Раздел II. Передача информации в нервной системе

Preamplifier

Рис. 2.5. Внутриклеточное отведение электри­ческого «шума», производимого функциониро­ванием ионных каналов. (А) Схема установ­ки для регистрации мембранного потенциала. (В) Внутриклеточная регистрация эффекта аце-тилхолина. (С) При большем усилении виден ацегилхолиноеый «шум».

Fig. 2.5. Intracel ular Recording of Channel Noise. (A) Arrangement for recording membrane potentials of muscle fibers with a microelectrode. The electrode is connected to a preamplifier, and the signals are displayed on an oscilloscope or computer screen. Penetration of the electrode in­to a fiber is marked by the sudden appearance of the resting potential (downward deflection on the screen). After penetration, changes in potential due to channel activation can be measured. (B) Intracellular records of the effect of acetylcholine (ACh). In this experiment additional circuitry was used to record membrane current (rather than membrane potential). At rest (upper trace), there is no current across the membrane; application of ACh produces about 130 nA of inward current (lower trace). (C) Traces in В shown at greater amplification. The baseline shows little fluctua­tion at rest; the inward current produced by ACh shows relatively large fluctuations ("noise"), due to random opening and closing of ACh-activated channels. Analysis of the increased noise yields values for the single-channel current and the mean open time of the channels. (B and С after Anderson and Stevens, 1973.)

(A) Mlcroelectrode

			В
Muscle chamber B)			Oscilloscope Rest
1 S -100	-	ACh I
<-> -200	-	1 1 1 1 |

0 0.1 0.2 0 3 04 0.5 0.6

(С)

Rest

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Time (s)

Проводимость 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

тивированных АХ в нервно-мышечном сина­псе, показало, что через одиночный открытый ионный канал проходит около 10 миллионов ионов в секунду. Кроме того, выяснилось, что значение среднего открытого времени (т) ионного канала составляет от 1 до 2 мс.

Несмотря на широкое вытеснение пэтч-кламп методом, анализ шума до сих пор используется для изучения ионных каналов в клетках, которые не поддаются исследо­ванию с помощью пэтч-клампа, например, в некоторых областях центральной нервной системы⁸). Кроме того, анализ шума является сравнительно быстрым методом для получе­ния информации о свойствах большой попу­ляции каналов и используется в комбинации с пэтч-кламп регистрацией от целой клет­ки для идентификации типов каналов. Тем не менее, надо понимать, что с помощью ана­лиза шума невозможно получить детальную информацию о поведении одиночного кана­ла, особенно в каналах со сложной кинетикой или при наличии нескольких уровней прово­димости канала.