Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 213
Текст из файла (страница 213)
Каясдая конформация может «переключиться» в другую при достаточном толчке со стороны случайных тепловых движений окружения. Изменения мембранного потенциала влияют именно на относительную стабильность закрытых, открытых и инактивированных конформаций под действием переключения (см. подпись к рис. 11.31). 11.3.10. Потенциал-зависимые катионные каналы эволюционно и структурно родственны 1ча'-каналы — не единственные потенциал-зависимые каналы, способные генерировать потенциал действия. Потенциалы действия в некоторых мьппцах, яйце- клетках и клетках желез, например, зависят от потенциал-зависимых Саз'-каналов, а не от Яа'-каналов.
В пределах этих трех классов обнаружено удивительное структурное и функциональное разнообразие, создаваемое как множественными генами, так и альтернативным сплайсингом транскриптов РНК одного гена. Однако аминокислотные последовательности известных потенциал-зависимых Ха'-, К'- и Саз'-каналов очень схожи. Это указывает на то, что они все принадлежат крупному суперсемейству эволюционно и структурно родственных белков и построены по одному принципу. Тогда как одноклеточные дрожжи 5.
сегеглз1ав содержат единственный ген, кодирующий потенциал-зависимый К'-канал, геном червя С, е!едапх содержит 68 генов, кодирующих разные, но родственные К'-каналы. Эта сложность говорит о том, что даже простая нервная система, состоящая из 302 нейронов, использует большое число различных ионных каналов для генерации ответа. Люди, наследующие мутантные гены, кодирующие различные ионные канальные белки, могут страдать от разнообразных заболеваний нервной системы, мьппц и сердца, в зависимости от того, в каких клетках в норме функционирует белок, кодируемый мутантным геном. Например, мутации в генах потенциал-зависимых Ыа'-каналов в клетках скелетных мышц могут вызывать миотонию, заболевание, при котором после произвольного сокращения мышц расслабление происходит с задержкой, что вызывает болезненные мышечные спазмы.
В некоторых случаях это происходит потому, что патологические каналы не способны нормально инактивироваться; в результате гча' продолжает входить в клетку после окончания потенциала действия и происходят повторная деполяризация и сокращение мышцы. Точно так же мутации, затрагивающие Ха'- или К'-каналы мозга, могут приводить к эпилепсии, при которой избыточные синхронные сигналы крупных групп нейронов вызывают эпилептические припадки (судороги, или конвульсии). 11.3.11.
Медиатор-зависимые ионные каналы в химических синапсах переводят химические сигналы в электрические Нервные сигналы передаются от клетки к клетке в специализированных контактах, известных как сииапсы. Обычный механизм передачи является непрямым. 10б1) Часть $К внутренняя оргвииаация'клетки Клетки электрически изолированы друг от друга, т. е. пресинапгпическая клетка отделена ог постсинаптическои клетки узкой синаптической щелью. Изменение электрического потенциала в пресинаптической клетке запускает высвобождение негюльщих сигнальных молекул, известных как нейромедиаторы, которые хранятся в замкнутых мембранных синаптических пузырьках н высвобождакпся путем экзоцитоза. Нейромедиатор быстро диффундирует через синаптическую щель и вызывает электрические изменения в постсинаптической клетке, связываясь с згедиагпор зависимыми ионньсми каналами (рис. 11.35) и открывая их. И<юле секреции нейромедиатора он быстро удаляется: его либо уничтожают специали зированные ферменты синаптической щели, либо он захватывается выделивщим его нервом или глиальными клетками.
Обратный захват опосредуется различными )ч)а' зависимыми транспортерами нейромедиаторов; так, нейромедиаторы церера. батываются, что позволяет клеткам справляться г высокими скоростями их высво- нервное окончание пресинаптичаской "-"' клетки нейромедиатор в синаптнческих пузырьках синаптическая щель медиаторзависимый ионный канал постсинаптическая клетка- мишень ХИМИЧЕСКИЙ СИНАПС В ПОКОЕ ркт сикапткческой енса отаткк плазматическая мембрана клетки-мишени инаптическая щель АКТИВНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СИНАПС а) Рис.
11 3$. Химический синапс. а) Когда потенциал дейсшия достигает нервного окончания в преси на итической клетке, он вызывает высвобождение нейромедиатора. Молекулы нейромедиатора хранятся в синаптических пузырьках и высвобождаются во внешнюю среду клетки при спивании пузырьков с плазматической мембраной нервного окончания. Выделенный нейромедиатор в синапсе связывается с медиатор-зависимыми ионными каналами плазматической мембраны постсинаптической клетки- мишени и открывает их.
Вызванные этим ионные токи изменяют мембранный потенциал клетки-мишени, передавая таким образом сигнал от возбужденного нерва. б) Электронная микрофотография тонкого среза двух нервных синапсов на дендрите посгсинаптической клетки. )б, с любезного разрешения Сес)пс Каис.) 11.3. Ионные каналы и электрические свойства мембран 1051 бождения. Быстрое удаление обеспечиваег пространственную и временную точность сигнализации в синапсе. Оно уменьшает шансы того, что нейромедиатор повлияет на соседние клетки. Синаптическая щель должна быть свободна от нейромедиатора до следующего выброса, чтобы временная последовательность повторного быстрого сигнального события могла быть точно передана в постсинаптическую клетку.
Как мы увидим, сигнализация посредством таких химических синапсое является более гибкой и адаптивной, чем прямое электрическое сопряжение через щелевые контакты в электрических синапсах (обсуждаемых в главе 19), которые также используются нейронами, но в меньших масштабах. Медиатор-зависимые ионные каналы специализируются на быстром переводе внеклеточных химических сигналов в электрические сигналы в химических синапсах.
Каналы концентрируются в плазматической мембране постсинаптической клетки в области синапса и открываются в ответ на связывание молекул нейромедиатора, создавая краткое изменение проницаемости мембраны (см. рис. 11.35, а). В отличие от потенциал-зависимых каналов, ответственных за потенциалы действия, медиатор-зависимые каналы относительно нечувствительны к мембранному потенциалу и поэтому сами по себе не способны генерировать самоусиливающееся возбуждение. Вместо этого, они создают локальные изменения проницаемости и, следовательно, мембранного потенциала, которые зависят от количества нейромедиатора, высвобожденного в синапсе, и времени его нахождения там. Потенциал действия в этом участке может быть запущен только тогда, когда локальный мембранный потенциал достаточно деполяризуется для открытия соответствующего числа близлежащих потенциал-зависимгях катионных каналов, присутствующих в той же мембране-мишени.
11.3.12. Химические синапсы могут быть возбуждающими или тормозными Медиатор-зависимые ионные каналы отличаются друг от друга по нескольким важным признакам. Во-первых, будучи рецепторами, они обладают высокоселективиыми сайтами связывания нейромедиаторов, высвобождаемых из пресинаптического нервного окончания. Во-вторых, как каналы, они селективны по отношению к пропускаемым через плазматическую мембрану ионам; это определяет природу постсинаптического ответа. Возбуждающие нейромедиаторы открывают катионные каналы, что приводит к входу 1ча', деполяризующего постсинаптическую мембрану в сторону порогового потенциала генерации потенциала действия. Тормозные нейромедиаторы, с другой стороны, открывают либо С!-каналы, либо К'-каналы, и зто подавляет сигнализацию за счет того, что возбуждающим воздействиям становится сложнее деполяризовать постсинаптическую мембрану.
Многие нейромедиаторы могут быть как возбуждающими, так и тормозными в зависимости от того, где они высвобождаются, с какими рецепторами связываются и от окружающих ионных условий. Ацетилхолин, например, может как возбуждать, так и тормозить в зависимости от типа ацетилхолинового рецептора, с которым он связался. Однако обычно ацетилхолин, глутамииовая кислота и серотонин служат возбуждающими нейромедиаторами, а у-аминочасляная кислота (ГАМК, САВА) и глицин — тормозящими. Глутамат, например, опосредует большинство возбуждающих сигналов в мозге позвоночных. Мы уже обсудили, как открывание катионных каналов деполяризует мембрану. Следующие рассуждения помогут понять влияние открывания С1-каналов. Концентрация С1 снаружи клетки много выше, чем внутри (см, таблицу 11.1, стр.
1005), 11.3. Ионные каналы и электрические свойства мембран 1053 него первого записали электрический сигнал отдельного открытого ионного канала. Его ген также первым клонировали и секвенировали и его трехмерную структуру также расшифровали, хотя и со скромным разрешением. Было по крайней мере две причины быстрого прогресса в очистке и описании этого рецептора. Во-первых, богатый источник ацетилхолиновых рецепторов расположен в электрических органах электрических рыб и скатов (эти органы представляют собой модифицированные мышцы, приспособленные для удара добычи током). Во-вторых, определенные нейротоксины (например, а-бунгаротоксин) в яде некогорьгх змей с высоким сродством (К,,=10э литров,'моль) и специфичностью связываются с рецептором, и, следовательно, их можно использовать в аффинной хроматографии для очистки белка.
Флуоресцентный или радиоактивномеченый а-бунгаротоксин также можно использовать для локализации и подсчета ацетилхолиновь~х рецепторов. Так, исследователи показали, что рецепторы плотно упакованы в плазматической мембране мышечных клеток в нервно-мышечных соединениях (около 20 тысяч таких рецепторов на мкм~).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
