תעלת נתרן ממותגת מתח

תעלות נתרן תלויות מתח (Na channels) התגלו לראשונה ב-1952 על ידי הודג'קין והאקסלי ובודדו לראשונה מאיבר החשמל של צלופח ב-1978.

 מבנה 
תעלות אלו מורכבות מתת-יחידה α גדולה (יוצרת את התעלה) ותתי-יחידות β מסייעות.

 תת-יחידה אלפא 
תעלת נתרן מורכבת מתת-יחידות אלפא גדולות הקשורות לחלבונים נלווים, כגון תת-יחידות בטא. תת-יחידה אלפא היא ליבת הערוץ ומתפקדת בפני עצמה. תת-היחידה אלפא יוצרת נקבובית בקרום התא שמוליכה Na+ באופן תלוי מתח, גם אם תת-יחידות בטא או חלבונים מווסתים אחרים אינם באים לידי ביטוי.

תת-היחידה אלפא מורכבת מארבעה מתחמים (domains) חוזרים, המסומנים I עד IV, כל אחד מכיל שישה מקטעים המשתרעים על פני הממברנה, המסומנים S1 עד S6 .

מקטע S4 (השמור גנטית בתעלות רבות) משמש כחיישן המתח של התעלה. רגישות המתח של ערוץ זה נובעת מחומצות אמיניות הטעונות במטען חיובי הממוקמות בכל מיקום שלישי. כאשר התא מגורה, חל שינוי במתח הטרנסממברני, סגמנט S4 נע לכיוון הצד החוץ-תאי של הממברנה, התעלה נפתחת - הופכת חדירה ליונים. היונים עוברים עם מפל הריכוזים דרך החלל המרכזי.

מקטעים S5 ו-S6 יוצרים את הנקב דרכו עוברים יוני הנתרן.

בין S5 ל-S6 מצויה הלולאה (P-loop), זהו מסנן הסלקטיביות המאפשר רק ליוני Na⁺ לעבור.

 תת-היחידה β 
של תעלת נתרן, הן גליקופרוטאינים טרנסממברנליים. הן ממלאות תפקודים חשובים כמולקולות איתות המעורבות בהידבקות תאים, נדידת תאים, איתור מסלולים עצביים, קשירת תאים וצמיחת נוירטים.

 שערים 
לפי המודל של הודג'קין והקסלי, לתעלות Na+ המופעלות על ידי מתח יש שלושה מצבים עיקריים: סגור, פתוח וחסום.

המעבר ממצב למצב נעשה באמצעות 4 שערים התלויים במתח. 3 שערים המכונים m (שערי הפעלה) ושער אחד המכונה h (שער חסימה). במתח המנוחה, שערי m סגורים ואילו שער h פתוח.

במצב מנוחה: פוטנציאל הממברנה שלילי, התא מקוטב. תעלות ה-Na+ סגורות. הן חסומות בצד החוץ-תאי על ידי שערי ההפעלה (שערי m) שנמצאים במצב סגור. במצב מנוחה שער החסימה (שער h) פתוח.

כאשר התא מעורר, שערי m עוברים למצב פתוח ואילו שערי האינאקטיבציה – שערי h נסגרים. בתגובה לעלייה בפוטנציאל הממברנה שערי ההפעלה נפתחים, ומאפשרים ליוני Na+, הטעונים במטען חיובי לזרום לתוך הנוירון דרך התעלות. כתוצאה מכך המתח על פני קרום הנוירון עולה במהירות לערך הקרוב לפוטציאל נרנסט של נתרן. התא עובר דפולריזציה, כלומר הקטנת הקיטוב.

עלייה זו במתח היא השלב העולה של פוטנציאל פעולה.

 התרומה למתח המנוחה 
במנוחה מרבית תעלות הנתרן סגורות. הממברנה חדירה בעיקר ליוני אשלגן. לכן פוטנציאל הממברנה קרוב לפוטנציאל נרנסט של אשלגן.

 התרומה לפוטנציאל הפעולה 
כאשר התא מעורר, שערי m עוברים למצב פתוח ואילו שערי האינאקטיבציה – שערי h נסגרים. בתגובה לעלייה בפוטנציאל הממברנה שערי ההפעלה נפתחים, ומאפשרים ליוני Na+ הטעונים במטען חיובי לזרום לתוך הנוירון דרך התעלות. כתוצאה מכך המתח על פני קרום הנוירון עולה במהירות לערך הקרוב לפוטציאל נרנסט של נתרן. התא נהיה פחות מקוטב – עובר דפולריזציה. כלומר הקטנת הקיטוב. עלייה זו במתח היא השלב העולה של פוטנציאל פעולה.

בתגובה לעלייה בפוטנציאל הממברנה שערי ההפעלה (שערי m) עוברים למצב פתוח, ומאפשרים ליוני Na+ הטעונים במטען חיובי לזרום לתוך הנוירון דרך התעלות. כתוצאה מכך המתח על פני קרום הנוירון עולה במהירות לערך הקרוב לפוטציאל נרנסט של נתרן. התא נהיה פחות מקוטב – עובר דפולריזציה. כלומר הקטנת הקיטוב. עלייה זו במתח היא השלב העולה של פוטנציאל פעולה.

יחד עם זאת, כתוצאה מהדפולריזציה, שערי ההשבתה (שערי h) עוברים למצב סגור והתעלה נחסמת (אינאקטיבציה). סגירת שער האינאקטיבציה גורמת לעצירה של זרימת Na+ דרך התעלה, מצב הגורם לפוטנציאל הממברנה להפסיק לעלות. כאשר שער ההשבתה סגור, אומרים שהתעלה במצב חסום כלומר באינאקטיבציה.

ההבדל בקבוע המהירות בין שערי ההפעלה לשערי החסימה מאפשר זמן קצר בו תעלות הנתרן פתוחות ויונים יכולים לחדור לתוך התא.

כאשר התעלה במצב חסום, לא ניתן לעורר פוטנציאל פעולה. משך הזמן הזה שבו התעלה חסומה נקרא תקופה רפרקטורית. כאשר תעלת ה-Na+ במצב חסום, פוטנציאל הממברנה יורד בחזרה לפוטנציאל המנוחה שלו. הנוירון עובר קיטוב מחדש - רפולריזציה.

כאשר מתח הממברנה דועך, שער ההשבתה נפתח מחדש ושערי ההפעלה נסגרים בתהליך הנקרא החלמה מאינאקטיבציה. כאשר שער ההפעלה סגור ושער האינאקטיבציה פתוח, תעלת ה-Na+ שוב במצבה הסגור, הלא פעיל, והיא מוכנה להשתתף בפוטנציאל פעולה נוסף.

 פרמקולוגיה 
חומרים החוסמים את תעלת הנתרן:

 TTX – Tetrodotoxin 
טטרודוטוקסין – TTX, מופק מדגים ממשפחת הנפוחיתיים (פוגו), סלמנדרות, חיידקים סימביונטיים.

TTX נקשר באופן ספציפי ובאפיניות גבוהה לאתר חיצוני של תעלות נתרן שנמצא באזור הנקב של תת-היחידה α הוא חוסם את מעבר יוני הנתרן () דרך התעלה וכך מונע התפתחות פוטנציאל פעולה וגורם לחסימת ההולכה עצבית.

החומר משמש בעיקר במחקר.

 STX – Saxitoxin 
מופק מאצות מיקרוסקופיות.

STX נקשר ישירות לחלק החיצוני של תעלת נתרן בפתח התעלה ויוצר חסימה פיזית של מעבר יוני . מצב המונע היווצרות פוטנציאל פעולה והולכת אות עצבי. הקשירה היא הפיכה.

חסימת STX גורמת לשיתוק עצבי ולחסימת הולכת אותות עצביים שיכולים להתבטא בתסמינים קליניים חמורים כמו שיתוק, קושי בנשימה ואף מוות.

החומר משמש במחקר ובהרדמה מקומית.

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:ביוכימיה
קטגוריה:חלבונים ממברנליים אינטגרליים