Der Einfluss von divalenten Kationen in der extrazellulären Lösung auf das transmembranäre Potential ist viele Jahre bekannt. Dies zeigt sich u.a. an einer Verschiebung der Strom-Spannungs-Beziehung von spannungsabhängigen Ionen-Kanälen zu stärker positiven bzw. weniger negativen Potentialen hin. In dieser Arbeit wird eine Konzentrations-Wirkungs-Beziehung getrennt für Mg2+ und Ca2+ zur Verschiebung der IU-Beziehung von L-Typ-Calcium-Kanälen an Herzmuskelzellen von Meerschweinchen zu positiveren Potentialen mittels der Patch-Clamp-Technik aufgezeigt. Die Konzentrationen liegen dabei in rel. engen Bereichen nahe dem physiologischen Milieu. Zudem kann die Konzentrations-Wirkungs-Beziehung unter diesen Bedingungen mit einer Sättigungs-Funktion für die Bindung eines Agens an einen Rezeptor beschrieben werden. Calcium wirkt dabei doppelt so stark (Kd(Ca)= ca. 11 mmol/l) wie Magnesium (Kd(Mg)= ca. 24 mmol/l). Ursächlich scheint hierfür zu sein, dass sich die positiv divalent geladenen Ionen nicht nur physikalisch an die negativen Oberflächenladungen anlagern sondern eine Ionenbindung mit ihnen eingehen. Die Ergebnisse werden in bekannte biophysikalische Modelle eingearbeitet. Ferner können Ionenabhängigkeit der schnellen und Potentialabhängigkeit der langsamen Komponente der Inaktivierungskinetik des L-Typ Calcium-Stroms gezeigt werden. So verlangsamt Magnesium die schnelle Komponente während sie dirch Calcium beschleunigt wird. Die langsame Komponente wird sowohl bei steigender Magnesium- als auch Calcium-Konzentration verlangsamt. Dies zeigt, dass sich durch Magnesium, trotz seiner Calcium-antagonistischen Wirkung, die Dauer des Aktionspotentials der Kardoimyozyten nicht verkürzt.
Übersetzte Kurzfassung:
An influence of divalent cations in extracellular bulk on potential across cellular membranes is well known. It can be shown by shifting IU-relationship of voltage operated channels in excitable membranes to more positive or less negative potentials. Using patch-clamp technique we found a concentration-effect relationship for each ion, magnesium and calcium, to describe the shift of IU-relationships of L-type calcium channels of giuneapig ventricular cardiomyocytes to more positive potentials even within small ranges of concentration (close to physiological conditions). Under these conditions the effect can be described by a simple function of saturation of a binding agent to a receptor. It emphasizes that calcium (Kd(Ca)= ca. 11 mmol/l) shifts IU-relationship approximately twice as strong as Magnesium (Kd(Mg)= ca. 24 mmol/l). It seems to confirm that divalent positive ions are not only physically adjacent to fixed negative charges of cellular membranes but ionic bindings are established. These results are integrated in known biophysically models. Furthermore a dependence of the fast component of inactivation of L-type calcium channels on the varied ion and the slow component on transmembrane potential can be shown. The fast component is slowed by magnesium but accelerated by calcium whereas the slow component is slowed by rising concentrations of magnesium and calcium. That shows why duration of action potential of cardiomyocytes is not shortened by magnesium instead of its calcium antagonistic effect.
Veröffentlichung:
Universitätsbibliothek der Technischen Universität München
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