Kênh cổng điện thế natri và kali

2020-07-22 03:28 PM

Khi các kênh kali mở, chúng vẫn mở cho toàn bộ thời gian điện thế màng hoạt động và không đóng lại cho đến khi điện thế màng được giảm trở lại một giá trị âm.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Yếu tố cần thiết gây nên quá trình khử cực và tái cực của màng tế bào thần kinh trong suốt quá trình điện thế hoạt động là kênh có cánh cổng điện thế natri- đóng vai trò quan trọng trong việc tăng nhanh chóng hoạt đông tái cực của màng tế bào. 2 kênh có cánh cổng điện thế này được thêm vào cùng với bơm Na+-K+ và kênh rò rỉ kali.

Hoạt hóa và khử hoạt kênh có cánh cổng điện thế natri

Phần trên của hình chỉ ra kênh có cánh cổng điện thế natri ở 3 giai đoạn riêng biệt. Kênh này có 2 cổng: một ở bên ngoài được gọi là cổng hoạt hóa và một cổng ở bên trong gọi là cổng bất hoạt.

Phía trên trái của hình vẽ thể hiện giai đoạn hai cổng này khi màng đang nghỉ, khi điện thế màng là -90mV. Ở giai đoạn này cổng hoạt hóa bị đóng lại, ngăn cản bất kì dòng natri nào vào bên trong sợi thần kinh qua kênh natri.

Đặc điểm của các kênh điện thế natri (trên cùng) và kali (dưới cùng)

Hình. Đặc điểm của các kênh điện thế natri (trên cùng) và kali (dưới cùng), cho thấy sự kích hoạt và bất hoạt liên tiếp của các kênh natri và chậm kích hoạt các kênh kali khi điện thế màng thay đổi từ giá trị âm bình thường sang giá trị dương.

Hoạt hóa kênh natri

Khi điện thế màng trở nên ít âm hơn trong giai đoạn nghỉ, tăng dần từ -90mV về phía 0, khi lên tới trị số khoảng -70 đến -50mV thì điện thế đó tạo một sự biến đổi đột ngột hình dáng cổng hoạt hóa, cánh cổng này chuyển sang vị trí mở cửa, ion natri ùa qua kênh vào trong tế bào vì tính thấm của natri với màng tăng lên gấp 500-5000 lần.

Khử hoạt kênh natri

Phần trên hình chỉ ra giai đoạn 3 của kênh natri. Sự tăng điện thế làm mở cổng hoạt hóa thì đồng thời cũng làm đóng cổng khử hoạt.

Cổng khử hoạt được đóng trong vòng vài phần vạn giây sau khi cổng hoạt hóa được mở. Có điều là mở cổng hoạt hóa thì nhanh trong khi đóng cổng khử hoạt thì từ từ. Vì vậy sau khi kênh natri được mở và duy trì trong vài phần vạn giây, cổng khử hoạt đóng lại và ion natri không thể tràn vào bên trong màng tế bào. Ở điểm này, điện thế màng bắt đầu trở lại trạng thái lúc nghỉ. Đây gọi là quá trình tái cực.

Một đặc điểm đáng chú ý của quá trình hoạt động khử hoạt kênh natri là cổng khử hoạt không mở trở lại cho tới khi điện thế màng đã quay trỏ về hoặc gần tới mức điện thế nghỉ ban đầu. Do đó không thể có kênh natri mở trở lại mà không có sự tái cực của các sợi thần kinh.

Phương pháp kẹp điện thế trên máy để nghiên cứu dòng ion qua các kênh cụ thể

Hình. Phương pháp kẹp điện thế trên máy để nghiên cứu dòng ion qua các kênh cụ thể.

Kênh cổng điện thế kali và sự hoạt hóa nó

Phần dưới hình chỉ ra kênh có cánh cổng điện thế kali trong 2 giai đoạn: trong lúc nghỉ ( trái) và hướng về kết thúc điện thế hoạt động( phải). Trong suốt giai đoạn nghỉ, cổng kênh kali bị đóng, ion kali bị ngăn chặn đi qua kênh này ra bên ngoài,khi điện thế màng tăng dần từ -90mV về phía 0, khi lên tới trị số khoảng -70 đến -50mV thì điện thế đo tạo một sự biến đổi đột ngột hình dáng cổng hoạt hóa, cánh cổng này chuyển sang vị trí mở cửa,cho phép ion kali ùa qua kênh ra ngoài tế bào. Tuy nhiên có một chút chậm trễ trong việc mở kênh kali, hầu như chúng chỉ mở khi kênh natri bắt đầu đóng lại do sự khử hoạt hóa. Vì vậy việc giảm lượng natri vào trong tế bào cùng với tốc độ của quá trình tái cực dẫn đến việc thiết lập lại điện thế màng trong thời gian vài phần vạn giây.

Phương pháp” kẹp điện thế’ nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp lên việc mở và đóng cánh cổng điện thế. Với các nghiên cứu ban đầu đã dẫn đến sự hiểu biết về các kênh natri và kali,các nhà khoa học Hodgkin và Huxley đã được nhận giải Nobel. Bản chất của những nghiên cứu này được trình bày trong hình.

Hình cho thấy các phương pháp kẹp điện áp, đó là dùng để đo dòng chảy của các ion thông qua các kênh khác nhau. Trong việc sử dụng thiết bị này, hai điện cực được đưa vào các sợi thần kinh.

Một trong những điện cực được sử dụng để đo điện thế màng, và cực còn lại được sử dụng để đo các dòng điện vào hoặc ra khỏi các sợi thần kinh. Thiết bị này được sử dụng theo cách sau: Các nhà khoa học quyết định mà điện áp để thiết lập bên trong các sợi thần kinh. Sau đó, phần điện tử của thiết bị được điều chỉnh để có điện áp mong muốn, tự động tiêm điện tích dương hay âm thông qua các điện cực hiện ở bất cứ tỷ lệ nào cần thiết để giữ điện áp đo bằng điện cực điện áp ở mức độ thiết lập bởi nhà điều hành. Khi điện thế màng được tăng đột ngột tăng bởi kẹp điện thế này từ -90 mV đến số không, các cánh cổng điện thế natri và kali mở và các ion natri và kali bắt đầu đổ qua các kênh.

Những thay đổi điển hình về độ dẫn của các kênh ion natri và kali

Hình. Những thay đổi điển hình về độ dẫn của các kênh ion natri và kali khi điện thế màng đột ngột tăng từ giá trị nghỉ bình thường −90 millivol lên giá trị dương +10 millivol trong 2 mili giây. Hình này cho thấy các kênh natri mở (kích hoạt) và sau đó đóng (không hoạt động) trước khi kết thúc 2 mili giây, trong khi các kênh kali chỉ mở (kích hoạt) và tốc độ mở chậm hơn nhiều so với các kênh natri.

Để cân bằng với ảnh hưởng của các dòng ion mong muốn thiết lập điện thế nội bào, dòng điện được tiêm tự động thông qua các điện cực của kẹp điện thế để duy trì điện áp nội bào ổn định cần thiết ở mức không.

Để đạt được mức này, lượng tiêm vào phải bằng nhưng chiều đối ngược với dòng chảy thông qua các kênh trên màng. Để đo dòng chảy hiện tại đang diễn ra tại mỗi thời điểm như thế nào, điện cực được nối với một nghiệm dao động ghi lại dòng chảy hiện tại, như đã chứng minh trên màn hình của nghiệm dao động trong hình. Cuối cùng, các nhà khoa học điều chỉnh nồng độ của các ion để khác hơn so với mức bình thường cả bên trong và bên ngoài các sợi thần kinh và lặp đi lặp lại nghiên cứu. Thí nghiệm này có thể được thực hiện dễ dàng khi sử dụng các sợi dây thần kinh lớn lấy từ một số vật không xương sống, đặc biệt là các sợi thần kinh mực ống khổng lồ, mà trong một số trường hợp đường kính lớn tới 1 mm. Khi natri là ion duy nhất thấm vào dung dịch bên trong và bên ngoài sợi trục mực, kẹp điện thế chỉ đo dòng chảy thông qua các kênh natri. Tương tự với kênh kali.

Một phương pháp khác để nghiên cứu các dòng ion qua một loại kênh riêng biệt là để chặn một loại kênh tại một thời điểm. Ví dụ, các kênh natri có thể bị chặn bởi một chất độc gọi là tetrodotoxin khi nó được gắn vào bên ngoài của màng tế bào, nơi là vị trí các cửa hoạt hóa natri. Ngược lại, ion tetraetylammoni chặn các kênh kali khi nó được gắn vào bên trong các sợi thần kinh.

Hình cho thấy thay đổi điển hình trong độ dẫn của cánh cổng điện thế kênh natri và kali khi thế màng đột nhiên thay đổi thông qua việc sử dụng kẹp điện thế từ -90 mV đến 10 mV và 2 mili giây sau đó, trở lại -90 mV. Lưu ý sự mở đột ngột của các kênh natri (giai đoạn kích hoạt) trong một phần nhỏ của một phần nghìn giây sau khi điện thế màng tăng lên đến giá trị dương. Tuy nhiên, trong một phần nghìn giây tiếp hoặc lâu hơn, các kênh natri tự động đóng lại (giai đoạn bất hoạt).

Lưu ý việc mở (kích hoạt) của kênh kali từ từ và đạt đến trạng thái mở đầy đủ chỉ sau khi các kênh natri đã gần như đóng hoàn toàn. Hơn nữa, một khi các kênh kali mở, chúng vẫn mở cho toàn bộ thời gian điện thế màng hoạt động và không đóng lại cho đến khi điện thế màng được giảm trở lại một giá trị âm.

Bài viết cùng chuyên mục

Đại cương sinh lý hệ thần kinh

Hệ thần kinh là cơ quan duy nhất có khả năng thực hiện các hoạt động kiểm soát hết sức phức tạp. Hằng ngày, nó nhận hàng triệu mã thông tin từ các cơ quan cảm giác truyền về rồi tích hợp chúng lại để định ra các đáp ứng thích hợp.

Chức năng thính giác của vỏ não: cơ chế thính giác trung ương

Mỗi neuron riêng lẻ trong vỏ não thính giác đáp ứng hẹp hơn nhiều so với neuron trong ốc tai và nhân chuyển tiếp ở thân não. Màng nền gần nền ốc tai được kích thích bởi mọi tần số âm thanh, và trong nhân ốc tai dải âm thanh giống vậy được tìm thấy.

Cảm giác tư thế: cảm giác cảm thụ bản thể

Sự nhận thức về tư thế, gồm cả động và tĩnh, phụ thuộc vào nhận biết về mức độ gập góc của tất cả các khớp trong các mặt phẳng và sự thay đổi tốc độ của chúng.

Thuốc và vận động viên thể thao

Một vài vận động viên đã được biết đến là chết trong các sự kiện thể thao vì sự tương tác giữa các thuốc đó và norepinephrine, epinephrine được giải phóng bởi hệ thống thần kinh giao cảm trong khi tập luyện.

Phân tích đồ thị bơm máu của tâm thất

Đường cong áp suất tâm thu được xác định nhờ ghi lại áp suất tâm thu đạt được khi tâm thất co tại mỗi thể tích được làm đầy.

Hệ thống co mạch giao cảm: sự kiểm soát của nó bởi hệ thống thần kinh trung ương

Trung tâm vận mạch ở não dẫn truyền tín hiệu phó giao cảm qua dây X đến tim và tín hiệu giao cảm qua tủy sống và sợi giao cảm ngoại vi đến hầu như tất cả động mạch, tiểu động mạch và tĩnh mạch của cơ thể.

Điều hòa tuần hoàn: vai trò hệ thống thần kinh tự chủ

Phần quan trọng nhất của hệ thần kinh tự chủ đều hòa tuần hoàn là hệ thần kinh giao cảm, hệ thần kinh phó giao cảm cũng đóng góp một phần khá quan trọng.

Điều hòa lưu lượng máu bằng những thay đổi trong mạch máu mô

Sự tái tạo vật chất của mạch xảy ra để đáp ứng với nhu cầu của mô. Sự tái cấu trúc này xảy ra nhanh trong vòng vài ngày ở những động vật non. Nó cũng xảy ra nhanh ở những mô mới lớn như mô sẹo, mô ung thư.

Hệ thần kinh trung ương: mức tủy sống mức dưới vỏ và mức vỏ não

Hệ thống thần kinh của con người được thừa hưởng những khả năng đặc biệt sau mỗi giai đoạn tiến hóa. Từ sự thừa hưởng này, 3 mức chính của hệ thần kinh trung ương có đặc điểm chức năng cụ thể là: (1) mức tủy sống; (2) mức dưới vỏ; và (3) mức vỏ não.

Đơn vị đo độ khúc xạ của một thấu kính “Diopter”: nguyên lý quang học nhãn khoa

Mức độ bẻ cong các tia sáng của thấu kính được gọi là “độ khúc xạ”. Độ khúc xạ có đơn vị là diopter. Độ khúc xạ của một thấu kính bằng 1m chia cho tiêu cự của nó.

Năng lượng yếm khí so với hiếu khí trong cơ thể

Năng lượng ATP có thể sử dụng cho các hoạt động chức năng khác nhau của tế bào như tổng hợp và phát triển, co cơ, bài tiết, dẫn truyền xung động thần kinh, hấp thu tích cực.

Sự bài tiết ở ruột non và chất nhầy của tuyến brunner ở tá tràng

Hoạt động của chất nhày được bài tiết bởi tuyến Brunner là để bảo vệ thành tá tràng khỏi sự phân giải của dịch vị chứa acid được đưa đến từ dạ dày.

Kích thích hệ giao cảm và phó giao cảm gây kích thích và ức chế

Không có một sự tóm tắt nào có thể sử dụng để giải thích liệu sự kích thích hệ giao cảm hoặc phó giao cảm có gây ra kích thích hoặc ức chế trên một cơ quan nhất định.

Say độ cao: phù phổi và phù não

Thi thoảng, một người ở độ cao quá lâu sẽ bị say núi mạn, thường sẽ xảy ra các hiện tượng: (1) Khối lượng hồng cầu và hematocrit tăng cao đặc biệt. (2) áp lực động mạch phổi tăng cao thậm chí cao hơn mức tăng bình thường do quen khí hậu.

Vai trò của hải mã trong học tập

Hải mã bắt nguồn như một phần của vỏ não thính giác. Ở nhiều động vật bậc thấp, phần vỏ não này có vai trò cơ bản trong việc xác định con vật sẽ ăn thức ăn ngon hay khi ngửi thấy mùi nguy hiểm.

Sinh lý thần kinh bán cầu đại não

Để nghiên cứu các vùng chức năng của vỏ não, người ta phân chia vỏ não theo nhiều cách khác nhau. Trong đó, cách phân chia vỏ não thành 50 vùng đánh số từ 1 đến 50 của Brodmann là thông dụng hơn cả.

Sự tạo thành ảnh của thấu kính hội tụ: nguyên lý quang học nhãn khoa

Trong thực tế, bất cứ đồ vật gì đặt ở trước thấu kính, đều có thể xem như một nguồn phát ánh sáng. Một vài điểm sáng mạnh và một vài điểm sáng yếu với rất nhiều màu sắc.

Loại dịch trong cơ thể người: đo bằng chỉ thị mầu

Dựa trên nguyên tắc bảo toàn vật chất, có nghĩa là tổng lượng vật chất sau khi hòa vào dịch bằng với tổng lượng vật chất trước khi được bơm vào.

Sinh lý học các chất điện giải trong cơ thể

ADH tăng tái hấp thu nước ở ống lượn xa và ống góp. Khi Na+ máu dưới 135 mEq/l, thuỳ sau tuyến yên ngừng tiết ADH gây bài xuất nhiều nước tiểu loãng.

Sinh lý sinh dục nữ giới

Cơ quan sinh dục nữ gồm: (1) buồng trứng, (2) vòi trứng, (3) tử cung, (4) âm đạo và (5) âm hộ. (6) Tuyến vú cũng được xem là một phần của cơ quan sinh dục nữ (hình).

Kích thích: quá trình khởi đầu cho điện thế màng tế bào hoạt động

Kích thích điện âm yếu có thể không có khả năng kích thích một sợi. Tuy nhiên, khi điện áp của sự kích thích được tăng lên, tới một điểm mà tại đó sự kích thích không diễn ra.

Chức năng của túi tinh

Tinh dịch có chứa nhiều fructose và nhiều chất dinh dưỡng khác đảm bảo nuôi dưỡng tinh trùng từ lúc xuất tinh đến khi một trong số chúng có thể thụ tinh với trứng.

Tín hiệu nội bào sau khi receptor hormone được kích hoạt

Nhiều loại mô khác nhau có cùng loại receptor nội bào giống nhau, tuy nhiên gen được kích thích bởi các receptor ở một số mô lại khác nhau.

Trở kháng thành mạch với dòng máu của hệ tuần hoàn

Trở kháng là sự cản trở với dòng máu trong mạch, không thể đo bằng phương tiện trực tiếp, chỉ được tính từ những công thức, phép đo của dòng máu và sự chênh lệch áp lực giữa 2 điểm trên mạch.

Trạm thần kinh: sự chuyển tiếp các tín hiệu

Một số lượng lớn các tận cùng thần kinh từ mỗi sợi đến nằm trên các nơ-ron gần nhất trong “vùng” của nó, nhưng một số lượng nhỏ hơn các tận cùng thần kinh thì nằm trên các nơ-ron cách rất xa.