Ioncsatornák

Előadó: Dr. Várnai Péter

Az ioncsatornák osztályozásának szempontja:

• Töltéshordozó alapján: Na⁺, Ca²⁺, K⁺ stb., vagy nem specifikus
• Kapuzás mechanizmusa: Ligandfüggő (=ioncsatorna receptor), Feszültségfüggő, Mechanoszenzitív - Lehet kombinált is, Háttér (Nincs kapu; konstitutívan aktívak)
• Energetikailag: passzív transzport I_ion=1/R*(E_m-E_ion)

Ioncsatornák vizsgálata:

Voltage clamp (feszültségzár) technikával

Ábrán: Az 1. jelű elektródával mérjük a membránpotenciált. A csatorna nyitásával az ionáram hatására a membránpotenciál megváltozik. A 2. jelű elektródán kompenzáló

áramot juttatunk a sejtbe, hogy a membránpotenciált állandó értéken tartsuk. Ennek az áramerősségét mérjük, ez az áramerősség egyenlő a csatornákon átjutott ionárammal.

Patch clamp technikával:

A mérés maga megegyezik a voltage clamp technikával; előnye, hogy a pipetta szájába nagyon kis terület fér bele, így akár egyetlen csatorna áramát is mérhetjük.

A csatornák állapotai: zárt, de aktiválható → nyitott állapot → zárt, inaktív állapot

Akkor is bekövetkezik az inaktiváció, ha az aktiváló esemény még fennáll; ebből az állapotból a visszatérés hosszú időt (10-100 ms) vesz igénybe. (Aktiváció és inaktiváció ~1-2 ms)

Feszültség-áramerősség diagramon az egyenes meredeksége megadja az ioncsatorna konduktanciáját.

Az ioncsatornák génjei felderíthetőek; egyes alegységeit, részleteit azonosítani lehet a genomban. A szándékos vagy spontán mutáció eredményei vizsgálhatók.

• Gyors depolarizáció.
• A membránban terjed.
• Csak ingerlékeny sejtekben: idegsejtek, izomsejtek, egyéb sejtek, pl. egyes mirigysejtek.
• Az akciós potenciálhullám alakja jellemző a sejtre.
• Feltétele, hogy a küszöbpotenciált elérje a depolarizáció; ha nem éri el, nem jön létre akciós potenciálhullám; ha igen, mindig ugyanolyan akciós potenciálhullám jön létre.

Az akciós potenciálhullám kialakulásához szükséges ioncsatornák:

• Feszültségfüggő Na⁺ csatorna: Küszöbpotenciál: E_k=-50 mV, Gyors aktiváció és inaktiváció
• Feszültségfüggő K⁺ csatorna: Küszöbpotenciál: E_k=-50 mV, Lassan aktiválódik, nem inaktiválódik

• A küszöbpotenciál (-50 mV) elérésére kinyitnak a gyors feszültségfüggő Na⁺ csatornák.
• A megnövekedett Na⁺ permeabilitás hatására Na⁺ áramlik be a sejtbe.
• A beáramló Na⁺ tovább csökkenti a membrán polarizáltságát, újabb Na⁺ csatornákat nyitva ki. A folyamat öngerjesztő mindaddig, amíg az akciós potenciálhullám csúcsán a Na⁺ csatornák bezárnak.
• A K⁺-csatornák kinyitnak (Csak most, mert lassan aktiválhatóak). A kiáramló K⁺ repolarizálja, sőt hiperpolarizálja a membránt.
• A K⁺ csatornák lassan bezárnak, visszaáll a nyugalmi membránpotenciál.

Az akciós potenciálhullámot befolyásoló tényezők:

• Extracelluláris szabad Ca²⁺ koncentráció
• A [Ca²⁺] csökkenése negatív irányba tolja el a küszöbpotenciált; extrém esetben inger nélkül elindul az AP
• Extracelluláris [K⁺]
• Kis [K⁺] hatására lassú a repolarizáció
• Lokális érzéstelenítők

Az a periódus, amikor nem lehet újabb akciós potenciálhullámot kiváltani. Abszolút refrakter periódus: nem aktiválatóak a Na⁺ csatornák. Relatív: a membrán hiprerpolarizációja miatt csak nagyobb ingerrel váltható ki akciós potenciálhullám.

Elektrotónusos potenciál, Térkonstans: az a távolság, ami alatt a membránpotenciál e-edrészére csöken (~37%). Az intracelluláris ellenállás növelésével csökken; a vezetés rosszabb lesz. A membrán ellenállásának növelésével nő; a vezetés jobb lesz.

Azokon a pontokon, ahol a membránpotenciál eléri a küszöbpotenciált, kinyitnak a feszültségfüggő Na+ csatornák → ott is kialakul az akciós potenciálhullám. A térkonstans növekedésével távolabb van a legtávolabbik pont, ahol még újabb akciós potenciálhullám kialakulhat → evolúciós cél a térkonstans növelése. Transzmembrán ellenállás növelése → myelinhüvely.