Том 1 (1112429), страница 42
Текст из файла (страница 42)
А. Внутриклеточное отведение потенциала концевой пластинки (ПКП), вызывающего потенциал действия (Пьх) в мышечной клетке; схема эксперимента показана слева. Б. Отведение с большим чсиленпем, демонстрирующее суммацию миниатюрных потенциалов концевой пластинки (МПКП). В. Отведение с очень большим усилением, демонстрирующее шум, вызываемый ионофоретнческнм нанесением АХ (сравните с контрольной записью внизу).
Г. Внеклеточное отведение методом локальной фиксации, демонстрир>ющее токи, связанные с )Ча-каналами. (А — В нз работы Каца с сотрудниками, цитируемой в тексте; à — Мейег, 91е!пьасй, 1977.) с одним пузырьком, ио недавние исследования указывают иа то, что иногда квант складывается из одновременного опорожнения нескольких пузырьков. Действие одиночных молекул АХ было изучено с помошью медленного внесения АХ из микропипетки в область концевой пластинки — метода, известного под названием микроиоиофореза. ььрй отведении от концевой пластинки регистрировалась ожидаемая медленная деполяризация, ио, кроме того, иа нулевой линии были видны маленькие флуктуации (рис.
9.2В). На основании анализа шума было выдвинуто предположение, что оии связаны с открыванием и закрыванием ионных каналов одиночными молекулами АХ в процессе их взаимодействия с рецепториыми молекулами постсииаптической мембраны, Отведеиия по методу локальиой фиксации (ра(с)9-с(атр) показали, что через эти каналы проходят кратковременные траисмембраииые токи (см.
также гл. 8). У. йеедиаторы и модуляторы 208 П. Клеточные механизмы Несколько свидетельств разного рода указывают на то. что рецептором для ацетнлхолнна является здесь сравнительно крупный глнкопротенн (мол. масса 200000). Путем изучения влияния токсинов, которые связываются с рецепторами, было установлено, что плотность рецепторов составляет примерно 10000/мкмз, Это означает, что рецепторы н связанные с ними каналы упакованы в постсннаптнческой мембране чрезвычайно плотно, с промежутками всего 1О нм нлн около того.
Можно напомнить (см. гл. 7), что это близко к плотности натрневых каналов в перехвате Ранвье, но намного больше плотности этих каналов в аксонах, Такая плотная упаковка химических рецепторов в постсннаптнческой мембране, по-внднмому, является одной нз определяющих характеристик данного сннапса на молекулярном уровне. Градуалоное выделение квантов медиатора Выделение молекул медиатора квантами было обнаружено в нескольких типах сннапсов, н в настоящее время считается, что такой механизм представлен во всех химических сннапсах. Далее мы займемся вопросом о природе этого выделения. Оно в значительной степени контролируется величиной деполяризацнн пресннаптнческой мембраны; как показано на рнс.
9.3, чем больше вызванная деполярнзацня пресннаптнческого окончания, тем больше деполярнзацнонная реакция постсннаптнческой Б 1со ю 5 1 ирицации рис. 93. Пресинаптнческая регуляция частоты возникновения миниатюрных потенциалов концевой пластинки (МПКП). Ац Отведения ирн трех уровнях деиоляризацни окончания (йе! Сазп!!о, Ка1х, 1и: Ка!к, 1962). Б. График, иоказываюгций зависимость частоты МПКП от относительной деиоляризации иресииаитических окончаний ().1)еу, )и; Капа 1962!. мембраны. Это одно нз проявлений общего правила, связывающего деполярнзацню с вхождением Са'+ н освобождением меднатора (см. предыдущую главу), Важно то, что пресннаптнческая деполярнзацня увеличивает частоту (вероятность появлення) МПКП; индивидуальные амплитуды остаются теми же самыми.
Таким образом, постсинаптнческая деполярнзацня является следствием суммацнн МПКП, перекрывающихся во времени. Нарастание постсннаптнческой реакции с ростом пресннаптнческой деполяризации — важнейшее свойство сннапсов во многих центральных отделах. Сннапс, образуемый окончанием аксона, в норме активируется нмпульсом, приходящим к этому окончанию, но сннапс, образуемый дендрнтом, может актнвнроваться градуальнымн деполярнзацноннымн сннаптнческнмн потенцналамн внутри этого дендрнта, Такая концепцня, по-внднмому, приложима к работе сннаптнческнх сетей в целом ряде областей. Этапы синаптической передачи Последовательные этапы процесса выделения медиатора требуют времени.
В нервно-мышечном соединении минимальная синоптическая задержка между началом пресннаптнческой деполяризации н постсннаптнческой реакцией составляет около- 0,5 мс. Только одну десятую ее часть (50 мкс) можно отнестк на счет времени диффузии через сннаптнческую щель. Мы можем отметить попутно, что в этом коротком времени диффузии проявляется интересный «эффект масштаба»: процессы, которые кажутся медленными в мак)зоскопнческом масштабе, протекают очень быстро на микроскопическом уровне. Сказанное имеет особенно прямое отношение к механизмам, действующим в сннапсах; позже мы еще вернемся к этому. Чем объясняется остальная часть сннаптнческой задержка? Ответ был получен в результате исследования контакта между двумя перекрещивающимися гигантскими нервными волокнами кальмара, Этн волокна достаточно велики для того, чтобы можно было ввести мнкроэлектроды как в пре-, так н в постсннаптнческне элементы, что невозможно в большинстве центральных сннапсов (вот почему наши представления столь сильно опираются на знание периферических соединений).
Площадь контакта огромна — 150000 мкм'. На этом гигантском сннапсе было идентифицировано несколько этапов с определенным следованнем во времени. Оказалось, что большая часть всей сннаптнческой задержкн падает на открывание Са'+-каналов н что реальный интервал между появлением входящего Са'+-тока в пресннаптнческой мембране н появлением постсннаптнческого 14 — 986 пп. Медиогорет и модуляторст 219 2!О !й Клеточные мекониемы ОО Ж~ м оо Слияние "'":.ыте- Зкзоц з с воротзмн В покое Пресниаптичасквв и. Двимение Са А.Пресинаптичеокап депопяризацип 8. высвобождение медиатора ОО ОО О О Ионный ток у смолекулнрным — з!:-И%два с ( 81 Ионные воро~а Молекулярные событии Постсннаптнческий потенциал Г.
Диффузия Д. Собчпня на молекулярном Е. Постсинатические потенциалы и свнзывание уровне езяс. 9.4. Последовательность событий, проттсходятдвх в свяапсе. тока составляет всего 200 мкс. Величина постсинаптической реакции в этом соединении зависит от величины пресннаптической деполяризации (это прямая демонстрация градуального синаптического действия, обсуждавшегося в предыдущем разделе) .
Синаптнческую задержку часто используют при анализе синаптических сетей. Подавая синхронизированные залпы на входные волокна и отмечая всякий раз время нейронной реакции, электрофизиолог может определить пути моносинаптических и еуолисинаптических связей в некоторой локальной области. Рассмотренные выше этапы синаптической передачи суммированы в серии схем рис. 9.4: этап 1 — деполяризация пресинаптического окончания (А); этап 2 — открывание ворот (Б), которые позволяют ионам Са'+ входить внутрь через соответствующие каналы (этап 3). Считается, что ионы Сат+ способствуют слиянию синаптических пузырьков с плазматической мембраной (этап 4).
Следующий этап — высвобождение медиатора (В, этап 5). Механизм этого высвобождения живо обсуждается. Кац и его сотрудники обратили внимание на возможную связь между квантами и пузырьками и предположили, что квантованные порции медиатора содержатся в пузырьках и выбрасываются оттуда в процессе высвобождения. Эксперименты с замораживанием — скалыванием указывают на то, что пузырьки сливаются с плазмалеммой (рис.
9.1Б) и открываются в щель (рис. 9.1В), восле чего их мембрана может использоваться для образования новых пузырьков. Изящные эксперименты Дж. Хьюзера и Т. Ри- за (Л, Нензег, Т. Деезе) представили убедительные свидетельства именно такой последовательности событий (см. также гл. 4) .. Этот процесс рассматривается как аналог экзоцитоза — процесса, который участвует в выделении гормонов, как это показано У. Дугласом (%. Оонц(аз) из р(ельского университета в 1970 г. Вместе с тем медиатор содержится н в цитоплазме некоторых окончаний, и разнообразные данные позволяют предполагать,, что он может выделяться непосредственно через мембрану окончания (хотя бы и квантованными порциями), а пузырьки служат накопителями или играют другую вспомогательную роль.. Аргументы в пользу такой точки зрения представлены в работе Купера, Блума и Рота (Соорег, В1оош, Ко(Ь, 1982).
Г1осле высвобождения медиатор диффундирует через гцель. (рнс. 9.4Г, этап 6), а затем связывается с молекулярными рецепторами (этап 7). Обычно считают, что это происходит на постсинаптическом окончании, но недавние исследования застав. ляют предполагать, что в некоторых случаях медиатор может действовать и на пресинаптическое окончание (на ауторе. цепторы). Далее следуют события на молекулярном уровне (Д, этап 8), простые и сложные, Самое простое событие — прямое открывание ионных ворот (этап 9) — характерно для нервно. мышечного соединения и большинства центральных синапсов, которые изучены к настоящему моменту.
Однако в некоторых случаях может иметь место определенная последовательность ферментативных реакций, Это было продемонстрировано для некоторых гормональных действий на клетки-мишени, и аналогичные этапы могут входить в состав некоторых синаптических реакций. В то время как эти события развиваются на постсинаптической мембране, щель очищается от медиатора путем его дезактивации или гидролиза, обратного захвата в пресинаптическое окончание, диффузии или захвата глиальными клетками. Заключительные этапы, показанные на рис.
9.4Е, — возникновение тока в каналах ионной проводимости (этап 10) и синаптического потенциала (этап 11). Конечно, каждый из этих этапов можно расчленить, включив подэтапы, или модифицнро. вать, чтобы объяснить другие эффекты (например, уменьшение проводимости вместо ее увеличения на этапе 9). Кальций и функции нейрона В этом месте удобно обсудить детальнее роль кальция. Уже 30 лет назад цитолог Р. Хейльбрун (К. Не()Ьгпп) подчеркивал значение кальция для многих клеточных функций. Современные исследования убедительно подтвердили эту точку зрения, особенно в отношении внутриклеточного свободного ионнзиро. 14* П. Клеточнрге мехинизмы ;ванного Са, Сейчас имеется несколько методов для определения его содержания. Один из них основан на измерении люминес- .ценции зкворина — выделенного из медуз белка, который при реакции с Са'+ излучает свет.
В другом методе используются металлохромные красители, такие как арсеназо 111; когда они вступают в соединение с Са'+, у них меняется спектр поглоще- ния, что может быть зарегистрировано методами дифференци- альной спектроскопии. Созданы также ионообменные микро- электроды, избирательно чувствительные к Са'+, которые позво- ляют непосредственно измерять внутриклеточное содержание свободного Са'+. Электронная микроскопия в сочетании с рент- .геновской или протонной спектроскопией позволяет определять локализацию некоторых видов ионов, включая Са'+, по отноше- нию к клеточным органеллам. Все эти методы вместе с традиционными биохимическими методами измерения потоков радиоактивного Са'+ в согласии друг с другом показывают, что концентрации свободного иони- знрованного Са в нервных клетках чрезвычайно низки. Они находятся в интервале от 10 ' до 10-' М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
