Ионный канал – это трансмембранный белок, образующий ионоселективную пору заполненную водой, обеспечивающую ионный обмен и проницаемость мембраны

Ионные каналы обеспечивают свойство селективности и проводимости мембраны нервной клетки. Селективность (избирательность), обусловлена белковой структурой, канал, как правило, не однороден, имеет воротные механизмы входа и выхода. Строение ионного канала можно рассмотреть на примере натриевого канала, который в состоянии покоя закрыт.

Рисунок 2 – Схема работы натриевого канала

В момент возбуждения клеточная мембрана становиться проницаема для ионов натрия, и они поступают в клетку (m-ворота открыты), но уже через несколько миллисекунд поступление натрия прекращается (h-ворота закрыты).

Поступление ионов калия и кальция также осуществляется через ионные каналы, подобные натриевому каналу. Однако для калиевых каналов процесса инактивации не существует, поскольку нет второго воротного механизма.

В результате работы ионных каналов внутри клетки в состоянии покоя формируется отрицательный заряд (его образуют анионы крупных молекул цитоплазмы и ионы хлора), а снаружи положительный заряд (его образуют в основном ионы натрия). Возникающая разность концентраций ионов и электрических зарядов на мембране нервной клетки достигает в состоянии покоя напряжения около -60 мВ.

В случае активного транспорта движение вещества или заряда происходит благодаря наличию особых мембранных структур, которые работают против градиента с затратой энергии. Такими мембранными структурами являются белковые молекулы-насосы, например Na/K-, Ca-, H-АТФазы.

Определение_2

Ионный насос – это транспортная система, обеспечивающая пе­ренос иона с затратой энергии вопреки концентра­ционному и электрическому градиентам.

Эти молекулы обладают свойством переносчика и ферментативной активностью в отношении молекулы АТФ. Например, в результате расщепления одной молекулы АТФ и выделяющейся при этом энергии Na/K-АТФаза переносит 3 иона калия внутрь клетки и выносит из клетки 2 иона натрия.

Работу молекулы Na/K-АТФазы обеспечивает явление, которое получило название аллостерический эффект.

Определение_3

Изменение конформации фермента^[6] в результате взаимодействия его определенного участка с ингибитором или активатором называется аллостерическим эффектом.

Рисунок 3 – Схема аллостерического эффектора

АЕ - аллостерический эффектор, AS - активный сайт, Е - фер­мент, S - субстрат. Когда АЕ связывается с ферментом, происходит изменение его трехмерной конформации (показанные стрелками). В результате чего активный участок стано­вится недоступным для субстратной молекулы (S).

Пер­вичная структура белка, состоящая из одной или более аминокислотной цепочки, свернута в сложную конформационную форму – третичную структуру. Третичная структура стабилизирована «слабыми» связями: водород­ными, гидрофобными, вандерваальсовыми.

В результате взаимодействия (вовлечения) в молекулу белка вещества способного изменить химические свойства молекулы, происходит изменение и ее пространственной формы, ее конформации. В этом заключается аллостерический эффект. Похожие изменения происходят при работе Na/K-АТФазы, молекула этого белка-фермента может находиться в двух конформационных состояниях Е₁ (активная часть обращена внутрь клетки) и Е2 (активная часть обращена наружу клетки).

При конформации Е₁ белок связывается с ионами натрия матрикса клетки, что вызывает гидролиза молекулы АТФ. Высвободившаяся энергия изменяет конформацию молекулы на Е₂ и перенос ионов натрия наружу, в тоже время конформация Е₂ связывает ионы калия, которые переносятся в клетки. Асимметричный перенос ионов Na/K-насосом поддерживает избыток положительно заряженных частиц на наружной поверхности клеточной мембраны и отрица­тельных зарядов внутри клетки, что позволяет считать Na/K-насос электрогенной структурой, обеспечивающей электрический градиент примерно 5-10 мВ.

Подобным образом работают Са²⁺-АТФазы, эндоплазматического ретикулума и клеточной мембраны, с той лишь разницей, что переносятся только ионы кальция и в одном направлении – из цитоплазмы в ЭПР, или наружу клетки.

Вопрос_17