Na и K каналы, управляющие потенциалом действия.

Результаты экспериментов и теоретических исследований Ходжкина-Хаксли привели к выводу о том, что с системной точки зрения натриевый ток и совокупность множества экспериментальных данных могут быть объяснены наличием специальных структур в мембране, проводящих ионы – ионные каналы.

Рис.8 Структурно-функциональная схема канала, где воротное устройство открывается с помощью управляющего сенсора, чувствительного ко внешнему электрическому полю.

 Основная часть канала состоит из трансмембранного белка (смотри рисунок 8), погруженного в липидный бислой. Макромолекула включает 1900–4000 аминокислотных остатков, уложенных в одну или несколько полипептидных цепей, а также несколько сот сахарных остатков, ковалентно связанных с аминокислотами во внешнем пространстве. Внутренняя поверхность поры включает в основном гидрофильные аминокислоты.

Для открытия и закрытия ворот канала требуется обратимое изменение конформации белка, при котором ворота переходят в соответствующую позицию. Вероятность закрытия или открытия канала зависит от состояния сенсора, являющегося частью канала и имеющего несколько заряженных групп, двигающихся под влиянием приложенного мембранного электрического потенциала. Индуцированные изменениями электрического поля движения зарядов "сенсора" приводит к конформационным перестройкам канала и соответственно открытию (или закрытию) воротного механизма. При открытии или закрытии "ворот" изменения ионного тока носят скачкообразный характер.

Такие потенциал-зависимые ионные каналы широко представлены в клетках возбудимых тканей и обеспечивают проведение потенциала действия.

В Na-канале есть 2 механизма (смотри рисунок 9), регулирующих его активность, их называют h, m - воротами (воротными механизмами), при этом один из них быстро открывает канал (m-ворота), а второй чуть медленнее закрывает канал (h-ворота), но работать они начинают одновременно.

Рис.9 Схематическое возбуждение электровозбудимого Na-канала.

Канал (1) образован макромолекулой белка (2), суженная часть которого соответствует селективному фильтру.

Рассмотрим рисунок 10. В покоящемся волокне (а) каналы Na закрыты воротами (m), m – активационные ворота. Деполяризация мембраны приводит к открытию ворот и усилению ионного тока (б). Затем закрываются инактивационные ворота h (в). Возвращение мембранного потенциала в состояние покоя сопровождается закрытием m ворот, но мембрана остаётся невосприимчивой к следующему возбуждению, так как ворота h ещё некоторое время остаются закрытыми, относительный рефрактерный период и абсолютный рефрактерный период (г).

Рис. 10. Фазы работы ионного канала Na во время формирования потенциала действия.