Auflösung des schnellen Schaltens bei Patch-Clamp Untersuchungen

Kapitel 4: Modelle für die Beschreibung der Transportvorgänge in Membrankanälen
Mit Hilfe dieses Markov-Modells können stochastische Betrachtungen über das
Schaltverhalten der Kanäle gemacht werden.
4.2 Multi-Ion-Single-File-Modell
Bei diesem Permeationsmodell wird der Kanal als Pore betrachtet. In dem
Vorläufermodell von Hille (1975) wird von einem Ion ausgegangen, das die Pore durchqueren
darf. Das bedeutet, daß sich nicht mehr als ein Ion im Kanal aufhält. Weil dieses einfache
Modell für die Beschreibung der Eigenarten einiger Messungen nicht ausreichte, wurde das
Multi-Ion-Single-File-Modell von Hille und Schwarz (1978) vorgeschlagen und von anderen
weiter modifiziert (siehe Urban und Hladky, 1979).
Als erstes wird angenommen, daß mehrere Energiebarrieren im Kanal existieren (Fig.
4.1), so daß zwei Ionen sich gleichzeitig im Kanal befinden dürfen (Multi-Ion), aber nicht
einander passieren können (Single-File). Dieses bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit groß ist
daß mehrere Zustände gleichzeitig besetzt sein können. Die Energiebarriere für den Wechsel
von Bindungstelle zu angrenzendem Außenmedium ist höher als die zwischen den beiden
Bindungstellen (Fig. 4.1). Die Ionen innerhalb des Kanals zeigen eine gegenseitige
Abstoßung.
Fig. 4.1: Energieprofil eines Kaliumkanals im Multi-Ion-Single-File-Modell (Hille und Schwarz, 1978).
Es gibt mehrere Bindungsstellen (in der oberen Fig. 2 bzw. 3 Bindungsstellen), die jeweils von einem Ion besetzt
werden können.
Der AMFE entsteht durch Wechselwirkungen zwischen den besetzten Zuständen.
Wichtig ist, daß das Tl + -Ion für das Eintreten in den Kanal eine kleinere Barriere überwinden
muß. Es wird zum Beispiel angenommen, daß ein K + -Ion eine Bindungsstelle im Kanal
besetzt. Dieses K + -Ion kann für eine längere Zeit dort verweilen, weil die Energiebarriere nach
außen hoch ist. Es bewegt sich erst dann nach außen, wenn ein weiteres Ion in den Kanal
springt und mit dem ersten in eine elektrische Wechselwirkung tritt. Wenn das zweite Ion ein
Tl + -Ion ist, ist es wahrscheinlicher, aus dem Kanal herausgeworfen zu werden, anstatt das K +
nach außen zu drücken. Es gibt einen Transport mit einer Wahrscheinlichkeit unter 50%.
Wenn das zweite Ion ein K + ist, wird die Wahrscheinlichkeit für das erste K + , den Kanal zu
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