Nerve excitability: Transition from descriptive phenomenology to chemical analysis of mechanisms

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Abstract
Die elektrischen Strömchen, die die Erregungsleitung in Nerven- und Muskelfasern bewirken, entstehen aufgrund von Verschiebungen der Na- und K-Ionen infolge einer erhöhten Permeabilität der Membranen während der Erregung. — Biochemische Untersuchungen zur Aufklärung des Mechanismus dieser Permeabilitätsänderung, befaßten sich in erster Linie mit den Eigenschaften und Funktionen der Proteine, einschließlich der Enzyme, die bei der Funktion des Acetylcholins eine entscheidende Rolle spielen. Die Ergebnisse dieser Studien führten zu einem völlig neuartigen Konzept über die Rolle des AcCh bei der Nervenerregung. Die vier Proteine, die spezifisch mit der Funktion des AcCh verknüpft sind, bilden einen Zyklus, der die raschen Permeabilitätsänderungen der erregbaren Membran ermöglicht und die Öffnung der Durchtrittspforten für die Ionen reguliert. Es wurde ein Modell entwickelt, das die biochemischen, biophysikalischen und thermodynamischen Daten integriert und die Interpretation vieler elektrophysiologischer Beobachtungen auf molekularer Basis möglich macht. Acetylcholin übt bei der Erregungsleitung und bei der synaptischen Erregungsübertragung grundsätzlich die gleiche Funktion aus. Das neue Konzept hat die deskriptive Phenomenologie durch die Analyse der chemischen Mechanismen der Nervenerregung und der Bioelektrizität ersetzt. The electrical activity by which impulses are conducted along nerve and muscle fibers, is carried by Na- and K-ions moving across the excitable membranes due to increased ion permeability. — A biochemical approach, initiated to elucidate the mechanism of the permeability changes, centered around the analysis of the properties and functions of the proteins, including enzymes, directly associated with the role of AcCh, in the excitable membrane. The results necessitated a fundamentally reformed concept of the role of AcCh. The four proteins specifically associated with the function of AcCh form a cycle which controls the rapid ion permeability changes of the membrane and permits the ion fluxes through dynamic gateways. A model has been elaborated that integrates biochemical, biophysical, and thermodynamic data; it permits the interpretation of many electrophysiological data in molecular terms. AcCh has basically the same function in conducting and synaptic parts of excitable membranes. The new concept has replaced the purely descriptive phenomenology of nerve impulse propagation by the analysis of the chemical mechanisms of nerve excitability and bioelectricity.