Лиганд-управляемые ионные каналы как операторы

Краткий ответ
Как правило, модели Ходжкина и Хаксли используются для описания характеристик селектора ионных каналов и рецепторов, управляемых лигандом.

Предыстория
Лиганд-управляемые и управляемые напряжением ионные каналы на самом деле не выполняют задачи памяти. Вместо этого они направляют ионы через клеточную мембрану и тем самым могут передавать информацию из клетки (высвобождение нейротрансмиттера/изменения напряжения) в клетку. Их роль физиологична, и способ их моделирования обычно основан на кинетике Ходжкина и Хаксли (Sig, 2014) (рис. 1).

^{Рис. 1. Модель кинетики мембраны Ходжкина и Хаксли. источник: Нейрональная динамика}

Модель Ходжкина-Хаксли моделирует полупроницаемую клеточную мембрану как конденсатор, который отделяет внутреннюю часть клетки от внеклеточной жидкости. Если в ячейку подается входной ток, он может дополнительно зарядить конденсатор или просочиться через каналы в клеточной мембране. Каждый тип канала моделируется резистором (проводником тока). Неспецифический канал имеет сопротивление утечки R, натриевый канал — сопротивление R _Na , а калиевый канал — сопротивление R _K.. Диагональная стрелка на схеме резистора указывает на то, что значение сопротивления не является фиксированным, а изменяется в зависимости от того, открыт или закрыт ионный канал. Благодаря активному транспорту ионов через клеточную мембрану концентрация ионов внутри клетки отличается от концентрации ионов во внеклеточной жидкости. Потенциал Нернста, создаваемый разницей в концентрации ионов, представлен батареей. Потенциал Нернста зависит от иона, поэтому существуют отдельные батареи для натрия, калия и неспецифического третьего канала с напряжениями батареи E _Na , E _K и E _L (источник: Neuronal Dynamics ).

Теперь к вашему отредактированному вопросу: вы говорите

[Ионные каналы] просто включаются и выключаются мгновенно. Но это может быть упрощено: это занимает некоторое время...

Это идет дальше, чем это; потенциал-управляемые ионные каналы, такие как Na ⁺ -канал, активно активируются и инактивируются с четко определенными временными константами, которые, среди прочего, регулируют процесс абсолютной и относительной рефрактерности нервных клеток (рис. 2). Временные характеристики стробирования с точки зрения активации и инактивации выражаются в виде констант времени, которые могут быть описаны, например, в марковской модели (Wang et al ., 2004) . Например,

dm/dt = 1/τm(V) * (m∞(V)−m), где

m∞(V) = α(V)/[α(V)+β(V)] (9) τm(V) = 1/[α(V)+β(V)]

Здесь m∞ — стационарная активация, τm — постоянная времени активации Na+-тока (n∞ и τn — одни и те же величины для K+-тока). В случае h, h∞ и τh называются стационарной инактивацией и постоянной времени инактивации соответственно (источник: Destexhe & Huguenard, 2007 ).

Аналогичные формулы применяются к константам ассоциации и диссоциации в каналах, управляемых лигандом, где время активации и инактивации зависит от сродства лиганда к рецептору.

^{Рис. 2. Стробирование ионного канала. источник: Lehmann-Horne & Jurkatt-Rott (1999)}

<sub>Ссылки
- Lehmann-Horne & Jurkatt-Rott, Physiol Rev (1999); 79 (4): 1317-72
- Sig, J Gen Physiol (2014); 144 (1) 7-26
- Wang et al ., J Physiol (2004); 557 (3): 705–17</sub>