Том 1 (1128365), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Активация натриевых каналов в этих опытах подавляласьтетродотоксином (разд. 5.6.4), а калиевых-ТЭА (разд. 5.6.5). Благодаря этомупри деполяризации пресинаптической мембраны не возникал ПД (рис. 6-34). Спомощью третьего микроэлектрода записывались постсинаптическиепотенциалы, служащие высокочувствительным "микрохимическим датчиком"медиатора, выбрасывающегося пресинаптическим окончанием. В этих опытахбыли получены следующие результаты (рис. 6-34, Б и В).Рис. 6.33. Увеличение частоты МПКП под действиемэлектрического раздражителя. При деполяризации пресинаптического окончания, возникающей приподаче импульса тока (внизу), вероятность высвобождения медиатора увеличивается.
Об этомсвидетельствует возрастание частоты МПКП (вверху). (Katz, Miledi, 1967.)1. Деполяризация пресинаптической мембраны приводила к выделениюмедиатора (о чем свидетельствовала деполяризация постсинаптическоймембраны), хотя естественный механизм запуска этого выделения-ПД-былподавлен.2. Амплитуда постсинаптического потенциала (пропорциональная количествувыделившегося медиатора) увеличивалась при повышении степенидеполяризации пресинаптической мембраны.3. При данном уровне деполяризации пресинаптической мембраныпостсинаптический потенциал был меньше, если концентрация кальция вовнеклеточной среде снижалась.Когда пресинаптическое окончание деполяризовалось до уровнякальциевого равновесного потенциала EСа, поступление в это окончание Са 2+ посоответствующим каналам прекращалось.
В этих условиях выделение медиаторане происходило и восстановить его можно было, лишь скачкообразно изменивмембранный потенциал от ЕСa до уровня покоя. При этом для ионов Са 2+возникал высокий электрохимический градиент, и они успевали создатькратковременный входящий ток до того, как кальциевые каналы в ответ нареполяризацию закрывались.Связь между входомСа 2+ ивыделениеммедиаторабылапродемонстрирована на гигантском синапсе аксона кальмара методомрегистрации люминесценции экворина - кальцийчувствительного белка,экстрагируемого из тканей медузы.
Этот белок вводили в пресинаптическоеокончание, записывали пре- и постсинаптические мембранные потенциалы ирегистрировали люминесценцию экворина в ответ на связывание его свходящим в пресинаптическое окончание Са 2+ (рис. 6-35). В том случае, если впресинаптическое волокно подавался деполяризующий ток, постсинаптическиепотенциалы регистрировались лишь тогда, когда одновременно192наблюдалась люминесценция экворина, свидетельствующая о входе Са 2+ впресинаптическое волокно.В пользу того, что для выделения медиатора из пресинаптического волокнанервно-мышечного синапса под действием потенциала действия необходим Са2+, говорит тот факт, что в условиях, когда вход этого иона в волокно затруднен(например, при низкой концентрации Са 2+ или наличии конкурирующих ионовтипа Mg2+ или La2+ во внеклеточной среде), выход медиатора подавляется.Наконец, показано, что медиатор выбрасывается из пресинаптическогоокончания гигантского синапса кальмара в ответ на микроинъекции в этоволокно ионов Са2+.Итак, все эти факты говорят о том, что для выделения из пресинаптическогоокончания медиатора необходимы ионы Са 2+, входящие в это окончание вмомент пробегания по нему нервного импульса.
Полагают, чтовнутриклеточный Са 2+ участвует в слиянии синаптических пузырьков свнутренней поверхностью клеточной мембраны нервного окончания или вкаких-то еще стадиях экзоцитоза. Недавно был найден еще один ключ к разгадкероли Са2+ в экзоцитозе синаптических пузырьков: оказалось, что этот процессстимулируется агентами, усиливающими активность фосфори-лирующегофермента -протеинкиназы С (разд.
9.3). С другой стороны, известно, что ионыСа2+ также активируют этот фермент. Значит, один из возможных способовучастия Са2+ в процессе экзоцитоза может состоять в облегчениифосфорилирования некоего белка, необходимого (в фосфорилированномсостоянии) для запуска этого процесса.Рис. 6.34.Взаимосвязь между деполяризацией пресинаптического окончания и выделениеммедиатора в гигантском синапсе кальмара. А.
Деполяризация мембраныпресинаптического волокна при импульсном введении тока через внутриклеточныймикроэлектрод. Б. Запись пре- и постсинаптических потенциалов с помощью двухрегистрирующихмикроэлектродов.Амплитудаимпульса,вызывающегодеполяризацию пресинаптического окончания, возрастает от а тс в. В. При даннойконцентрации Са 2+ во внеклеточной среде увеличение степени деполяризациипресинаптической мембраны приводит к повышению выделения медиатора и,следовательно, амплитуды постсинаптического потенциала. Снижение [Сa 2+]сопровождается уменьшением этого потенциала. (Katz, Miledi, 1966, 1970.)Данные, полученные с применением разнообразных подходов на различныхсинапсах (в том числе на нервно-мышечном соединении лягушки и гигантскомаксоне кальмара), свидетельствуют о том, что выделение медиатора можетзапускаться в том случае, когда с каждым рецепторным участком связываетсяболее одного иона Са 2+.
Дело в том, что этот выход медиатора пропорционаленчислу ионов кальция, поступающих в окончание, в степени п (где п взависимости от ткани может достигать 4). Иными словами, если п = 4 (как,например, в нервно-мышечном соединении лягушки), то при повышении [Са2+];вдвое выход медиатора увеличивается в 16 раз (2 4 = 16), при повышении [Ca2+]iвтрое - в 81 раз (34 - 81) и т. д. Значит, можно представить себе, что дляинициации экзоцитоза с некоей молекулой в пресинаптическом окончаниидолжны связаться до четырех ионов кальция. Что это за молекула - пока неясно.193192 :: 193 :: Содержание193 :: 194 :: 195 :: Содержание6.9. Синаптическая интеграцияПроцессы обработки сигналов нервной системой получили общее названиенервной интеграции.
"Интегрировать" в данном контексте означает "объединятьв единое целое". На уровне одиночных нервных клеток интеграция сводится ктому, что эти клетки отвечают на поступление информации по различнымсинаптическим входам тем, что либо193Pиc. 6.35.Роль Ca2+ в электросекреторном сопряжении.
В данном эксперименте натриевые икалиевые каналы гигантского синапса кальмара блокировали соответственно ТТХ иТЭА. В Пресинаптическое волокно вводили калъцийчувствителъное веществоэкворин и подавали деполяризующий импульс тока. С помощью микроэлектродовзаписывали пре- и постсинаптические потенциалы. В правой части рисункапредставлена реакция на раздражение пресинаптического волокна слабым исильным токами.
Нарастание постсинаптического потенциала, вызываемого,очевидно, выделением медиатора, совпадает с увеличением интенсивностилюминесценции экворина в пресинаптическом окончании; это свидетельствует овходе в окончание ионов Са2+. (Из работы blinds, Nicholson, 1975.)вырабатывают распространяющиеся импульсы, либо нет. Иными словами, вкаждом нейроне интегрируются поступающие к нему возбуждающие итормозные синаптические сигналы.
Эти процессы в значительной степенизависят от пассивных электрических свойств участков нейрона, расположенныхмежду областью синапсов и зоной генерации ПД. Кроме того, величины порогараздражения и частоты импульсации, возникающей в ответ на данныйдеполяризующий синаптический потенциал, зависят от плотности ичувствительности натриевых и калиевых каналов.Многое из того, что мы знаем о нервной интеграции, было получено вопытах на а-мотонейронах (рис. 6-36)-крупных нейронах, тела которых лежат впередних рогах спинного мозга.
Отростки этих нейронов иннервируютгруппировки из нескольких волокон скелетных мышц. На дендритах и телахмотонейроновоканчиваютсятысячитормозныхивозбуждающихсинаптических терминалей. От того, какой будет частота импульсации (т.е.число импульсов в секунду) мотонейрона в ответ на возбуждение того или иногосинапса, зависит сила сокращения иннервируемой им группы мышечныхволокон (так называемой двигательной единицы). Вся интегративнаядеятельность мотонейрона сводится к генерации ПД (т.е.
возбуждению) илиподавлению этой генерации (т.е. торможению). Поскольку только с помощьюПД нервные сигналы могут распространяться на расстояние, большеенескольких миллиметров, лишь те синаптические потенциалы, которые могутпривести к генерации ПД, способны вызвать сокращение функциональнойединицы, иннервируемой мотонейроном. Если же194Рис. 636. α-Мотонейрон переднего рога серого вещества спинного мозга, который входит в составдвухсинаптической рефлекторной дуги.
Болевой раздражитель, воздействующий на кожу, черезвставочный нейрон вызывает возбуждение мотонейрона; это в свою очередь приводит к сокращениюсоответствующей двигательной единицы, т. е. группы мышечных волокон, которую иннервирует данныймотонейрон.возбуждающие потенциалы не достигают порогового уровня-либо в одиночку,либо при суммации с другими сигналами, - то они не вызовут никакой реакциии фактически будут игнорироваться.195193 :: 194 :: 195 :: Содержание195 :: 196 :: 197 :: 198 :: 199 :: Содержание6.9.1.
СуммацияЗоной генерации потенциалов действия в мотонейроне служит начальныйсегмент аксона, расположенный непосредственно за аксонным холмиком (см.рис. 6-2). Этот участок чувствителен к деполяризации и обладает более низкимпороговым уровнем возбуждения, чем тело и дендриты нейрона (рис. 6-37).Возможно, здесь наиболее высока плотность натриевых каналов. Как бы то нибыло, именно в этой области впервые возникают нервные импульсы. Значит, длятого чтобы вызвать возбуждение, синаптический ток должен выйти черезмембрану этого участка и деполяризовать ее до порогового уровня.На каждом мотонейроне имеется несколько тысяч синаптическихокончаний.
Каким же образом отдельные синаптические входы влияют наимпульсацию мотонейрона? Дело в том, что синаптические токиэлектротонически распространяются от синапсов, расположенных на дендритахи соме, в соответствии с кабельными свойствами нейрона. Как видно из рис. 637, по мере распространения синаптических потенциалов от области ихвозникновения к зоне генерации импульса эти потенциалы становятся всеменьше. Из-за такого угасания, неизбежного при распространениинерегенеративных электрических сигналов по клеточным отросткам (см. рис. 620), синаптический ток, возникший в окончании длинного тонкого дендрита,будет уменьшаться существенно больше, а значит, оказывать гораздо меньшеевлияние на зону генерации ПД, чем ток, зародившийся в теле клетки рядом саксонным холмиком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
