон тонкого кишечника (Bolton, 1971).
На сердечных папиллярных мышечных волокнах показано (Page, Storm, 1965), что после предварительного инкубирования в холодном растворе Рингера в них происходит аккумуляция натрия и потеря калия. Повышение температуры до 27—28° сопровождается постепенным восстановлением обычного ионного равновесия и значительно более быстрым восстановлением величины мембранного потенциала, которая превышает рассчитанную величину калиевого равновесного потенциала. Эта «термогиперполяризация» оказалась весьма чувствительной к оуабаину и поэтому была связана с активацией электрогенного транспортного механизма. В последующих исследованиях при помощи такой же методики были получены необычно высокие значения прироста мембранного потенциала (до 268—320 мв), также устраняемого оуабаином (Tamai, Kagiyama, 1968). Поскольку эти величины являются исключительными и не наблюдались другими авторами, можно думать о возможности какой-то ошибки в измерениях. Хариока и Хехт (Harioka, Hecht, 1971) на сердечных волокнах Пуркинье наблюдали гиперполяризацию при аналогичном способе активации транспортного механизма в среднем на 18,8 мв.
