Беркинблит, Глаголева - Электричество в живых организмах (Квант) - 1988 (947484), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Но амплитуда этих одиночных потенциалов слишком мала (0,5 мВ), и поэтому мышечное волокно не возбуждается (вспомним, что порог возбуждения равен 15 — 20 мВ). Когда же к терминали мотонейрона подходит ПД, то происходит массовое опоро»кнение везикул: за 0,1 мс лопаются примерно 100 пузырьков (т. е. примерно в миллион раз больше, чем в покое). И все они выбрасывают свой ацетклхолин в синаптнческую щель. В результате в мышечном волокне возникает деполяризация в 30— 50 мВ, что гораздо выше порогового значения. Естественно было посмотреть, как влияет изменение МП терминали на частоту миниатюрных потенциалов, т. е. па частоту выброса ацетилхолина.
Оказалось, что при деполяризации термннали частота выделения везикул возрастает экспоненциально (в 10 раз при деполяризации на 15 мВ). Это объясняет, почему под действием нервного импульса выделяется так много ацетилхолина. Но решение одного вопроса, как всегда, порождает новые: почему деполяризация приводит к тому, что везикулы начинают чаще «прилипать» к мембране7 Целым рядом эксперив«ентов было выяснено, что «виновником» возрастания частоты выделения »медиатора являются ионы кальция. Оказалось,что в пресинаптической термияали имеются потенциалзависимые кальциевые каналы, которые открываются при деполяризации термипали, и кальций входит в терминаль.
Этот процесс был очень красиво показан Ллинасом и др. в 1972 г. па крупном синапсе кальмара, где имеется во»моя ность вводить разные вещества в терминаль. Есть такое вещество — экворин (белок, выделяемый из некоторых медуз). При соприкосновении с ионами кальция он дает световую вспышку. Ллинас и его сотрудники ввели экворин в преспнаптическую терминаль.
Когда к синапсу приходил нервный импульс, пресинаптическое окончание вспыхивало, показывая, что внутрь него вошли ионы кальция. Но ученые не ограничились этой красивой иллюстрацией уже известных к тому моменту фактов и поставили новый опыт, который дал важный результат.
Они ввели через мнкроэлекгрод внутрь окончания ионы кальция„ и тут же без всякой деполяризации началось выделение медиатора. Итак, оказывается, что причиной выделения медиатора является не деполяризация сама по себе, а то, что деполяризация открывает дорогу кальцию ннутрь терминали. И если убрать из наружной среды кальций, то, как показали эксперименты, химический синапс не сработает ни при какой деполяризации и даже миниатюрные потенциалы исчезнут. Но есть еще один очень важный вопрос.' почему после попадания кальция внутрь терминали медиатор выделяется только очень короткое время, а потом его выделение Рис.
42. Строение химического синапса и эквивалентная схема, поясннющая механизм его действия: а — Слева термнналь аксона (А) и пресинаптяческая мембрана с кальциевыми каналами (г); внутри синаптического утолщения видны веаикулы, наполненные медиатором (Б), и митохондрии (Б). Š— синаптйческая щель, рааделяющая синаптическое утолщение и клетку-мишень, В постснваптяческую мембрану (Д) встроены молекулы белка-рецептора, каналы которого открываются при действии медиатора. з — Эквивалентная электрическая схемаклетки-мишени; С вЂ” емкость мембраны, ясс, — проводимость несинаптичесной мембраны, У вЂ” источник в.д.с., создающий ПП, у — проводимость постсинаптической мембраны, которая сильно растет при действии медиатора прекратцаетсяг' Кальциевые каналы термннали открываются лишь на очень короткое время, но за это время концентрация кальция в терминали повышается в тысячи раз.
Куда же девается этот кальцийу Оказываетсн, он быстро выкачивается наружу кальциевым насосом и по- 166 глощается митохондриями, которые всегда присутствуют в синаптических окончаниях (рис. 42, а). После этих работ был выясиеп механиам действия некоторых ядов. Например, из яда паука каракурта был выделен белок — латротоксин, который по существу представляет собой незакрывающиеся кальциевые каналы. Он встраивается в пресинаптическую мембрану и начинает пропускать в терминаль кальций. В результате запасы ацетилхолина в терминали полностью истощаются и нервная система не может вызвать сокращения мышц. Но что же делает кальций, попав внутрь терминали3 На этот вопрос пока нет однозначного ответа.
Возможно, кальций просто экранирует отрицательные заряды мембраны везикул и мембраны терминали, что позволяет им слиться; возможно, кальций вызывает сокращение «внутриклеточных мышц», которые подтягивают пузырек к мембране (в пресинаптическом окончании обнаружены сократительные белки актин и миозин); а может быть, механизм действия кальция окажется совсем иным и неожиданным. Работа поетеинаптической мембраны Что же делает ацетилхолин с постсинаптической мембраной, к которой он диффундирует? В покое удельное сопротивление постсинаптической мембраны равно примерно 3 000 Ом см', ко при действии ацетилхолина оно снижается до 1 Ом см'. Это сразу наводит на мысль, что ацетплхолин открывает какне-то каналы в постсинаптической мембране.
И это предположение верно. В постсинаптической мембране находятся каналы, «ворота» которых управляются не МП, а ацетилхолином, И канал, и ворота являются частями особой слон<но устроенной белковой молекулы (ее называют холинорецептором). Конец такой молекулы, торчащий из мембраны наружу, «узнает» молекулы ацетилхолина. Если с ним связываются две молекулы ацетилхолина, то открывается канал, через который могут проходить ионы К+ и Р)а+. Иными словами, в мембране открывается «электрическая дырка» со всеми вытекающими последствиями, а именно деполяризацией мембраны. Таким образом, постсинаптическая мембрана преобразует химический сигнал (действие ацетилхолина) вновь в электрический сигнал — деполяризацию мембраны.
Возникает естественный вопрос: почему ата деполяризация»«счезает2 Ведь действие химического синапса обычно кратковременно, Значит, ацетилхолин, открывающий каналы в постсинаптической мембране, куда-то девается. Оказывается, медиатор связывается с холинорецептором очень непрочно: открыв ворота канала, он отрывается и вновь уходит в синаптическую щель. А в щели имеется особый фермент (ацетилхолинзстераза), который его разрушает. Так что медиатор — вещество очень «скромпое»: сделав свое дело, оп тут же уходит.
Именно зто его свойство обеспечивает кратковременность действия химического сипапса. Есть и другие вещества, которые тоже могут связываться с холннорецептором, но делают зто лучше, чем ацетнлхолин. Например, растительный яд кураре, которым индейцы смазывали свои стрелы, попав в организм, прочно связывается с холинорецепторами мыпщы и занимает «посадочные площадки», предназначенные для ацетилхолина.
В результате ацетнлхолгин не может открыть ворота каналов и любые движения (в том числе и дыхательные) стшсовяпасл левоэлаожныжи. Е1а этом же основано и действие некоторых змеиных ядов; так, в частности, действу»ог яды змей семейства аспидовых. Интересно, что и у растений, и у змей в ходе звал»одни вырабатывались яды со сходным механизмом действия. Вещества, сходные с кураре, релаксанты, сейчас используются в медицине во время опорацнй: опп расслабляют мышцы.
(Больной прн этом, конечно,находится под наркозом и при искусственном дыхании, но не может совершить случайного движения и помешать хирургу.) Сейчас известно довольно много деталей об устройстве и работе «молекулярной машины» — холинорецептора, Холинорецептор состоит нз пяти субъединиц — участков. Изучение аминокислотных последовательностей этих единиц показало, что все они произошли в результате модификации одного и того же гена. Соединяясь между собой, эти субъединицы образуют в центре капал.
(Вспомните, что коннексоны электрического сннапса состоят из 6 субьединиц, которые тоже образу«от канал.) Этот канал имеет примерно квадратное сечение со стороной квадрата 0,65 нм. Он не различает ионов К» и Яа+, но не пропускает авионы. Ворота канала открываются на случайные промежутки времени (при ПП и 20'С в среднем на 1 мс). Проводимость такого канала равна примерно 3 10 "С. Длина холинорецептора в 5 — 6 раз превышает толщину 168 мембраны, так что белок сильно торчит из пее наружу и внутрь клетки.
Ацетилхолин, выброшенпый одним пу- зырьком» открывает около 2 000 каналов, Какие синапсы лучше — электрические или химические? Из нашего рассказа вн поняли,что электрические сипапсы (ЭС) устроены просто, химические (ХС)— посложней, тем более, что мы до сих пор разобрали только один из многих видов ХС вЂ” первпо-мышечкый. Как >ке осуществляется разделение труда между этими двумя видами синапсов3 Обычно в организме опи используются в таких нервных цепях, где их свойства оказываются наиболее полезными. Например, отличптельпой особенностью ЭС является быстродействие (в ХС заметное время тратится ка выделение медиатора и его диффузию в щель).
Естественно, что ЭС находятся в тех цепях, которые обслуживают срочные реакции организма; отдергивание тела, отпрыгивание„убегание. Напримор, у дождевых червей вдоль всего тела проходят гигантские «аксоны» (их диаметр достигает 60 мкм, что очень много для дождевого червя).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
