Neuronifysiologia 2 Jänniteherkät ionikanavat
Jänniteherkät ionikanavat Tyyppi Na + kanavat K + kanavat Ca 2+ kanavat Merkitys aktiopotentiali aktiopotentiali inhibiitio transmitteri vapautuminen plastisiteetti Cl - kanaler inhibiitio
Kalvojännitteen arvo määrää kanavien aukeaminen ja sulkeutuminen
Jänniteherkät ionikanavat toiminnalliset osat I kanava eli reikä kalvon läpi II portit - aktivaatioportti ja inaktivaatioportti jotka aukaisevat tai sulkevat kanavanmolemmat ovat jänniteherkkiä III Gating =porttien aukeaminen tai sulkeutuminen IV Selektiivisyysfiltteri= kanavassa oleva filtteri joka erittelee ionit toisistaan V jännitesensori aistii kalvojännitteen
Toiminnalliset osat Na + kanavassa + Functional units in a Na channel Na + Channel O Na + O O O O Selectivity filter Activation gate Na + Inactivation gate
Selektiivisyysfiltteri Määrää mikä ioni läpäisee kanavan Kaikilla ioneilla on ympärillään vesikenno Vesimolekyylit organisoituvat siten ionin ympärille että happiosat attrahoituvat kohti positiivista varausta ja vetyosat kohdistuvat poispäin ionista
Na + ionin vesikenno pelkistettynä
Ionikanavan sisustan karbonyylitähteien happiryhmät muodostavat kolmiulotteisen rakenteen joka vastaa vesikennon rakennetta
Ioni menettä vesikennonsa ja siirtyy kanavan läpi happiryhmien saattamana ja kalvon toisella puolella saa uuden vesikennon
Ainoastaan Na + ioni sopii sisään Na + kanavaan koska sen vesikenno vastaa Na + kanavassa olevaa selektiivisyys filtteriä Na +
K + ei sovi kanavaan koska sillä on erilainen vesikenno Na +
Na + kanavan aukeamis ja sulkeutumis sekvenssi Depolarisaatio kynnysarvoon Aktivaatioportti aukeaa Na+ virtaa sisään Inaktivaatioportti sulkeutuu Na+ virta pysähtyy> repolarisaatio >kanava on refraktaari Aktivaatioportti sulkeutuu Inaktivaatioporttii aukeaa kanava on valmis aukenemaan seuraavan depolarisaation yhteydessä
Na + kanavan aukeamis ja sulkeutumis sekvenssi Inaktivoitunutta kanavaa ei voi avata depolarisoimalla kanava on auki n 2 ms + Na channel gating Resting Depolarization Refractory Activation Inactivation
Miten aktiopotentiaali johtuu pitkin aksonia? propagointi
propagointi lepotila + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - -
propagointi depolarisaatio kynnysarvoon + + + + + + + + + + + + + + + + + + -+ + - - - - - - - - - - - - - - -
propagointi kanava 1 aktivoituu + + + + + + + + + + + + + + + + + + -+ + Na+ + + - - - - - - - - - - - - - - -
propagointi kanava 1 inaktivoituu ja sen aiheuttama depolarisaatio on aktivoinut kanava nro 2:n + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - +++ Na+ + + - - -
propagointi kanava 2 inaktivoituu ja sen aiheuttama depolarisaatio on aktivoinut kanava nro 3:n, kanava 1 on lepotilassa + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - +++ Na+
propagointi kanava 1 ja 2 on lepotilassa nro 3 on inaktivoitunut + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - -
propagointi lepotila + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Huomattava määrä myrkyllisten eläimien ja kasvien toksiineista vaikuttava Na + kanavaan + Na channel toxins
Huomattava määrä myrkyllisten eläimien ja kasvien toksiineista vaikuttava Na + kanavaan Ne vaikuttavat aktivaatioon (esim veratridiini), jolloin kanava aukeaa lepojännitteessä, inaktivaatioon (eri skorpionitoksiinit) jolloin kanava ei inaktivoidu ja jää auki tai Na + läpäisevyyteen (tetrodotoksiini ja saksitoksiini) jolloin ei synny aktiopotentiaaleja
Huomattava määrä myrkyllisten eläimien ja kasvien toksiineista vaikuttava Na + kanavaan Veratridiini on kielokasveissa esiintyvä myrkky Saksitoksiini syntyy sinilevissä ja käytettiin Na + kanavien eristämiseen sähköankeriaasta electrophorus electricus Tetrodotoksiini esiintyy pallokalan maksassa ja voi aiheuttaa myrkytyksiä tätä herkullista kalaa syödessä
Pintapuudutteet vaikuttavat Na + kanavien kautta Tämä tapahtuu ns use dependent blokkauksen kautta eli mitä useammin kanava aukeaa sitä enemmän se estyy Sen takia pintapuudutteet vaikuttvat lähinnä kipuhermoihin kun esim haavaa ommellaan Inward current -90 2 ms -40 membrane potential 6 5 4 3 2 1 xylokain
Pintapuudutteita Xylokain benzokain prokain kokain eniten käytetty pintapuudute sekä arytmioiden hoidossa käytetty tärykalvon puuduttamiseen tärykalvon puhkaisussa
K + -Kanavat K + pyrkivät pitämään solun sisustan negatiivisena eli hyperpolarisoimaan solua Eri tavalla toimivia K + kanavia on huomattava määrä Jotkut ylläpitävät lepojännitteen Jotkut liittyvät aktioptentiaalin laskevaan vaiheeseen Inward rectifier kanavat aukeavat hyperpolarisaatiolla ja säätelevät lepojännitettä Delayed rectifier kanavat aukeavat voimakkaan depolarisaation yhteydessä ja liittyvät aktioptentiaalin laskevaan vaiheeseen A-kanavat aukeavat lyhytaikaisesti pienen depolarisaation yhteydessä ja säätelevät lepojännitettä sekä aktiopotentiaalin laskevaa vaihetta (afterhyperpolarisation)
Eri K + kanavatyyppien jänniteriippuvuus Ideaali K + kanava
K + kanavat ja aktiopotentiaali A. Resting A B C D + Na channel Inward Delayed closed rectifier rectifier open closed +++ - - - K +
Aktiopotentiaalin alkuvaiheessa inward rectifier menee kiinni ja aktiopotenitaalin nousun huipussa aukeaa delayed rectifier kanava B/C. Action potential + Na channel open or inactivated Inward rectifier closed Delayed rectifier open B Na + C A D +++ +++ K +
Lepo-Inward rectifier on auki Delayed rectifier on kiinni + Na channel Inward Delayed closed rectifier rectifier open closed +++ - - - K +
Depolarisaatio inward rectifier menee kiinni +++ - - - K +
Na + kanava aukeaa - - - Na + +++ K +
Na + kanava inaktivoituu delayed rectifier aukeaa +++ Na + - - - K +
Lepo + Na channel Inward Delayed closed rectifier rectifier open closed +++ - - - K +
Ca 2+ kanavat Aktiopotentialin tarkoitus on informaation nopea siirtäminen Ca 2+ kanavien kautta informaatio siirtyy solun sisään ja sähköiset viestit käännetään kemiallisiksi viesteiksi Jänniteherkillä Ca 2+ kanavilla on monta tehtävää hermosolussa
Jänniteherkkien Ca 2+ kanavien merkitys Transmitteri vapautuminen Osana aktiopotentiaalia joissain soluissa Hermosolun ylläpito ja kehitys Postsynaptinen signaalivälitys
Toiminnalliset Ca 2+ kanavatyypit T-kanavat transient aukeavat lyhytaikaisesti ja vaativat pienen depolarisaation aukeakseen(-30-40 mv) N- kanavat = Neuronaaliset- transmitteri vapautuminen -Estyy -conotoksiinilla presynaptisen inhibiition vaikutuskohta - aukeaa -10-0 mv L- kanavat = Toimii eri kudoksissa liittyy aivojen muovautumiseen estyy lääkeaineilla kuten verapamiili, dihydropyridiinit (esim nifedipiini) - aukeaa -10-0 mv P- kanavat = purkinje soluissa - transmitteri vapautuminen Estyy -agatoxiinilla aukeaa -10-0 mv R,Q etc kuten P
Jänniteherkkien Ca 2+ kanavien aukeamissekvenssi Jotkut kuten L-kanavat eivät inaktivoidu vaan pysyvät auki niin kauan kun kalvo on depolarisoitunut T-kanavat taas inaktivoituvat kuten Na + kanavat
Jänniteherkkien Ca 2+ kanavien ominaisuudet Eri Ca 2+ kanavilla on eri jänniteherkkyys, inaktivaationopeus sekä herkyys tietyille myrkyille ja lääkeaineille Rakenteeltaan eri Ca 2+ kanavat muistuttavat Na + kanavia