Коротко

Квантовое высвобождение медиатора

В нервном окончании медиатор накапливается в синаптических пузырьках (везикулах). В результате повышения внутриклеточной концентрации Са2+ содержимое везикул высвобождается путем экзоцитоза в виде квантов, и в постсинаптической мембране генерируются «квантовые потенциалы». Медиатор выделяется из везикул примерно через 1 мс после деполяризации нервного окончания. Затем происходит эндоцитоз пустых везикул и их заполнение медиатором. Таким образом в нервном окончании совершается жизненный цикл везикул.

Облегчение и депрессия

ся облегчение. Первый деполяризующий импульс открывает Са2+-каналы, после чего в пресинаптическом окончании сохраняется «остаточно» повышенная концентрация Са2+. При следующем деполяризующем импульсе внутриклеточная концентрация Са2+ достигает более высокого уровня, так что высвобождение медиатора увеличивается. Более продолжительные высокочастотные серии импульсов могут вызывать феномен, противоположный облегчению, а именно синаптическую депрессию.

стояния А2О в закрытое состояние А2R и обратно (рис. 5.12А). Такого рода разряды характерны для всех ионных каналов, непосредственно сопряженных с лигандами, например для потенциалзависимых K+-каналов; это прямая химическая синаптическая передача.

Десенситизация (десенсибилизация)

Десенситизация (десенсибилизация) АцХрецепторов. При аппликациях АцХ с короткими интервалами вероятность открывания рецепторов неизменна только при концентрации АцХ примерно 2 мкмоль/л; при высоких концентрациях АцХ частота открытого состояния каналов вначале достигает максимума, а затем быстро снижается. Десенситизация означает закрывание каналов, т. е. переход из состояния А2О к состоянию А2D (на рис. 5.12А это состояние не обозначено). Переход осуществляется при концентрации АцХ, равной 1 ммоль/л, с постоянной времени 20–50 мс (рис. 5.12Б).

5.5. Синаптические рецепторы

Ионотропные рецепторы

Рецепторные каналы, или ионотропные рецепторы. Их макромолекула объединяет функции связывания с агонистом и активации ионного канала. Такого рода «быстрыми» синаптическими рецепторами обладают концевые пластинки (рис. 5.1), большинство глутаматергических синапсов, а также тормозные глицинергические и ГАМКергические синапсы.

Никотиновые ионотропные рецепторы концевой пластинки. Взаимодействие рецептора

сагонистом (А) наиболее подробно изучено на активируемых ацетилхолином (АцХ) ионных каналах концевой пластинки, которые связываются с двумя молекулами АцХ. Деятельность такого канала представлена на рис. 5.12А.

Верхняя запись на схеме отражает открывание канала при связывании с двумя молекулами агониста (А2О). Открывание каналов происходит

скороткими интервалами в виде разрядов; при этом молекулы каналов подвергаются быстрой конформационной перестройке из открытого со-

5.5. Ночная лобная эпилепсия

Симптомы. Семейная ночная лобная эпилепсия — редкое заболевание с аутосомно-доминантным типом наследования. Во время 1-й и 2-й фаз медленного сна (рис. 9.4) возникают серии коротких приступов гипермоторных актов. Заболевание может дебютировать практически в любом возрасте — от раннего детского до позднего зрелого возраста. Возможна генерализация пароксизмов, вплоть до потери сознания.

Патогенез. У пациентов выявлены мутации генов никотиновых АцХ-рецепторов. Мутациям подвержены гены, кодирующие наиболее распространенный тип нейронных никотиновых АцХ-ре- цепторов. Некоторые из этих мутаций становятся причиной ускоренной десенситизации рецепторов (рис. 5.12), однако неясно, каким образом это ассоциировано с приступами судорог.

Лечение. Часть пациентов благоприятно реагируют на противосудорожный препарат карбамазепин, но механизм действия до конца не изучен.

Вероятность открывания каналов быстро достигает максимума при высокой концентрации АцХ (1 ммоль/л) и падает при снижении концентрации (рис. 5.12Б). При низкой концентрации АцХ спад вероятности открывания каналов более значителен, чем следовало ожидать в том случае, если бы он был пропорционален концентрации АцХ; это объясняется связыванием двух молекул AцХ при

открытии канала (рис. 5.12В). Время достижения первоначального максимума зависит от концентрации АцХ.

Десенситизация (десенсибилизация) других каналов. Десенситизация свойственна всем лигандуправляемым каналам; ее скорость существенно различается для каналов разного типа. Видимо, десенситизация — это механизм предотвращения слишком сильной и продолжительной активации синапсов. С этой точки зрения десенситизация аналогична инактивации Na+-каналов.

Установлена аминокислотная последовательность АцХ-активируемого канала двигательной концевой пластинки, получившего известность как никотиновый ацетилхолиновый рецептор (по названию специфического агониста). Рецептор имеет молекулярную массу 268 000 и состоит из пяти близких по размеру и другим характеристикам субъединиц, окружающих центральную

пору. Некоторые другие лигандуправляемые каналы сходны с никотиновым рецептором по структуре; вероятно, эти молекулы родственны. Среди разнообразных каналов существует много вариантов структуры, определяющих различие свойств каналов, в частности спектры действия агонистов и антагонистов.

Лигандуправляемые анионные каналы

!Ионные каналы ГАМКА-рецепторов и глицинергических рецепторов пропускают ионы Сl– и HCO3 и обычно реализуют торможение.

Комплексы ионного канала с ГАМКА-рецеп- тором либо рецептором глицина принадлежат к тому же семейству, что и рецепторные каналы, активируемые АцХ, однако они проницаемы не для катионов, а для анионов (Сl– и HCO3); при их от-

крывании обычно происходит торможение. Каналы рецепторов глицина обеспечивают в спинном мозге возвратное торможение α-мотонейронов клетками Реншоу. Каналы рецепторов состоят из α- и β-субъ-

единиц.

Функция глицинергического рецепторного канала нарушается при замене в α-субъединице опреде-

ленной аминокислоты около участка связывания. В случае мутации αК276Е уменьшается крутизна

кривой дозозависимости эффекта глицина, а график смещается вправо (рис. 5.13, слева). На рисунке в центре также видно, что время открытого состояния канала укорачивается. Таким образом, эта мутация изменяет как связывание рецептора с агонистом, так и кинетику канала. Подбирая кинетические схемы реакций для такого рода данных, можно выявить влияние на конкретный элемент структуры рецепторного канала (на участок связывания либо на пору). Что касается нашего примера, то, несмотря на близость мутации к участку связывания агониста (рис. 5.13, справа), изменились процесс открывания канала и кинетика поры. Такая мутация обнаружена у пациентов со стартл-син- дромом, или гиперэкплексией. Это редкое наследственное неврологическое заболевание, при котором повышен мышечный тонус и вследствие недостаточного спинального торможения возможна избыточная реакция на испуг.

Глутаматергические рецепторные каналы

!Многие глутаматергические синапсы имеют одно- временно два типа рецепторных каналов.

NМDА-рецепторы и АМPА/каинатные рецепторы. Глутаматергические рецепторные каналы получили названия по специфическим агонистам: N-метил-D-аспартатные рецепто-

ры (NМDА-тип) и АМPА/каинатные рецепторы (А/К-рецепторы, или не-NМDА-тип) (рис. 5.14А). NМDА-рецепторы не открываются при отрицательных значениях мембранного потенциала, так как их пора блокирована ионами Мg2+. NМDА-рецепторы обладают высоким сродством к глутамату и на изменения концентрации глутамата отвечают медленнее, чем АМРА/каинатные рецепторы. При деполяризации мембраны ионы Мg2+ вытесняются из NМDА-ре- цепторных каналов и эти каналы открываются. Отсюда понятно, почему длительность ВПСТ различается при мембранных потенциалах +40 и –60 мВ (рис. 5.14А, слева). СNQX, антагонист не-NМDА-рецепторов, блокирует быстрый компонент ВПСТ (рис. 5.14А, справа).

5.6. Эксайтотоксичность

Патогенез. Возбуждающие аминокислоты (в первую очередь рассматривается глутамат) в высоких концентрациях могут повреждать нервную систему, вплоть до гибели клеток ЦНС. Избыточное высвобождение глутамата возможно при эпилепсии, че- репно-мозговой травме, гипоксии, ишемии мозга. Токсический эффект может инициировать пищевой глутамат, например добавленный в качестве приправы (синдром китайского ресторана). Наконец, подобным действием могут обладать агонисты рецепторов глутамата, например домоат (случаи отравления амнестическим ядом моллюсков).

Гиппокамп — это область нашего мозга, наиболее чувствительная к возбуждающим нейротоксинам. Вероятно, повреждение ткани, вплоть до гибели клеток, происходит вследствие избыточного входа Са2+ при аномальной активации рецепторов глутамата. В опытах на животных показано, что антагонисты рецепторов глутамата ослабляют эксайтотоксичность.

Молчащие синапсы. Неспособность ионного канала из-за магниевой блокады генерировать ВПСТ при отрицательных значениях мембранного потенциала свойственна только синапсам с рецепторами NМDА-типа. Так называемые «молчащие синапсы» можно «разбудить» (см. Долговременная потенциация) путем включения в мембрану рецепторов не-NМDА-типа. Определенные компоненты квантового тока зависят от присутствия рецепторов NМDАлибо не-NМDА-типа (рис. 5.14Б). Ионные токи, представленные на рисунке, зарегистрированы в среде без Мg2+.

Рецепторы непрямого сопряжения с лигандом

!В случае ионных каналов непрямого сопряжения с лигандом при связывании медиатора с рецептором активируются G-белки на внутренней стороне клеточной мембраны. G-белки открывают канал либо напрямую, либо при участии вторичного посредника, либо через влияние на метаболические процессы.

Мускариновый ацетилхолиновый рецептор.

Этот рецептор взаимодействует с АцХ, который высвобождается из окончаний блуждающего нерва

вмиокарде. В результате открываются K+-каналы и прекращается спонтанная генерация возбуждения

всинусовом узле. Рецептор называется мускариновым, поскольку здесь, так же как во многих холинергических синапсах вегетативной нервной системы, специфическим агонистом является мускарин (в отличие от никотиновых рецепторов двигательной концевой пластинки). В экспериментах с регистрацией трансмембранных токов в изолированных

Рис. 5.15. Действие АцХ на мускариновые рецепторы в миокарде. А. Ионные токи регистрируются только в участке мембраны, втянутом в кончик микропипетки (метод пэтч-кламп, конфигурация «контакт с клеткой»). При добавлении АцХ снаружи от пипетки эффект отсутствует. АцХ, введенный в пипетку, воздействует непосредственно на мембрану, и число открываний K+-каналов резко возрастает. Б. Схема взаимодействия АцХ с мускариновым рецептором. При связывании мускаринового рецептора с АцХ активируется G-белок, βγ-субъединица которо-

го диффундирует в K+-канал на внутренней поверхности мембраны, инициируя его открывание