Винахід методу фіксації потенціалу

Той факт, що фіксація трансмембранного потенціалу дозволить вимірювати мембранну провідність по змінах струму при постійній напрузі, був уперше усвідомлений ще в 30-х рр. XX століття, і тоді ж англійські дослідники Алан Ходжкін й Ендрю Хакслі (Alan Hodgkіn and Andrew Huxley) почали експерименти із двухелектродною фіксацією потенціалу (2-electrode voltage clamp).

Суть методу полягає в наступному. У клітину вводяться два електроди, ще один - електрод порівняння - залишається поза клітиною. Перший внутрішньоклітинний електрод служить для виміру трансмембранної різниці потенціалів (тобто різниці потенціалів між ним й електродом порівняння), другий може подавати струм. Спеціальний пристрій - генератор сигналу - задає командний потенціал, якому повинен бути рівен трансмембранний потенціал. Обмірюваний трансмембранний потенціал подається на вхід пристрою порівняння, що віднімає обмірюваний потенціал з командного й, залежно від величини різниці, подає струм на струмовий електрод так, щоб компенсувати цю різницю. Монітор струму, у свою чергу, постійно вимірює величину струму, що для цього необхідна. В 1930-х й 40-х роках, коли працювали Ходжкін і Хакслі, не існувало мікроелектродів, тому як внутрішньоклітинні електроди використалися тонкі дроти. Це визначило вибір об'єкта - гігантський аксон кальмара діаметром 1 мм, усередину якого й вводилися ці дроти. На цьому об'єкті методом двохелектродної фіксації потенціалу дослідники виконали експерименти, у яких була встановлена іонна природа потенціалу дії й уперше постульоване існування іонних каналів (Нобелівська премія 1963 р., поділена із Дж. Екклзом, що получили її за дослідження в області синапатичної передачі). Двохелектродна фіксація потенціалу застосовується й у цей час, з використанням гострих скляних мікроелектродів, однак навіть із ними ця методика має істотні обмеження: по-перше, два електроди можуть бути уведені тільки в досить велику клітину (наприклад, овоцит жаби).

Дослідження провідності одиночних калієвих і натрієвих каналів під час потенціалу дії проводилися в умовах фіксації потенціалу ділянки мембрани. Спостережувані при цьому принципи роботи окремих каналів відповідають результатам, отриманим раніше в експериментах з фіксацією потенціалу цілої клітки: при деполяризації ймовірність відкриття натрієвих і калієвих каналів зростає. Зростання ймовірності відбувається з тим же тимчасовим ходом, що й відповідні струми в умовах фіксації потенціалу. Так, натрієві канали найбільше часто відкриваються на початку деполяризуючого імпульсу й імовірність таких відкриттів падає в міру розвитку натрієвої інактивації.

Первісний короткочасний викид струму являє собою ємнісний струм, обумовлений зміною заряду на мембрані в результаті зміни мембранного потенціалу. Якщо підсилювач зворотного зв'язку здатний проводити більші струми, то ємнісний струм триває дуже недовго. На практиці викид ємнісного струму триває близько 20 мс, і за ним треба невеликий, але стійкий вихідний струм.

Цей вихідний струм, що протікає через провідності, активні при потенціалі спокою, називається струмом витоку. Здебільшого це струм іонів калію й натрію, що має лінійну залежність від величини зсуву потенціалу фіксації від потенціалу спокою й з на всьому протязі стрибка потенціалу. Більшу частину часу, однак, цей струм замаскований іншими, набагато більшими по величині іонними струмами.

Ходжкін і Хакслі показали, що друга й третя стадії струму обумовлені спочатку входом іонів натрію, а потім виходом іонів із клітини. Їм також удалося виділити індивідуальні компоненти струму й розрахувати їхню величину й часовий хід. Одним із зручних способів домогтися цього послужило видалення з розчину більшої частини іонів натрію й заміна їх на іони холіну (які не проходять через мембрану). Знизивши зміст позаклітинного натрію, удалося домогтися того, що натрієвий рівноважний потенціал зрівнявся з деполяризованим мембранним потенціалом. Таким чином, сумарний струм зрівнявся нулю.

Подібні статті

Життєдіяльність личинок волохокрильців
Ентомологія – наука, яка безупинно розвивається, постійно збагачується новими даними і новими ідеями. За 15 років ентомологія зробила величезний крок вперед у розумінні багатьох аспектів екології, фізіології, поведінки і взаємозв`язків ко ...

Генетичні особливості мікроорганізмів
Надзвичайно важливим серед досягнень мікробіології останньої чверті XIX ст. є відкриття неклітинних форм життя — вірусів. Тоді багато вчених вважали, що бактерії є найменшими і найпростішими організмами, і що саме вони стоять на межі живої ...