Нейро-биология Том 1 - Шеперд Г.
Скачать (прямая ссылка):
Далее следуют события на молекулярном уровне (Д, этап 8), простые и сложные. Самое простое событие — прямое открывание ионных ворот (этап 9) — характерно для нервно-мышечного соединения и большинства центральных синапсов, которые изучены к настоящему моменту. Однако в некоторых случаях может иметь место определенная последовательность, ферментативных реакций. Это было продемонстрировано для некоторых гормональных действий на клетки-мишени, и аналогичные этапы могут входить в состав некоторых синаптических реакций.
В то время как эти события развиваются на постсинаптиче-ской мембране, щель очищается от медиатора путем его дезактивации или гидролиза, обратного захвата в пресинаптическое окончание, диффузии или захвата глиальными клетками.
Заключительные этапы, показанные на рис. 9.4Е, — возникновение тока в каналах ионной проводимости (этап 10) и синаптического потенциала (этап 11). Конечно, каждый из этих этапов можно расчленить, включив подэтапы, или модифицировать, чтобы объяснить другие эффекты (например, уменьшение проводимости вместо ее увеличения на этапе 9).
Кальций и функции нейрона
В этом месте удобно обсудить детальнее роль кальция. Уже 30 лет назад цитолог Р. Хейльбрун (R. Heilbrun) подчеркивал значение кальция для многих клеточных функций. Современные исследования убедительно подтвердили эту точку зрения, особенно в отношении внутриклеточного свободного ионизиро'
14*
212
II. Клеточные механизмы
;ванного Са. Сейчас имеется несколько методов для определения его содержания. Один из них основан на измерении люминесценции экворина — выделенного из медуз белка, который при реакции с Са2+ излучает свет. В другом методе используются металлохромные красители, такие как арсеназо III; когда они .вступают в соединение с Са2Ч\ у них меняется спектр поглощения, что может быть зарегистрировано методами дифференциальной спектроскопии. Созданы также ионообменные микроэлектроды, избирательно чувствительные к Са2+, которые позволяют непосредственно измерять внутриклеточное содержание свободного Са2+. Электронная микроскопия в сочетании с рентгеновской или протонной спектроскопией позволяет определять локализацию некоторых видов ионов, включая Са2Ч~, по отношению к клеточным органеллам.
Все эти методы вместе с традиционными биохимическими методами измерения потоков радиоактивного Ca2f в согласии друг с другом показывают, что концентрации свободного ионизированного Са в нервных клетках чрезвычайно низки. Они находятся в интервале от 10-*3 до 10~s М. Сопоставьте это с 10-4 М для суммарного содержания Са2+ в аксоплазме гигантского аксона кальмара (и около 10-2 М для морской воды). Таким образом, большая часть Са в нейроне (равно как и в любой другой клетке тела) находится в связанной форме, и только очень малая часть —в свободном ионизированном состоянии в цитозоле. Это один из ключей к пониманию функций Са, поскольку это означает, что клетка может использовать малые изменения локальной концентрации Са2*-, чтобы вызвать значительные эффекты. Это основа той критической роли, ко-торую Са2г играет в таких разных функциях, как секреция, течение аксоплазмы, подвижность, сокращение, ферментативные реакции и проницаемость мембраны. Указанные функции и ряд других представлены на рис. 9.-5.
Рис. 9 5. Функция кальция в аксонах (А) н дендритах (Б). Возбуждающие эффекты показаны сплошными тонкими линиями, тормозные эффекты — прерывистыми тонкими линиями. (Erulkar, Fine, 1979.)
1. Потенциалзависимые каналы Са2+-проводимости активируются деполяризацией мембраны.
2. Потенциалнезависимые каналы Са2н -проводимости активируются повышением уровня сАМР.
3. Са2+ регулирует уровни сАМР и cGMP посредством стимуляции фосфо-диэстеразы.
4. Медиатор активирует аденилатциклазу.
5. Экзоцитоз синаптических и секреторных пузырьков, зависящий от входа Са-+.
6. Аксонный транспорт.
7. Захват Са2+ митохондриями в обмен на протоны.
8. Заключение Са2+ в цистерны.
*9. Внеклеточный Са2+ уменьшает и стабилизирует возбудимость нейрона. ДО. Активация сократимых волокон либо непосредственно под действием Са2+, либо через посредство изменений уровня сАМР.
Ь Дендрит
11. Метаболический насос для выкачивания Са2+ и обмена Na : Са и Са : Са.
12. Са2+-завискмая К+-проводимость, активируемая повышением уровня Са2+
33. Увеличение концентрации Са2+ уменьшает проводимость электрических
синапсов.
14. Связывание Са2+ с эндоплазматическим ретикулумом и другими органел-лами и макромолекулами, включая кальмодулин.
15. Влияние Са на метаболизм нейрона (снижение уровня pH, влияние на ферменты, снижение уровней сАМР и GMP).
214
IL Клеточные механизмы
Что касается выделения медиатора, то ключевым событием здесь служит входящий ток Са2_|\ После того как Са2+ выполнил свою роль в экзоцитозе синаптических пузырьков и выделении медиатора, он подлежит удалению из цитозоля. Наиболее важные механизмы, которые существуют для этого, — связывание с кальмодулином, связывание с эндоплазматическим ре-тикулумом и другими органеллами (14 на рис. 9.5), заключение в цистерны (8), захват митохондриями (7) и откачивание насосом (11). Эти механизмы, контролирующие доступность свободного Са, в свою очередь многими способами связаны с путями синтеза медиатора и общего метаболизма клетки. Благодаря этому Са2+ играет важную роль в долговременных процессах, лежащих в основе пластичности синапсов, развития, памяти и научения, что будет обсуждаться в последующих главах.
