Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Введение в клетку дополнительного количества АДФ путем ионофо-реза из микроэлектрода вызывает аналогичный эффект — потенциалозависимость «насосного тока» уменьшается и он сохраняется при максимально возможной гиперполяризации клеточной мембраны (рис. 72) (Костюк и др..1972; Kostyuk et al., 1972). Это явление хорошо согласуется с предположением, что электрогенный эффект активного транспорта определяется нескомпенсированностью активных потоков калия и натрия и что наличие достаточного количества АДФ в клетке может поддерживать независящий от калия перенос ионов натрия через мембрану.
Вклад электрогенного активного транспорта в общую трансмембранную разность потенциалов
Вклад электрогенного транспортного механизма в общую трансмембранную разность потенциалов в значительной мере определяется функциональным состоянием клетки. По-видимому, в условиях физиологического покоя доля транспортного механизма невелика. Некоторые авторы пытались определить ее на основании сравнения величин мембранного потенциала до и после отравления клетки оуабаином и метаболическими ингибиторами; они дали величины в несколько микровольт. Точное определение этой доли связано с возможностью ряда ошибок. Во-первых, ингибиторы сами по себе в определенной мере изменяют пассивную проницаемость поверхностной мембраны, что сопровождается изменением на ней диффузионных разностей потенциалов (Костюк и др., 1972; Kostyuk et al., 1972; Акимов, 1973). Во-вторых, остановка деятельности активного транспортного механизма переводит клетку в неста-
ГЛАВА И. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТНОЙ МЕМБРАНЕ 191
ционарное состояние, поскольку она начинает терять калий и приобретать натрий, что в свою очередь будет сопровождаться изменением концентрационных градиентов этих ионов и также влиять на диффузионные разности потенциалов.
Однако даже при учете указанных выше ошибок видно, что в различных тканях степень участия электрогенного активного транспорта в поддержании стационарной величины мембранного потенциала может существенно варьировать. В наиболее подробно исследованном объекте — гигантском аксоне кальмара — величина мембранного потенциала, по-видимому, практически полностью определяется диффузионными процессами. В связи с высокой пассивной проводимостью такой мембраны даже при наличии заметной нескомпенсированности активных потоков натрия и калия величина создаваемой «насосным током» разности потенциалов может составить всего 1—2 мв, что практически не обнаруживается экспериментально. В нервных кле'тках моллюсков при действии оуабаина наблюдается деполяризация порядка 7—15 мв (Marmor, Gorman, 1970; Carpenter, 1970; Mennier, Tauc, 1970; Christoffersen, 1972). Косвенно на значительный вклад электрогенного механизма в суммарный мембранный потенциал у таких нейронов указывает высокая температурная зависимость их мембранного потенциала (Айрапетян. 1969а). В поперечно-полосатых мышечных волокнах некоторые авторы не наблюдали деполяризации в случае действия оуабаина (Draper et al., 1963). Зато в гладких мышечных волокнах кишечника такая деполяризация является всегда весьма значительной (Daniel et al., 1962; Casteels, 1969; Tomita, Yamamoto, 1971), то же самое характерно и для гладкомышечных волокон сосудистой стенки (Kuriyama et al., 1971).
Максимально возможный вклад электрогенного транспортного механизма в мембранный потенциал клетки в условиях ее стационарного состояния (т. е. при отсутствии чистых ионных токов через мембрану) может быть оценен теоретически (Mullins, Noda, 1963). Муллинз и Неда при этом исходили из предположения, что в стационарном состоянии пассивный ток натрия в клетку по градиенту должен полностью компенсироваться активным переносом его в противоположном направлении; то же самое должно иметь место и для противоположно направленного тока ионов калия. Если считать, что ионы хлора пассивно распределяются между протоплазмой и внеклеточной средой, то результирующая разность потенциалов будет определяться только отношением проницаемостей мембраны для ионов калия и натрия и отношением чисел переноса этих же ионов транспортным механизмом. В случае, если отношение чисел переноса равно единице (т. е. транспортный механизм является полностью электронейтральным), величина мембранного потенциала будет целиком определяться уравнением Ходжкина и Каца, вытекающим из теории постоянного поля Гольдмана. Если же транспортный механизм будет переносить только ионы натрия (отношение чисел переноса равно бесконечности), то мембранный потенциал установится на уровне калиевого равновесного потенциала.
192
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
Активация электрогенного активного транспорта при физиологических процессах
С физиологической точки зрения особый интерес, несомненно, представляет возможность естественной активации электрогенного транспортного механизма при активных клеточных реакциях, когда развивающиеся на мембране электрические изменения были бы составной частью механизма этих реакций.
Уже в первых исследованиях электрогенного активного транспорта были получены данные о том, что он может принимать большое участие в создании следовых эффектов после генерации распространяющегося импульса. Как уже указывалось выше (Ritchie, Straub, 1957), посттета-ническая гиперполяризация в немиелинизированных нервных волокнах в значительной мере подавляется динитрофенолом и бескалиевым раствором, в котором ионы натрия замещены ионами лития. Все эти явления, хорошо согласующиеся с возможностью посттетанической активации электрогенного транспортного механизма, вначале были оценены иным образом. Исследуя в дальнейшем изменения посттетанической гиперполяризации при изменении концентрации ионов калия в наружном растворе, Штрауб (Straub, 1961) обнаружил, что ее величина может на 9 мв превышать величину мембранного потенциала в бескалиевом растворе; следовательно, в таком случае она не может быть причиной изменений калиевого концентрационного градиента и должна представлять собой истинный электрогенный эффект. В опытах на немиелинизированных волокнах отмечено, что в бескалиевых растворах может возникать значительная посттетаническая гиперполяризация (Holmes, 1962). В дальнейшем стало ясно, что в этих опытах не было условий для полного исключения калия из внеклеточной среды (иначе транспортный механизм не мог бы работать) и некоторое количество этих ионов эффективно активировало работу ионного насоса.
