Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Весьма удобным объектом для исследования электрогенного ионного транспорта оказались нервные клетки беспозвоночных (моллюсков).
186
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
В связи с их большими размерами возможно введение нескольких микро-злектродов, с помощью которых может быть осуществлена ионофоретичес-кая инъекция дозированного количества ионов натрия внутрь нейрона.
Такая инъекция вызывает существенную гиперполяризацию мембраны сомы (до 20 мв над уровнем, регистрируемым в обычных условиях). Гиперполяризация подавляется оуабаином, бескалиевым раствором и метаболическими ингибиторами, что явно указывает на ее связь с механизмом электрогенного активного транспорта ионов (Kerkut, Thomas, 1965; Moreton, 1969; Thomas, 1969; Костюк, 1970; и др.).
Трансмембранные токи при электрогенном активном транспорте
Прямое измерение трансмембранного тока, возникающего при активации электрогенного ионного транспорта дозированной инъекцией ионов натрия внутрь клетки (Thomas, 1969) было впервые проведено с применением длительной фиксации напряжения на мембране гигантских нейронов моллюсков. Оказалось, что этот ток пропорционален количеству введенных в клетку ионов; его временные характеристики являются при этом постоянными. Количество переносимых через мембрану зарядов постоянно по отношению к количеству зарядов, дополнительно введенных в клетку, и составляет около 30% пбследних. Это постоянство можно рассматривать как указание на наличие у транспортной системы фиксированного соотношения между количествами переносимых внутрь клетки ионов калия и переносимых наружу ионов натрия. Около У3 переносимого натрия в таком случае будет нескомпенсировано встречным переносом калия, что и может явиться непосредственной причиной возникновения трансмембранного тока. Был использован также внутриклеточный натрий-селективный электрод для прямого измерения активности ионов, натрия в клетке; при этом обнаружился полный параллелизм между скоростью выкачки из клетки избыточного количества этих ионов и скоростью развития трансмембранного тока (Thomas, 1972).
Гигантский нейрон моллюска представляет исключительные методические возможности для изучения электрогенного активного транспорта, поэтому он был использован для выяснения более подробных характеристик, создаваемых активным транспортом трансмембранных токов, и, в частности, их возможной связи с изменениями мембранной проводимости (Костюк и др., 1972). Проведенные измерения на большом количестве нейронов при различных уровнях поддерживаемого мембранного потенциала и величинах инъекций натрия в клетку показали при этом, что количество зарядов, переносимых через мембрану электрогенным «насосным» током, не всегда находится в постоянном отношении к количеству зарядов, введенных в клетку; эта величина, в отличие от данных работы Томаса (Thomas, 1969; 1972), может варьировать в значительных пределах, что говорит об отсутствии фиксированной связи между транспортом ионов натрия из клетки и компенсирующим транспортом калия в противоположном направлении.
Наиболее точную характеристику электрогенного «насосного» тока можно получить при снятии непрерывных вольт-амперных характеристик мембраны клетки в обычном состоянии и при активации транспортного
ГЛАВА 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТНОЙ МЕМБРАНЕ 187
механизма. С этой целью в условиях фиксации напряжения командный сигнал изменяли по линейному закону в значительных пределах (от уровня потенциала покоя до —120 мв); эта процедура повторялась перед инъекцией натрия внутрь клетки и в различные периоды развития «насос- г
ного» тока. Контрольные опыты с аналогичными измерениями на фоне инъекции натрия в клетку, транспортный механизм которого блокирован холодом либо действием оуабаина, показали, что при инъекциях, не превышающих 10 микрокулон, не происходит каких-либо изменений пассивной проницаемости мембраны, и, следовательно, все изменения в ней при таких инъекциях в нормальных условиях должны быть отнесены к дейст' вию транспортного механизма.
^о
Рис. 69. Характеристика «насосных» т ков через поверхностную мембрану сомы гигантской нервной клетки, измерен ых методом фиксации напряжения
I
О | •>
-12
-iff
а — токи, вызванные серией ионофоретических инъекций натрия в клетку 39 пкэкв (2) и 31 пкэкв (3—6). Скорость нарастания тока после каждой инъекции показана пунктиром. Разрывы (1—7) показывают моменты снятия вольт-амперных характеристик;
б — наложение вольт-амперных характеристик, полученных в опыте а. Характеристика 7 совпадает с характеристикой 1
На рис. 69 приведен пример «насосного» тока, вызванного рядом последовательных инъекций натрия в клетку, показывающий нарастание этого тока по 5-образной кривой. Насыщение транспортного механизма развивалось при введении в клетку более 160 пкэкв натрия. Вольт-ам-перные кривые, снятые перед инъекцией, в различные моменты развития инъекции, а также после окончания развития «насосного» тока, сопоставлены на том же рисунке; они показывают, что «насосный» ток является потенциалозависимым. Этот ток монотонно убывает по мере гиперполяризации мембраны при определенном уровне мембранного потенциала (так называемый «потенциал исчезновения») полностью исчезает. Соответственно и мембранная проводимость (измеряемая по наклону вольт-амперной кривой) оказывается зависящей от активности электрогенного транспортного механизма, возрастая по мере его активации; этот прирост проводимости отражает потенциалозависимость самого источника «насосного» тока.
