Фіксація потенціалу й фіксація струму

Коли вивчаються зміни провідності однотипних каналів у відповідь на якісь хімічні впливи або залежність їхньої провідності від різниці потенціалів на мембрані, зручно фіксувати потенціал і вимірювати струм каналу - як ми дотепер й описували. Цей, найчастіший варіант patch-clamp, називається voltage clamp (фіксація потенціалу). Однак, іноді дослідника цікавлять процеси трансмембранного переносу іонів, пов'язані зі зміною мембранного потенціалу - наприклад, проведення нервового імпульсу. У таких випадках можна надійти протилежним образом: зафіксувати на постійному рівні струм, і вивчати зміни різниці потенціалів при цьому. Такий варіант називається current clamp (фіксація струму).

Приклади записів, одержуваних методом patch-clamp

Запис струму одиночного каналу (гліцинового рецептора)

Запис одиночного каналу рецептора гліцину. Чітко видно два стани: закрите (йому відповідає нульовий струм) і відкрите (йому відповідає струм приблизно в 7 пикоампер). Канал час від часу спонтанно переходить із одного стану в інше, проміжних станів немає. Запис дозволяє одержати дві найважливіші характеристики каналу: провідність (виходячи з величин трансмембранного потенціалу й струму) і ймовірність знаходження у відкритому стані (обумовлене як відношення часу, коли канал відкритий до часу, коли він закритий). До слова, найчастіше активність каналу фізіологічно регулюється шляхом зміни цієї ймовірності.

Запис амилорид-чуттєвого струму в головній клітині збірної трубки бруньки в конфігурації whole-cell.

Запис у конфігурації whole-cell. Клітина епітелію збірної трубки. Трансмембранний потенціал -60 мВ. З інтервалами в 1 хвилину на 30 секунд в оточуючий розчин уводиться амилорид - інгібітор епітеліального натрієвого каналу (час введення показаний темними прямокутниками). До речі, чутливість до інгібіторів - це ще одна з найважливіших характеристик каналу. Введення амилорида щораз призводить до падіння струму до нуля, із чого видно, що практично вся провідність при -60 мВ у даній клітині - це провідність епітеліального натрієвого каналу. На противагу попереднього запису, зміни струму виглядають безперервними - це пов'язане з тим, що одночасно записується багато каналів (близько 2000), відповідно, є приблизно 2000 рівнів струму - від "усі відкриті" до "усі закриті".

Висновки

· Потенціал дії в більшості клітин виникає за рахунок короткочасного зростання натрієвої провідності, що прагне привести мембранний потенціал до рівня натрієвого рівноважного потенціалу й за яким треба збільшення калієвої провідності, що повертає мембрану в стан спокою.

· Зростання провідностей виникає завдяки потенціалзалежності натрієвих і калієвих каналів: імовірність їхнього відкриття зростає при деполяризації.

· Експерименти на аксоні кальмара з фіксацією потенціалу надали детальну інформацію про потенціалзалежності й тимчасовий хід змін провідностей. При деполяризації мембрани натрієва провідність спочатку швидко активується, а потім інактивується. Калієва провідність активується із затримкою й залишається на високому рівні доти, поки не скінчиться деполяризація.

· Часовий хід і потенціалзалежність змін натрієвих і калієвих провідностей у точності визначають амплітуду й часовий хід потенціалу дії, а також такі характеристики мембрани, як поріг активації й рефрактерний період.

· Теоретично активація натрієвої й калієвої провідностей при деполяризації повинна бути зв'язана зі зсувом заряду усередині клітини. Ці зсуви, названі воротними струмами, удалося виміряти експериментально.

Подібні статті

Біологічний контроль збудників хвороб рослин
Актуальність. Протягом останнього часу в фітовірусологи, як і в інших молекулярно-біологічних дисциплінах, спостерігається значний інтерес до розвитку досліджень на популяційному та еколого-популяційному рівні, і ця тенденція є загальною для багатьох ...

Історія розвитку анатомії як науки
В історії розвитку анатомії, як і ветеринарної медицини, розрізняють три періоди: перший - анатомія давніх часів: з найдавніших часів до занепаду Західної Римської імперії (476 р); другий - історія анатомії середніх віків: з часів занепаду ...