Биологический каталог




Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов

Автор И.П.Ашмарин, А.Е.Антипенко, В.В.Ашапкин, Г.Г.Вольский, С.А.Дамбинова и

канальных полипептидов. Специфическая мРНК, выделенная из мозга крыс, была инъецирована в ооциты лягушки. Показано, что в этом случае регистрируются "новые" калиевые каналы. Найдена высокая степень го-мол огичности между нуклеотидными последовательностями, кодирующими синтез калиевых каналов в разных клетках. Особенно это касалось гидрофобных доменов, которые оказались наиболее консервативными в эволюции.

8.4. Са-КАНАЛЫ

Транпорт Са2+ через кальциевые каналы жизненно важен для разнообразных клеточных функций, особенно в нервной ткани. Электровозбудимые кальциевые каналы изучены преимущественно на нейронах моллюсков. Сейчас становится очевидным, что у высших позвоночных они мало отличаются по физико-химическим характеристикам.

Специфичность кальциевых каналов не очень высока, они способны пропускать из наружной среды Na+ и ионы других щелочных металлов, если концентрация Са2+ в наружной среде находится ниже микромолекулярного уровня. Кальциевые каналы пропускают также катионы других двухвалентных металлов, например Mg2+ и Мп2+. Однако эти катионы легко связываются внешней химической группировкой канала и становятся при определенных концентрациях эффективными блокато-рами кальциевого канала. Полагают, что эта группировка является карбоксильной группой, находящейся в устье канала.

Общая схема молекулярной организации кальциевых каналов сходна с описанной выше для Na-каналов. Однако главная а-субъединица окружена большим числом субъединиц (а, р, у и 6), служащих модуляторами активности канала. Пока не ясно, 252

какие химические группировки ответственны за .трансмембранный перенос кальция, понятно только, что он-существенно зависит от внутриклеточной концентрации Са2+ и функционирования системы циклических нуклеотидов.

Несмотря на то, что численность кальциевых каналов значительно меньше, чем натриевых и калиевых ион-транспортных систем, при определенных условиях они могут самостоятельно вызывать деполяризацию нейрона. Однако сейчас очевидно, что главная функция кальциевых каналов состоит в сопряжении электровозбудимости с внутриклеточными процессами. Эта функция кальциевых каналов особенно важна для включения механизма выхода нейромедиатора из нервного окончания (см.гл.7).

8.5. СИСТЕМЫ АКТИВНОГО ТРАНСПОРТА ИОНОВ.

Na+/K+ И Na+/Ca2+ - НАСОСЫ

Как уже упоминалось, электрическое возбуждение в нервной ткани существенно зависит от механизмов пассивного и активного мембранного транспорта, контролирующего концентрации ионов и молекул внутри клеток и нередко в межклеточном пространстве. Аксоны обладают большим резервом Кононов и дефицитом Na+-noHOB. Миграции ионов, обеспечивающие прохождение импульсов и создающие изменения потенциала мембраны, быстро компенсируются этими резервами. "Выносливость" аксона очень велика — утомление наступает лишь после прохождения 105 — 106 импульсов, тем не менее перемещения ионов при прохождении импульса должны быть компенсированы в стадии покоя. Кроме того, мембрана в стадии покоя не является абсолютным барьером для перемещений ионов и постепенного уменьшения потенциала.

Ряд внутриклеточных процессов требует постоянной регуляции за счет активных ионных потоков через мембрану. Наконец, особенно велики нарушения градиентов ионных концентраций при функционировании синапсов. Для компенсации всех этих нарушений градиентов служат ионные насосы.

Основной транспортной системой в нейронах, как и в большинстве других эукариотических клеток, является насос, который вытесняет Na+ и постоянно накапливает К+. Этот процесс требует присутствия АТФ и специфически ингибируется кар-диоактивными гликозидами типа оуабаина.

Na+, К+-активируемая аденозинтрифосфотяза, или АТФ-фос-

253

фогидролаза К.Ф.3.6.1 (Na+-, К+ —- насос) плазматических мембран нервных клеток осуществляет трансмембранный перенос одновалентных катионов против градиентов их электрохимических потенциалов, используя энергию гидролиза АТФ. Работая с максимальной скоростью, этот ферментативный комплекс способен транспортировать через мембрану около 200 ионов Na и 130 ионов К в 1с. Однако фактическая скорость работы фермента определяется потребностями клетки. У большинства нейронов на поверхностной мембране расположено до 200 натриевых насосов на квадратный микрон, причем в некоторых участках этой поверхности их плотность в 10 раз выше.

Молекула фермента состоит из каталитической а-субъедини-цы (Мг=112 кД) и $-гликопротеида (Мг=44 кД), функциональная роль которого до сих пор неизвестна. Молекулярная масса комплекса белковых субъединиц Na+, К+-АТФазы составляет около 275 000, и размеры фермента колеблются в пределах 6-8 нм. Кроме полипептвдов Na+, К+-АТФаза содержит 3 углеводные цепи (по 9 кД), которые присоединены к р-субъединице гликозидными связями. Одновременное использование методов генной инженерии и химии белка привело к установлению первичной структуры Na+, К+-АТФазы. С помощью монокло-нальных антител установлено внутри- и внеклеточное расположение некоторых участков а- и р-субъединиц. Предложена модель полипептидной цепи фермента, согласно которой сс-субъ-единица 7 раз пересекает бислойную мембрану и локализована главным образом в цитоплазме, р-субъединица, которая также является трансмембранным белком, расположена на наружной стороне мембраны. Основную функцию транспорта катионов несет а-субъединица. Существуют изоформы как а-, так и р-субъединиц фермента, что способствует большей специализации Na+, К+-АТФазы в разных тканях.

Специфическими ингибиторами Na+, К+-АТФазы являются оуабаин и ванадат, которые легко блокируют проведение электрического сигнала. Подобный результат наблюдается и при химической модификации АТФ-связывающего фермента, например флуоресцеинизоцианатом.

Тетраэтиламмоний, снижающий К+-индуцированную гиперполяризацию клетки, способен ингибировать активность Na+, К+-АТФазы в микросомах мозга. Более того, в присутствии этого блокатора снижается специфическое связывание оуабаина с нейрональными мембранами. Чувствительность АТФазы к бло-каторам К-каналов (включая апамин) свидетельствует в пользу

254

того, что существуют общие функциональные и структурные взаимодействия между Na+, К+-АТФазой и ионными каналами для транспорта К+.

Сходным с Na+, К+-АТФазой является другой ионный насос — Ка+/Са2+-АТФаза. Она производит обмен каждого иона Са2+ на 3 иона Na+. Значение этой системы особенно велико в нервных окончаниях, где система медиаторов связана с вхождением Са2+ в терминаль и необходимостью компенсировать далее эти смещения градиента. Кроме того, ряд событий в постсинаптической зоне тоже сопряжен с временным вхождением Са2+.

8.6. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ, РЕЦЕПТОРЫ

Нейрон способен иметь до нескольких десятков тысяч межклеточных контактов, большинство из которых обеспечивается определенными морфологическими структурами — синапсами. Клеточную поверхность нейронов можно рассматривать как приемник разнообразнейших сигналов.

В гл.7 уже упоминалось разделение синапсов на химические, электрические и смешанные. Чем выше степень эволюционной организации нервной системы, тем разнообразнее природа химических синапсов. Особенно это касается головного мозга высших млекопитающих, включая человека. Очевидно, химические синапсы оказались эволюционно более выгодными для передачи дискретных сигналов по сравнению с другими типами межклеточных контактов, поскольку на их основе возможна не только передача сигнала, но и его разнообразная модуляция, в том числе гуморальными факторами. Основой восприятия нейроном химического сигнала в синапсе, а также ряда модулирующих влияний являются рецепторы.

Рецепторы представляют собой надмолекулярные образования, состоящие из белков, а также гликолипидных компонентов. Они способны под действием медиатора либо нашэсредственно изменять потоки ионов через мембрану (ионояропные рецепторы), либо индуцировать образование вторичных мессенджеров, которые, в свою очередь, меняют ряд свойств нейрона (метабо-тропные рецепторы).

Межнейрональные химические синапсы подразделяются на два типа: возбуждающие и тормозные, причем первые, как известно, способствуют генерации новых импульсов, а вторые при-

255

водят к снятию действия приходящих сигналов. Это деление определяется в значительной мере природой рецепторов. Известны случаи, когда один и тот же медиатор оказывает возбуждающее или тормозное действие в зависимости от природы рецептора (например ацетилхолин в разных типах мускарино-вых рецепторов, аденозин в двух типах аденозиновых рецепторов и др.).

В зависимости от места положения синапсов их можно подразделить на сомато-аксональные, дентрито-аксональные, ден-трит-дентритные и др. Каждый из этих синапсов имеет свои особенности в функционировании. Схематически структура синапса может быть представлена следующим образом (рис.8.3).

Рис.8.3. Схема синапса: 1 — аксон; 2 — нейрофибриллы; 3 — синоптические везикулы; 4 —пресинаптическая зона; 5 — постсинаптическая зона; 6 — синоптическая щель; 7 — митохондрии

На рисунке хорошо видны утолщения, составляющие пре-синаггтическую мембрану подходящего аксона, синаптическая щель и постсинаптическая мембрана. В пресинаптическом окончании находятся синаптические везикулы — хранилища запасов нейромедиатора в пресинаптическом нейроне. Постсинаптическая мембрана является носителем рецепторов. В ряде случаев сами рецепторы могут быть визуализированы при посредстве электронной микроскопии.

256

Процессы, происходящие при поступлении импульса в нервное окончание, т.е. в пресинаптическую область, подробно описаны в предыдущей главе, здесь напомним только основные из них. При распространении нервного импульса происходит деполяризация пресинаптической мембраны я изменение ионных токов. Наиболее важным событием в нервном окончании является мобилизация ионов Са, которые вызывают миграцию и открывание многочисленных синаптических везикул. Эти везикулы непосредственно связываются с участками пресинапса и открытие их приводит к высвобождению нейромедиатора и диффузии его в синаптическую щель. В терминали аксона сконцентрир

страница 51
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

Скачать книгу "Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов" (21.4Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.07.2019)