Проводимость ионных каналов
Кинетическое поведение канала, то есть время его нахождения в закрытом и открытом состояниях, может предоставить информацию о механизмах открытия и закрытия канала, а также о константах скоростей этих процессов. С другой стороны, величина тока, проходящего через ионный канал, является прямым отражением того, как быстро проникающие ионы движутся через канал. Ток ионов зависит не только от свойств канала, но также от трансмембранного потенциала . Пример такого рода показан на рис. 2.6 . На этом рисунке изображен фрагмент мембраны, который содержит один спонтанно активный ионный канал, проницаемый для калия . Растворы, как в пипетке, так и в ванночке для объекта, содержат одинаковую (150 ммоль) концентрацию ионов калия. Ионы калия через открытый канал могут двигаться в обоих направлениях. Однако поскольку концентрации ионов по обе стороны мембраны идентичны, а трансмембранный потенциал отсутствует, то нет никакого движения ионов ни в одном из направлений. Поэтому на рис. 2.6 В показано отсутствие мембранного тока.
Пэтч-кламп метод имеет достоинство, которое еще не было упомянуто: мы можем менять потенциал на регистрирующей пипетке и варьировать таким образом транс-мембранную разность потенциалов. Например, при мембранном потенциале +20 мВ каждое открытие калиевого ионного канала сопровождается током, направленным наружу ( рис. 2.6 С). Это связано с тем, что положительно заряженные ионы калия двигаются через канал по электрическому градиенту между раствором в пипетке и в ванночке. С другой стороны, когда внутри пипетки создан отрицательный потенциал величиной в -70 мВ ( рис. 2.6 D), ток направлен в обратном направлении (через открытый канал в пипетку).
Зависимость тока от величины потенциала на мембране представлена на рис. 2.6 Е. Эта зависимость является линейной: ток (I) , проходящий через канал, пропорционален потенциалу (V) :
I=гаммаV.
Это формула представляет собой преобразованный закон Ома . Константа "гамма" называется проводимостью ионного канала. При одном и том же потенциале на мембране канал с высокой проводимостью переносит много тока, канал с низкой проводимостью проводит малый ток.
Проводимость измеряется в См (сименсах) . В нейронах трансмембранный потенциал обычно выражается в милливольтах (1 мВ=1/1000 В), токи одиночных ионных каналов в пикоамперах (1 пA=10 в -12-ой степени A), проводимость в пикосименсах (1 пСм=10 в -12-ой степени См). На рис. 2.6 потенциал +20 мВ продуцировал ток около 2,2 пA, соответственно проводимость канала (гамма=I/V) составила 2,2 пA/20 мВ=110 пСм.
