Часть 3 (1129751), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Мембрана дендритов и тела клетки большинства нейронов содержит относительно небольшое количество потенциал-зависимых Na+-каналов, и отдельного EPSP обычно недостаточно для запуска потенциала действия. Вместо этого,каждый входящий сигнал отражается в локальном PSP определенной величины,который уменьшается с расстоянием от синапса. Если в одну область дендритногодерева одновременно приходят сигналы от нескольких синапсов, общий PSP будетприблизительно равен сумме отдельных PSP, причем IPSP будут вносить отрицательный вклад в общее изменение потенциала.
PSP от каждого участка пассивнораспространяются и сливаются в теле клетки. При дальнодействующей передачеобщая величина PSP переводится, или кодируется, в частоту генерации потен-Рис. 11.40. Тело двигательного нейрона спинного мозга. (а) На клеточном теле и дендрите располагаютсятысячи синапсов нервных окончаний. Они доставляют сигналы от других частей организма и регулируютгенерацию потенциалов действия вдоль единственного аксона этой крупной клетки. (б) Микрофотография тела и дендритов нервной клетки, окрашенной флуоресцентным антителом, узнающим белокцитоскелета (зеленый). Тысячи окончаний аксонов (красные) от других нервных клеток (не показаны)образуют синапсы на теле клетки и дендритах; они окрашены флуоресцентным антителом, узнающимбелок синаптических пузырьков.
(б, с любезного разрешения Olaf Mundigl и Pietro de Camilli.)Глава 11. Мембранный транспорт малых молекул 1177циалов действия (рис. 11.41). Такая кодировка достигается за счет специальногонабора ионных каналов, в большом количестве присутствующих в прилегающемк телу клетки основании аксона, области, известной как начальный сегмент, илиаксонный холмик (см. рис. 11.40).11.3.17. Обработка информации нейроном требует по крайнеймере трех типов K+-каналовМы видели, что интенсивность стимуляции нейрона перекодируется в дальнодействующую передачу через частоту генерируемых нейроном потенциалов действия:чем сильнее стимуляция, тем выше частота потенциалов действия. Потенциалыдействия запускаются в аксонном холмике, уникальной области каждого нейрона, обогащенной потенциал-зависимыми Na+-каналами.
Но для выполнения своейфункции кодирования мембрана аксонного холмика также содержит по крайнеймере четыре других класса ионных каналов – три селективных по K+ и один селективный по Ca2+. Три вида K+-каналов обладают различными свойствами; мы будемназывать их медленными, быстрыми и Ca2+-зависимыми калиевыми каналами.Чтобы понять, зачем необходимо несколько видов каналов, сначала рассмотрим, что случилось бы, если бы единственными потенциал-зависимыми ионнымиканалами в нервной клетке были Na+-каналы.
Если синаптическая стимуляциянаходится ниже определенного порогового уровня, то вызываемой ею деполяризации мембраны аксонного холмика будет недостаточно для запуска потенциаладействия. При постепенном увеличении стимуляции порог будет преодолен, откроются Na+-каналы и произойдет генерация потенциала действия. Потенциал действиябудет терминирован, как обычно, инактивацией Na+-каналов.
До того как сможетбыть послан следующий потенциал действия, эти каналы должны восстановитьсяпосле инактивации. Но для этого потребуется возвращение мембранного потенциалакочень отрицательному значению, чего не произойдет при продолжительном сильномдеполяризующем стимуле (от PSP). Таким образом, необходим дополнительныйРис. 11.41. Величина суммарного постсинаптического потенциала (PSP) отражается в частоте генерациипотенциалов действия. Когда последовательные потенциалы действия достигают одного синапса, каждыйсоздаваемый ими PSP суммируется с предыдущим, что приводит к большему общему PSP. Сравнение (а)и (б) показывает, как увеличивается частота генерации потенциала действия аксоном при увеличениисуммарного PSP.
На (в) показано общее соотношение.1178Часть IV. Внутренняя организация клеткитип каналов, который смог бы реполяризовать мембрану после каждого потенциаладействия и подготовить ее для дальнейшей генерации импульсов.Как мы видели раньше, при распространении потенциала действия эту функциювыполняют медленные K+-каналы (см. стр. 677(1164)).
Они потенциал-зависимы,но благодаря своей более медленной кинетике открываются только во время фазыреполяризации потенциала действия, когда Na+-каналы неактивны. Их открывание приводит к выходу K+ из клетки, что возвращает мембрану к равновесномупотенциалу по K+, который настолько отрицателен, что Na+-каналы быстро восстанавливаются из инактивированного состояния. Реполяризация мембраны такжезакрывает медленные K+-каналы. Аксонный холмик возвращается в исходное состояние, и деполяризующий стимул от синапсов может запустить новый потенциалдействия.
Таким образом, постоянная стимуляция дендритов и тела клетки приводитк повторной генерации потенциала действия.Однако только повторной генерации потенциала действия недостаточно. Частотагенерации должна соответствовать интенсивности стимуляции, и простая системаNa+-каналов и медленных K+-каналов недостаточна для решения этой задачи. Нижеопределенного уровня постоянной стимуляции клетка совсем не будет генерироватьсигналы; выше этого порога она будет отрывисто «выстреливать» с относительнобольшой скоростью. Быстрые K+-каналы решают эту проблему.
Они тоже являютсяпотенциал-зависимыми и открываются, когда мембрана деполяризуется. Они обладают специфической чувствительностью к потенциалу и кинетикой инактивации,которая направлена на уменьшение частоты потенциалов действия при стимуляции, незначительно превышающей порог генерации импульса. Таким образом, ониубирают несоответствие в соотношении между скоростью генерации потенциаловдействия и интенсивностью стимуляции. В результате частота импульсов в широкихпределах пропорциональна силе деполяризующего стимула (см.
рис. 11.41, в).Процесс кодировки обычно модулируется еще двумя типами ионных каналов аксонного холмика, а именно потенциал-зависимыми Ca2+-каналами и Ca2+-зависимымиK+-каналами. Их совместное действие направлено на снижение ответа клетки нанеизменную продолжительную стимуляцию; этот процесс называется адаптацией.Эти Ca2+-каналы сходны с Ca2+-каналами, опосредующими высвобождение нейромедиатора из пресинаптического окончания аксона; они открываются при генерациипотенциала действия, временно позволяя Ca2+ входить в аксонный холмик.Ca2+-зависимые K+-каналы структурно и функционально отличаются от всехописанных ранее типов каналов.
Они открываются в ответ на увеличение концентрации Ca2+ на цитоплазматической поверхности мембраны нервной клетки.Предположим, что мы продолжительное время налагаем сильный деполяризующий стимул, запуская длинную цепочку потенциалов действия. Каждый потенциал действия вызывает краткий вход в клетку Ca2+ через потенциал-зависимыеCa2+-каналы. В результате внутриклеточная концентрация Ca2+ постепенно растети в определенный момент времени достигает уровня, достаточного для открыванияCa2+-зависимых K+-каналов. Увеличение проницаемости по K+ приводит к тому,что мембрану становится сложнее деполяризовать, и в результате увеличивается задержка между последовательными потенциалами действия.
Таким образом, нейрон,находящийся под действием продолжительной стимуляции, постепенно становитсяменее чувствительным к постоянному стимулу.Такого рода адаптация, которая также может происходить посредством другихмеханизмов, позволяет нейрону и всей нервной системе тонко реагировать на из-Глава 11. Мембранный транспорт малых молекул 1179менения даже при высоком фоновом уровне постоянной стимуляции.
Это однаиз стратегий, которая помогает нам, например, чувствовать легкое прикосновениек плечу и при этом игнорировать постоянное давление нашей одежды. Мы болееподробно обсудим адаптацию как общее свойство процессов клеточной сигнализации в главе 15.Другие нейроны производят другие вычисления, реагируя на синаптическиестимулы мириадами способов. Это отражает различное сочетание представителейразнообразных семейств ионных каналов в их мембранах. В человеческом геномесодержится несколько сотен генов, кодирующих ионные каналы, и из них 150кодируют только потенциал-зависимые каналы.
Дальнейшее усложнение происходит за счет альтернативного сплайсинга РНК и сборки каналов из различныхкомбинаций отличающихся друг от друга субъединиц. Множественность ионныхканалов позволяет существовать различным типам нейронов, электрическое поведение которых специфически настроено на выполнение определенной функции.Одно из наиболее важных свойств нервной системы — ее способность учитьсяи запоминать, которая в значительной степени зависит от долговременных измененийв определенных синапсах. Мы закончим эту главу рассмотрением удивительного типаионных каналов, который, по-видимому, играет особую роль в некоторых формахобучения и памяти. Он располагается во многих синапсах центральной нервнойсистемы и управляется как потенциалом, так и возбуждающим нейромедиаторомглутаматом.
Он также является мишенью психотропного наркотика фециклидина,или «ангельской пыли».11.3.18. Долговременная потенциация гиппокампа млекопитающихзависит от входа Ca2+ через NMDA-рецепторыПрактически все животные способны к обучению, но млекопитающие обучаются удивительно хорошо (или нам нравится так думать).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
