Ursachen des stochastischen Verhaltens spannungsgesteuerter Ionenkanäle

Ich habe das folgende elektromechanische Modell eines spannungsgesteuerten Ionenkanals bzw. seines Spannungssensors, wie hier und hier beschrieben . Der Spannungssensor ist ein bistabiles System mit zwei lokalen Energieminima E 1 ( v ) , E 2 ( v ) , der erste steht für "geschlossen", der zweite für "offen":

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus Bezanilla, The Voltage Sensor in Voltage-Dependent Ion Channels , p. 567. Hier
können Sie interaktiv eine spannungsabhängige Energiefläche erkunden (schematisch).

Ich habe mit Algodoo ein Federmodell erstellt, das so aussieht (grün: der Spannungssensor (= eine Peptiduntereinheit), weiße Federn: halten ihn an Ort und Stelle, blau: begünstigt den geschlossenen Zustand, rot: simuliert Spannung, öffnet das Tor):

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(Sie können das Modell hier herunterladen und es interaktiv mit Algodoo erkunden .)

Sich stochastisch zu verhalten - dh die Wahrscheinlichkeit, offen zu sein P ( v ) ∼ e − Δ Q ( v ) / k T was ein thermisches Gleichgewicht voraussetzt - es muss Schwankungen geben, die das System über die Energiebarriere zwischen den beiden Energieminima heben können.

Meine Frage betrifft die Quelle dieser Schwankungen im realen Ionenkanal: Sind das thermische (mechanische) Schwankungen (zB andere Moleküle treffen oder reißen den Sensor) oder sind das Schwankungen des Membranpotentials ?

Und ich möchte anmerken, dass dies bei Ionenkanälen nichts Besonderes ist, es gilt für viele andere Arten von Proteinen sowie für nicht-biologische Moleküle.
Mein Modell hat definitiv (zwei verschiedene) Energieminima, wie man sehen kann, wenn man es sich nur ansieht (oben) oder es ausprobiert (bei Algodoo ) oder indem man den Geogebra-Link überprüft, der das Algodoo-Modell widerspiegelt. Es geht nicht um eine Feder, sondern um ein System von Federn, die durchaus unterschiedliche und ausgeprägte Energieminima haben können.
Deinen zweiten Kommentar verstehe ich nicht.
Ah, es tut mir leid, dass ich die Struktur Ihres Modells völlig verpasst habe. Kannst du ignorieren. Mein zweiter Kommentar war nur, um festzustellen, dass dies nicht nur für Ionenkanäle gilt; Viele, viele andere Moleküle oder Proteine ​​verhalten sich ähnlich, wenn sie zwischen unterschiedlichen Zuständen wechseln.
@BryanKrause: Haben Sie eine Idee zu meiner ursprünglichen Frage: Stammen die zufälligen Schwankungen eher von der unmittelbaren molekularen (mechanischen) Umgebung des Spannungssensors oder vom Membranpotential (das wiederum von dendritischen Eingaben / PSPs stammt).
Ich glaube, es kommt von der molekularen Umgebung des Spannungssensors. Ich denke auch, dass Sie hier die räumliche Skalierung berücksichtigen müssen; Das Membranpotential wird am besten im Maßstab einer elektrotonischen Membranstrecke betrachtet. Molekulare Wechselwirkungen hingegen sind viel kleiner, und auf dieser Ebene könnte die genaue räumliche Präsenz einzelner Ionen einen gewissen Einfluss haben, aber ich würde das nicht als "Membranpotential" bezeichnen. Ich persönlich habe keine Ahnung, ob diese Präsenz auf der Skala der molekularen Schwingungen/Temperaturen von Bedeutung ist. Aus Sicht der Neurowissenschaften spielt das überhaupt keine Rolle.

Antworten (1)

Die Schwankungen entstehen durch thermische Energie und können durch die Eyring-Gleichung beschrieben werden

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