natrium -, kalium-och kalciumkanaler

nervimpulser består av en våg av övergående membran depolarisering/re-polarisering som korsar nervcellen och betecknas som en åtgärdspotential. Som vi såg i kapitel 9, natrium – och kaliumkanaler och pumpar, Alan Hodgkin och Andrew Huxley demonstrerade 1952 att en mikroelektrod implanterad i den jätte axonen (den långa processen som härrör från kroppen av en nervcell) av bläckfisken,3 kan spela in en sådan åtgärdspotential (Hodgkin och Huxley, 1952, Fig. 9.1). Vid excitationströskeln börjar Na + – kanaler öppna, följt av efterföljande öppning av K+ – kanaler. När Na + joner kommer in lämnar K + joner cellen. Resultatet är att i den första ~0,5 ms ökar membranpotentialen från vilopotentialen på cirka -60 mV till cirka +30 mV. Na + – kanalerna blir nu eldfasta och inte mer Na+ kommer in i cellen, medan K+ fortsätter att lämna cellen, vilket orsakar en snabb repolarisering, vilket gör att membranpotentialen kan överskrida vilopotentialen (hyperpolarisering) innan den återhämtar sig till sitt ursprungliga värde. De spänningsgrindade NA+ – och K + – jonkanalerna över axonmembranen skapar handlingspotentialerna (väsentligen elektrokemiska gradienter) som möjliggör informationsöverföring och reglerar även cellulär funktion.

Däggdjursneuroner uttrycker en stor repertoar av spänningsberoende jonkanaler (VDICs), som visar en rikedom av avfyrningsbeteenden över ett brett spektrum av stimuli och avfyrningsfrekvenser, vilket säkerställer de inneboende elektriska egenskaperna och snabb bearbetning och överföring av synaptiska signaler i däggdjursneuroner. De flesta VDICs är selektiva för Na+, K+ och Ca2+ joner, och de är belägna på specifika platser i neuronal cellkropp, dendriter och axoner. Den selektiva placeringen av specifika VDIC-typer på exakta platser i däggdjursneuroner och deras dynamiska reglering genom lokala signalvägar möjliggör komplexiteten hos neuronfunktionen som ligger till grund för hjärnfunktionen.

Däggdjurskalium VDICs (Kv-kanaler) består av tetramera enheter av sex transmembrana ci-subenheter, var och en associerad med en extra ci-subenhet. Det mänskliga genomet innehåller totalt 40 gener som kodar för kalium kV-kanalens underenheter. Några av dessa gener genererar meddelanden som är föremål för alternativ skarvning. I däggdjurshjärna är uttrycket för många av dessa kV-kanalens Kubi-underenheter begränsat till neuroner, även om gliaceller kan uttrycka en delmängd av neuronrepertoaren. Kv-kanaler har bland de mest olika mönstren för subcellulär segregering. Kv1-kanaler är övervägande lokaliserade i axoner. Kv1-kanaler finns främst på axoner och nervterminaler, Kv2-kanaler på cellkropparna och dendriterna, Kv3-kanaler i dendritiska eller axonala domäner, beroende på subenhet och celltyp och Kv4-kanaler är koncentrerade i cellkroppens dendritiska membran.

som vi såg i kapitel 9, natrium – och kaliumkanaler och pumpar, består natriumkanaler (Nav-kanaler) av en porbildande subenhet av CI, som är tillräcklig för funktionellt uttryck, associerad med hjälp av CI-subenheter som modifierar både kinetiken och spänningsberoendet av kanalgrinden av kanalen. Nio däggdjurs Nav kanal isoformer är kända, varav Nav1.1 och Nav1.3 är övervägande lokaliserade i neuronala cellkroppar och proximala dendriter, där de kontrollerar neuronal excitabilitet som ställer in tröskeln för aktionspotential initiering och förökning till dendritiska och axonala fack. Nav1.2 uttrycks övervägande i omyeliniserade axoner, där den utför handlingspotentialer. Nav1. 6 finns framträdande vid noder i Ranvier, där den sprider handlingspotentialer, och vid axons initiala segment, där åtgärdspotentialer initierar. Modulering av Nav1-strömmar är utan tvekan viktig in vivo, och mutationer som subtilt förändrar Nav1-kanalfunktionen kan leda till mänskliga sjukdomar med hyperexcitabilitet såsom epilepsi.

kalciumkanaler (Cav-kanaler) förmedlar kalciuminflöde i neuronala celler som svar på membrandepolarisering och förmedlar ett brett spektrum av intracellulära processer såsom aktivering av kalciumberoende enzymer, gentranskription och neurotransmittor exocytos/utsöndring. Deras aktivitet är ett väsentligt krav för koppling av elektriska signaler i det neuronala plasmamembranet till fysiologiska händelser i cellerna. Biokemisk karaktärisering av infödda hjärnkav-kanaler avslöjade att det förutom den stora huvudunderenheten för kub1 också finns många hjälpunderenheter. Den subenhet av subenheten 1 är den största och huvudsakliga subenheten, innehållande jonledningsporen, membranspänningssensorn och grindapparaten. Ett antal olika subenheter i 11 har identifierats och karaktäriserats i däggdjurs nervsystemet, var och en med specifika fysiologiska funktioner och elektrofysiologiska och farmakologiska egenskaper.