kanały sodowe, potasowe i wapniowe

impulsy nerwowe składają się z fali przejściowej depolaryzacji / ponownej polaryzacji błony, która przemieszcza się przez komórkę nerwową i jest oznaczona potencjałem działania. Jak widzieliśmy w Rozdziale 9, kanały i pompy sodowe i potasowe, Alan Hodgkin i Andrew Huxley wykazali w 1952 roku,że mikroelektroda wszczepiona do gigantycznego aksonu (długi proces emanujący z ciała komórki nerwowej) kałamarnicy, 3 może rejestrować taki potencjał działania (Hodgkin i Huxley, 1952, Fig. 9.1). Na progu wzbudzenia kanały Na+ zaczynają się otwierać, a następnie następuje kolejne otwarcie kanałów K+. Gdy jony Na+ wchodzą, jony K + opuszczają komórkę. Rezultatem jest to, że w pierwszym ~0,5 ms, potencjał membrany wzrasta z potencjału spoczynkowego około -60 mV do około +30 mV. Kanały Na+ stają się teraz ogniotrwałe i nie więcej Na+ wchodzi do komórki, podczas gdy K+ nadal opuszcza komórkę, powodując szybką repolaryzację, co pozwala potencjałowi błonowemu przekroczyć potencjał spoczynkowy (hiperpolaryzacja) przed powrotem do swojej wartości początkowej. Ogrodzone napięciem kanały jonowe Na+ I K+ przez błony aksonalne tworzą potencjały działania (zasadniczo gradienty elektrochemiczne), które umożliwiają transfer informacji, a także regulują funkcje komórkowe.

neurony ssaków wyrażają duży repertuar kanałów jonowych zależnych od napięcia (VDIC), które wykazują bogactwo zachowań wypalania w szerokim zakresie bodźców i częstotliwości wypalania, zapewniając w ten sposób wewnętrzne właściwości elektryczne oraz szybkie przetwarzanie i transmisję sygnałów synaptycznych w neuronach ssaków. Większość VDIC jest selektywna dla jonów Na+, K + i Ca2+ i znajdują się w określonych miejscach w komórkach neuronalnych, dendrytach i aksonach. Selektywne rozmieszczenie specyficznych typów VDIC w precyzyjnych lokalizacjach w neuronach ssaków i ich Dynamiczna regulacja poprzez lokalne szlaki sygnałowe pozwala na złożoność funkcji neuronalnych, które leżą u podstaw funkcji mózgu.

Ssakowate potasowe VDICs (kanały Kv) składają się z tetramerycznych zespołów sześciu podjednostek transmembrany α, z których każda związana jest z pomocniczą podjednostką β. Ludzki genom zawiera łącznie 40 genów kodujących podjednostki kanału α potasu kV. Niektóre z tych genów generują wiadomości, które podlegają alternatywnemu splicingowi. W mózgu ssaków ekspresja wielu podjednostek kanału kV α jest ograniczona do neuronów, chociaż komórki glejowe mogą wyrażać podzbiór repertuaru neuronalnego. Kanały Kv należą do najbardziej zróżnicowanych wzorców segregacji subkomórkowej. Kanały Kv1 zlokalizowane są głównie w aksonach. Kanały Kv1 znajdują się głównie na aksonach i zaciskach nerwowych, kanały KV2 na ciałach komórkowych i dendrytach, kanały Kv3 w domenach dendrytycznych lub aksonalnych, w zależności od podjednostki i typu komórki, a kanały Kv4 są skoncentrowane w błonach dendrytycznych ciała komórkowego.

jak widzieliśmy w Rozdziale 9, kanały i pompy sodowe i potasowe, kanały sodowe (kanały Nav) składają się z tworzącej pory podjednostki α, która jest wystarczająca do ekspresji funkcjonalnej, związanej z pomocniczymi podjednostkami β, które modyfikują zarówno kinetykę, jak i zależność napięciową bramkowania kanału. Znanych jest dziewięć izoform kanału Nav ssaków, z których Nav1.1 i Nav1.3 są głównie zlokalizowane w komórkach neuronalnych i proksymalnych dendrytach, gdzie kontrolują pobudliwość neuronów, wyznaczając próg inicjacji potencjału czynnościowego i propagacji do przedziałów dendrytycznych i aksonalnych. Nav1. 2 wyraża się głównie w aksonach niemielinizowanych, gdzie przewodzi potencjały działania. Nav1. 6 jest widoczny w węzłach Ranvier, gdzie propaguje potencjały działania, oraz w segmentach początkowych axon, gdzie inicjują potencjały działania. Modulacja prądów Nav1 jest niewątpliwie ważna in vivo, a mutacje, które subtelnie zmieniają funkcję kanału Nav1, mogą prowadzić do chorób nadpobudliwości u ludzi, takich jak epilepsja.

kanały wapniowe (kanały Cav) pośredniczą w napływie wapnia do komórek neuronalnych w odpowiedzi na depolaryzację błony, pośrednicząc w szerokim zakresie procesów wewnątrzkomórkowych, takich jak aktywacja enzymów zależnych od wapnia, transkrypcja genów i egzocytoza/wydzielanie neuroprzekaźników. Ich aktywność jest niezbędnym wymogiem łączenia sygnałów elektrycznych w neuronalnej błonie plazmatycznej z zdarzeniami fizjologicznymi w komórkach. Biochemiczna charakterystyka rodzimych kanałów kawitacyjnych mózgu ujawniła, że oprócz dużej głównej podjednostki α1 istnieją również liczne podjednostki pomocnicze. Podjednostka α1 jest największą i główną podjednostką, zawierającą porów przewodzenia jonów, czujnik napięcia membrany i aparat bramkowania. W układzie nerwowym ssaków zidentyfikowano i scharakteryzowano szereg różnych podjednostek α1, z których każda ma określone funkcje fizjologiczne oraz właściwości elektrofizjologiczne i farmakologiczne.