Ohmori H, Yoshii M
J Physiol. 1977 May;267(2):429-63. doi: 10.1113/jphysiol.1977.sp011821.
采用电压钳技术,研究了海鞘(柄海鞘)卵细胞中各种多价阳离子(稳定阳离子)或H⁺离子引起的Na⁺和Ca²⁺电流的阈值变化。
随着外部溶液中[Ca²⁺]。的增加或pH的降低,Na⁺和Ca²⁺电流峰值的电流-电压(I-V)关系沿电压轴正向移动。在I-V关系中,在向内电流达到其最大值一半的V(1/2)电位下测量的这些电压偏移,被证明与Na⁺和Ca²⁺电流时间过程的电压依赖性偏移相同,也与Na⁺电流失活曲线沿电压轴的偏移相同。
通过扩散双层的Gouy-Chapman方程分析了各种多价阳离子或H⁺离子产生的V(1/2)偏移,假设V(1/2)的变化直接对应于表面双层电位的变化。
Na⁺电流的V(1/2)-二价阳离子浓度关系完全符合理论预测,表面电荷密度恒定为1e⁻/(9 Å)²。Mg²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺的弱稳定作用彼此非常相似,并根据“屏蔽”效应进行了解释。其他二价阳离子,如Ca²⁺、Mn²⁺和Ni²⁺,表现出各种不同的稳定作用,根据“结合”效应进行了解释。Ca²⁺、Mn²⁺和Ni²⁺的结合常数(K₁)分别为0.21、0.45和0.94 M⁻¹。
H⁺离子对Na⁺电流表现出强大的稳定作用,Kₕ为6×10⁴ M⁻¹。该值表明Na⁺通道周围的酸性位点的pKₐ为4.78。La³⁺离子对Na⁺电流也起强稳定剂作用,Kₗₐ为15 M⁻¹。对于H⁺和La³⁺,V(1/2)-浓度关系也完全符合Gouy-Chapman方程,电荷密度与通过改变二价阳离子估计的1e⁻/(9 Å)²相同。
分析了Ca²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺等渗透阳离子对Ca通道电流的稳定作用。还研究了降低pH的影响。发现通过Na⁺电流估计的1e⁻/(9 Å)²表面电荷密度也适用于解释V(1/2)-二价阳离子浓度或-pH关系。H⁺、Ca²⁺和Sr²⁺的估计结合常数分别为1.2×10⁵、0.58和0.035 M⁻¹。Ba²⁺不与Ca通道附近的带电位点结合。
注意到Na⁺和Ca²⁺电流的电导显著降低与稳定作用同时发生。这种降低归因于细胞膜外表面渗透阳离子浓度的降低,如扩散双层理论所预测。应用离子电流的Goldman-Hodgkin-Katz方程来解释电导抑制。
发现Ca²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺对Na⁺和Ca通道电流的电导抑制是表观的,仅反映渗透阳离子表面浓度的降低,而渗透率没有任何变化。校正表观抑制后,确定Ca通道中Ca²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺之间的实际渗透率比分别为1.00、0.56和0.21。
降低pH对Na⁺电流的电导抑制用叠加在表观抑制上的实际抑制或阻断来解释。考虑表面[Na⁺]。,Pₙₐ对表面pH的作图产生了H⁺离子对Na⁺通道的阻断曲线,这意味着每个Na⁺通道需要两个H⁺离子来阻断。对于Ca通道,在酸性pH下未观察到实际阻断。
从本实验得出结论,在这种海鞘卵细胞中存在一种表面电位,能够影响离子通道的门控和渗透机制。