Auflösung des schnellen Schaltens bei Patch-Clamp Untersuchungen

Kapitel 7: Meßergebnisse
7.2 Motivation zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen
schnellem Schalten und scheinbarem Einzelkanalstrom
Fig. 7.4B enthält einen Hinweis, daß normalerweise (bei Raumtemperatur) schnelles
Schalten Ursache für die scheinbare Reduktion des Einzelkanalstromes ist. Im folgenden soll
untersucht werden, ob diese Aussage durch eine Analyse der schnellen Übergangsraten des
zum Kanal gehörenden Markovmodells bestätigt werden kann.
Im Falle des Cs + -Blockes haben Draber und Hansen (1994) gezeigt, daß die Reduktion
der scheinbaren Einzelkanalströme, die bei 5 kHz-Abtastrrate gemessen wurden, einen
Mittelungseffekt im Anti-Aliasing Filter über schnelles Schalten zurückgeführt werden konnte
(Fig. 5.2, rechte Seite).
Bevor die Frage aufgegriffen wird, ob hier im Falle des AMFEs ein ähnlicher Effekt
vorliegt, soll der Zusammenhang zwischen Übergangsraten und scheinbarem
Einzelkanalstrom anhand eines einfachen Markovmodells OC (Abschnitt 4.1) und eines
einzelnen Kanals dargestellt werden. Dies ermöglicht eine bessere Veranschaulichung der
wesentlichen Mechanismen als die später folgende Analyse für das erheblich kompliziertere
Modell des vorliegenden Kanals.
Sei pj( ∞ ) die Wahrscheinlichkeit, daß sich der Kanal im Zustand j im Steady-State
aufhält, und kij sei die Übergangsrate zwischen dem i-ten und j-ten Zustand. Als Steady-State
wird der Zustand bezeichnet, in dem der Kanal sich in einem stationären Zustand befindet.
Das bedeutet, daß der Kanalstrom im zeitlichen Mittel konstant ist. Das Prinzip der
Mikroreversibilität besagt, daß jeder Reaktionsschritt im zeitlichen Mittel in beide Richtungen
gleich häufig durchlaufen wird (Hinfluß = Rückfluß). So gilt für das Modell OC im
Steady-State die folgende Gleichung:
C
p ( ∞ ) k = p ( ∞)
k
(7.1)
O
O
OC
C
CO
42
CO
pO( ∞)
kCO
⇒
=
p ( ∞)
+ p ( ∞)
k + k
OC
(7.2)
Der scheinbare Einzelkanalstrom ergibt sich durch den Mittelungsprozeß des Meßfilters
über die schnell umschaltenden Offen- und Geschlossenzeiten (Zustand O und C) des Kanals.
Damit ist der Strom proportional zur relativen Offenwahrscheinlichkeit:
pO( ∞)
⇒i
∝
(7.3)
p ( ∞)
+ p ( ∞)
C
O
Die Gleichungen (7.2) und (7.3) liefern die Beziehung zwischen den Übergangsraten und
dem mittleren Strom. Sie lautet:
k
CO ⇒ i∝
(7.4)
kCO
+ kOC
Formel (7.4) stellt einen direkten Zusammenhang zwischen den Übergangsraten und dem
Stromniveau bei dem Zustandsmodell OC und einem Einzelkanal im Falle unentdeckten
schnellen Schaltens her.