Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 216
Текст из файла (страница 216)
Увеличение проницаемости по К' 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 становится менее чувствительным к постоянному стимулу. Такого рода адаптация, которая также может происходить посредством других механизмов, позволяет нейрону и всей нервной системе тонко реагировать на изменения даже при высоком фоновом уровне постоянной стимуляции. Это одна из стратегий, которая помогает нам, например, чувствовать легкое прикосновение к плечу и при этом игнорировать постоянное давление нашей одежды. Мы более подробно обсудим адаптацию как общее свойство процессов клеточной сигнализации в главе 15.
Другие нейроны производят другие вычисления, реагируя на синаптические стимулы мириадами способов. Это отражает различное сочетание представителей разнообразных семейств ионных каналов в их мембранах. В человеческом геноме содержится несколько сотен генов, кодирующих ионные каналы, и из них 150 кодируют только потенциал-зависимые каналы. Дальнейшее усложнение происходит за счет альтернативного сплайсинга РНК и сборки каналов из различных 11.3. Ионные каналы и электрические свойства мембран 1061 комбинаций отличающихся друг от друга субъедиииц. Множественность ионных каналов позволяет существовать различным типам нейронов, электрическое поведение которых специфически настроено иа выполнение определенной функции. Одно из наиболее важных свойств нервной системы — ее способность учиться и запоминать, которая в значительной степени зависит от долговременных изменений в определенных сииапсах.
Мы закончим эту главу рассмотрением удивительного типа ионных каналов, который, по-видимому, играет особую роль в некоторых формах обучения и памяти. Ои располагается во многих сииапсах центральной нервной системы и управляется как потенциалом, так и возбуждающим иейромедиатором глутаматом. Ои также является мишенью психотропного наркотика фециклидииа, или «аигельской пыли». 11.3.18. Долговременная потенциация гиппокампа млекопитающих зависит от входа Саз' через ЙМОА-рецепторы Практически все животные способны к обучению, ио млекопитающие обучаются удивительно хорошо (или иам нравится так думать). В мозге млекопитающих область, носящая иазваиие гиппокампа, шрает особую роль в обучении.
Когда оиа разрушается с обеих сторон мозга, теряется способность формировать новые воспоминания, хотя приобретенные ранее воспоминания сохраняются. Соответственно, у некоторых сииапсов в гиппокампе при постоянном использовании наблюдаются выраженные функциональные изменения: если отдельный потенциал действия пресииаптической клетки ие оставляет следов, то их короткая последовательность вызывает долговременную потеициацию (1 опй-~егш Ро1епиаВоп, ЕТР). При долговременной потеициации последующие единичные потенциалы действия пресииаптической клетки вызывают усиленный ответ постсииаптической клетки.
Такой эффект может сохраняться часами, днями или неделями, в зависимости от числа и интенсивности цепочек импульсов. Только активироваииые сииапсы обладают долговременной потеициациеи; сииапсы иа той же постсииаптической клетке, которые остались в покое, ие изменяются. Одиако, когда клетка подвергается воздействию повторяющейся стимуляции через один набор сииапсов, если хотя бы олин потенциал действия попадет иа другой сииапс иа поверхности нейрона, этот сииапс также испытает 1.ТР, хотя в другое время отдельный потенциал действия ие оставил бы следа.
Основополагающим правилом в таких сииапсах служит следующее: долговременную потенциацию наблюдают тогда, когда пресинаптическая клетка «выстреливает» (один раз или болыие) в момент времени, когда постсинаптическая мембрана сильно деполяризована (благодаря недавней продолжительной стимуляции или любым другим образом). Это правило отражает поведение определенного класса ионных каналов постсииаптической мембраны.
Глютаминовая кислота служит основным возбуждающим иейромедиатором центральной нервной системы млекопитающих, и глутамат-зависимые ионные каналы являются наиболее распространенными медиатор-зависимыми каналами головного мозга. В гиппокампе, как и везде, большая часть деполяризующего тока, ответственного за ВПСП, опосредуется глутамат-зависимыми ионными каналами, носящими название АМРА-рецепторов. Оии работают так же, как и другие каналы.
Но ток обладает дополнительным и более иитересиым компонентом, который опосредуется другим подклассом глутамат-зависимых ионных каналов — ХМРА-рецепторами, названными так потому, что оии селективио активируются искусственным аиа- 1062 Часть 1Ч. Внутренняя организация клетки логом глутамата Х-метил-Р-аспартатом. ДОМРА-рецепторы регулируются двумя факторами, открываясь только при одновременном выполнении двух условий: с рецептором должен быть связан глутамат и мембрана должна быть сильно деполяризована. Второе условие необходимо для высвобождения Мй2', который в норме блокирует покоящийся канал.
Это означает, что ХМРА-рецепторы активируются только тогда, когда АМРА-рецепторы активированы и деполяризуют мембрану. ММРА-рецепторы необходимы для долговременной потенциации. Когда они селективно блокированы специфическим ингибитором, или если у трансгенных животных их ген нокаутирован, долговременная потенциация не наблюдается, даже если простая синаптическая передача сохраняется. Такие животные ущербны по способности к обучению, но в других аспектах они ведут себя практически нормально. Как ХМРА-рецепторы вызывают такой удивительный аффект? Ответ состоит в том, что зти каналы в открытом состоянии высоко проницаемы для Са~', который служит внутриклеточным медиатором в постсинаптической клетке, запуская каскад изменений, приводящих к долговременной потенциации.
Таким образом, долговременная потенциация не происходит, когда концентрация свободного Саз' в постсинаптической клетке искусственно поддерживается на низком уровне путем инъекции в нее хелатора Саз' ЭДТА. И наоборот, долговременную потенциацию можно искусственно вызвать, увеличив внутриклеточную концентрацию Саз'. Еще одним долговременным изменением, увеличивающим чувствительность постсинаптической клетки к глутамату, является ввод в плазматическую мембрану новых АМРА-рецепторов (рис. 11.42). Также показано, что изменения могут произойти и в пресинаптической клетке, заставив ее при последовательной активации высвобождать больше глутамата, чем в норме.
Если бы синапсы постоянно были в состоянии долговременной потенциации, то они быстро бы достигли насыщения и не смогли бы служить в качестве устройства хранения информации. В самом деле, синапсам также свойственна долговременная депрессия (1 опя-сегш Рергезз1оп, 1.ТР), которая, как ни удивительно, также требует активации ЫМРА-рецепторов и увеличения концентрации Са2'. Как Саз' вызывает противоположные аффекты в одном и том же синапсе? Оказывается, такая двунаправленная регуляция синаптической силы зависит от уровня увеличения концентрации Саз'.
высокие концентрации Сам активируют протеинкиназы и долговременную потенциацию, а незначительные концентрации Сам — протеинфосфатазы и долговременную депрессию. Существуют доказательства того, что 1ЧМРА-рецепторы играют важную роль в обучении и связанных с ним явлениях в других областях мозга, помимо гиппокампа. Более того, в главе 2! мы увидим, что 1ЧМРА-рецепторы играют ключевую роль в формировании анатомической структуры синаптических связей в свете развития нервной системы. Таким образом, нейромедиаторы, высвобождаемые в синапсах, помимо передачи кратковременных злектрических сигналов, также способны изменять концентрации внутриклеточных медиаторов, которые вызывают продолжительные изменения зффективности синаптической передачи.
Однако до сих пор неясно, как такие изменения, несмотря на нормальный круговорот клеточных компонентов, сохраняются на протяжении недель, месяцев или всей жизни. Краткая характеристика некоторых рассмотренных нами ионных каналов приведена в таблице 11.2. )Обе Часть 1К Внутренняя организация клетки . Таблица 11.2. Некоторые семейства конмык каналов Т1отенциагьзависимые кати- потенциал-завискмыейа'-каналы онкые.каналы, потенциал-зависимые к'-каналы (вкгвочая меялеккые и быстрые) лозенцкалззавискМыьба"-каналы Медиаюр-зависимые ион- ацетилколии-зависимые казненные ные каналы каналы ' глутамат-завксимые Саз'-.каналы серетонин-зависимые казненные канали глМк-зависимыеОкакалы' сличил-зависимые Ськакалы возб)лкяающке тормозящие ГАМК и глицин, открыыают медиатор заыисимые С( или К каналы и по даыляют генерацию импульсов, поддержиыая поляризацию постсинаптическои мембраны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
