معلومة

كيف يعتمد معدل تدفق القنوات الأيونية على طول مرشح الانتقائية؟

كيف يعتمد معدل تدفق القنوات الأيونية على طول مرشح الانتقائية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يبلغ طول مرشح الانتقائية للقنوات الأيونية مثل قناة البوتاسيوم نصف سمك الغشاء فقط. يقول بعض الكتب مثل MBoC أن هذا يمكن أن يفيد النقل ، لذلك أتساءل كيف سيعتمد معدل تدفق القناة على طول مرشح الانتقائية.

حدسيًا ، كلما طالت المدة ، انخفض معدل التدفق. لكن ضع في اعتبارك أن العامل التالي قد لا يكون صحيحًا:

لا توجد "مقاومة" في مرشح الانتقائية. الأيونات الموجودة في القناة هي أساسًا في توازن حراري مع جدار مرشح الانتقائية وترتد للأمام والعودة بشكل عشوائي طوال الوقت. القوة الدافعة للتدفق ليست طاقة حركية ، ولكن فرق كثافة الأيونات في كلا الجانبين تمامًا مثل عملية الانتشار العادية. من وجهة النظر هذه ، لا ينبغي أن يعتمد معدل التدفق على طول مرشح الانتقائية ، على الأقل ليس كثيرًا.

إذا كان الأمر كذلك ، فإن حقيقة أن طول مرشح الانتقائية لا يتجاوز نصف سمك الغشاء قد يكون مجرد صدفة في تاريخ التطور ولا يجلب الكثير من الفوائد.

بالنظر إلى أن معظم القنوات الأيونية لها طول مرشح انتقائي مشابه جدًا ، فإن تركيب بروتينات قناة أيونية جديدة مع مرشح انتقائي أطول غير ممكن مع تقنيات اليوم ، ولا يمكن تحديد ذلك عن طريق التجارب. هل هناك بعض محاكاة الديناميكيات الجزيئية حول كيفية اعتماد معدل التدفق على طول مرشح الانتقائية؟


قنوات البوتاسيوم

يتم تحقيق القدرة الرائعة لقناة البوتاسيوم على تمرير أيونات البوتاسيوم فقط بواسطة مرشح انتقائي في أحد طرفي المسام ، كما هو موضح هنا من إدخال PDB 1k4c. من أجل الوضوح ، يتم عرض اثنين فقط من جزيئات البروتين الأربعة ، أحد جانبي القناة ، في تمثيل العصا. الكرات الزرقاء الصغيرة عبارة عن أيونات بوتاسيوم تمر عبر مرشح الانتقائية. عادةً ما تطفو أيونات البوتاسيوم حولها مغلفة بوسادة من الماء ، مثل تلك الموجودة في قاع كومة الأيونات. لاحظ أنه محاط بثمانية جزيئات ماء ، كما هو موضح في شكل كرات حمراء. من أجل المرور عبر مرشح الانتقائية ، يجب على كل أيون بوتاسيوم أن يفرز جزيئات الماء هذه. هذه هي الطريقة التي يعمل بها مرشح الانتقائية: تم تصميم أبعاد القناة لتقليد غلاف الماء هذا. تتجه ذرات الأكسجين البروتينية التي تبطن المسام (الملونة باللون الأحمر) نحو مركز القناة. ثمانية من ذرات الأكسجين هذه تحيط بكل أيون بوتاسيوم ، وتعمل كبديل مثالي للطبقة العادية من جزيئات الماء. أثناء النقل ، تتحرك الأيونات من موقع إلى آخر على طول المسام. بمجرد عبور أيونات البوتاسيوم هذا الفلتر ، يتم تغليفها مرة أخرى بجزيئات الماء. من ناحية أخرى ، فإن أيونات الصوديوم أصغر حجمًا قليلاً ، لذا فهي تفشل في التفاعل مع ذرات الأكسجين التي تبطن جدار المسام. هم أكثر راحة مع غلافهم الطبيعي من الماء أكثر من كونهم داخل المسام ، لذلك لا يتم نقلهم بكفاءة عبر الغشاء. لاستكشاف هذه البنية بمزيد من التفصيل ، انقر على الصورة للحصول على JSmol تفاعلي.

الموارد ذات الصلة PDB-101

مراجع

  1. 1lnq: JIANG، Y.، LEE، A.، CHEN، J.، CADENE، M.، CHAIT، B.T.، MACKINNON، R. (2002) هيكل بلوري وآلية قناة البوتاسيوم ذات البوابات بالكالسيوم. Nature 417: 515-522
  2. يلين ، ج. (2002): قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي وأقاربهم. طبيعة 419 ، ص 35-42.
  3. 1f6g: Cortes، DM، Cuello، L.G.، Perozo، E. (2001) العمارة الجزيئية للطول الكامل KcsA: دور المجالات السيتوبلازمية في نفاذ الأيونات وبوابة التنشيط. جي جين فيسيول. 117: 165-180
  4. مينور جونيور ، دي إل. (2001): قنوات البوتاسيوم: الحياة في عالم ما بعد البنيوية. الرأي الحالي في علم الأحياء الإنشائي 11 ، ص 408-414.
  5. 1k4c: Zhou، Y.، Morais-Cabral، J.H.، Kaufman، A.، MacKinnon، R. (2001) كيمياء تنسيق الأيونات والترطيب التي تم الكشف عنها بواسطة مجمع K + channel-Fab بدقة 2.0 أ. Nature 414: 43-48
  6. 1bl8: Doyle، DA، Morais Cabral، J.، Pfuetzner، RA، Kuo، A.، Gulbis، JM، Cohen، SL، Chait، BT، MacKinnon، R. (1998) بنية قناة البوتاسيوم: الأساس الجزيئي لـ K + التوصيل والانتقائية. Science 280: 69-77
  7. 2crd: Bontems، F.، Gilquin، B.، Roumestand، C.، Menez، A.، Toma، F. (1992) تحليل تنظيم السلسلة الجانبية على نموذج مصقول من تشريبدوتوكسين: الآثار الهيكلية والوظيفية. الكيمياء الحيوية 31: 7756-7764

فبراير 2003 ، شوتشيسميتا دوتا ، ديفيد جودسيل

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


النقل السلبي: القنوات الغشائية

تحدد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم إمكانات غشاء الخلية العصبية عن طريق الحفاظ على تركيزات Na و K في حالة اختلال توازن ثابت. يحدث التحول المفاجئ من حالة السكون إلى الحالة النشطة ، عندما تولد العصبون نبضة عصبية ، بسبب حركة مفاجئة للأيونات عبر الغشاء - على وجه التحديد ، تدفق الصوديوم في الخلية. بالنظر إلى النفاذية النسبية لغشاء البلازما لـ Na + ، فإن هذا التدفق نفسه يعني حدوث تغيير مفاجئ في النفاذية. ابتداءً من القرن التاسع عشر ، حير الباحثون حول الآلية التي يمكن أن يحدث بها هذا التغيير. نشأت فكرة أنه لا بد من وجود مسام ، أو قنوات ، يمكن للأيونات من خلالها أن تنتشر ، مروراً بالحاجز الذي تشكله طبقة الدهون الثنائية. ومع ذلك ، يمكن قياس التيارات الإجمالية المصاحبة للحركة الأيونية لسنوات فقط ، ولا يمكن افتراض وجود قنوات الغشاء إلا بالاستدلال.

جاء الاختراق في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي مع تطوير تقنية مشبك التصحيح ، والتي مكنت الباحثين من قياس التيارات المتدفقة عبر قنوات أيونية مفردة في الغشاء مباشرة. تقوم تقنية patch-clamp بعزل رقعة صغيرة من الخلايا العصبية أو غشاء الخلية العضلية كهربائيًا عن طريق وضع طرف ماصة مجهرية مليئة بمحلول موصل على الغشاء وتشكيل ختم محكم معها. نظرًا لأن القنوات الفردية في التصحيح تخضع لحالات انتقالية مختلفة بين الفتح الكامل والمغلق تمامًا ، يتم تسجيل أوقات الفتح والإغلاق ويتم قياس سعة ومدة التيارات.

منذ الدراسات الرائدة ، تم تمييز الخصائص الكهربائية والكيميائية الحيوية لبعض القنوات. تُعرف هذه القنوات باسم "المعتمد على الجهد" عند تنشيطها بالتغيرات في إمكانات الغشاء و "حساسية الناقل العصبي" عند تنشيطها بواسطة مواد ناقل عصبي ، وهي عبارة عن هياكل بروتينية تمتد عبر الغشاء من الفضاء خارج الخلية إلى السيتوبلازم. يُعتقد أنها أسطوانية ، ذات مسام مجوفة مملوءة بالماء أوسع من الأيونات التي تمر عبرها باستثناء منطقة واحدة تسمى مرشح الانتقائية. يجعل هذا المرشح كل قناة خاصة بنوع واحد من الأيونات.


تغيير التاريخ

Overington، J.P، Al-Lazikani، B. & amp Hopkins، A.L. كم عدد أهداف المخدرات هناك؟ نات. القس اكتشاف المخدرات. 5, 993–996 (2006).

دويل ، دي إيه وآخرون. هيكل قناة البوتاسيوم: الأساس الجزيئي للتوصيل K + والانتقائية. علم 280, 69–77 (1998). تم الحصول على نظرة ثاقبة للدقة الذرية في بنية قناة أيون رباعي ، مما يوفر فهمًا لكيفية استخدام K. + تعرض القنوات الأيونية انتقائية عالية لـ K. + ومع ذلك في نفس الوقت تظهر معدلات سريعة من K + التوصيل.

Chang، G.، Spencer، R.H، Lee، A. T.، Barclay، M.T & amp Rees، D.C Structure of the MscL homolog from السل الفطري: قناة أيونية حساسة للميكانيكية مسورة. علم 282, 2220–2226 (1998). تتبع الرؤية الهيكلية لقناة أيونية حساسة للميكانيكا عن كثب تلك الخاصة بهيكل KcsA من Doyle et al. (المرجع 2).

Dutzler، R.، Campbell، E.B، Cadene، M.، Chait، B. T. & amp MacKinnon، R. هيكل الأشعة السينية لقناة كلوريد ClC عند 3.0 يكشف الأساس الجزيئي لانتقائية الأنيون. طبيعة سجية 415, 287–294 (2002).

جيانغ ، واي وآخرون. بنية الأشعة السينية لقناة K + المعتمدة على الجهد. طبيعة سجية 423, 33–41 (2003).

Hilf ، R.J.C & amp Dutzler ، R. هيكل الأشعة السينية لقناة أيونية خماسية النواة بدائية النواة. طبيعة سجية 452, 375–379 (2008).

Sobolevsky ، A. I. ، Rosconi ، M. P. & amp Gouaux ، E. هيكل الأشعة السينية ، وتماثل وآلية مستقبلات الجلوتامات من النوع الفرعي AMPA. طبيعة سجية 462, 745–756 (2009).

Kawate ، T. ، Michel ، J. C. ، Birdsong ، W. T. & amp Gouaux ، E. هيكل بلوري لـ ATP-gated P2X4 قناة أيون في الحالة المغلقة. طبيعة سجية 460, 592–598 (2009).

Payandeh ، J. ، Scheuer ، T. ، Zheng ، N. & amp Catterall ، W. A. ​​التركيب البلوري لقناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. طبيعة سجية 475, 353–358 (2011).

Yu ، F. H. ، Yarov-Yarovoy ، V. ، Gutman ، G.A & amp Catterall ، W. A. ​​نظرة عامة على العلاقات الجزيئية في الأسرة الفائقة لقناة الأيونات ذات الجهد الكهربائي. فارماكول. القس. 57, 387–395 (2005).

Duncan، A. L.، Song، W. & amp Sansom، M. S.P. التنظيم المعتمد على الدهون للقنوات الأيونية والمستقبلات المقترنة بالبروتين G: رؤى من الهياكل والمحاكاة. Annu. القس فارماكول. توكسيكول. 60, 31–50 (2020).

بوفيدا ، جيه إيه ، مارسيلا جيوديسي ، إيه ، لورديس رينارت ، إم ، موراليس ، إيه آند غونزاليس روس ، جي إم نحو فهم الأساس الجزيئي لتعديل قناة الأيونات بواسطة الدهون: النماذج الميكانيكية والنماذج الحالية. بيوكيم. بيوفيز. اكتا بيوميمبر. 1859, 1507–1516 (2017).

كورادي ، في وآخرون. التنوع الناشئ في تفاعلات البروتين الدهني. تشيم. القس. 119, 5775–5848 (2019).

كوموجليو ، واي وآخرون. ينظم Phospholipase D2 على وجه التحديد قنوات TREK البوتاسيوم من خلال التفاعل المباشر والإنتاج المحلي لحمض الفوسفاتيديك. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 111, 13547–13552 (2014).

دارت ، جيم النطاقات الدقيقة الدهنية وتنظيم وظيفة القناة الأيونية. J. Physiol. (لوند.) 588, 3169–3178 (2010).

Lee ، A.G. كيف تؤثر الدهون على أنشطة بروتينات الغشاء المتكاملة. بيوكيم. بيوفيز. اكتا بيوميمبر. 1666, 62–87 (2004).

Jost ، P. C. ، Griffith ، O. H. ، Capaldi ، R.A & amp Vanderkooi ، G. دليل للدهون الحدودية في الأغشية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 70, 480–484 (1973).

هيسكيث ، تي آر وآخرون. تحدد الدهون الحلقية نشاط ATPase لبروتين نقل الكالسيوم المركب مع dipalmitoyllecithin. الكيمياء الحيوية 15, 4145–4151 (1976).

Marsh، D. & amp Barrantes، F. J. الدهن المثبت في الأغشية الغنية بمستقبلات الأسيتيل كولين من توربيدو مارموراتا. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 75, 4329–4333 (1978).

Narayanaswami و V. & amp McNamee و M. 2. سيولة الغشاء والتغيير بوساطة يجند في إمكانية الوصول إلى γ بقايا السيستين للوحدات الفرعية للكوليسترول. الكيمياء الحيوية 32, 12420–12427 (1993).

مارش ، د.الرنين المغزلي للإلكترون في أبحاث الغشاء: تفاعلات البروتين والدهون من البدايات الصعبة إلى أحدث التقنيات. يورو. بيوفيز. ج. 39, 513–525 (2010).

هيبينو ، هـ وآخرون. تصحيح قنوات البوتاسيوم داخليًا: هيكلها ووظيفتها وأدوارها الفسيولوجية. فيسيول. القس. 90, 291–366 (2010).

Huang، C.L، Feng، S. & amp Hilgemann، D. W. التنشيط المباشر لقنوات البوتاسيوم المعدل الداخلي بواسطة PIP2 واستقراره بواسطة Gβγ. طبيعة سجية 391, 803–806 (1998).

كو ، إيه وآخرون. التركيب البلوري لقناة البوتاسيوم KirBac1.1 في الحالة المغلقة. علم 300, 1922–1926 (2003).

Hansen، S. B.، Tao، X. & amp MacKinnon، R. الأساس الإنشائي لـ PIP2 تفعيل المعدل الداخلي الكلاسيكي K + قناة Kir2.2. طبيعة سجية 477, 495–498 (2011). هيكل Kir2.2 في وجود وغياب PIP قابل للذوبان2 يكشف التناظرية عن الآليات التي يتم من خلالها PIP2 يستحث قناة القناة ، وهي آلية مركزية لجميع قنوات Kir.

Sun، J. & amp MacKinnon، R. الأساس الهيكلي لتعديل KCNQ1 البشري والبوابة. زنزانة 180، 340–347.e9 (2020).

داسكال ، ن. التشوير عبر قنوات K + التي تنشط بالبروتين G. زنزانة. الإشارة. 9, 551–573 (1997).

Whorton، M.R & amp MacKinnon، R. هيكل الأشعة السينية لمجمع GIRK2-G-protein للثدييات. طبيعة سجية 498, 190–197 (2013). يكشف الهيكل المرتبط بالبروتين G لـ GIRK2 عن كيفية تطور تنشيط القناة في قنوات Kir لتتطلب ربط كل من بروتين G و PIP2.

Whorton ، M. R. & amp MacKinnon ، R. هيكل بلوري لقناة GIRK2 K + للثدييات وتنظيم البوابة بواسطة بروتينات G و PIP2 والصوديوم. زنزانة 147, 199–208 (2011).

مذهران ، ي. وآخرون. الأساس الهيكلي لتعديل قناة GIRK2 بواسطة الكوليسترول و PIP2. ما قبل الطباعة في bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.06.04.134544 (2020).

Hilgemann، D.W & amp Ball، R. تنظيم تبادل Na + و Ca 2+ وقنوات البوتاسيوم KATP بواسطة PIP2. علم 273, 956–959 (1996).

Lee ، K. P. K. ، Chen ، J. & amp MacKinnon ، R. التركيب الجزيئي لـ KATP البشري في مركب مع ATP و ADP. eLife 6، e32481 (2017).

Duncan ، A. L. ، Corey ، R.A & amp Sansom ، M. S. P. تحديد كيفية تفاعل أنواع متعددة من الدهون مع قنوات البوتاسيوم (Kir2) المعدل الداخلي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 117, 7803–7813 (2020).

لي ، س.جيه وآخرون. الأساس الهيكلي للتحكم في بوابات قناة المعدل الداخلي Kir2 بواسطة الفوسفوليبيدات السائبة الأنيونية. J. الجنرال فيزيول. 148, 227–237 (2016).

Cheng، W. W. L.، D’Avanzo، N.، Doyle، D.A & amp Nichols، C.G. تنظيم ثنائي فوسفوليبيد لقنوات البوتاسيوم الداخلية المعدلة للإنسان. بيوفيز. ج. 100, 620–628 (2011).

رومانينكو ، في.جي وآخرون. حساسية الكوليسترول واستهداف طوافة الدهون لقنوات Kir2.1. بيوفيز. ج. 87, 3850–3861 (2004).

Barbera ، N. ، Ayee ، M. A. A. ، Akpa ، B. S. & amp Levitan ، I. محاكاة الديناميات الجزيئية لتفاعلات Kir2.2 مع مجموعة من جزيئات الكوليسترول. بيوفيز. ج. 115, 1264–1280 (2018).

Levitan، I.، Singh، D.K & amp Rosenhouse-Dantsker، A. ارتباط الكوليسترول بالقنوات الأيونية. أمام. فيسيول. 5, 65 (2014).

Wulff، H.، Castle، N.A & amp Pardo، L. A. قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي كأهداف علاجية. نات. القس اكتشاف المخدرات. 8, 982–1001 (2009).

Long، S. B.، Campbell، E.B & amp MacKinnon، R. مستشعر الجهد من Kv1.2: الأساس الهيكلي للاقتران الكهروميكانيكي. علم 309, 903–908 (2005).

زيدمان ، إم إيه وآخرون. تتطلب القنوات الأيونية Kv7.1 شحمًا لزوج استشعار الجهد لفتح المسام. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 110, 13180–13185 (2013).

يكشف Sun و J. & amp MacKinnon و R. Cryo-EM لمركب KCNQ1 / CaM عن رؤى حول متلازمة QT الطويلة الخلقية. زنزانة 169, 1042–1050 (2017). يوضح هذا الهيكل سبب PIP2 هو مطلب هيكلي لتنشيط K ذات الجهد الكهربائي + قناة Kv7.1. PIP2 يعزز الاقتران بين مستشعر الجهد ومجالات المسام. هذا الاقتران بين المجالات هو سمة بارزة لتفاعلات القنوات الأيونية مع الدهون.

Lee، C.H & amp MacKinnon، R. هياكل القناة البشرية المفعلة بفرط الاستقطاب HCN1. زنزانة 168، 111–120.e11 (2017).

Wang، W. & amp MacKinnon، R. Cryo-EM هيكل قناة K + HERG ذات الصلة بـ Human Ether-à-go-go. زنزانة 169، 422-430 هـ 10 (2017).

Clark ، M.D ، Contreras ، G. F. ، Shen ، R. & amp Perozo ، E. طبيعة سجية 583, 145–149 (2020).

Liu، K.، Li، L. & amp Luan، S. وظيفة أساسية لفوسفاتي ديلينوزيتول في تنشيط قنوات شاكر النبات K +. مصنع J. 42, 433–443 (2005).

وانج إكس وآخرون. بروتينات TPC هي قنوات أيونية انتقائية للصوديوم تنشط بفوسفوينوسيتيد في الإندوسومات والليزوزومات. زنزانة 151, 372–383 (2012).

هي ، ج وآخرون. رؤى هيكلية في تنشيط الجهد والفوسفوليبيد لقناة TPC1 للثدييات. طبيعة سجية 556, 130–134 (2018).

هي ، ج وآخرون. الآليات الهيكلية لتفعيل الفسفوليبيد لقناة TPC2 البشرية. eLife 8، e45222 (2019).

هيوز ، تي إي تي وآخرون. رؤى هيكلية على بوابات TRPV5 بواسطة المُعدِّلات الداخلية. نات. كومون. 9, 4198 (2018). يوضح هيكل TRPV5 كيفية الآلية الأساسية الكامنة وراء PIP2 تطور الاقتران بين المجالات في قنوات Kv7 لإنشاء قناة TRP ذات بوابات دهنية.

ماكجولدريك ، إل إل وآخرون. فتح قناة الكالسيوم الظهارية البشرية TRPV6. طبيعة سجية 553, 233–237 (2018).

Zhang، Z.، Tóth، B.، Szollosi، A.، Chen، J. & amp Csanády، L. يشرح هيكل قناة TRPM2 المعقدة مع Ca 2+ تنظيم البوابة الفريد. eLife 7، e36409 (2018).

يين ، واي وآخرون. الأساس الهيكلي لعامل التبريد واستشعار الدهون بواسطة قناة TRPM8 المنشطة على البارد. علم 363، eaav9334 (2019).

Zubcevic، L. et al. هيكل المجهر الإلكتروني المبرد لقناة أيون TRPV2. نات. هيكل. مول. بيول. 23, 180–186 (2016).

تكشف هياكل Gao و Y. و Cao و E. و Julius و D. & amp Cheng و Y. TRPV1 في الأقراص النانوية عن آليات عمل الترابط والدهون. طبيعة سجية 534, 347–351 (2016).

Fan، C.، Choi، W.، Sun، W.، Du، J. & amp Lü، W. هيكل قناة الكاتيون ذات البوابات الدهنية TRPC3. eLife 7، e36852 (2018).

Lichtenegger، M. et al. يحدد مسبار يتم التحكم فيه بصريًا سياج بوابات الدهون داخل قناة TRPC3. نات. تشيم. بيول. 14, 396–404 (2018).

باي واي وآخرون. الأساس الهيكلي للتعديل الدوائي لقناة TRPC6. eLife 9، e53311 (2020).

جين ، ب وآخرون. هيكل الفحص المجهري الإلكتروني لقناة النقل الميكانيكي NOMPC. طبيعة سجية 547, 118–122 (2017).

Rohács ، T. in قنوات الكاتيون المحتملة للمستقبلات العابرة للثدييات (TRP): المجلد الثاني (محرران. Nilius، B. & amp Flockerzi، V.) 1143-1176 (Springer International Publishing، 2014) https://doi.org/10.1007/978-3-319-05161-1_18

Hite، R. K.، Butterwick، J.A & amp MacKinnon، R. تعديل حمض الفوسفاتيديك لوظيفة مستشعر جهد قناة Kv. eLife 3، e04366 (2014).

Cox، C. D.، Bavi، N. & amp Martinac، B. المستشعرات الميكانيكية البكتيرية. Annu. القس فيسيول. 80, 71–93 (2018).

Douguet ، D. & amp Honoré ، E. النقل الميكانيكي الكهروضوئي للثدييات: هيكل ووظيفة القنوات الأيونية بالقوة. زنزانة 179, 340–354 (2019).

Cox، C. D.، Bavi، N. & amp Martinac، B. المبادئ الفيزيائية الحيوية للتوصيل الميكانيكي الحسي بوساطة القنوات الأيونية. مندوب الخلية. 29, 1–12 (2019).

باس ، R. B. ، Strop ، P. ، Barclay ، M.T & amp Rees ، D. C. الإشريكية القولونية MscS ، قناة معدلة بالجهد وحساس ميكانيكي. علم 298, 1582–1587 (2002).

Brohawn، S. G.، del Mármol، J. & amp MacKinnon، R. بنية بلورية للقناة البشرية K2P TRAAK ، وهي قناة أيون K + حساسة للدهون والميكانيكية. علم 335, 436–441 (2012).

وانج ، ل. وآخرون. هيكل وميكانيكا القناة اللمسية للثدييات PIEZO2. طبيعة سجية 573, 225–229 (2019). تم استخدام مزيج من التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي للإلكترون ووسم الدوران الموجه بالموقع لتوضيح التغييرات التوافقية الكبيرة التي تؤدي إلى بوابات MscL البكتيرية ، وبالتالي توفير رؤية واضحة للآليات الكامنة وراء التحسس الميكانيكي.

آلية القبة الغشائية القائمة على الهيكل لحساسية بيزو الميكانيكية. eLife 6، e33660 (2017). يسلط Piezo الضوء على التنوع المذهل لهياكل القنوات الأيونية الحساسة للميكانيكا ، والتي تؤدي إلى آليات متنوعة للوظيفة. يسمح هيكل بيزو الفريد من نوعه بالاستجابة للتغيرات الطفيفة في توتر الطبقة الثنائية عن طريق استشعار التغيرات في انحناء الغشاء.

تشاو ، كيو وآخرون. هيكل وآلية الميكانيكا لقناة Piezo1. طبيعة سجية 554, 487–492 (2018).

ليفينا ، ن. وآخرون. الحماية من الإشريكية القولونية الخلايا ضد التورم الشديد عن طريق تنشيط قنوات حساسة ميكانيكي لـ MscS و MscL: تحديد الجينات المطلوبة لنشاط MscS. EMBO J. 18, 1730–1737 (1999).

Perozo، E.، Cortes، D. M.، Sompornpisut، P.، Kloda، A. & amp Martinac، B. بنية القناة المفتوحة لـ MscL وآلية بوابة القنوات الميكانيكية الحساسة. طبيعة سجية 418, 942–948 (2002).

بافي ، ن. وآخرون. يشير دور محطة MscL amphipathic N إلى مخطط للبوابات ثنائية الطبقة للقنوات الحساسة للميكانيكا. نات. كومون. 7, 11984 (2016).

Liang، X. & amp Howard، J. علم الأحياء البنيوي: يستشعر بيزو التوتر من خلال الانحناء. بالعملة. بيول. 28، R357-R359 (2018).

Brohawn، S.G. كيف تستشعر القنوات الأيونية القوة الميكانيكية: رؤى من قنوات K2P الحساسة ميكانيكيًا TRAAK و TREK1 و TREK2. آن. نيويورك أكاد. علوم. 1352, 20–32 (2015).

Saotome ، K. وآخرون. هيكل القناة الأيونية المفعّلة ميكانيكيًا Piezo1. طبيعة سجية 554, 481–486 (2018).

Haselwandter، C. A. & amp MacKinnon، R. Piezo بصمة الغشاء ومساهمته في الحساسية الميكانيكية. eLife 7، e41968 (2018). تُظهر الحسابات الميكانيكية كيف يُضفي الهيكل الفريد على خصائص متناقضة لـ Piezo1: عتبة منخفضة للتنشيط واستجابة شد شديدة مع الحفاظ على انتقائية الأيونات في الحالة المفتوحة.

Brohawn، S.G، Campbell، E.B & amp MacKinnon، R. الآلية الفيزيائية للبوابة والحساسية الميكانيكية لقناة TRAAK K + البشرية. طبيعة سجية 516, 126–130 (2014).

Y. وآخرون. تم الكشف عن آليات بوابة قناة K2P بواسطة هياكل TREK-2 ومجمع مع Prozac. علم 347, 1256–1259 (2015).

Honoré، E.، Patel، A. J.، Chemin، J.، Suchyna، T. & amp Sachs، F. إزالة حساسية قنوات K2P ذات البوابات الميكانيكية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 103, 6859–6864 (2006).

Chemin، J. et al. يتحكم مستشعر الفسفوليبيد في ميكنة قناة K + TREK-1. EMBO J. 24, 44–53 (2005).

وو ، ج. وآخرون. تعتبر بقايا الأرجينين الثلاثية في الطرف C القريب لقنوات TREK K + ضرورية للتنظيم ثنائي الطور بواسطة phosphatidylinositol 4،5-bisphosphate. أكون. J. Physiol. خلية فيزيول. 316، C312 – C324 (2019).

سوسيا ، إ. ب. وآخرون. التأثير المضاد للمجال السيتوبلازمي على النشاط الأساسي لقنوات البوتاسيوم متعدد الأشكال. أمام. مول. نيوروسسي. 11, 301 (2018).

جمال الدين ، T. M. ، Lenaeus ، M.J ، Zheng ، N. & amp Catterall ، W. A. ​​تتحكم Fenestrations في كتلة حالة الراحة لقناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 115, 13111–13116 (2018).

Rasmussen، T.، Flegler، V.J، Rasmussen، A. & amp Böttcher، B. هيكل القناة الميكانيكية الحساسة MscS المضمنة في الغشاء ثنائي الطبقة. جيه مول. بيول. 431, 3081–3090 (2019).

Reddy، B.، Bavi، N.، Lu، A.، Park، Y. & amp Perozo، E. الأساس الجزيئي لبوابات القوة من الدهون في قناة MscS الحساسة للميكانيكا. eLife 8، e50486 (2019). تسلط بنية قناة MscS المعاد تشكيلها بالدهون النانوية الضوء على مناطق البروتين التي لم يتم حلها في الهياكل البلورية الذائبة في المنظفات ، مما يؤدي إلى نموذج هيكلي منقح له عواقب ميكانيكية مهمة. يبرز الهيكل الجديد أيضًا بشكل كبير أهمية الدهون المقيدة في كل من وظيفة التحسس الميكانيكي والقناة الأيونية.

Cecchini، M. & amp Changeux، J.-P. مستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين ومثيلاتها بدائية النواة: التركيب ، التحولات التوافقية ، التعديل الخيفي. علم الادوية العصبية 96، 137-149 (2015). نقطة ب.

Baenziger، J. E.، Hénault، C. M.، Therien، J.PD & amp Sun، J. Nicotinic acetylcholine receptor-lipid التفاعلات: البصيرة الميكانيكية والوظيفة البيولوجية. بيوكيم. بيوفيز. اكتا بيوميمبر. 1848, 1806–1817 (2015).

Barrantes ، F. J. الحفظ النشوء والتطور للزخارف البروتينية الدهنية في القنوات الأيونية الخماسية ليجند بوابات. بيوكيم. بيوفيز. اكتا بيوميمبر. 1848, 1796–1805 (2015).

daCosta، ​​C.J.B & amp Baenziger، J.E. شكل غير مقترن يعتمد على الدهون لمستقبلات الأسيتيل كولين. J. بيول. تشيم. 284, 17819–17825 (2009).

هينولت ، سي م وآخرون. يشكل الموقع الدهني الاستجابة الناهضة لقناة أيون خماسية بوابات بروابط خماسية. نات. تشيم. بيول. 15, 1156–1164 (2019). يتم استخدام نهج فيزيائي حيوي شامل لتوضيح كيفية ارتباط الدهون بقناة أيون خماسية بوابات ليجاند خماسية يغير ديناميكيات البروتين لتشكيل الاستجابة التي يسببها الناهض.

تونج ، إيه وآخرون. ينظم الارتباط المباشر للفوسفاتيديل جلسرين في مواقع محددة إزالة التحسس لقناة أيونية ذات بوابات ترابطية. eLife 8، e50766 (2019).

daCosta، ​​C.J.B، Dey، L.، Therien، J.PD & amp Baenziger، J.E. آلية متميزة لتنشيط مستقبلات أستيل كولين النيكوتين غير المقترنة. نات. تشيم. بيول. 9, 701–707 (2013).

Baenziger، J. E.، Morris، M. L.، Darsaut، T.E & amp Ryan، S.E. تأثير تكوين دهون الغشاء على التوازن التوافقي لمستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين. J. بيول. تشيم. 275, 777–784 (2000).

داكوستا ، سي جي بي وآخرون. تعدل الدهون أنيونية allosterically عدة توازنات توازنية لمستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين. J. بيول. تشيم. 284, 33841–33849 (2009).

Thompson، M.J & amp Baenziger، J. E. الأساس الهيكلي لتعديل وظيفة القناة الأيونية ذات بوابات خماسية بواسطة الدهون. بيوكيم. بيوفيز. اكتا بيوميمبر. 1862, 183304 (2020).

لافيرتي ، د. وآخرون. هيكل Cryo-EM للإنسان α1β3γ2 GABAأ مستقبلات في طبقة ثنائية الدهون. طبيعة سجية 565, 516–520 (2019).

والش ، آر إم الابن وآخرون. المبادئ الهيكلية للتجمعات المتميزة لمستقبلات النيكوتين البشرية α4β2. طبيعة سجية 557, 261–265 (2018).

Gharpure، A. et al. انتقائية ناهض وتغلغل الأيونات في مستقبلات النيكوتين العقدية α3β4. عصبون 104، 501-511 هـ 6 (2019).

تؤثر التفاعلات العطرية Intramembrane على حساسيات الدهون للقنوات الأيونية ذات بوابات الترابط الخماسي. J. بيول. تشيم. 290, 2496–2507 (2015).

كومار ، ب وآخرون. هياكل Cryo-EM لقناة أيون خماسية حساسة للدهون مضمن في طبقة ثنائية الفوسفاتيديل كولين فقط. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 117, 1788–1798 (2020).

Manna، M.، Nieminen، T. & amp Vattulainen، I. فهم دور الدهون في إرسال الإشارات من خلال المحاكاة الذرية ومتعددة النطاقات لأغشية الخلايا. Annu. القس بيوفيس. 48, 421–439 (2019).

Hedger، G. & amp Sansom، M. S.P. مواقع تفاعل الدهون على القنوات والناقلات والمستقبلات: رؤى حديثة من محاكاة الديناميات الجزيئية. بيوكيم. بيوفيز. اكتا بيوميمبر. 1858, 2390–2400 (2016).

Enkavi، G.، Javanainen، M.، Kulig، W.، Róg، T. & amp Vattulainen، I. محاكاة متعددة النطاقات للأغشية البيولوجية: التحدي لفهم الظواهر البيولوجية في مادة حية. تشيم. القس. 119, 5607–5774 (2019).


نهج Poisson-Nernst-Planck ثلاثي الأبعاد

التقريب التبسيطي التالي هو الحفاظ على المعادلة. 1 ، ولكن استبدل التعبير الدقيق لـ هأنا عن طريق تقريب متوسط ​​المجال هأنا هذا يمثل نوعًا من المتوسط ​​على جميع المواضع المحتملة للأيونات الأخرى في النظام. هذه ه يتم حسابها باستخدام معادلة بواسون. هذا المزيج من الحركة الحرارية العشوائية للأيون مع محلول بواسون لـ ه يشار إليه باسم حل Poisson-Nernst-Plank (PNP). على الرغم من أن معظم حلول PNP كانت للحالة 1-D (انظر أدناه) ، فقد تم وصف حل عام PNP ثلاثي الأبعاد مؤخرًا (Kurnikova et al. ، 1999). يتم إعطاء معادلة Nernst-Planck للحالة المستقرة ثلاثية الأبعاد من خلال:


اختيار العازلة والتحضير

يجب أن يكون لأيونات التخزين نفس شحنة المجموعات الوظيفية على وسيط IEX (أيونات التخزين المؤقت التي تحمل شحنة معاكسة لشحنة المجموعات الوظيفية ستشارك في عملية التبادل الأيوني ويمكن أن تسبب تقلبات كبيرة في درجة الحموضة أثناء الشطف) ويفضل ، قيمة pKa في حدود 0.6 وحدة من الأس الهيدروجيني العامل. يظهر استثناء لهذه القاعدة في الاستخدام المتكرر لمخازن الفوسفات مع فواصل تبادل الأنيون. ومع ذلك ، يجب أن تكون مخازن الفوسفات معدة بعناية شديدة لضمان التكاثر بين الدُفعات.

استخدم تركيزًا منظمًا كافيًا للحفاظ على سعة التخزين المؤقت ودرجة الحموضة الثابتة ، عادةً 20-50 ملي مولار.

استخدم مخازن متطايرة إذا كان المنتج المنقى سيتم تجميده بالتجميد.

الملحق 2 للتوصيات بشأن أنظمة المخزن المؤقت المتطايرة وغير المتطايرة لمبادلات الأنيون والكاتيون.

تصفية المخازن المؤقتة بعد أن تم إدراج جميع الأملاح والمواد المضافة. استخدم مياه وكيماويات عالية الجودة. تصفية الحلول من خلال مرشحات 1 ميكرومتر لأحجام الجسيمات التي تزيد عن 90 ميكرومتر ، و 0.45 ميكرومتر من أجل 34 ميكرومتر أو مرشحات 0.22 ميكرومتر للجسيمات التي تقل عن 15 ميكرومتر أو عند الحاجة إلى عينات معقمة أو نظيفة للغاية. لتجنب تكوين فقاعات الهواء في عمود معبأ ، تأكد من أن العمود والمخازن المؤقتة في نفس درجة الحرارة عند التحضير للتشغيل.

تأثير درجة الحرارة على درجة الحموضة العازلة

حدد المخازن المؤقتة التي لها قيم pKa المناسبة لدرجة حرارة العمل. يختلف pKa لمادة التخزين المؤقت باختلاف درجة الحرارة. على سبيل المثال Tris ™ لديه pKa يبلغ 8.85 عند 0 درجة مئوية ، و 8.06 عند 25 درجة مئوية و 7.72 عند 27 درجة مئوية. إن استخدام Tris عند 4 درجات مئوية عند الرقم الهيدروجيني 7.9 سيعطي سعة تخزينية منخفضة للغاية وسيكون الرقم الهيدروجيني العامل خارج نطاق الأس الهيدروجيني المفيد (pKa + 0.5) للمخزن المؤقت.

قم بإعداد المخازن المؤقتة بنفس درجة الحرارة التي سيتم استخدامها فيها.

يمكن أن تقلل درجات الحرارة & lt10 ° C من التراكم الناجم عن التفاعلات الكارهة للماء بين مكونات العينة. قد يكون العمل في درجات الحرارة المنخفضة هذه حلاً بديلاً لاستخدام المنظفات لتحسين قابلية الذوبان.

الأيونات المضادة (أيونات الملح) المستخدمة في IEX هي دائمًا Na + للتبادل الكاتيوني و Cl - لتبادل الأنيون.

الأملاح مثل كلوريد الصوديوم لها خاصية تشوتروبيك (أي القدرة على جعل الماء أقل قطبية) وبالتالي فإن تأثير "التمليح" أقل على الجزيئات الكارهة للماء. هذا يضمن أقصى قدر من الذوبان أثناء الشطف ويحسن الانتعاش. يمكن أيضًا استخدام أملاح Chaotropic في وجود مذيبات عضوية إذا لزم الأمر. يجب تجنب الأملاح مثل (NH4) 2SO4 أو K3PO4 حيث من المرجح أن تسبب الترسيب بتركيزات عالية.

في تطبيقات معينة ، الأيونات المضادة البديلة مثل Li + أو Br - أو I - أو SO4 2– أو CH3COO - أو

HCOO - قد يحسن الانتقائية بل ويغيرها لأنها تظهر قوى شطف مختلفة ، ولكن تجدر الإشارة إلى أن استخدام هذه الأيونات قد يؤثر على قدرة الربط للوسط.

يوضح الشكل 19 كيف يمكن أن تختلف الانتقائية والدقة عند استخدام أيونات مضادة مختلفة.

الشكل 19. تأثير الأيونات المضادة على الانتقائية والدقة (يتوفر الآن Mono Q HR 5/5 كـ Mono Q 5/50 GL). لاحظ الاختلاف في ترتيب شطف القمم 3 و 4.

استخدم الإجراء التالي في حالة استخدام وسيط مع أيونات مضادة بخلاف الصوديوم أو الكلوريد:

  1. اغسل العمود المعبأ بـ 10 أحجام أعمدة 0.5 - 1 م من محلول الملح الذي يحتوي على الأيون المضاد الجديد.
  2. اغسل مع 10 وحدات تخزين عمود من بدء المخزن المؤقت بنفس معدل التدفق كما في الخطوة 1.
  3. كرر الخطوتين 1 و 2 عدة مرات.

قم بإجراء تشغيل فارغ للتحقق من التوصيلية ودرجة الحموضة.


قنوات القلب الأيونية

من قسم القلب والأوعية الدموية ، قسم الطب ، المركز الطبي لجامعة ديوك ، دورهام ، نورث كارولاينا.

كان تحليل الأساس الجزيئي لاضطراب نظم القلب الموروث هو القوة الدافعة وراء تحديد القنوات الأيونية التي تولد إمكانات الفعل. تم استنساخ الجينات التي ترميز جميع القنوات الأيونية الرئيسية وتسلسلها. كشفت الدراسات عن تعقيد أكبر مما كان يتصور حتى الآن. تعمل العديد من القنوات الأيونية كجزء من المجمعات الجزيئية التي يتم فيها تجميع العديد من المكونات في مواقع محددة داخل الغشاء. تصف هذه المراجعة توليد جهد القلب الطبيعي. يتم فحص خصائص التيارات الأيونية الرئيسية بالتفصيل. يتم التركيز بشكل خاص على العواقب الوظيفية لطفرات القنوات الأيونية المرتبطة باضطراب النظم. تختتم المراجعة بإلقاء نظرة خاطفة على الاتجاهات التي قد تؤدي إليها هذه الفيزيولوجيا الكهربية الجديدة.

إمكانات العمل القلبي

المرحلة 4 ، أو إمكانية الراحة ، مستقرة عند ≈ − 90 mV في خلايا عضلة القلب العادية العاملة.

المرحلة 0 هي مرحلة نزع الاستقطاب السريع. يتحول جهد الغشاء إلى نطاق جهد إيجابي. هذه المرحلة مركزية للانتشار السريع للدفعة القلبية (سرعة التوصيل ، θ = 1 م / ث).

المرحلة الأولى هي مرحلة عودة الاستقطاب السريع. تحدد هذه المرحلة إمكانية المرحلة التالية من إمكانات العمل.

المرحلة 2 ، مرحلة الهضبة ، هي أطول مرحلة. إنه فريد من نوعه بين الخلايا القابلة للاستثارة ويمثل مرحلة دخول الكالسيوم إلى الخلية.

المرحلة 3 هي مرحلة عودة الاستقطاب السريع التي تعيد إمكانات الغشاء إلى قيمته السكونية. 1

شكل 1. التيارات الغشائية التي تولد جهد الفعل الطبيعي. الراحة (4) ، السكتة الدماغية (0) ، عودة الاستقطاب المبكر (1) ، الهضبة (2) ، وعودة الاستقطاب النهائية هي المراحل الخمس لإمكانات الفعل. يظهر انخفاض الجهد في نهاية المرحلة 3 في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب ، مثل العقدة الجيبية ، كخط متقطع. التيارات الداخلية ، أنانا, أناكاليفورنيا، و أناF، في المربعات الصفراء ، يظهر مبادل الصوديوم والكالسيوم (NCX) أيضًا باللون الأصفر. إنه كهربائي ويمكن أن يولد تيارًا داخليًا أو خارجيًا. أناكاش, أناك 1, أناإلى, أناكور, أناكر، و أناك تظهر في مربعات رمادية. مدة العمل المحتملة (APD) حوالي 200 مللي ثانية. مستنسخة بإذن من ستانلي وكارلسون. 44

تختلف إمكانات عمل خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب في العقد الجيبية الأذينية (SA) والعقد الأذينية البطينية (AV) اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في عضلة القلب العاملة. تكون إمكانات الغشاء في بداية المرحلة 4 أكثر استقطابًا (50 إلى 65 مللي فولت) ، وتخضع لإزالة استقطاب انبساطي بطيء ، وتندمج تدريجيًا في المرحلة 0. يكون معدل إزالة الاستقطاب في المرحلة 0 أبطأ بكثير من معدله في خلايا عضلة القلب العاملة ويؤدي إلى انتشار بطيء للنبضة القلبية في مناطق العقدة (θ = 0.1 إلى 0.2 م / ث). قد تظهر الخلايا في نظام His-Purkinje أيضًا مرحلة 4 من إزالة الاستقطاب في ظل ظروف خاصة. تتغير خصائص جهد الفعل عبر جدار عضلة القلب من شغاف القلب ، منتصف عضلة القلب ، إلى النخاب. تتميز الخلايا النخابية بمرحلة بارزة 1 وأقصر جهد ممكن. المدة المحتملة للعمل هي الأطول في منطقة منتصف عضلة القلب. 2 ينعكس متوسط ​​مدة المدة المحتملة للعمل البطيني في فترة QT على مخطط كهربية القلب. تعمل العوامل التي تطيل مدة العمل المحتملة (على سبيل المثال ، انخفاض في تيارات K الخارجية أو زيادة التيار الداخلي المتأخر Na +) على إطالة مدة العمل المحتملة وفاصل QT على مخطط كهربية القلب. فترة QT بين الذكور والإناث متساوية خلال مرحلة الطفولة المبكرة. ومع ذلك ، عند سن البلوغ ، تقل الفترة الفاصلة بين الذكور. 3 ركزت الدراسات على فترة QT الأطول للإناث والتخفيض المحتمل في وظيفة قناة K +. ومع ذلك ، لم يتم التوصل إلى نتيجة نهائية.

الخصائص العامة للقنوات الأيونية

إن توليد جهد الفعل والاختلافات الإقليمية التي لوحظت في جميع أنحاء القلب هي نتيجة النفاذية الانتقائية للقنوات الأيونية الموزعة على غشاء الخلية. تعمل القنوات الأيونية على تقليل طاقة التنشيط المطلوبة لحركة الأيونات عبر غشاء الخلية المحبة للدهون. أثناء جهد الفعل ، تتغير نفاذية القنوات الأيونية ويتحرك كل أيون ، على سبيل المثال ، X ، بشكل سلبي لأسفل تدرجاته الكهروكيميائية (ΔV = [Vم−Vx،] حيث V.م هو جهد الغشاء و V.x إمكانية انعكاس أيون X) لتغيير إمكانات غشاء الخلية. يحدد التدرج الكهروكيميائي ما إذا كان أيون يتحرك داخل الخلية (تيار إزالة الاستقطاب للكاتيونات) أو خارج الخلية (تيار إعادة استقطاب الكاتيونات). يتم الحفاظ على استتباب تركيزات الأيونات داخل الخلايا من خلال عمليات النقل النشطة والمقرونة التي ترتبط بشكل مباشر أو غير مباشر بالتحلل المائي ATP.

القنوات الأيونية لها خاصيتان أساسيتان ، نفاذ الأيونات والبوابة. 4 تغلغل الأيونات يصف الحركة عبر القناة المفتوحة. تعد النفاذية الانتقائية للقنوات الأيونية إلى أيونات معينة أساسًا لتصنيف القنوات الأيونية (على سبيل المثال ، قنوات Na + و K + و Ca 2+). الحجم ، التكافؤ ، وطاقة الترطيب هي محددات مهمة للانتقائية. نسبة الانتقائية للكاتيونات القلوية الهامة بيولوجيا عالية. على سبيل المثال ، انتقائية Na +: K + لقنوات الصوديوم هي 10: 1. لا تعمل القنوات الأيونية كمسام بسيطة مملوءة بالسوائل ، ولكنها توفر مواقع ربط متعددة للأيونات أثناء عبورها الغشاء. تصبح الأيونات مجففة أثناء عبورها الغشاء حيث يفضل تفاعل موقع الارتباط الأيوني على التفاعل الأيوني والماء. مثل تفاعل الإنزيم مع الركيزة ، يكون ارتباط الأيون النافذ قابلاً للتشبع. يتم شغل معظم القنوات الأيونية منفردة أثناء التخلل ، وقد يتم احتلال بعض قنوات K +. نموذج الدائرة المكافئ للقناة الأيونية هو نموذج المقاوم. الجهد الكهروكيميائي ، V هو القوة الدافعة لحركة الأيونات عبر غشاء الخلية. المقاومات البسيطة لها علاقة خطية بين ΔV والتيار I (قانون أوم ، I = ΔV /ص= ΔVg ، حيث g هي توصيل القناة). معظم القنوات الأيونية لها علاقة غير خطية بالجهد الكهربي. بالنسبة لنفس القيمة المطلقة لـ ΔV ، يعتمد حجم التيار على اتجاه حركة الأيونات داخل الخلايا أو خارجها. تسمى هذه الخاصية بالتصحيح وهي خاصية مهمة لقنوات K + التي تمرر تيارًا خارجيًا قليلًا عند الإمكانات الموجبة (منزوعة الاستقطاب). تختلف آلية التصحيح الجزيئي باختلاف نوع القناة الأيونية. الكتلة بواسطة Mg + الداخلية والكاتيونات متعددة التكافؤ هي آلية التصحيح الداخلي القوي الذي يظهره العديد من قنوات K +. 5

البوابة هي آلية فتح وإغلاق القنوات الأيونية وهي الخاصية الرئيسية الثانية لها. يتم تصنيف قنوات الأيونات أيضًا من خلال آلية البوابات الخاصة بها: بوابات تعتمد على الجهد ، وتعتمد على الترابط ، وحساسة للميكانيكية. تغير القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي من توصيلها استجابةً للتغيرات في إمكانات الغشاء. يعتبر البوابات المعتمدة على الجهد هي الآلية الأكثر شيوعًا للبوابة التي لوحظت في القنوات الأيونية. يتم فتح غالبية القنوات الأيونية استجابة لإزالة الاستقطاب. القناة الحالية لجهاز تنظيم ضربات القلب (أناF القناة) استجابة لفرط الاستقطاب الغشائي. يختلف شدة الانحدار في اعتماد الجهد على الفتح أو التنشيط بين القنوات. تزيد قنوات الصوديوم من تنشيطها بمقدار ≈e-fold (2.73) لـ 4 mV من إزالة الاستقطاب في المقابل ، يزيد تنشيط قناة K + أضعاف e-fold لمدة 5 مللي فولت من إزالة الاستقطاب. 4

القنوات الأيونية لها آليتان للإغلاق. تدخل قنوات معينة مثل قنوات Na + و Ca 2+ في حالة مغلقة معطلة أثناء استمرار إزالة الاستقطاب. لاستعادة قدرتها على الفتح ، يجب أن تخضع القناة لعملية استرداد في إمكانات مفرطة الاستقطاب. يمكن أيضًا الوصول إلى الحالة المعطلة من الحالة المغلقة. التثبيط هو أساس المقاومة في عضلة القلب وهو أساسي للوقاية من إعادة الإثارة المبكرة. تمت مناقشة الآليات المتعددة لتعطيل النشاط أدناه. إذا تم إرجاع إمكانات الغشاء فجأة إلى قيمته المفرطة الاستقطاب (السكون) أثناء فتح القناة ، يتم إغلاقها عن طريق التعطيل ، وهو انعكاس لعملية التنشيط العادية. يمكن تلخيص هذه التحولات من خلال مخطط الحالة التالي (كما هو مقترح لقناة Na + 6):

قد يحدث الانتقال من C → I من حالات مغلقة متعددة. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه الحالات غير موصلة ، يصعب حل حركية الانتقال بينها على وجه اليقين.

البوابة المعتمدة على الترابط هي ثاني أكبر آلية بوابات للقنوات الأيونية القلبية. القناة الأكثر دراسة من هذه الفئة هي قناة K + المفعّلة بالأستيل كولين (Ach). يرتبط الأسيتيل كولين بالمستقبلات المسكارينية M-2 وينشط مسار إشارات البروتين G ، ويبلغ ذروته في إطلاق الوحدات الفرعية Gαi و Gβγ. تنشط الوحدة الفرعية Gβγ قناة K + المعدلة للداخل ، أناكاش يختصر جهد الفعل ويقلل من منحدر إزالة الاستقطاب الانبساطي في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب. أناكاش القنوات هي الأكثر وفرة في الأذينين و SA والعقد الأذينية البطينية. أناكاش التنشيط هو جزء من آلية التحكم بالقلب المبهم. قناة K + الحساسة لـ ATP ، والتي يطلق عليها أيضًا قناة K + المنشّطة بواسطة ADP ، هي قناة ذات بوابات ترابطية موزعة بكثرة في جميع مناطق القلب. يتناسب احتمال فتح هذه القناة مع نسبة [ADP] / [ATP]. تربط هذه القناة شكل جهد الفعل بالحالة الأيضية للخلية. يؤدي استنفاد الطاقة أثناء نقص التروية إلى زيادة نسبة [ADP] / [ATP] ، وتنشط أناK ATP، ويختصر إمكانات الإجراء. ينتج عن إمكانات الإجراء المختصرة توليد قوة أقل وقد تكون واقية من القلب. تلعب هذه القناة أيضًا دورًا رئيسيًا في التكييف المسبق الإقفاري.

الأقل دراسة هي القنوات ذات الحساسية الميكانيكية أو التي يتم تنشيطها بالتمدد. إنها تنتمي إلى فئة من القنوات الأيونية التي يمكنها تحويل مدخلات فيزيائية مثل الامتداد إلى إشارة كهربائية من خلال تغيير في توصيل القناة. يعد توسع القلب الحاد سببًا معروفًا لاضطراب نظم القلب. تعتبر القناة التي يتم تنشيطها بالتمدد مركزية في آلية عدم انتظام ضربات القلب هذه. قد يؤدي أيضًا تأثير جدار الصدر الحاد في أجزاء مناسبة من الدورة القلبية إلى حدوث انقباض في البطين المبكر أو رجفان بطيني (الرجفان البطيني في قلب مفترق القلب). القنوات التي تنقل التأثير إلى حدث كهربائي غير معروفة.

تم استنساخ القنوات الأيونية الرئيسية التي تشكل إمكانات الفعل وتسلسلها. يسرد الجدول 1 نسخ الوحدات الفرعية الأولية للقنوات الأيونية الرئيسية. على مدار العقدين الماضيين ، كان تركيز البحث على العلاقة بين بنية القناة ووظيفتها ، بما في ذلك الأسس الجزيئية لعمليات التخلل والبوابة. ركزت الدراسات الحديثة على البنى التحتية الجزيئية التي تشكل القنوات الأيونية جزءًا منها. 7،8 لا يتم توزيع القنوات بشكل عشوائي في الغشاء ، ولكنها تميل إلى التجمع عند القرص المقحم بالاقتران مع الوحدات الفرعية المعدلة. تحتوي قناة الصوديوم على موقع ارتباط للبروتين الهيكلي ankryin والطفرات التي تؤثر على موقع ارتباطها تؤدي إلى LQTS أو متلازمة Brugada. 9

الجدول 1. التيارات الغشائية التي تولد جهد الفعل

قنوات الصوديوم

قنوات الصوديوم هي النوع المقوس للقنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي. 10 قناة الصوديوم القلبية البشرية hNaالخامس1.5 هو عضو في عائلة قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي (hNaالخامسمن 1 إلى 9). تتكون القناة من وحدات فرعية α- أولية ومتعددة ثانوية. عند دراستها في نظام تعبير للثدييات ، فإن الوحدة الفرعية α لـ hNaالخامس1.5 كافي لتوليد تيار صوديوم بسمات مميزة للتيار في الخلايا الأصلية. تزيد الوحدة الفرعية -1 من مستوى التعبير وتغير بوابة قناة الصوديوم العصبية. لم يتم تحديد دور مماثل للوحدة الفرعية β1 لقناة الصوديوم القلبية.

تتكون قناة الصوديوم من 4 مجالات متجانسة ، DI - DIV 11،12 مرتبة في تناظر دائري رباعي أضعاف لتشكيل القناة (الشكل 2). يتكون كل مجال من 6 مقاطع غشائية ، من S1 إلى S6. يتم ربط الأجزاء الممتدة للغشاء بواسطة حلقات متناوبة داخل وخارج الخلية. تسمى الحلقات بين S5 و S6 لكل مجال منحنى الحلقات P مرة أخرى في الغشاء لتشكيل المسام. يحتوي كل مقطع S4 على حمض أميني موجب الشحنة في كل موضع ثالث أو رابع ويعمل كمستشعر لجهد الغشاء. تولد حركة هذه الشحنات عبر الغشاء أثناء بوابة القناة تيارات صغيرة يمكن تسجيلها بدقة عالية. تم اقتراح انتقال انتقال مستشعر الجهد إلى S-5 كعنصر حاسم في بوابة القناة.

الشكل 2. تنظيم الغشاء المفترض لقناة الصوديوم. تتكون القناة من 4 مجالات متجانسة ، من D1 إلى D1V. النهايات الأمينية والكربوكسيلية داخل الخلايا. الرسوم الموجبة (+) على الجزء الرابع عبر الغشاء واضحة ، وكذلك الحلقات الممتدة خارج الخلية بين S5 و S6 لكل مجال. يتم أيضًا عرض أمثلة للمواضع التي تسبب فيها الطفرات المميزة وظيفيًا متلازمة بروجادا ، و LQT3 ، ومتلازمة التداخل (متلازمة بروجادا / LQT3) ، ومرض نظام التوصيل المعزول. مستنسخة بإذن من هربرت وشاهين. 46

سمح رباعي الذيفان العصبي عالي الفعالية (TTX) والطفرة المنهجية للمخلفات في الحلقة بتحديد مبدئي لبقايا الأحماض الأمينية التي تعتبر بالغة الأهمية لتغلغل الأيونات ، وتشمل هذه البقايا الأسبارتات ، والجلوتامات ، والليسين ، والألانين (D ، E ، K ، و أ) التي ساهمت بها D1 حتى D4 ، على التوالي. يعتبر اللايسين (K) في المجال الثالث أمرًا بالغ الأهمية لانتقائية Na: K. يؤدي تحور المخلفات المتعددة في D4 إلى جعل القناة غير انتقائية.

تفتح كل قناة صوديوم لفترة وجيزة جدًا (& لتر 1 مللي ثانية) خلال أكثر من 99٪ من حالات إزالة الاستقطاب. 13،14 تعرض القناة أحيانًا أوضاع بوابات بديلة تتكون من فتحات موجزة معزولة تحدث بعد فترات انتقال متغيرة وطويلة ورشقات من الفتحات تفتح خلالها القناة بشكل متكرر لمئات من الألف من الثانية. الفتحات الموجزة المعزولة هي نتيجة العودة العرضية من الحالة المعطلة. انفجارات الفتحات هي نتيجة لفشل عرضي في التعطيل. 13،15 طفرات قناة الصوديوم التي تفضل أنماط البوابات البطيئة هذه هي أساس مجموعة فرعية من متلازمات QT الطويلة (LQT3). 16

يعد تعطيل قناة الصوديوم عملية متعددة الأوجه قد تحدث في إطار زمني يبلغ مللي ثانية أو ثوانٍ أو عشرات الثواني ، اعتمادًا على مدة إزالة الاستقطاب السابقة. 17 استجابة لإزالة الاستقطاب لعشرات الألف من الثانية ، تكون العملية سريعة. يتطور التثبيط الوسيط والبطيء على مدى مئات من المللي ثانية ، على سبيل المثال خلال مسار جهد الفعل الطبيعي واستجابة لقطارات من إمكانات الفعل. جزء القنوات المتاحة للفتح (1 - الكسر المعطل) ، يُرمز إليه بـ h، من ≈1 عند −90 مللي فولت إلى صفر عند ≈ − 40 مللي فولت. يكمن الأساس الهيكلي لتعطيل قناة الصوديوم السريع في الرابط بين المجالات بين DIII و DIV (ID111 / IV). يتم حفظ تسلسل الأحماض الأمينية الأولية لهذه المنطقة بشكل كبير بين الأنواع والأنواع الفرعية لقناة الصوديوم. تم حل البنية الثلاثية للمنطقة عن طريق التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. 18 الشكل المفترض هو شكل قرص مائل ينثني في الغشاء لإغلاق المسام. ثلاثي الأحماض الأمينية آيسولوسين ، فينيل ألانين ، ميثيونين (IFM) أمر حاسم لتعطيل طفرة IFM → QQQ تلغي التعطيل. 19 لم يتم تحديد موقع المستقبل الذي يرتبط به الثلاثي. تلعب محطة الكربوكسيل أيضًا دورًا مهمًا في تعطيل قناة الصوديوم.

تحتوي قناة الصوديوم القلبية على مواقع إجماع على الفسفرة بواسطة بروتين كيناز (PKA) ، وبروتين كيناز سي (PKC) ، وكا-كالمودولين كيناز. بيانات عن آثار PKA على أنانا مثيرة للجدل ، حيث أشارت بعض الدراسات إلى انخفاض في التيار بينما أبلغ البعض الآخر عن زيادة. 20-22 تؤدي عملية فسفرة القناة بواسطة PKC إلى انخفاض في أنانا. تم مؤخرًا إنشاء تعديل قناة Na بواسطة نازعة هيدروجين الجلسرين -3 فوسفات مثل 1 كيناز من خلال تحديد شبيه بمتلازمة بروجادا وطفرة في الإنزيم. 23 أظهر التعبير في المختبر أن عمل الإنزيم يرتبط بانخفاض في أنانا.

ارتبطت الطفرات في جين قناة الصوديوم القلبية SCN5A بـ LQTS ومتلازمة بروجادا ومرض نظام التوصيل القلبي الأولي (PCCP) واعتلال عضلة القلب التوسعي (الجدول 4). 24 متلازمة QT الطويلة هي نتيجة لعيوب في التعطيل الذي يعزز المكون المتأخر لتيار الصوديوم. يكون المكون المتأخر للتيار أكثر حساسية للحجب عن طريق الأدوية المضادة لاضطراب النظم من الفئة 1 من تيار الذروة. ينقص Mexiletine و flecainide المكون المتأخر لتيار الصوديوم واستعادة فترة QT نحو الوضع الطبيعي. 25،26 لقد تم استخدامها لعلاج المرضى الذين يعانون من LQT3 ، وخاصة في فترة حديثي الولادة وفي الأطفال عندما يكون زرع ICD صعبًا تقنيًا. تم وصف طفرات قنوات الصوديوم في 20٪ من مرضى متلازمة بروجادا. 27 تقلل الطفرات تيار الصوديوم نتيجة تخليق البروتينات غير الوظيفية ، أو فشل البروتين في استهداف غشاء الخلية أو التعطيل السريع للقناة. كمجموعة فرعية ، فإن المرضى الذين يعانون من طفرات قناة Na التي تنتج متلازمة بروغادا يعانون من إطالة الفاصل الزمني HV في دراسة الفيزيولوجيا الكهربية. إن آلية ارتفاع مقطع ST وانعكاس الموجة T في المتلازمة مثيرة للجدل. تنظر إحدى المجموعات إلى المتلازمة على أنها في الأساس شذوذ في عودة الاستقطاب 28 يرى آخرون أن متغير قناة Na + عيب في التوصيل. 29 ينتج عن التوصيل البطيء من شغاف القلب إلى النخاب تأخر تنشيط النخاب. يتم عكس تسلسل إعادة الاستقطاب عبر الجاذبية ، مما يؤدي إلى تغيرات موجة ST-T. كما أن الطفرات المرتبطة بمرض التوصيل القلبي الأولي تقلل أيضًا من تيار الصوديوم. 30 تشمل المتلازمات السريرية خلل في العقدة الجيبية ، وتوقف الأذين ، وحجب AV ، وإحصار الحزم (infra-Hisian). قد تحدث متلازمات التداخل لـ LQT3 ومتلازمة بروجادا و PCCD في نفس العائلة أو الفرد. 31 الآليات التي تؤدي بها عيوب الصوديوم إلى اعتلال عضلة القلب التوسعي ليست مفهومة جيدًا. 32 قد يكون تأخير التوصيل طويل الأمد والانكماش غير المتزامن مساهماً.

قناة الصوديوم القلبية هي الركيزة لعمل الأدوية المضادة لاضطراب النظم من الفئة 1 (الجدول 3). القنوات المفتوحة والمعطلة أكثر عرضة للحجب من القنوات المستريحة. قد تكون الكتلة التفاضلية ناتجة عن اختلاف في تقارب الربط أو الوصول المعتمد على الحالة إلى موقع الربط. 33،34 ملزم الأدوية المضادة لاضطراب النظم يحدث في المقام الأول أثناء جهد الفعل. يتم تبديد هذه الكتلة في الفترة الفاصلة بين إمكانات العمل. نظرًا لارتباط معدل ضربات القلب السريع باختصار الفترة الانبساطية وعدم كفاية الوقت للتعافي ، تتراكم الكتلة (أي أنها تعتمد على الاستخدام). يمكن تصنيف الأدوية المضادة لاضطراب النظم من الفئة 1 وفقًا لحركية فك الارتباط ، حيث تُظهر الأدوية المختلفة حركية فك الارتباط السريع أو الوسيط أو البطيء. 35

قنوات الكالسيوم

أيونات الكالسيوم هي أيونات الإشارات الرئيسية داخل الخلايا. أنها تنظم الإثارة-الانقباض اقتران ، وإفراز ، ونشاط العديد من الإنزيمات والقنوات الأيونية. [المرجع المصدق 2+]أنا منظم للغاية على الرغم من التقلبات الملحوظة بين الانقباض والانبساط. قنوات الكالسيوم هي البوابة الرئيسية لدخول الكالسيوم إلى الخلايا وهي نظام من مواقع التخزين داخل الخلايا ، كما تلعب الناقلات مثل مبادل الكالسيوم والصوديوم (NCX) أدوارًا مهمة في [Ca 2+]أنا اللائحة. في عضلة القلب ، هناك نوعان من قنوات Ca 2+ ، L- (نوع عتبة منخفضة) ونوع T (نوع عابر) ، تنقل Ca 2+ إلى الخلايا. توجد القناة من النوع L في جميع أنواع الخلايا القلبية. توجد القناة من النوع T بشكل أساسي في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب والأذيني وخلايا بوركينجي. يشير الواصف غير المؤهل Ca 2+ channel إلى القناة من النوع L. يتناقض الجدول 2 مع خصائص نوعي القنوات.

الجدول 2. مقارنة بين قنوات L-Type و T-Type Ca 2+

مزيج من 5 وحدات فرعية ، α1، α2توحد β و γ و δ لتشكيل القناة في حالتها الأصلية. α1 ج الوحدة الفرعية ، كاليفورنياالخامس1.2 ، هي الوحدة الفرعية الخاصة بالقلب. تزيد الوحدة الفرعية من تعبير القناة بمقدار 10 أضعاف وتسرع من حركية التنشيط والتعطيل. تحتوي قنوات Ca 2+ على بنية مشابهة لقناة الصوديوم: 4 مجالات متجانسة تتكون كل منها من 6 مقاطع غشائية. تساهم الحلقة P لكل مجال ببقايا الغلوتامات (E) في بنية المسام. هذه البقايا (EEEE) ضرورية لانتقائية الكالسيوم ، يمكن تحويل القناة من قناة حساسة للكالسيوم 2+ إلى قناة ذات حساسية عالية الكاتيون أحادية التكافؤ عن طريق تحوير بقايا الغلوتامات. 36 تساهم العديد من الآليات الجزيئية في نظام معقد من التعطيل. يقلل استقطاب الغشاء من الكسر (د) من القنوات المتاحة للفتح د يختلف من 1 عند ≈ − 45 مللي فولت إلى 0 عند صفر بالسيارات. يحتوي طرف الكربوكسيل على عدة مواقع ربط Ca 2+ ونشاط كيناز يعتمد على Ca-calodulin. تلعب Ca 2+ في المنطقة المجاورة مباشرة للقناة والفسفرة أيضًا أدوارًا في تعطيل القناة. يمكن أن يؤدي إعادة امتصاص Ca 2+ بواسطة الشبكة الساركوبلازمية أثناء إزالة الاستقطاب لفترات طويلة إلى التعافي من تعطيل Ca 2+ المعتمد وتمكين إزالة الاستقطاب الثانوي. قد يكون هذا هو الأساس لما بعد الاستقطاب المبكر ، EADs التي تؤدي إلى VT متعدد الأشكال في LQTS. تعتبر الحركية الكلية لقناة الكالسيوم مهمة في التحكم في الانقباض استجابة لأنماط مختلفة من التحفيز. في إمكانات الغشاء المنخفضة (منزوعة الاستقطاب) ، يتم استعادة أناكاليفورنيا من التعطيل بين إمكانات العمل بطيء أناكاليفورنيا ينخفض ​​استجابةً للتحفيز المتكرر ويلاحظ وجود سلم سلبي للانقباض. في إمكانات الراحة الطبيعية ، الانتعاش أناكاليفورنيا من التعطيل سريعًا ، و أناكاليفورنيا قد تزداد تدريجياً أثناء التحفيز المتكرر. هذا الدرج الإيجابي أو تقوية الانقباض التي تعتمد على المعدل تعتمد على Ca 2+. إنها نتيجة التحميل المعزز للشبكة الساركوبلازمية ويمكن تسهيلها عن طريق الفسفرة المعتمدة على الكالودولين كيناز II.

متلازمة تيموثي هي مرض متعدد الأجهزة مع LQTS ، وتشوهات معرفية ، ونقص المناعة ، ونقص السكر في الدم ، وارتفاق الأصابع الناتج عن طفرات Caالخامس1.2 37 تحوّل الجلايسين إلى الأرجينين سيرين مجاور إلى موقع إجماع على الفسفرة بواسطة كالمودولين كيناز. تعزز الفسفرة في هذا الموقع وضع بوابة بطيئة لقناة الكالسيوم ، مما يزيد من دخول Ca 2 + وينتج عنه تسمم الخلايا. تم وصف متلازمة الموت المفاجئ التي تجمع بين سمات متلازمة بروغادا ، بما في ذلك نمط تخطيط القلب المميز ، وفترة QT قصيرة. 39 تنتج المتلازمة عن فقدان وظيفة α1- أو β2 ب الوحدة الفرعية للقناة L-type Ca 2+.

قناة Ca 2+ هي الهدف للتفاعل مع الأدوية المضادة لاضطراب النظم من الفئة الرابعة. الأدوية الرئيسية من الفئة الرابعة هي فينيل ألكيلامين وفيراباميل والبنزوثيازيبين وديلتيازيم. يحظر كلا الدواءين قنوات Ca 2+ المفتوحة والمعطلة ، حيث يتسببان في منع التوصيل المعتمد على الاستخدام في الخلايا ذات إمكانات الفعل المعتمدة على Ca 2+ مثل تلك الموجودة في العقد SA- و AV وتبطئ معدل عقدة الجيوب الأنفية. ومع ذلك ، قد تتسبب التأثيرات الخافضة للضغط للفيراباميل في زيادة النغمة الودية وزيادة معدل ضربات القلب. فئة ثالثة من حاصرات قنوات Ca 2+ ، dihydropyridines ، تمنع قنوات Ca 2+ المفتوحة. ومع ذلك ، فإن حركية الانتعاش من الكتلة سريعة بما يكفي بحيث لا ينتج عنها أي تأثير قلبي كبير ولكنها تمنع بشكل فعال قناة Ca 2+ للعضلات الملساء بسبب قدرتها المنخفضة على الراحة.

قنوات البوتاسيوم

تنقسم قنوات القلب K + إلى 3 فئات عامة:أناإلى, أناكور, أناكر، و أناك) ، قنوات المعدل الداخلي (أناك 1, أناكاش، و أناكاتب) ، وتيارات الخلفية K + (TASK-1 ، TWIK-1/2). إن التباين في مستوى التعبير عن هذه القنوات هو الذي يفسر الاختلافات الإقليمية في تكوين جهد الفعل في الأذينين والبطينين وعبر جدار عضلة القلب (شغاف القلب ، منتصف عضلة القلب ، والنخاب). يتم أيضًا تنظيم قنوات K + بدرجة عالية وهي الأساس للتغيير في تكوين إمكانات الإجراء استجابةً للتغير في معدل ضربات القلب.

تتكون قنوات K + ذات الجهد الكهربائي من وحدات α- فرعية رئيسية ووحدات فرعية متعددة. تشمل الوحدات الوظيفية للقناة أيضًا البروتينات التكميلية Kالخامس- القناة المرتبطة بالبروتين KChAP و Kالخامس قناة تفاعل البروتين ، KChIP. تشمل الأنواع الفرعية الرئيسية للوحدات الفرعية α KالخامسN.x (ن = 1 إلى 4) ، قناة HERG (جين KCNH2) ، و KvLQT1 (جين KCNQ1). هم مهمون في توليد تيار خارجي في القلب. أعضاء من Kالخامسقد تتجمع فصيلة N.x الفرعية لتشكيل multimers غير متجانسة من خلال المجالات الأمينية الطرفية المحفوظة. في المقابل ، فإن أعضاء HERG و K.الخامستتجمع العائلات الفرعية LQT1 على هيئة مقاييس متجانسة. يتم تلخيص الوحدات الفرعية α- التي تتجمع لتشكيل الأنواع المختلفة من قنوات K + ودورها في توليد إمكانات الفعل في الجدول 1. تم استنساخ معظم الوحدات الفرعية وتسلسلها. لديهم نشاط اختزال أوكسي. يمكن للوحدات الفرعية α أن تولد تيارًا يعتمد على الجهد K + عند التعبير عنه في أنظمة غير متجانسة. ومع ذلك ، فإن الوحدات الفرعية الملحقة مطلوبة لإعادة تلخيص التيارات K + التي تظهر في الخلايا الأصلية. KChAP (KCHAP) و KChIP (KCNIP2) قد يزيد نشاط القناة بشكل مستقل عن النسخ ويغير حركية القناة. تشبه بنية قنوات K ذات البوابات ذات الجهد الكهربائي 1 من المجالات الأربعة لبوابات Na و Ca 2. تسلسل الأحماض الأمينية glycine-tyrosine-glycine GYG هو متطلب التسلسل لانتقائية K +.

يتكون التيار الخارجي العابر من تيار K + أناإلى 1 وتيار كلوريد Ca 2+ المنشط ، أناإلى 2. الأول يحتوي على مكونات سريعة وبطيئة ، أناإلى,F و أناأصابع. أناtof هو النوع الفرعي الرئيسي المعبر عنه في الأذين البشري أناإلى,F و أناأصابع يتم التعبير عنها في البطين. مناطق عضلة القلب ذات إمكانات العمل القصيرة نسبيًا مثل النخاب والبطين الأيمن والحاجز لديها مستويات أعلى من أناإلى التعبير. بالمقارنة مع قنوات K + الأخرى الموصلة بالجهد الكهربائي ، يتم تنشيط أناإلى سريع (وقت التنشيط ثابت & lt10 مللي ثانية). معدل التعطيل متغير ويعتمد بشكل كبير على الجهد. يقلل تحفيز ألفا الأدرينالية أناإلى في الخلايا العضلية البشرية من خلال الفسفرة المعتمدة على PKA. كما أن التحفيز المزمن ألفا الأدرينالية والأنجيوتنسين II يقللان من تعبير القناة. تأثير تخفيض أناإلى على المدة المحتملة للعمل تختلف باختلاف الأنواع في القوارض ، وانخفاض في أناإلى يطيل مدة العمل المحتملة. في الثدييات الكبيرة ، انخفاض في أناإلى ينقل الهضبة إلى إمكانات أكثر إيجابية مما يزيد من تنشيط المعدل المتأخر ويعزز إعادة الاستقطاب بشكل أسرع. في نموذج القوارض من قصور الغدة الدرقية ، يرتبط إطالة الفعل المحتمل بتقليل أناإلى. يتم تقليل التيار أيضًا في قصور القلب البشري ولكنه يرتبط بإطالة مدة العمل المحتملة. لأن مستوى الهضبة يتم تحديده بواسطة أناإلى، المغيرات التي تنقص أناإلى تحويل الهضبة إلى النطاق الإيجابي للإمكانات. هذا يقلل من القوة الدافعة الكهروكيميائية لـ Ca 2 + وبالتالي أناكاليفورنيا.

المعدل المتأخر K + التيارات أناكور, أناكر، و أناك تعمل ببطء على تنشيط التيارات الخارجية التي تلعب أدوارًا رئيسية في السيطرة على عودة الاستقطاب. يعد تعطيل هذه القنوات بطيئًا بدرجة كافية بحيث تساهم في التيار الخارجي خلال المرحلة 3 من عودة الاستقطاب. أناكور يتم التعبير عنه بشكل كبير في الخلايا العضلية الأذينية وهو أساس لفترة أقصر بكثير من جهد الفعل في الأذين. أناكر يتم التعبير عنه تفاضليًا ، مع وجود مستويات عالية في الأذين الأيسر والشغاف البطيني. أناك يتم التعبير عنها في جميع أنواع الخلايا ، ولكن يتم تقليلها في خلايا عضلة القلب. هذه الخلايا لها أطول مدة عمل محتملة عبر جدار عضلة القلب. يتم تلخيص الوحدات الفرعية α التي تشكل تيارات المعدل المتأخر في الجدول 1. ترتبط الوحدات الفرعية β بـ أناكر و أناك. يعد الببتيد -1 المرتبط بالـ MinK (MiRP-1) و MinK الأكثر دراسة. MiRP-1 و MinK عبارة عن ببتيدات أحادية الغشاء مع طرف أميني خارج الخلية. تعتبر الوحدات الفرعية β غير موصلة ولكنها تنظم وظيفة الوحدة الفرعية α ، بما في ذلك البوابات والاستجابة للتحفيز الودي والعقاقير. ينظم تنشيط β- الأدرينالية أناكر من خلال تنشيط بروتين كيناز أ ورفع c-AMP. التأثير السابق مثبط والآخر تحفيزي من خلال الارتباط بمجال ربط النوكليوتيدات الحلقية للقناة. تحفيز ألفا الأدرينالية مثبط.

يزيد التحفيز الأدرينالي أناك من خلال الفسفرة المعتمدة على PKA. يتضمن هذا الإجراء مركب PKA وبروتين فوسفاتاز 1 ومحول بروتين yotaio. 7 طفرات قناة الأيونات التي تعطل وظيفة المعقد تؤدي إلى إطالة أمد الفعل المحتمل لـ LQT1. تنظم حاصرات بيتا الأدرينالية هذا المركب بشكل غير مباشر وهي خيارات علاجية مهمة في LQT1.

تيار قناة المعدل الداخلي أناك 1 يحدد إمكانات غشاء الراحة في الخلايا الأذينية والبطينية. يكون تعبير القناة أعلى بكثير في البطين ويحمي خلية البطين من نشاط جهاز تنظيم ضربات القلب. التصحيح الداخلي القوي لـ أناك 1 يحد من التيار الخارج خلال المراحل 0 و 1 و 2 من جهد الفعل. هذا يحد من التيار الخارج خلال المرحلة الإيجابية من جهد الفعل ويمنح كفاءة نشطة في توليد إمكانات الفعل. لأن كتلة التيار الخارجي بواسطة Mg + داخل الخلايا ومركبات الأمينات المتعددة يتم التخلص منها أثناء إعادة الاستقطاب ، أناك 1 يقدم مساهمة كبيرة في المرحلة 3 من عودة الاستقطاب.

قناة K + المنشط بالأستيل كولين هي عضو في قنوات البوتاسيوم المقترنة ببروتين G إلى الداخل. يتم التعبير عن القناة بشكل كبير في العقدتين SA و AV والأذينين ، ولكن منخفضة في البطين. تفعيل أناكاش يفرط استقطاب الغشاء ويختصر جهد الفعل. تباطأ المرحلة 4 من إزالة الاستقطاب لخلايا جهاز تنظيم ضربات القلب. هيكل القناة مشابه لهيكل أناك 1. ينشط ارتباط أستيل كولين بالمستقبلات المسكارينية M2 بروتين G Gأنا وإطلاق الوحدات الفرعية G وجβγ. المفكك Gβγ ترتبط الوحدة الفرعية بالقناة وأنشطتها. يؤدي ارتباط الأدينوزين بمستقبل P1 أيضًا إلى إطلاق Gβγ وتفعيل القناة. الميثيل زانتينات مثل الثيوفيلين تحجب مستقبل P1 وتعادي تأثيرات الأدينوزين. ينتج عن تعايش المقوم الداخلي K + قناة Kir6.x ومستقبلات السلفونيل يوريا قنوات ذات خصائص مشابهة للخواص الأصلية أناكاتب.

تعد طفرات الجينات التي تشفر قنوات K القلبية هي الأسباب الرئيسية لاضطراب النظم الناتج عن عودة الاستقطاب غير الطبيعي (الجدول 4). 40 طفرة من KCNQ1 ، الجين المشفر K.الخامسيمثل LQT1 و KCNH2 ، الجين المشفر HERG ، أكثر من 80 ٪ من LQTS السائد (متلازمة رومانو وارد). الصمم الحسي العصبي الثنائي هو جزء من الشكل المتنحي الجسدي (متلازمة جيرفيل ولانج نيلسن). تعد طفرات الوحدة الفرعية α KCNJ2 والوحدات الفرعية لـ KVLQT1 و HERG من الأسباب الثانوية لـ LQTS. غالبية هذه الطفرات لها تأثير سلبي مهيمن ، حيث تتجمع مع الوحدات الفرعية العادية ، ولكنها تضعف وظيفتها. قد يؤدي تعدد الأشكال للجينات التي تشفر قنوات K + إلى زيادة القابلية للإصابة بـ LQTS التي يسببها الدواء. اكتساب طفرات وظيفية أناكر, أناك, أناك 1 تسبب تسارع ملحوظ في عودة الاستقطاب ومتلازمة QT القصيرة. كما ارتبطت طفرات هذه الوحدات الفرعية بالرجفان الأذيني العائلي.

الجدول 3. تصنيف إجراءات الأدوية المضادة لاضطراب النظم

الجدول 4. الأساس الجيني لعدم انتظام ضربات القلب الوراثي

تعد قنوات القلب K + أهدافًا لعمل الأدوية المضادة لاضطراب النظم من الدرجة الثالثة. تعتبر قناة HERG شديدة التأثر بالحجب عن طريق مجموعة واسعة من الأدوية التي لا تُستخدم بشكل أساسي لعلاج عدم انتظام ضربات القلب ، بما في ذلك مضادات الذهان والمضادات الحيوية لماكرولايد. تأثير حجب قناة K + القوي لحسابات الكينيدين والبروكيناميد وديسوبيراميد لعملهم QT المطول وأحيانًا torsade de pointes. تنتج حاصرات HERG حصارًا أكبر عند بطء معدل ضربات القلب ، حيث تميل كتلة حاصرات معدل ضربات القلب إلى التبدد أثناء معدلات ضربات القلب السريعة لتسرع القلب ، وهو ما يسمى بالاعتماد على الاستخدام العكسي. الأميودارون استثنائي لأنه ينتج حصار قناة K + الذي يظهر القليل من الاعتماد على الاستخدام. على الرغم من أن الأدوية المضادة لاضطراب النظم قد لا تحظى باهتمام إدارة تسرع القلب البطيني ، إلا أنها تحتفظ بدور مهم في منع تكرار الرجفان الأذيني. اكتشاف التوزيع الأذيني النوعي لـ أناكور جعلت هذه القناة هدفًا لعلاجات جديدة للرجفان الأذيني. عقار vernakalant هو أ أناكور/ مانع قناة Na ويخضع لمراجعة من قبل إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) من أجل الإنهاء الحاد للرجفان الأذيني.

قناة النوكليوتيدات الحلقية المنشطة بفرط الاستقطاب

تعد النظم الذاتية واحدة من أكثر السمات المميزة لخلايا القلب وتوجد في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب في نظام التوصيل المتخصص ، بما في ذلك العقد SA و AV ونظام His-Purkinje. يعمل نشاط منظم ضربات القلب على بدء النشاط الكهربائي للقلب والحفاظ عليه بشكل مستقل عن التعصيب الأساسي. المرحلة الرابعة من إزالة الاستقطاب الانبساطي هي سمة من سمات خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب. تساهم العديد من القنوات الأيونية في إزالة الاستقطاب في المرحلة 4: يتم تنشيط تيار قناة K + أثناء جهد الفعل السابق ، تيار Na + في الخلفية ، تبادل الصوديوم والكالسيوم ، أناF قناة ، والقنوات L- و T- نوع Ca 2+. ومع ذلك ، فإن أناF القناة الحالية فريدة من نوعها لهذه العملية. على عكس القنوات ذات الجهد الكهربائي الأخرى ، أناF يتم تنشيطه عن طريق فرط الاستقطاب السلبي إلى -40 mV. القناة ليست انتقائية للغاية لـ Na + على K + ولها إمكانية انعكاس (Er) من −10 إلى −20 mV. لذلك ، فإنه يحمل تيارًا داخليًا في جميع أنحاء نطاق إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب. تقلل المرحلة 4 من الاستقطاب من الغشاء إلى عتبة التنشيط التجديدي لـ أناقط و أناCaL.

ترميز الجينات أناF تم استنساخ القنوات وتسلسلها في العقد الماضي. أناF القنوات (النوكليوتيدات الحلقية المنشطة بفرط الاستقطاب [HCN] I – HCN4) هي أعضاء في عائلة من قنوات النوكليوتيدات الحلقية المنشطة ذات الجهد الكهربائي. على الرغم من أن أعضاء هذه العائلة من القنوات يتم التعبير عنها في القلب والدماغ ، يتم التعبير عن HCN2 و HCN4 في القلب. التعبير منظم تنمويًا وإقليميًا. الخلايا العضلية البطينية القلبية الوليدية التي تظهر نشاط منظم ضربات القلب تعبر في الغالب عن HCN2. ينخفض ​​التعبير عن HCN2 في مرحلة البلوغ. HCN4 هو النوع الفرعي المعبر عنه أساسًا في العقدة الجيبية ، العقدة الأذينية البطينية ، ونظام التوصيل البطيني. الضربة القاضية للجين HCN4 مميتة جنينية. يتم تشكيل القنوات من خلال تجميع 4 وحدات فرعية α ، كل منها بهيكل مشابه لتركيب قنوات K + ذات الجهد الكهربائي. يؤدي ربط cAMP إلى هذا المجال إلى تحويل اعتماد الجهد أناF التنشيط لمزيد من الإمكانات المزيلة للاستقطاب وزيادة معدل تصريف جهاز تنظيم ضربات القلب. البروتونات تحول تفعيل أناF إلى إمكانات أكثر استقطابًا ونشاطًا بطيئًا لجهاز تنظيم ضربات القلب. ال أناF القناة هي الهدف لفئة جديدة من عوامل بطء القلب ، على سبيل المثال ، إيفابرادين. لديهم ميزة على β- حاصرات من حيث أنها تبطئ معدل ضربات القلب دون مساوئ التقلص العضلي السلبي أو انخفاض ضغط الدم. لقد أثبتوا فعاليتهم في إدارة المرضى الذين يعانون من الذبحة الصدرية المستقرة المزمنة.

ظهرت تقارير معزولة عن طفرات في جين HCN4 مؤخرًا. كان أحد أفراد العائلة يعاني من بطء القلب الجيوب الأنفية مجهول السبب وعدم الكفاءة المزمنة التغذوية. تم وصف بطء القلب الشديد وإطالة QT و torsade de pointes في عائلة أخرى. أناF يتم تنظيم التعبير في تضخم القلب وفشل القلب الاحتقاني. قد تساهم هذه الاستجابة في عدم انتظام ضربات القلب التي لوحظت في هذه الحالات المرضية.

قنوات تقاطع الفجوة

كانت أنسجة القلب مكونة من خلايا منفصلة كانت ملاحظة أساسية في بيولوجيا الخلية. يتطلب التوصيل السريع للنبض القلبي وجود اتصالات مقاومة منخفضة بين خلايا القلب. 42 ترتبط سرعة الانتشار في كبل موحد بشكل عكسي بالمقاومة الداخلية (الداخلية) بين الخلايا ، وتفضل المقاومة الداخلية المنخفضة التوصيل السريع. تشكل قنوات الوصلات الفجوة روابط المقاومة المنخفضة بين خلايا القلب. 43 في الشباب ، يتم توزيع تقاطعات الفجوة على نطاق واسع على سطح الخلايا. تصبح الخلايا مستطيلة ومرتبة في حزم متوازية في القلب البالغ ، وتصبح الوصلات الفراغية موضعية بشكل أساسي في نهايات الخلايا. تكون كثافة تقاطعات الفجوة أقل في الهوامش الجانبية للخلايا ، وخاصة الخلايا العضلية لنظام التوصيل. هذا التوزيع غير المنتظم لتقاطعات الفجوة يغير نمط التوصيل وأمانه. يحدث التكاثر بسرعة من خلال سيتوبلازم الخلايا ويبطئ عند التقاطعات بين الخلايا ، أي أن التوصيل غير مستمر. يكون التوصيل أسرع في الاتجاه الطولي ، مع نسب سرعة تتراوح من 3 إلى 8 للاتجاه الطولي مقارنة بالاتجاه العرضي. تؤدي الكثافة العالية لتقاطع الفجوة في الاتجاه الطولي إلى تفريغ التيار المثير أثناء الانتشار. من المرجح أن يفشل التوصيل الطولي. يكون التوصيل أكثر ثباتًا في الاتجاه العرضي ويمكن أن يحدث بمعدلات بطيئة جدًا.

يساهم كل زوج من الخلايا المجاورة في قنوات نصية أو وصلات في التقاطع. تتكون الروابط من 6 كونيكسينات. هذه هي اللبنات الأساسية للتقاطع. يتم التعبير عن ثلاثة أنواع من connexins في القلب ويتم تحديدها على أساس الوزن الجزيئي: connexin 40 و connexin 43 و connexin 45 (الأوزان الجزيئية 40 و 43 و 45 كيلو دالتون). Connexin 43 هو Connexin الرئيسي المعبر عنه في القلب. الاختلافات الإقليمية في نوع وتوزيع connexins هي محددات مهمة للانتشار السلبي للإثارة عبر الحدود مثل تلك الخاصة بعقد SA و AV. قد يتم تجميع connexins كقنوات متجانسة أو مغايرة متعددة القنوات.

يتم تنظيم توصيل قنوات الوصلة الفجوة في حالات الصحة والمرض. بروتين كيناز أ فسفرة وانخفاض درجة الحموضة يقلل من التوصيل الوصلي. قد يكون الأخير عاملاً مهمًا يساهم في إبطاء التوصيل أثناء نقص التروية الحاد. مع تقدم العمر ، تنخفض كثافة تقاطعات الفجوة ويتم فصل الخلايا عن طريق حواجز النسيج الضام. هذا يفضل حدوث التوصيل البطيء ، والمخططات الكهربائية خارج الخلية المجزأة ، والكتل.

تقاطعات الفجوة هي أهداف فئة جديدة من الأدوية المضادة لاضطراب النظم. 44 الببتيد المضاد لاضطراب النظم (AAP) يثبط تباطؤ التوصيل الناجم عن نقص التروية. يمنع rotigaptide التناظري تسرع القلب البطيني الناجم عن نقص التروية.

الاتجاهات المستقبلية

إن استنساخ وتسلسل جينات القناة الأيونية التي تنظم إمكانات الفعل يبشران بإمكانية التلاعب بهذه الجينات لعلاج اضطرابات نظم القلب. تم إثبات المبدأ. المشكلة الأولية التي تم تناولها هي التحكم في الاستجابة البطينية للرجفان الأذيني. حاصرات بيتا الأدرينالية هي الأدوية الأكثر استخدامًا للتحكم في الاستجابة البطينية في الرجفان الأذيني. يقلل التثبيط الأدرينالي داخل الخلايا [cAMP] وتيار الكالسيوم 2+. سيؤدي ذلك إلى إبطاء التوصيل عبر العقدة الأذينية البطينية. طور دوناهو وزملاؤه استراتيجية غير مباشرة لتقليل النشاط الودي في الخلايا العقدية الأذينية البطينية. 45 قاموا بإدخال بروتين G المثبط Gαi في ناقل غدي. ناقل الفيروس الغدي- Gαi تم غرس البناء في الشريان العقدي AV للخنازير المصابة بالرجفان الأذيني. جيαi أدى الإفراط في التعبير إلى انخفاض معدل ضربات القلب في الرجفان الأذيني بنسبة 20٪ مقارنة بالحالة الخالية من الأدوية. كان استمرار التأثير محدودًا وكان توصيل الناقل صعبًا في الحالة السريرية.

متلازمة الجيوب الأنفية المريضة هي السبب الأكثر شيوعًا لزرع جهاز تنظيم ضربات القلب الدائم. قد تكون الاستراتيجية الجينية لعلاج فشل العقدة الجيبية جذابة. في مساهمة سابقة في هذه السلسلة ، قدم روزين وزملاؤه مراجعة حديثة حول النهج الجيني لتطوير أجهزة تنظيم ضربات القلب البيولوجية عن طريق التلاعب بجين HCN4. 47 أجهزة تنظيم ضربات القلب البيولوجية لها معدلات بطيئة نسبيًا. يركز الجهد الأولي على منظم ضربات القلب البيولوجي الذي يكمل جهاز تنظيم ضربات القلب الطبيعي بدلاً من استبداله.

الإفصاحات

حصل الدكتور جرانت على تكريم من Boston Scientific و Medtronic و St Jude Medical و Sanofi Aventis.


القوى الدافعة

يمكن تعريف نفاذية الغشاء على أنها معدل الانتشار السلبي للجزيئات المتخللة عبر الغشاء الحيوي. من المقبول بالإجماع أن نفاذية أي جزيء معين تعتمد بشكل أساسي على عدد الشحنة والقطبية والحجم وإلى حد ما على الكتلة المولية للجزيء. وتجدر الإشارة إلى أن كلا من طبيعة الطبقة الثنائية والبيئات السائدة يمكن أن تلعب دورًا مهمًا أيضًا. كما ذكرنا سابقًا ، بسبب الطبيعة الحتمية الكارهة للماء للأغشية الحيوية ، تمر الجزيئات الصغيرة غير المشحونة عبر الغشاء بسهولة أكبر من الجزيئات الكبيرة المشحونة [6].

مع الأنواع المشحونة (على سبيل المثال ، Na +) ، فإن تأثير إمكانات الغشاء (الخامس) يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار. تتميز معظم الخلايا بفرق جهد غشاء قدره -70 مللي فولت (الخامسداخل - الخامسفي الخارج). دعونا نفكر أولاً في مثال على Cl - ion لتوضيح المشكلة. بالنسبة إلى Cl - ، يكون تدرج التركيز باتجاه داخل الخلية (Cخارج الخلية = 125 ملي أمبير أمبير جداخل الخلايا = 9 ملم). لذلك ، هناك قوة دافعة للانتشار لـ Cl - لتنتشر على طول تدرج التركيز في الخلية. ومع ذلك ، يتم توجيه المجال الكهربائي إلى الخلية (الخامسداخل & lt الخامسفي الخارج) ، ودفع الأيونات سالبة الشحنة. لذلك ، يتحقق التوازن عند تدفق وتدفق Cl - على مستوى بعضها البعض. يُطلق على جهد الغشاء الذي يحدث عنده هذا التوازن إمكانات التوازن التي يمكن حسابها بواسطة معادلة نرنست [7]:

لاحظ أنه تم الحصول على هذه العلاقة من معادلة النقل الأيوني لصفر تغير الطاقة الحرة جيبس ​​(أي التوازن الديناميكي الحراري).

بعد ذلك ، سيكون من المفيد تحديد فرق محتمل للقوة الدافعة كـ الخامسمدافع = الخامسزنزانة - الخامسحالة توازن. بهذا التعريف ، سلبي الخامسمدافع يعني الامتصاص السلبي والخروج من الكاتيونات والأنيونات ، على التوالي. على سبيل المثال ، بالنسبة لحالة Cl - ، الخامسمدافع = 0.3 مللي فولت يشير إلى انتشار Cl في الخلية. وينطبق الشيء نفسه على Na + أين الخامسمدافع = -127.3 مللي فولت. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال بالنسبة للأيونات الأخرى مثل K + والتي سيتم دفعها للخارج بواسطة صافي الجهد الكهربائي الخامسمدافع 11.2 مللي فولت.

علاوة على ذلك ، ضخمة الخامسمدافع القيم (فرق كبير بين الخامسزنزانة و الخامسحالة توازن) لبعض الأيونات مثل Na + و K + و Ca + تشير إلى وجود قوى أخرى إلى جانب التدرجات الكيميائية والكهربائية اللازمة للنقل. في مثل هذه الظروف ، يلزم وجود ناقلات سلبية (قنوات بروتينية) أو ناقلات نشطة لنقل الأيونات.


سير عمل كروماتوغرافيا التبادل الأيوني

بعد تحميل عينة بروتين غير نقي على عمود كروماتوغرافيا التبادل الأيوني ، يتم غسل العمود لإزالة البروتينات غير المرغوب فيها والشوائب الأخرى ، ثم يتم التخلص من البروتين (البروتينات) محل الاهتمام باستخدام إما التدرج الملحي أو أ تغيير في الرقم الهيدروجيني.

الشكل 3. شطف تدرج الملح. شطف البروتينات ( أثر أزرق ) مع زيادة انحدار الملح ( أثر أحمر ).

تتنافس أيونات الملح المشحونة مع البروتينات المرتبطة لمجموعات الراتينج الوظيفية المشحونة. البروتينات التي تحتوي على مجموعات قليلة مشحونة سوف يتم التخلص منها بتركيزات منخفضة من الملح ، بينما البروتينات التي تحتوي على العديد من المجموعات المشحونة ستحصل على نسبة أكبر أوقات الاستبقاء والتخلص منها بتركيزات عالية من الملح.

على الرغم من أنه أقل شيوعًا ، إلا أن أ تدرج الأس الهيدروجيني يمكن أيضا أن تستخدم للشطف. هنا ، يتم اختيار تدرج الأس الهيدروجيني الذي يقترب من البروتين محل الاهتمام & rsquos pI. ستتم إزالة البروتينات عندما يصل تدرج الأس الهيدروجيني إلى pI ، لأنها لن تحمل شحنة صافية تسمح لها بالتفاعل مع راتنج العمود.

لاستخلاص البروتينات من راتينج تبادل الأنيون ، يتم اختيار انخفاض تدرج الأس الهيدروجيني ، في حين يتم اختيار تدرج الأس الهيدروجيني المتزايد للشطف من مبادلات الكاتيون.

الشكل 4. شطف البروتين (أثر أزرق) مع زيادة تدرج درجة الحموضة (أثر أحمر).

نظرًا لأنه من الصعب جدًا إنشاء تدرجات أس هيدروجيني خطية دقيقة وقابلة للتكرار ، يتم اختيار التدرج التدريجي عمومًا عند استخدام الأس الهيدروجيني للتخلص.

أخيرًا ، يمكن استخدام الأس الهيدروجيني لتنقية الشطف عند استخدام تدرج الملح. يمكن أن يؤثر تغيير درجة الحموضة في المخزن المؤقت للشطف على دقة الطريقة:

الشكل 5. الرقم الهيدروجيني يمكن أن يغير دقة طريقة ما. توضح ثلاثة مخططات كروماتوجرافية متراكبة كيف يؤدي تغيير الأس الهيدروجيني من 6.5 إلى 8.5 إلى تغيير ملف تعريف الشطف عند التصفية التصفية باستخدام تدرج الملح.

ملحوظة: تسقط بعض البروتينات من المحلول عند درجة حموضة تساوي pI. بالنسبة لهذه البروتينات ، قد لا يكون الشطف بتدرج الأس الهيدروجيني ممكنًا.


الفصل 12

يتم الحفاظ على كل من K + و Na بتركيزات عالية داخل الخلية.

يوجد K + و Na + في نفس التركيز على جانبي غشاء البلازما.

K + هو الأيونات الموجبة الشحنة الأكثر وفرة خارج الخلية ، بينما Na هو الأكثر وفرة في الداخل.

داخل الخلية ، تكون كمية الأيونات الموجبة الشحنة مساوية تقريبًا لكمية الأيونات السالبة الشحنة.

داخل الخلية ، تكون كمية الأيونات الموجبة الشحنة أكبر بكثير من كمية الأيونات السالبة الشحنة.

داخل الخلية ، تكون كمية الأيونات الموجبة الشحنة أقل بكثير من كمية الأيونات سالبة الشحنة.

لا توجد أيونات سالبة الشحنة داخل الخلية.

تميز كل من القنوات والناقلات بين المواد المذابة بشكل أساسي على أساس الحجم والشحنة الكهربائية.

تسمح القنوات بمرور المواد المذابة وهي عبارة عن ناقلات مشحونة كهربائيًا تسهل مرور الجزيئات غير المشحونة.

تميز القنوات بين المواد المذابة أساسًا على أساس الحجم ، وتربط ناقلات الشحنة الكهربائية موادها المذابة بخصوصية كبيرة بنفس الطريقة التي يربط بها الإنزيم ركائزه.

ستسمح القنوات بمرور أي مادة مذابة طالما أنها تحتوي على ناقلات شحن كهربائية تربط المواد المذابة بخصوصية كبيرة بنفس الطريقة التي يربط بها الإنزيم ركائزه.


كيف يعتمد معدل تدفق القنوات الأيونية على طول مرشح الانتقائية؟ - مادة الاحياء

جامعة يوهانس كيبلر لينز ، معهد الفيزياء الحيوية ، Gruberstr. 40 ، 4020 لينز ، النمسا
بريد الالكتروني: [email protected]

الملخص

يتحكم الماء في الواجهات في العديد من العمليات على المستوى الجزيئي من التفاعلات الكهروكيميائية والإنزيمية إلى طي البروتين. نركز هنا على نقل الماء عبر المسام البروتينية الضيقة جدًا بحيث لا تستطيع جزيئات الماء أن تتفوق على بعضها البعض في المسام. بعد مقدمة قصيرة في نظرية النقل أحادي الملف ، نقوم بتحليل التجارب التي فيها نفاذية المياه الوحدوية ، صF، من بروتينات قناة الماء (أكوابورينات ، AQPs) ، قنوات البوتاسيوم (KcsA) ، والمضادات الحيوية (مشتقات الجراميسيدين- A). كما يتم توفير مخطط موجز للطرق الأساسية (المسح المجهري الكهروكيميائي ، التحليل الطيفي للارتباط الفلوري ، قياسات تشتت ضوء الحويصلة). نستنتج أن صF يزيد أضعافا مضاعفة مع عدد متناقص نح للتبرع برابطة الهيدروجين أو قبول المخلفات في جدار القناة. التباين في نح مسؤول عن تغيير أكثر من مائة ضعف في صF. عقوبة الجفاف في فم القناة لها تأثير أقل على صF. الارتباط المعقد بين صF وحاجز طاقة تنشيط جيبس ​​، Δجي ر، بالنسبة لتدفق المياه ، يشير إلى أن التحولات التوافقية لقنوات المياه تعمل كمحدد ثالث لـ صF.


شاهد الفيديو: meningitis clinical examination I الفحص السريري لالتهاب السحايا (شهر نوفمبر 2022).