Активация одиночного канала

На первом этапе проведения численных экспериментов проведено моделирование процесса активации канала при резком увеличении уровня цитозольного кальция. В начале эксперимента все каналы, входящие в статистический ансамбль, находятся в минимуме конформационного потенциала С, то есть в электронно и конформационно закрытом состоянии.

Для ансамбля, состоящего из 81 RyR-канала, вероятность пребывания в открытом состоянии в текущий момент времени равна:

, (3.16)

где – число открытых каналов в текущий момент времени.

На рисунке 3.18 представлены зависимости вероятности пребывания канала в открытом состоянии (P_open) от времени при резком увеличении уровня cis[Ca] от 0 до 1 мкМ в момент времени t =0. Данные результаты получены из численных экспериментов при различных значениях интенсивности электронной активации канала . Этот параметр варьировался с целью определения влияния вероятности электронных переходов на длительность процесса открытия RyR-канала.

Анализируя графики, можно сделать вывод, что зависимость носит экспоненциальный характер, причем скорость увеличения P_open зависит от .

Для всех физических, биологических и химических характеристик, изменяющихся во времени экспоненциально, вводится понятие постоянной времени τ [117]. Физический смысл этого параметра следующий: он соответствует времени, за которое значение исследуемой величины увеличивается ровно в е раз, то есть τ характеризует скорость изменения исследуемой временной зависимости.

При изучении процесса открытия одиночного канала введена постоянная времени открытия . Эта величина соответствует моменту времени t, при котором P_open достигает уровня:

= . (3.17)

На рисунке 3.18 величина вероятности пребывания в открытом состоянии оценивается как (пунктирная линия).

Зависимость значения τ_opening от интенсивности электронных переходов представлена на рисунке 3.19.

Из рисунка видно, что при величина τ_opening сначала уменьшается, а затем достигает некоторого стационарного значения 1.22 мс. Это значение соответствует длительности медленной конформационной релаксации RyR-канала в открытое состояние.

В ряде работ процесс активации RyR-канала при повышении уровня cis[Ca] в липидном бислое исследован экспериментально [24]. Для резкого повышения уровня cis[Ca] в основном применяются две методики. Первая из них заключается в высвобождении связанного Са²⁺ из сложных структур, находящихся в растворе, с помощью лазерного (или ультрафиолетового) флэш-фотолиза [25, 29, 106], во второй методике уровень cis[Ca] повышается механически, то есть увеличивается концентрация Са²⁺ вблизи канала в растворе [31, 119].

Результаты, полученные с помощью методики лазерного флэш-фотолиза, говорят о том, что постоянная времени активации канала составляет ~1 мс [25]. При механическом увеличении уровня кальция в растворе эта величина была немного больше и варьируется в интервале 2-20 мс [31].

Проведя анализ результатов численных экспериментов, можно сделать вывод, что они с хорошей степенью точности согласуются с этими экспериментальными данными.