цКЮБМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ яКСВЮИМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ
йюрецнпхх:
юБРНЛНАХКХюЯРПНМНЛХЪаХНКНЦХЪцЕНЦПЮТХЪдНЛ Х ЯЮДдПСЦХЕ ЪГШЙХдПСЦНЕхМТНПЛЮРХЙЮхЯРНПХЪйСКЭРСПЮкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮРЕЛЮРХЙЮлЕДХЖХМЮлЕРЮККСПЦХЪлЕУЮМХЙЮнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ РПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоЯХУНКНЦХЪпЕКХЦХЪпХРНПХЙЮяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХЪрСПХГЛтХГХЙЮтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮ
вОРОТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОТЕНЦИАЛЗАВИСИМЫХ КАНАЛОВ
|
|
Данные исследований структуры потенциал--зависимых каналов указывают на то, что воротный механизм расположен недалеко от цитоплазматической части поры (глава 2). Один из открытых вопросов заключается в том, как именно ворота канала зависят от мембранного потенциала. Для того, чтобы потенциалзависимый воротный механизм функционировал, необходимо наличие заряженных элементов в составе белка канала, которые меняют свое положение при деполяризации. Именно такое перемещение заряда отвечает за возникновение воротного тока. Одной из структур, привлекших особое
116 Раздел II. Передача информации в нервной системе
| Рис. 6.11. Предполагаемое смещение спирали S4 деполяризацией мембраны. (А) Состояние покоя. (В) Деполяризованное состояние, вызывающее открытие канала. Fig. 6.11. Proposed Shift of S4 Helices by membrane depolarization. Charged S4 helices are represented in two of the four domains of a voltage-activated sodium channel. (A) At the resting potential the helices are held against the inner end of the channel and the channel-gating elements are closed. (B) Depolarization causes outward movement of the positively charged helices, allowing the gate to open. |
внимание исследователей в этой связи, является спираль S4, пронизывающая мембрану и содержащая цепочку положительно заряженных аминокислот, а именно, лизина или аргинина, расположенных на каждой третьей позиции на данном участке молекулы (рис. 6.11). Это общее свойство всех членов супер-семейства потенциал--зависимых каналов навело ученых на мысль о том, что спираль S4 играет роль потенциал--чувствительного элемента, обеспечивающего связь между мембранным потенциалом и работой воротного механизма 20). Таким образом, деполяризация мембраны (т.е. увеличение положительного заряда внутри клетки) должна вызвать смещение положительных зарядов в направлении внеклеточной среды, поэтому вся спираль переместится в том же направлении (рис. 6.11В), а вероятность открытия канала увеличится. Механизм увеличения вероятности еще не изучен полностью.
Для проверки этой гипотезы были произведены направленные мутации гена, кодирующего область S4 молекулы натриевого канала мозга крысы 21). Нейтральные или кислые аминокислотные остатки заменили на один или более щелочных остатков, с тем чтобы исследовать их влияние на активацию канала. Гипотеза состояла в том, что если удалить положительные заряды из спирали, то для активации канала потребуется более высокий уровень деполяризации мембраны. Данное предположение подтвердилось, когда мутации затрагивали участки молекулы поблизости от ее цитоплазматического окончания. Подобные результаты были получены в результате экспериментов с мутациями S4 калиевых каналов типа А22).
Биохимические эксперименты на каналах--мутантах также подтвердили, что активация канала сопровождается изменениями в сегменте S4 23, 24). В этих экспериментах аминокислотные остатки по обеим концам спирали были заменены на цистеин. Затем исследовали доступность сульфгидрильных групп цистеина для гидрофильных реагентов (глава 3). Аминокислоты, которые были недоступны с внеклеточной стороны мембраны в состоянии покоя, во время деполяризации становились доступными. В то же время те остатки, которые были доступны изнутри, становились недоступными во время деполяризации, что указывало на перемещение спирали в сторону внеклеточной поверхности мембраны.
Обобщим вышесказанное. Несмотря на недостаточность экспериментальных данных, можно с высокой степенью надежности допустить, что перемещение спирали S4 в направлении наружной поверхности мембраны представляет собой первый этап воротного механизма. В состоянии покоя отрицательный внутриклеточный заряд притягивает спираль в направлении цитоплазмы. В момент деполяризации снижение величины отрицательного заряда позволяет спирали переместиться в противоположном направлении. Перемещение S4 влечет за собой дополнительные изменения конформации белковой молекулы, которые в конце концов приводят к открытию канала.
Глава 6. Ионные механизмы потенциала действия 117
| Рис. 6.12. Модель инактивации потенциалзависимого калиевого канала «шар на цепочке». (А) Воротный механизм на внутренней стороне рецептора в открытом состоянии. (В) Один из четырех инактивационных «шаров» блокирует устье канала. Fig. 6.12.Ball and-Chain Model of Inactivation of a voltage-activated potassium channel. The figure shows the complete channel with one ball-and-chain element tethered to each of the four channel subumts. (A) Gating elements at the inner (cytoplasme) end of the channel are open. (B) One of the four inactivation balls enters the inner vestibule to block the open channel. |