Часть 3 (1129751), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Во-первых, будучи рецепторами, они обладают высокоселективными сайтами связывания нейромедиаторов, высвобождаемых из пресинаптиче-Глава 11. Мембранный транспорт малых молекул 1169Рис. 11.35. Химический синапс. (а) Когда потенциал действия достигает нервного окончания в пресинаптической клетке, он вызывает высвобождение нейромедиатора.
Молекулы нейромедиатора хранятсяв синаптических пузырьках и высвобождаются во внешнюю среду клетки при сливании пузырьковс плазматической мембраной нервного окончания. Выделенный нейромедиатор в синапсе связываетсяс медиатор-зависимыми ионными каналами плазматической мембраны постсинаптической клеткимишени и открывает их. Вызванные этим ионные токи изменяют мембранный потенциал клетки-мишени,передавая таким образом сигнал от возбужденного нерва.
(б) Электронная микрофотография тонкогосреза двух нервных синапсов на дендрите постсинаптической клетки. (б, с любезного разрешенияCedric Raine.)ского нервного окончания. Во-вторых, как каналы, они селективны по отношениюк пропускаемым через плазматическую мембрану ионам; это определяет природупостсинаптического ответа.
Возбуждающие нейромедиаторы открывают катионныеканалы, что приводит к входу Na+, деполяризующего постсинаптическую мембранув сторону порогового потенциала генерации потенциала действия. Тормозные нейромедиаторы, с другой стороны, открывают либо Cl-каналы, либо K+-каналы, и этоподавляет сигнализацию за счет того, что возбуждающим воздействиям становитсясложнее деполяризовать постсинаптическую мембрану. Многие нейромедиаторымогут быть как возбуждающими, так и тормозными в зависимости от того, где онивысвобождаются, с какими рецепторами связываются и от окружающих ионныхусловий.
Ацетилхолин, например, может как возбуждать, так и тормозить в зависимости от типа ацетилхолинового рецептора, с которым он связался. Однако1170Часть IV. Внутренняя организация клеткиобычно ацетилхолин, глутаминовая кислота и серотонин служат возбуждающиминейромедиаторами, а γ-аминомасляная кислота (ГАМК , GABA) и глицин — тормозящими. Глутамат, например, опосредует большинство возбуждающих сигналовв мозге позвоночных.Мы уже обсудили, как открывание катионных каналов деполяризует мембрану.Следующие рассуждения помогут понять влияние открывания Cl-каналов. Концентрация Cl снаружи клетки много выше, чем внутри (см.
таблицу 11.1, стр. 1160),но мембранный потенциал противодействует входу хлора. В самом деле, у многихнейронов равновесный потенциал по Cl близок к потенциалу покоя или даже болееотрицателен. Поэтому открывание Cl-каналов забуферивает мембранный потенциал;при деполяризации мембраны более отрицательно заряженные ионы Clвходят в клетку и противодействуют деполяризации. Таким образом, при открывании Cl-каналовдеполяризация мембраны и, следовательно, возбуждение клетки требует большихусилий. Открывание K+-каналов приводит к такому же эффекту. Влияние токсинов,блокирующих работу этих каналов, показало значение тормозящих нейромедиаторов:стрихнин, например, за счет связывания с рецепторами глицина и блокирования еготормозящего действия вызывает мышечные спазмы, судороги и смерть.Однако не вся химическая сигнализация в нервной системе действует посредством медиатор-зависимых ионных каналов.
Многие сигнальные молекулы,секретируемые нервными окончаниями, включая разнообразные нейропептиды,связываются с рецепторами, только косвенно регулирующими ионные каналы.Мы подробно обсудим эти так называемые сопряженные с G-белками рецепторыи сопряженные с ферментами рецепторы в главе 15.
Если сигнализация, опосредованная возбуждающими и тормозящими нейромедиаторами, связывающимисяс медиатор-зависимыми ионными каналами, простая и быстрая, то сигнализациялигандами, связывающимися с рецепторами, сопряженными с G-белками илиферментами, происходит медленнее и является более сложной, а ее последствиясохраняются дольше.11.3.13. Ацетилхолиновые рецепторы в нервно-мышечных соединениях представляют собой медиатор-зависимые катионные каналыНаиболее изученным примером медиатор-зависимых ионных каналов является ацетилхолиновый рецептор клеток скелетных мышц. Этот канал временнооткрывается ацетилхолином нервного окончания в нервно-мышечных соединениях — специализированных химических синапсах между двигательным нейрономи клеткой скелетной мышцы (рис. 11.36).
Этот синапс активно изучали, потомучто он легко доступен для электрофизиологических исследований, в отличие от синапсов центральной нервной системы.Ацетилхолиновый рецептор занимает особое место в истории ионных каналов.Это первый очищенный ионный канал, для него первого расшифровали аминокислотную последовательность, его первым полностью реконструировали в искусственныхлипидных бислоях и для него первого записали электрический сигнал отдельногооткрытого ионного канала.
Его ген также первым клонировали и секвенировалии его трехмерную структуру также расшифровали, хотя и со скромным разрешением. Было по крайней мере две причины быстрого прогресса в очистке и описанииэтого рецептора. Во-первых, богатый источник ацетилхолиновых рецепторов расположен в электрических органах электрических рыб и скатов (эти органы пред-Глава 11. Мембранный транспорт малых молекул 1171Рис. 11.36. Электронная микрофотографиянервно-мышечного соединения, полученная сканирующим электронным микроскопом с маленьким увеличением. Показаноокончание аксона на клетке скелетной мышцы. (Из J. Desaki and Y. Uehara, J.
Neurocytol.10: 101–110, 1981. С любезного разрешенияиздательства Kluwer academic Publishers.)ставляют собой модифицированныемышцы, приспособленные для ударадобычи током). Во-вторых, определенные нейротоксины (например, α-бунгаротоксин) в яде некоторых змей с высоким сродством(Ka = 109 литров/моль) и специфичностью связываются с рецептором,и, следовательно, их можно использовать в аффинной хроматографии для очисткибелка. Флуоресцентный или радиоактивномеченый α-бунгаротоксин также можноиспользовать для локализации и подсчета ацетилхолиновых рецепторов. Так, исследователи показали, что рецепторы плотно упакованы в плазматической мембранемышечных клеток в нервно-мышечных соединениях (около 20 тысяч таких рецепторов на мкм2).
В других местах той же мембраны их значительно меньше.Ацетилхолиновый рецептор скелетных мышц состоит из пяти трансмембранныхполипептидов, двух одного типа и трех разных типов, кодирующихся четырьмяразными генами. Последовательности этих генов очень схожи, что свидетельствует о том, что они эволюционировали от одного предкового гена. Каждый из двуходинаковых полипептидов пентамера вносит вклад в один из двух сайтов связывания ацетилхолина, расположенных между соседними субъединицами. Когда двемолекулы ацетилхолина связываются с пентамерным комплексом, происходит егоконформационная перестройка: образующие пору спирали поворачиваются и нарушают кольцо гидрофобных аминокислот, блокирующих ионный ток в закрытомсостоянии.
При связанном лиганде канал все равно переключается из открытогосостояния в закрытое, но теперь вероятность его нахождения в открытом состояниисоставляет 90 %. Это продолжается до тех пор, пока специальный фермент (ацетилхолинэстераза), расположенный в нервно-мышечном соединении, не снижаетконцентрацию ацетилхолина до приемлемого уровня. После того как рецепторосвобождается от связанного нейромедиатора, он возвращается в состояние покоя.Если ацетилхолин в результате избыточной нервной стимуляции присутствует продолжительное время, канал инактивируется (рис. 11.37).Общая форма и вероятное расположение субъединиц ацетилхолинового рецептора определены при помощи электронной микроскопии (рис. 11.38). Пятьсубъединиц собраны в кольцо, образуя заполненный водой трансмембранный канал — узкую пору через липидный бислой, — на обоих концах расширяющуюсяв проходы. Кластеры отрицательно заряженных аминокислот на обоих концахпоры способствуют исключению отрицательно заряженных ионов и прохождениюположительно заряженных ионов, диаметр которых меньше 0,65 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
