Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, можно считать установленным, что ответ постсинаптической мембраны на действие медиатора состоит из множества элементарных актов работы отдельных рецепторов и связанных с ними каналов. Изменение во времени интенсивности постсинаптического тока определяется изменением во времени числа активированных ионных каналов, что
252
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
в свою очередь зависит от изменений во времени концентрации ацетилхолина в примембранном слое жидкости. Влияние холинэстеразы на временной ход постсинаптического ответа и его амплитуду, очевидно, сводится лишь к разрушению свободного ацетилхолина (не находящегося в комплексе с активным центром холинорецептора). Благодаря существованию холинэстеразы, укорачивается время пребывания ацетилхолина в слое жидкости, примыкающем к постсинаптической мембране, а значит и вероятность активации холинорецепторов. На длительность активного состояния ионных каналов холинэстераза не оказывает влияния.
Некоторые количественные характеристики постсинаптических процессов
В настоящее время становятся возможными некоторые, хотя и приблизительные, оценки числа холинорецепторов и активных центров холинэстеразы, параметров постсинаптического тока и составляющих его элементарных актов изменения проводимости мембраны. Эти расчеты необходимо проводят применительно к эффекту одного кванта ацетилхолина, так как только в этом случае можно обоснованно предполагать, что известное число молекул ацетилхолина одновременно появляется в объеме синаптической щели и действует на определенный участок постсинаптической мембраны. *•
Поскольку активная фаза МПКП длится 1—2 мсек., ацетилхолин из места выделения (пузырек диаметром около 500 А) успевает распространиться путем диффузии, и вероятная площадь постсинаптической мембраны, на которую действует 1 квант ацетилхолина, составляет 10 .мкм2. Сдвиг проводимости постсинаптической мембраны, вызванный 1 квантом ацетилхолина, составляет 1-10~7 ом-1, а это значит, что активный участок мембраны площадью 10 мкм2 будет обладать удельным сопротивлением всего лишь 1 ом/см2 (Katz, 1966).
Можно попытаться оценить необходимое количество ионных каналов, которое могло бы обеспечить столь высокую проводимость активированной постсинаптической мембраны. Здесь и далее под ионным каналом подразумевается некое молекулярное устройство переноса по электрохимическому градиенту всех ионов, проникающих через активированную мембрану, без учета для простоты рассмотрения того, что на самом деле пути движения ионов могут быть разделены. Если весьма приближенно считать ионный канал цилиндром, наполненным электролитом с удельной проводимостью 100 ом/см (проводимость Рингеровского раствора), со следующими геометрическими размерами: диаметр 10 А и высота 100 А (толщина мембраны), тогда сопротивление такого цилиндра должно составить приблизительно 1 *4О10 ом (Дунин-Барковский и др., 19696). Точно такую же оценку проводимости ионных каналов постсинаптической мембраны можно получить, исходя из исследования параметров ацетилхолинового шума (Katz, Miledi, 1972). Интересно, что эта величина очень близка к величине проводимости натриевого ионного канала возбудимой мембраны (Hille, 1970).
Если принять сопротивление одного ионного канала за 1-1010 ом, тогда для увеличения проводийости до 1 -10~7 ом-1 на площади в 10 мкм2 должно находиться 103 каналов, или 1010 каналов на 1 см2. Независимый
ГЛАВА 14. ХОЛИНОРЕЦЕПТИВНЫЕ ПОСТСИНАПТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ 253
способ оценки числа каналов по параметрам ацетилхолинового шума дает аналогичный результат. Если разделить среднюю амплитуду МПКП —
0,41 мв на среднюю амплитуду «элементарного» ацетилхолинового потенциала (эффект одной молекулы ацетилхолина) — 0,32 мкв, то получается 1460. Значит, в генерации одного МПКП принимает участие 1460 активированных ионных каналов. Угнетение холинэстеразы прозерином меняет лишь среднюю амплитуду МПКП — 0,51 мв, а амплитуда элементарного ацетилхолинового потенциала остается без изменений — 0,33 мкв. Следовательно, повышается лишь статистическая вероятность взаимодействия ацетилхолина с рецептором, открывается больше каналов (I860) и соответственно увеличивается амплитуда МПКП (Katz, Miledi, 1972).
За время активного состояния через один ионный канал переносится заряд, приблизительно равный 1-10-14 кулона и эквивалентный 5*104 одновалентных ионов (Katz, Miledi, 1972). Если учесть, что один нервный импульс освобождает обычно в синапсе лягушки около 100 квантов ацетилхолина, а каждый квант активирует приблизительно 1000 каналов, то во время генерации одного постсинаитического потенциала через активированную мембрану проходит приблизительно 5 - 10е одновалентных ионов. В пересчете на площадь мембраны получается 5• 1014 ионов/см2 или 8 • Ю-10 молей/см2.
Через активированную мембрану нерва за время генерации потенциала действия переносится гораздо меньшее количество ионов — 3-4-?10-12 моль/см2 (Hinke, 1961), т. е. примерно в 200 раз меньше, чем через постсинаптическую мембрану. Если же учесть, что проводимость ионных каналов зтих двух мембран и время активного состояния примерно одинаковы, то тогда плотность расположения ионных каналов в постсинаптической мембране должна быть но крайней мере в 200 раз выше.
