Том 1 (1112429), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Сопоставьте зто с 10 ' М для суммарного содержания Са'+ в аксоплазме ги- гантского аксона кальмара (и около 10 ' М для морской воды). Таким образом, большая часть Са в нейроне (равно как и в лю- бой другой клетке тела) находится в связанной форме, и толь- ко очень малая часть — в свободном ионизированном состоянии в цитозоле.
Это один из ключей к пониманию функций Са, по- скольку зто означает, что клетка может использовать малые из- менения локальной концентрации Са'+, чтобы вызвать значи- тельные аффекты. .Это основа той критической роли, ко- торую Сазе играет в таких разных функциях, как секреция, те- чение аксоплазмы, подвижность, сокращение, ферментативные реакции и проницаемость мембраны. Указанные функции и ряд других представлены на рис 9,5, Рис. 9,5.
Функция кальция в аксонах (А) и дендритах (Б). Возбуждающие эффекты показаны.сплошнымн тонкимн линиями, тормозные эффекты — пра- рывистыми тонкими линиями. (Егн!)гаг, Г)пе, !979.) !. Потенциалзавнсимые каналы Са'+-проводимости активируются деполярьзацией мембраны, 2 Потенциалнезавнсимые каналы Са"-проводимости акгивируются повышением уровня сАМР. 3.
Са' регулирует уровни сЛМР н сПМР посредством стимуляции фосфоднэстеразы. 4. Меднатор активирует аденитатциклазу. 5 Зкзоцитоз синаптических и секреторйых пузырьков, зависящий от входа Сае+. б Аксонный транспорт. 7. Захват Са'+ митохондриями в обмен на протоны. 8 Заключение Са'+ в цистерны. '9. Внеклеточный Са'+ уменьшает н стабилизирует возбудимость нейрона, )9 Активация сократимых волокон либо непосредственно под действием Са'+, либо через посредство изменений уровни сАМР. са -се. в денарит )! Метаболнческий насос для выкачивания Са'+ и обмена )Ча: Са н Са: Са. !2.
Са'+-зависимая К+-проводнмостгь активируемая повышением уровня Са'+. !3. Увеличение концентрации Са'+ уменьшает проводимость электрических синапсов. 14 Связывание Са'+ с эндоплазматическим ретикулумом и другими органиы лами и макромолекулами, включая кальмодулин. !5. Влияние Са на метаболизм нейрона (снижение уровня рН, влияние иа ферменты, снижение уровней сАМР и СМР). 2!4 Гд Клеточные механиамьа 9. 1)бедааторм и мог)рлиторм 215 Что касается выделения медиатора, то ключевым событием здесь служит входящий ток Са'+. После того как Са'+ выполнил свою роль в экзоцитозе синаптических пузырьков и выделении медиатора, он подлежит удалению из цитозоля. Наиболее важные механизмы, которые существуют для этого,— связывание с кальмодулином, связывание с эндоплазматическим ретикулумом и другими органеллами (14 на рис, 9,6), заключение в цистерны (8), захват митохондриями (7) и откачивание насосом (11).
Эти механизмы, контролирующие доступность свободного Са, в свою очередь многими способами связаны с путями синтеза медиатора и общего метаболизма клетки. Благодаря этому Са'+ играет важную роль в долговременных процессах, лежащих в основе пластичности сннапсов, развития, памяти и научения, что будет обсуждаться в последующих главах. Метаболические пути Мы видели, что морфологически синапсы характеризуются определенной общей тонкой структурой, а физиологически — некоторыми общими последовательностями процессов.
Такое сходство удивительно, если принять во внимание разнообразие химических веществ, которые могут функционировать как медиа- торы. На схемах 9.6 и 9.7 представлено большинство веществ, которые были идентифицированы в нервной системе как медиаторы, и показаны их главные метаболические пути и этапы синтеза, На рис. 9.6 начало пути наверху; показано, что метаболизм начинается с веществ, поступающих с кровотоком. Для нервных клеток это является критическим фактором из-за так называемого гемитоэнцефалического барьера. Этот барьер в мозге позвоночных образуют плотные контакты между эндогелиальными клетками капилляров, которые изолируют мозг (за исключением определенных областей) от веществ, циркулирующих в кровотоке.
К веществам, которые могут преодолевать этот барьер, относятся ионы, глюкоза, незаменимые аминокислоты и жирные кислоты. Центральная роль глюкозы в энергетическом обмене и в синтезе аминокислот и белков отражена на схеме (рис. 9.6). Мы еще вернемся к этому далее. На нашей схеме представлены основные катогории медиа- торов: ацетилхолнн, катехоламины, аминокислоты и пептиды. В прямоугольниках указаны различные отдельные типы молекул. Тут можно сделать несколько обобщений. Все медиаторные соединения — это низкомолекулярные водорастворнмые (днпольные) амины или аминокислоты и родственные им вещества. Ацетилхолин и катехоламины синтезируются нз циркулирующих в крови предшественников, тогда как аминокислоты и пептиды Кроваток Ионн Гпюкоза Трипгофаи Тирозин Холин Тирозин ма' к оа" мбэ сг Глюкоза Трипгофан ! Гпюкозо.б.
фосфаг б-гидрокси грипгофзи гормож. (оозб.) Пингвин». — Трнозофосфзг г ! Простат -~ [ ПептияыД Цисгаин возб. Тзурнн воза, Пзпгидм Гамма- ггфмож. зминомасппиап 1п( зб ) кислота Рис. 9.8. Перечень медиаторов и родствеииых им соедииеиий, а также неко- торые пути их транспорта из кровотока и метаболизма внутри нервных кле- ток (Соорет е1 а1., 1982, с измеиеииями). в конечном счете образуются из глюкозы. Поразительным свидетельством консерватизма природы является то, что, несмотря на различие циркуляторных систем и метаболических путей, беспозвоночные и позвоночные в равной степени используют большинство тех меднаторов, которые изображены на рис. 9.6.
На схеме также указаны типы синаптнческих действий (возбуждение или торможение), которые связаны с конкретными возб. гормож Г:2 Аспараг воза. ) ) 1 возб. Дофзмии гормож. 1 гормож. Норадранапин ( воэб.] Адранапин воза. 9. Медипторы и модуляторы 2!ь !!. Клеточные меланизмы Синтез Соединение Структуре н,с-б-о-)сн,),й )сн,) Ннактивецнн Ацетипхолин ГАК) хдт АХЭ Обрат«а й захват мдо, конт но: нн, но )й нн, но )О -, нн, о н,ь-)сн,)гсхон 'о Н.й-СНГС-ОН Дофамин )ДА) даг Обры«ый захват )УАО, Кон Лт Обрети ~й захват ЫАО Норедреналин )НА) Серотонин )5.ГОТ) АКДК Гамма-амн«о- маопяная киллота )ГАМК) Глнции )о)у ) Обратный захват гдмк.т т ГДК Рис. 9.7.
Структурз молекул главных медиаторных соединений, способы их синтеза и инактивапии. Синтез: ХАТ вЂ” холинацетнлтрансфераза; ДДК вЂ” дофадекарбоксилаза; ДВà — дофамин-В-гидроксилаза; АКДК вЂ” декарбоксилаза ароматических аминокислот; ГДК вЂ” глутаматдекарбоксилаза. Инактивация: АХЭ вЂ” ацетилхолинэстераза; МАΠ— моноаминоксидаза, КОМТ вЂ” катехол-ометилтрансфераза; ГАМК-Т вЂ” ГАМК-трансаминаза.
(Мопп!сам!е, 1980, с изменениями.) Принцип Лейла Хотя нервная система в целом может использовать различные вещества в разных синапсах, из этого не обязательно следует, что то же самое имеет место в индивидуальном нейроне. Метаболнческое единство нейрона, по-видимому, требует, чтобы во всех окончаниях выделялся один и тот же медиатор. Это веществами. Хотя многие думают, что данный медиатор везде оказывает одно и то же специфическое действие, можно видеть, что это не всегда справедливо. Например, ацетилхолин оказывает тормозное действие на сердце, но мы видели, что в нервно-мышечном соединении его действие является возбуждающим.
Поэтому на схеме для ацетилхолина рядом с прямоугольником указаны оба действия. Из этого и других примеров можно вывести важный принцип сннаптической организации, заключающийся в том, что данный медиагор, вообще говоря, нельзя связать только с одним специфическим посгсинаптическим действием. Другими словами, нервная система часто использует одно и то же вещество для разных целей, и наоборот, одна и та же функция (например, возбуждение) может обеспечиваться различными веществами. Эта гибкая связь между медиаторным веществом и его физиологическим действием может рассматриваться как биохимическая предпосылка гибких отношений, которые существуют между структурой и функцией отростков нейрона. принцип (или закон) Дейла, и поскольку его легко понять неправильно, полезно процитировать оригинальную формулировку.
В своем обзоре синаптической передачи в вегетативной нервной системе много лет назад (в 1935 г.) Дейл писал: ..мявление регенерации, по-видимому, указывает на то, что природа химической функции, независимо от того, ивлиется она холинэргической нлн адренэргической, специфична дли каждого отдельного нейрона и неизменна. Когда мы имеем дело с двумя различными окончаниями одного и того же сенсорного нейрона, одним периферическим и имеющнм отношение к расширению сосудов, а другим — в некотором центральном синапсе, можем ли мы предположить, что, открыв и идентифицировав химический медиатор рефлекторного расширения, мы получили указание на природу процесса передачи в центральном синапсе? Такая возможность ценна хотя бы как стимул к последующим экспериментам.» Это был желудь, из которого вырос могучий дуб, Принцип этот глубок, потому что он подразумевает, что в ходе развития некоторый процесс дифференциации определяет тот специфический секреторный продукт, который данный нейрон будет вырабатывать, накапливать и выделять (см.
гл. 10). Польза этого принципа для анализа синаптических сетей ясно выражена в утверждении Дейла, ибо если некое вещество будет идентифицировано как медиатор в одном синапсе, можно будет заключить, что оно же будет медиатором и во всех других синапсах, образуемых тем же нейроном. Закон Дейла касается только пресинаптического единства данного нейрона; этот момент часто понимают неправильно. Нельзя применять закон Дейла к постсинаптическим эффектам, которые данный медиатор будет вызывать в синапсах, образуемых данным нейроном на различных нейронах-мишенях. Этн эффекты могут быть сходными, а могут быть и различными. Скажем, ацетнлхолин, выделяемый нервными окончаниями мото- нейрона в нервно-мышечном соединении, оказывает возбуждающее действие, а тот же ацетилхолнн, выделяющийся из окончаний блуждающего нерва, оказывает на сердце тормозное действие. Аналогичная возможность различных действий существует и для медиатора, выделяемого одним нейроном, Такие нейроны были названы клетками с множественным действием; они особенно хорошо изучены у беспозвоночных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
