Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
К сожалению, на большинство поставленных вопросов не существует пока прямых ответов. Мы обладаем неполным и местами приблизительным знанием лишь некоторых аспектов проблемы. В то же время ее значимость достаточно велика, чтобы быть мощным стимулом в поисках новых подходов к исследованию постсинаптических механизмов.
Временная шкала происходящих явлений предопределяет в известной мере применимость разных методов для исследования холинорецептивных мембран. Если мы хотим регистрировать не отставленные во времени последствия активации мембраны, а иметь возможность улавливать этапы этого переходного процесса, то наши методы должны быть быстродействующими. Поэтому наиболее значимая часть фактов в этой области получена электрофизиологическими методами. Даже при использовании морфологических, биохимических, фармакологических методов, полученные результаты прежде всего необходимо сопоставлять с данными элёктро-физиологических исследований.
Излюбленным объектом, предоставляющим экспериментатору наиболее широкие возможности исследования холинорецептивных мембран, является нервно-мышечный синапс позвоночных животных. Основной электрофизиологический феномен, отражающий процесс активации ацетилхолином постсинаптической мембраны,— кратковременная (несколько миллисекунд) местная дополяризация мышечного волокна в области синапса (постсинаптический потенциал). Процесс активации начинается, очевидно, с подхода молекулы ацетилхолина к активному центру холино-рецептора. Если этот подход эффективен, т. е. молекула ацетилхолина оказалась комплементарна активному центру, происходит взаимодействие этих двух молекул. Таким образом, роль холинорецептора состоит прежде всего в том, чтобы «узнать» молекулу ацетилхолина среди множества молекул, находящихся в примембранном слое внеклеточной жидкости. Долгое время эта функция «узнавания», т. е. чисто химическая функция холинорецептора, была главным аспектом исследования постсинаптических явлений в холинергическом синапсе. Это привело к накоплению данных о связи между строением и действием веществ, активирующих или блокирующих холинорецептор, что способствовало формированию представлений о структуре активного центра холинорецептора. Однако такой классический фармакологический подход мало давал для понимания того, как работает холинорбцептор, каким образом переход холинорецептора в активное состояние приводит к открытию ионных каналов.
ГЛАВА 14. ХОЛИНОРЕЦЕПТИВНЫЕ ПОСТСИНАПТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ 243
Рассматривая эту проблему, прежде всего необходимо четко определить, что мы понимаем под холинорецептором, с тем чтобы разграничить функции самого холинорецептора и функции других компонентов холиноре-цептивной мембраны.
Функциональная роль холинорецептора
Развернутое определение холинорецептора может быть дано на основе определения фармакологического рецептора (Ehrenpreis et al., 1969). Оно включает четыре основных критерия: 1) холинорецептор — макромолекула, обладающая избирательными активными центрами, которые способны взаимодействовать с ацетилхолином и холинергическими веществами; 2) специфичность активных центров по отношению к ацетилхо-лину генетически предопределена, функция холинорецептора также закреплена генетически; 3) присоединение ацетилхолина или холиномиме-тика вызывает специфические изменения в состоянии самой макромолекулы холинорецептора (стимул), что является началом цепи явлений, ведущих к эффекту; 4) эта начальная фаза действия, осуществляемая холинорецептором, не сопровождается возникновением или разрывом ковалентных связей в молекуле ацетилхолина или холинергических веществ.
Таким образом, роль холинорецептора может быть сведена к роли чувствительного и высокоизбирательного детектора, находящегося в самом начале механизма преобразования химического сигнала. Действительно, в настоящее время накопилось много примеров того, что в разных тканях ацетилхолин активирует самые разнообразные ионные процессы.
В постсинаптической мембране скелетных мышц позвоночных при действии ацетилхолина увеличивается проницаемость для ионов натрия (входят внутрь волокна) и для ионов калия (выходят наружу) (Takeuchi А., Takeuchi N., 1959). Это сопровождается деполяризацией в синаптической области мышечного волокна. В клетках вегетативных ганглиев ацетилхолин способен действовать точно так же, как и в мышцах, увеличивая проницаемость для натрия и калия (Koketsu, 1969), либо угнетать проницаемость для калия, вызывая тем самым медленные синаптические потенциалы (Weight, Votava, 1970). В сердце позвоночных эффект ацетилхолина свсдится к увеличению проницаемости только для калия, что приводит к генерации гиперполяризационных (тормозных) потенциалов (Trautwein, Dudel, 1958). В ганглиях моллюсков встречается еще больший набор вариантов ионных механизмов. Ацетилхолин может увеличивать проницаемость не только для натрия и калия, но также и для хлора. В клетках с высоким содержанием хлора это приводит к генерации воз-буждакщих потенциалов (Chiarandini et al., 1967), а в клетках с низким внутриклеточным содержанием хлора — к генерации тормозных потенциалов (Chiarandini, Gerschenfeld, 1967). Существуют примеры того, как в одной и той же зоне поверхности нейрона моллюска соседствуют холи-норецепторы, активация которых дает диаметрально противоположные эффекты: увеличивает натриевую проницаемость, вследствие чего появляются деполяризационные ответы либо увеличивает хлорную проницаемость и приводит к генерации гиперполяризационных ответов (Wachtel, Kandel,
