Sodík, Draslík a Vápník Kanálů

Nervové impulsy skládají vlny přechodné depolarizace/re-polarizace, která prochází nervové buňky, a je označen jako akční potenciál. Jak jsme viděli v Kapitole 9, Sodíku a Draslíku – Programy a Čerpadla, Alan Hodgkin a Andrew Huxley prokázána v roce 1952, že mikroelektroda implantovány do obří axon (dlouhý proces, vycházející z těla nervové buňky) z chobotnice,3 lze nahrávat jako akční potenciál (Hodgkin a Huxley, 1952, Obr. 9.1). Na prahu excitace se začnou otevírat kanály Na+, po nichž následuje následné otevření kanálů k+. Když ionty Na+ vstupují, ionty k + opouštějí buňku. Výsledkem je, že v prvních ~0,5 ms se membránový potenciál zvyšuje z klidového potenciálu kolem -60 mV na přibližně + 30 mV. Na+ kanály se stávají refrakterní, a ne více Na+ vstupuje do buňky, zatímco K+ i nadále opustit buňku, což způsobuje rychlé repolarizace, což umožňuje membránový potenciál k překročení klidového potenciálu (hyperpolarizace) a poté se vrátí na své původní hodnoty. Napětí-gated Na+ a K+ iontové kanály, přes axonální membrány vytvářejí akční potenciály (v podstatě elektrochemické gradienty), které umožňují přenos informací a také regulují buněčné funkce.

Savčích neuronů vyjádřit velký repertoár napěťově závislé iontové kanály (VDICs), které zobrazují bohatství střelby chování, přes širokou škálu podnětů a střílet frekvence, čímž se zajistí, vnitřní elektrické vlastnosti, a rychlé zpracování a přenos synaptické signály v savčích neuronů. Většina VDIC je selektivní pro ionty Na+, K+ a Ca2+ a jsou umístěny na specifických místech v těle neuronálních buněk, dendritech a axonech. Selektivní umístění specifických typů VDIC na přesných místech v savčích neuronech a jejich dynamická regulace prostřednictvím lokálních signalizačních drah umožňuje složitost neuronální funkce, která je základem funkce mozku.

savčí draselné VDIC (KV kanály) se skládají z tetramerických sestav šesti transmembránových α podjednotek, z nichž každá je spojena s pomocnou β podjednotkou. Lidský genom obsahuje celkem 40 genů kódujících podjednotky α kanálu draselného Kv. Některé z těchto genů generují zprávy, které jsou předmětem alternativního sestřihu. V savčím mozku je exprese mnoha z těchto KV kanálových podjednotek α omezena na neurony, ačkoli gliové buňky mohou exprimovat podmnožinu neuronálního repertoáru. Kv kanály patří mezi nejrůznější vzorce subcelulární segregace. Kanály Kv1 jsou převážně lokalizovány v axonech. Kv1 kanály se nacházejí převážně na axony a nervových zakončení, Kv2 kanály na buněčných těl a dendritů, Kv3 programy v dendritické nebo axonální domény, v závislosti na podjednotku a typ buněk a Kv4 kanály jsou soustředěny v tělesné buňky dendritické membrány.

Jak jsme viděli v Kapitole 9, Sodíku a Draslíku – Programy a Čerpadla, sodíkových kanálů (Nav kanály) se skládají z póru tvoří α podjednotky, která je dostačující pro funkční výraz, spojený s pomocným β podjednotek, které změnit i kinetika a napětí závislost kanál vtokové kanálu. Devět savců Nav kanál izoformy jsou známé, z nichž Nav1.1 a Nav1.3 jsou převážně lokalizovány v neuronálních buněk těla a proximálních dendritech, kde kontrolují neuronální dráždivost nastavení práh pro akční potenciál vzniku a šíření do dendritický a axonální prostory. Nav1. 2 je převážně exprimován v nemyelinizovaných axonech, kde provádí akční potenciály. Nav1.6 je zřetelně nalézt na ranvierovy zářezy, kde se šíří akční potenciály, a na axon počáteční segmenty, kde akční potenciál iniciovat. Modulace proudů Nav1 je nepochybně důležitá in vivo a mutace, které jemně mění funkci kanálu Nav1, mohou vést k lidským onemocněním hyperexcitability, jako je epilepsie.

Vápníkové kanály (kanály Cav) zprostředkovávají přívod kalcia do nervových buněk v reakce na depolarizace, zprostředkování širokou řadu intracelulárních procesů, jako je aktivace kalcium-dependentních enzymů, genové transkripci a exocytózy neurotransmiterů/sekrece. Jejich aktivita je základním požadavkem pro spojení elektrických signálů v neuronální plazmatické membráně s fyziologickými událostmi v buňkách. Biochemická charakterizace nativních mozkových kavitárních kanálů odhalila, že kromě velké hlavní α1 podjednotky existují také četné pomocné podjednotky. Α1 podjednotka je největší a hlavní podjednotka, obsahující iontový vodivý pór, membránový napěťový senzor a hradlové zařízení. V savčím nervovém systému byla identifikována a charakterizována řada různých podjednotek α1, každá se specifickými fyziologickými funkcemi a elektrofyziologickými a farmakologickými vlastnostmi.