Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 207
Текст из файла (страница 207)
За открыванием каждого Ма'-канала следует короткий период рефракгерности, в течение которого капал не может открыться вновь; это обеспечивает однонаправленность волны деполяризации — потенциача действия — от тела нейрона к концу аксона (стадия СО на рис. 12-25). Когда волна деполяризации достигает потенциалзависимых Са"-каналов, они открываются (стадия й), и ионы кальция входят в клетку из межклеточного пространства. Увеличение концентрации Са' в цптоплазме приводит к высвобождению ацетилхолнна экзоцитозом в синаптическую щель (стадия В). Ацетилхолин диффундирует в постсинаптическую клетку (другой [636] Часть 1.
12. Биоснгналиэацня + Потенцнзл- Аксон +: ззннснмый пресннвптнческого: К -канал нейрона Потенциал- гч «к+ зависимый Хз ' -капал К в' ~"«в. Ср «,'66 «««, К, Вотенцнзл лгл "ццгя ГГа' чкг С а«+ )«» «, . -".У Саз г э к1юзогзц«« всзнкуз»ь Потенциал- г~. «ожржзннн' зависимый .." ыктцлколнл Сз«' -канал ф .; '!,: Сннацтн ы ацетнлхолннового рецептора гч Потенциал действия мз '!т К »«г +:, й'.) нейрон или миоцит), где связывается с рецептором и запускает деполяризацию.
Так сигнал проходит в следующую клетку «цепочки». Итак, регулируемые ионные каналы передают сигналы одним иэ двух способов: изменяя цитоэольиую концентрацию иона (например, Саэ'), который затем работает как вторичный мессеиджер (первичный мессенджер — это гормон или иейромедиатор), или изменяя У и влияя на другие мембранные белки, которые чувствительны к У . При передаче электрического сигнала через один нейрон на следующий работают оба механизма. Рис. 12-25.
Роль потенциалзависимых и кимически регулируемых ионных наналов в передмге нервных импульсов. Первоначально плаэматическая иембрана пресинаптического нейрона поляризуется (отрицательный заряд внутри) посредством действия электрогенной На'/К'-АТРаэьь которая выкачивает 1 иона Ма' наружу на каждые 2 иона К; эакачиваемые в нейрон (см. рис. 12-24).
Ог Стимул, действующий на этот нейрон, вызывает перемещение потенциала действия вдоль аксона (белая прелка) по направлению от тела клетки. Открытие одного потенциалэависимого Ма'-канала делает возможным вход На'; возникающая в результате этого локальная деполяриэация вызывает открывание соседнего На'-канава и т. д. Направленность перемещения потенциала действия обеспечивается коротким периодом рефрактерностн, который следует эа открыванием кюкдого потенциалэависимого На'-канала. Ф Когда волна деполяризации достигает конца аксона, открываются потенциалэависииые Са"-канальь делая возможным вход Са" в пресинаптический нейрон.
Оз В результате этого концентрация внутриклеточного Са' увеличивается, что запускает высвобождение (путем экэоцитоэа) нейромедиатора ацетилхолина в синаптическую щель. О«Ацетилхолин связывается с рецептором на постсинаптнческом нейроне, вызывая открытие регулируемого ацетивхолином ионного канала. ® Внеклеточные Ма' и Са" входят через этот канав, деполяриэуя постсинаптическую клетку. Таким образом, электрический сигнал проходитктелу постсинаптического нейронаи перемещается вдольаксона к третьему нейрону при соблюдении той же последовательности событий.
В равд. 11.3 мы достаточно подробно обсудили структуру и механизм действия потепциалзависимого калиевого канала (см. рис. 11-48, 11-49 и 11-50). 3десь остановимся подробнее ца действии патриевых каналов. Основной элемент натриеного капала — большой пол ипептид (1840 аминокислотных остатков) иэ четырех доменов, организованных вокруг центрального канала (рнс. 12-26, и, б), по которому ионы натрия проходят через мембрану.
Специфичность канала к ионам натрия создается с помощью «поры», образованной участками между трансмембраипыми спиралями 5 и 6 каждого домена. В спирали 4 каждого домена сосредоточено много положительно заряженных остатков Агй; считается, что этот участок перемещается в мембране при изменеигих трансмембранного потенциала от -60 мВ (потенциал в состоянии покоя) до -30 мВ. Перемецгение спирали 4 приводит к открыванию канала, на чем и основано его потенциалзависимое действие (рис.
12-26, н). Избирательный фильтр (вороная область) Снаруяаа Домен 1 1П г 1У П напряжения Активные ворота Снаружи Ф4.Ф'~: В:У,ФЪ:,, Вури М поляриво .. Сенсор выбрана напряжения вана, канал закрыт Иоиныи ;" канал Снаружи Внутри Мембрана лелоляр ива вана камал открыт -".-,.~Ъ':-':-";~:,'~~~~- ~~'~~,'" „~$Ъ~'-. )ЧИ» ' Неактивные Внутри ворота /' Активные ворота а Сенсор П1 „Сенсор напряжения .-Избирательный фильтр (поры) -," П ~;- Активные ворота и же б вязь ворота (открыты) 12.6 Регулируемые ионные каналы (637) Рис. 12-26.
Потенциалзависимые йа -каналы нейронов. Натриевые каналы в разных тканях и в разных оринизмах построены из различных субъединиц но основную функцию выполняет главная а-субъединица. а) а-Субьединица представляет собой большой белок, состоящий из четырех гомологичных доменов (от 1 до 1У; здесь они изображены раздельно для болыпей наглядности), каждый из которых содержит шесть трансмембранных спиралей (от 1 до 6).
Спираль 4 в каждом домене (сиюш) чувствительна к изменениям напряжения, спираль 6 (оранжевая), повидимому, образует активирующий вход. Область поры (красная), образованная участками между спиралями 6 и 6, представляет собой фильтр, а участок между доменами Ш и 17 (зеленый) — инактивирующий вход.
6) Четыре домена закручены вокруг центрального трансмембранного канала, образованного полярными аминокислотными остатками. Четыре поры (красные) сходятся вместе вблизи внешней поверхности мембраны, образуя селективный фильтр, имеющий одинаковое строение во всех натриевых каналах. Фильтр обеспечивает способность канала отличать ионы натрия от других ионов близкого размера Инактивирующий вход (зеленый) закрывается (пунктирная линия) вскоре после открывания активирующего входа. в) Действие потенциалчувствительного механизма основано на том, что при изменении трансмембранного потенциала спираль 4 (синяя) устанавливается в перпендикулярном направлении к плоскости мембраны. Как показано в верхней части рисунка большой положительный заряд на спирали 4 способствует тому, что при появлении отрицательного внутреннего мембранного потенциала (Р„) зта спираль оказывается втянутой внутрь.
При деполяризации это притяжение ослабевает, так что спираль 4 возвращается в релаксированное состояние (внизу). Это изменение сообщается активирующему входу (оранжевый), в результате чего происходят конформационные изменения, открывающие канал при деполяризации. Ипактнвация канала, по-видимому, происходит по механизму «шарика на веревочке». Белковый домен на цитоплазматнческой стороне натриевого канала (ннакгивируюший вход, «шарик») привязан к каналу короткой полнпептндной цепочкой («веревочка»; рис. 12-26, б).
Этот домен свободно движется па «веревочке», когда канал закрыт, но когда канал открывается, внутри канала освобождается участок, с которым «шарнк» связывается, перекрывая канал. Вероятно, длительность пребывания ионного канала н открытом состоянии определяется длиной «веревочкигк чем длиннее «веревочка», тем долыпе канал открыт. По схожему механизму могут ннактивироваться н другнс регулируемые ионные каналы. [62В1 Часть 1. 12. Биоскгнаяиэация б Канал окружают амфифильныс спирали М2 Субъелипица содержит четыре трансмембранные а-спирали соо- йнз и Сайты связывания вцетилхолинз г Снвптжн мг а~-:., мв г Закрыт ~™ 2 Ацетилхолинз В спирали М2 крупные гидрофобные боковые цепи остатков 1.ец закрывают канал.
Теперь в канал обращены полярные остатки меньшего размера. Связывание двух моле- кул вцетилхолнна вызы- вает проворачнвание спиралей М2. Рис. 12-27. Дцетилколиновый ионный канал. а) Каждая из пяти гомологичных субъединиц (агРуб) содержит четыре трансмембранные спирали (от М1 до М4). Спираль М2 амфифильна, другие содержат в основном гидрофобные аминокислотные остатки. б) Пять субъединиц окружают центральный трансмембранный канал, образованный полярными остатками спиралей М2. В верхней и в нижней частях канала располагаются кольца отрицательно заряженных аминокислотных остатков.
в) Модель ацетилхолинового рецептора, основанная на данных злектронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа родственного белка (ацетилхолинсвязывающего белка моллюска). г) Вид сверху на поперечное сечение, проходящее через центр спирали М2: видны боковые цепи пяти остатков лейцина (желтые; по одному из каждой спирали М2), которые направлены внутрь канала, что делает канал слишком узким для прохождения ионов Са', На' или К'. Когда оба центра связывания ацетилхолина (по одному на каждой субъединице) оказываются занятыми, происходят конформационные изменения. Спираль М2 слегка поворачивается, и пять остатков лейцина выходят из центра канала, а на их место встают полярные основания меньшего размера (синие). В результате канал открывается, давая проход ионам Са', На' или К'. Ацетилхолиновый рецептор— регулируемый лигандом ионный канал Никотиновый ацетилхолиновый рецептор участвует в передаче электрического сиг- нала в некоторых типах синапсов, а также в нервно-мышечных соединениях (между моторным нейроном и мьппечным волокном), подавая мыпщам сигнал сокращения.
(Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы и мус- Лцстилиьлин кариновыс ацстилхолиновые рецепторы отличали друг от друга по чувствительности первых к никотину, а вторых — к грибному алкалоилу мускарину. Эти рецепторы имеют разное строение и выполняют разные функции.) Ацетилхолип, высвобождаемый пресинаптическим нейроном или моторным нейроном, диффунлирует на несколько микрометров к плазматической мембране постсинаптического нейрона или миоцита, тле связывается с ацетилхолиновым рецсптороль Это связывание вызывает изменение конформации молекулы рецептора, заставляя ионный канал открыться. Возникающий поток катионов в клетку леполяризует п.зазматическую мембрану.
В мышечной ткани это приводит к сокращению мышечного волокна. Ацетилхолиновый рецептор позволяет проходить ионам 1за', Са" и К', но другие катионы и никакие анионы пройти це могут. Прохожление ионов натрия через ацетнлхолиновый рецепторпый канал является пенасьпцаемым (это означает, что скорость потока ионов линейно зависит от внеклеточпой концентрации Ха'), а скорость пр<>хождения очень высока — около 2 10' ионов в секунду при физиологических условиях. О НзС вЂ” С У СН з 3 О СНе СНе Х СНз 1 СН Подобно другим регулируемым ионным каналам, ацетнлхолиновый рецептор открывается в ответ на стимул, посылаемый сигнальной молекулой, и имеет свой механизм отсчета времени, закрывающий канал через несколько миллисекунд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
