(đm phía trong) 60 mV. – (b) Câc đờng xanh chỉ ra hớng câc ion chuyển qua măng nguyín sinh trong tế băo động vật đợc điều khiển bởi gradient điện vă hóa. Gradient hóa học điều khiển Na+ vă Ca+2 văo trong (tạo ra khử cực) vă K+ ra ngoăi (tạo ra phđn cực mạnh). Gradient điện điều khiển Cl- đi ra ngoăi ngợc với gradient nồng độ (tạo ra sự khử cực).
chính lệch nồng độ đó, tại thế năng nghỉ -60 mV, vă mối quan hệ chỉ ra trong phơng trình trín, khi mở kính Na+ hay Ca+2 sẽ tạo ra dòng chảy văo trong của Na+ hay Ca+2 văo trong (vă khử cực), ngợc lại khi mở kính K+ thì dòng K+ sẽ chảy ra ngoăi (vă quâ phđn cực) (H.3-3b).
Câc ion đặc hiệu tiếp tục chảy qua kính chừng năo sự kết hợp gradient nồng độ vă thế năng điện cung cấp lực điều khiển nh phơng trình trín. Ví dụ Na+ chảy xuống theo gradient nồng độ, nó khử cực măng. Khi thế năng măng đạt tới +70 mV, tâc động của thế năng măng năy( để chống lại sự đi văo của Na+) cđn bằng chính xâc tâc động của gradient nồng độ Na+(gđy ra sự chuyển Na+ văo trong). Tại điểm thế năng cđn bằng năy (E), lực điều khiển ( ) hớng chuyển động bằng zero. Thế năng cđn bằng thì khâc nhau cho từng loại ion vì vậy gradient nồng độ cũng khâc nhau cho từng loại ion.
Số ion cần chảy để thay đổi thế năng măng một câch đâng thì không đâng kể với câc nồng độ Na+, K+, vă Cl- trong tế băo vă dịch ngoăi tế băo, nh vậy dòng ion xuất hiện trong tín hiệu về cơ bản không tâc động lín nồng độ của ion. Tuy nhiín vì nồng độ ngoăi tế băo của Ca+2 nói chung lă rất thấp ( 10-7 M), dòng đi văo của ion Ca+2 có thể lăm thay đổi đâng kể nồng độ [Ca+2] ở băo tơng.
Thế năng măng của tế băo tại một thời điểm đê biết lă kết quả của loại vă số câc kính ion mở ở thời điểm đó. Hầu hết câc tế băo ở thời gian nghỉ, nhiều kính K+ mở hơn lă câc kính Na+, Cl- hoặc Ca+2 vă nh vậy thế năng nghỉ thì gần với thế năng cho K+ hơn (- 98 mV) so với thế năng của bất kỳ ion năo khâc. Khi câc kính Na+, Ca+2 hoặc Cl- mở, thế năng măng chuyển dịch về phía E cho ion năy. Sự đóng vă mở đúng thời gian chính xâc của câc kính ion, tạo ra sự thay đổi chớp nhoâng thế năng măng lăm nền tảng cho tín hiệu điện, đó lă cơ sở hoạt động hệ thống thần kinh kích thích co cơ, tim đập hay tế băo tiết giải phóng câc chất tiết. Hơn thế nữa nhiều hormone gđy tâc động bằng câch thay đổi thế năng măng của tế băo đích. Cơ chế năy cũng không hạn chế đối với câc động vật phức tạp; kính ion đóng vai trò quan trọng trong việc đâp ứng của câc vi khuẩn, động vật nguyín sinh vă thực vật đối với tín hiệu của môi trờng.
Để giải thích hoạt động của câc kính ion trong việc truyền tín hiệu tế băo –tế băo, chúng ta mô tả cơ chế vận chuyển theo đó một neuron chuyển tín hiệu dọc theo chiều dăi của nó vă qua synap đến một neuron khâc (hoặc đến tế băo cơ) trong một đờng vòng dùng acetylcholine nh lă chất dđn truyền thăn kinh.
2.2Nicotinic acetylcholine receptor lă kính ion đóng mở bằng ligand (ligand gated ion channel).
Một ví dụ đợc nghiín cứu sđu sắc nhất của loại kính ion đóng mở bằng ligand lă nicotinic acetylcholine receptor. Kính receptor mở để đâp ứng chất dẫn truyền acetylcholine (vă nicotine vì vậy có tín nh vậy). Receptor năy đợc tìm thấy măng sau synap của neuron thần kinh ở những synap nhất định vă trong sợi cơ (mycocytes) ở chỗ nối cơ thần kinh.
Acetylcholine đợc giải phóng do một neuron bị kích động đợc khuếch tân qua văi micrometer qua khe synap (sinaptic cleft) hoặc chỗ nối cơ thần kinh đến neuron sau synap hay tế băo cơ (myocytes), ở đđy nó tơng tâc với acetylcholine receptor vă khởi đầu sự kích động điện (khử cực) tế băo tiếp nhận. Acetylcholine receptor năy lă một protein dị lập thể với 2 vị trí liín kết âi lực cao với acetylcholine, câch cổng ion khoảng 3 nm, trín 2 tiểu đơn vị α. Sự liín kết acetylcholine gđy ra sự thay đổi từ trạng thâi kính đóng sang mở. Qúa trình lă sự hợp tâc dị lập thể dơng: liín kết của acetylcholine văo vị trí đầu tiín lăm tăng âi lực liín kết acetylcholine văo vị trí thứ 2. Khi tế băo trớc synap giải phóng một đợt acetylcholine, cả 2 vị trí trín receptor tế băo sau synap bị chiếm trong một thời gian ngắn vă kính mở (H.3-4).
Cả 2 loại ion Na+ vă Ca+2 có thể đi qua, vă dòng chảy văo của câc ion gđy khử cực măng nguyín sinh, khởi đầu những sự kiện tiếp theo, điều năy thay đổi theo từng loại mô. Trong neuron sau synap, sự khử cực khởi đầu cho một thế năng hoạt động; tại liín kết cơ thần kinh, sự khử cực của sợi cơ lăm nín sự co cơ. Bình thờng nồng độ acetylcholine trong khoảng giữa 2 synap thì bị giảm đi nhanh chóng nhờ enzyme acetylcholine esterase, có mặt ở khe đó. Khi nồng độ acetylcholine duy trì cao nhiều hơn văi milli giđy, receptor năy sẽ bất hoạt (thiếu nhạy cảm) (H.3-1c). Kính receptor năy chuyển thănh cấu hình 3 (H.3-4c), trong đó kính bị đóng lại vă acetylcholine vẫn bâm rất chặt. Sự giải phóng chậm (sau 10 milli giđy) acetylcholine khỏi vị trí liín kết của nó cho phĩp receptor quay về trạng thâi nghỉ (đóng) vă tâi lập sự nhạy cảm với acetylcholine.
2.3 Kính ion đóng mở bằng điện thế sinh ra điện thế hoạt động.
Tín hiệu trong hệ thống thần kinh đợc thực hiện nhờ hệ thống lăm việc câc neuron, câc tế băo biệt hóa nó mang câc xung điện (thế năng hoạt động) từ một đầu của tế băo thần kinh (thđn tế băo) qua axon. Tín hiệu điện kích thích sự giải phóng câc phđn tử dẫn truyền thđn kinh ở synap, mang tín hiệu đến tế băo kế tiếp trong hệ thống. Có 3 loại kính ion đóng mở theo điện thế măng (voltage- gated ion chanel) lă cơ sở cho cơ chế tín hiệu năy. Dọc theo toăn bộ độ dăi của axon lă
câc voltage gated Na+ ion channel (H.3-5), chúng đợc đóng lại khi măng ở trạng thâi nghỉ (Vm= -60 mV), nhng mở thời gian ngắn khi măng bị khử cực tại chỗ để đâp ứng acetylcholine (hay câc chất dẫn truyền thđn kinh khâc). Sự khử cực do sự mở kính Na+ lăm mở kính K+ (voltage-gated K+ channel), vă kết quả dòng K+ tâi phđn cực măng tại chỗ. Một đợt ngắn phđn cực đi qua axon khử cực tại chỗ, kích thích một sự mở ngắn kính Na+ bín cạnh, rồi kính K+. Sau một đợt kính Na+, một thời kỳ trơ ì kỉm theo (bất hoạt), kính năy không thể mở lại một lần nữa vă nh thế một sóng khử cực theo hớng duy nhất từ thđn tế băo đến cuối axon. Sự nhạy cảm của kính nhờ văo câc vị trí then chốt của câc amino acid tích điện trong câc protein kính tơng tâc với câc vùng mang điện qua măng. Những thay đổi thế năng qua măng tạo ra sự thay đổi cấu hình tinh vi trong câc protein kính.