Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
246
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
Такие «подмены» ионов другими и исследования реакции ионных каналов на «подмену» являются лишь частным случаем более широкой системы воздействий на ионные каналы с целью изучения их молекулярной структуры. В настоящее время намечается выделение фармакологии ионных каналов биологических мембран в самостоятельное и чрезвычайно перспективное направление.
В арсенал применяемых средств входят разнообразные модификаторы биологических мембран. Среди них специфические блокаторы ионных каналов, которые способны конкурировать с проникающим ионом за канал. Весьма обширен круг веществ, которые приводят к так называемой стабилизации мембран, сопровождающейся нарушением целого ряда мембранных функций. В частности, не конкурентно блокируются механизмы активации ионных каналов. Типичным примером таких стабилизаторов могут служить местноанестезирующие вещества. Применяются вещества, способные индуцировать в мембране появление новых каналов пассивного переноса ионов калия (валиномицин) или водорода (разобщители окисления и фосфорилирования). В последнее время больших успехов удалось достичь применением токсинов животного происхождения. Многие из них оказались уникальными по своей активности и высокой специфичности инструментами для исследования мембранных процессов. К сожалению, далеко не все возможности современной фармакологии ионных каналов в полной мере использованы для выяснения функциональной организации холинорецйнтивных мембран; тем не менее многие из имеющихся сведений получены с помощью этого подхода.
Известно, что вызванные ацетилхолином изменения проницаемости постсинаптической мембраны мышечных волокон для натрия и калия совершенно синхронны, т. е. соотношение сдвигов проводимости, обусловленных этими двумя катионами (AgWAgK = 1,29), не меняется в любую временную фазу активации (Takeuchi A., Takeuchi N., 1959). Это чрезвычайно затрудняет решение вопроса о том, проходят ли эти катиоды навстречу друг другу через один и тот же ионный канал, или же существуют специфические каналы для каждого проникающего иона. Так, несовпадение во времени натриевых и калиевых токов при генерации потенциала действия послужило одним из первых доказательств существования отдельных натриевых и калиевых каналов в возбудимой мембране.
В случае же постсинаптической мембраны приходится прибегать к другим критериям для решения этого вопроса. Один из таких критериев — изменение соотношения A^Na/A^K при различного рода воздействиях.
О соотношении Ag^J-Agg, в условиях, когда вне- и внутриклеточные концентрации Na+ и К+ не меняются, можно судить по величине потенциала равновесия активированной постсинаптической мембраны. Существует относйтельно простой экспериментальный прием измерения этой величины. Амплитуда электрических ответов на действие медиатора или его химических аналогов линейно зависит от величины мембранного потенциала мышечного волокна (Fatt, Katz, 1951). Искусственно смещая уровень мембранного потенциала и регистрируя соответствующие изменения амплитуды постсинаптических ответов, можно построить график зтой зависимости (рис. 96). В нормальных условиях прямая, отражающая зависимость, пересекает ось, на которой отложена амплитуда мембранного потенциала, примерно в районе — 15 мв. Эта точка называется потенциалом реверсии постслнаптического ответа, который в данном случае совпадает с потен-
ГЛАВА 14. ХОЛИНОРЕЦЕПТИВНЫЕ ПОСТСИНАПТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ 247
циалом равновесия постсинаптической мышечной мембраны (Ер). Потенциал равновесия и AgNa/AgK связаны следующим-эмпирически найденным соотношением (Takeuchi A., Takeuchi N., I960):
где [К]н и [Na]H, [К]в, [Na]B — концентрации К+ и Na+ в наружном растворе и внутри клетки соответственно.
В разных по своей функциональной характеристике мышечных волокнах Ер (а значит и А^ш/А^к), если внутриклеточные концентрации этих катионов меняются мало, оказались идентичными. Так, Ер в синаптиче-
ских зонах фазных и тонических волокон лягушки примерно одинаког (Магазаник, Наследов, 1971); нет различий по этому признаку и между нормально иннервированными мышечными волокнами лягушки и крысы (Магазаник, Потапова, 1969). В то же время в области мышечно-сухожильных соединений фазных волокон лягушки Ер = —44 в, вместо — 15 мв в области синапса, a Ag^a/A^K = 0,58, соответственно вместо 1,29 (Feltz, Mallart, 1971b). Эти факты трудно объяснить иначе, чем предположив, что существуют отдельные натриевые и калиевые каналы, причем их соотношение может меняться в разных холинорецептивных мембранах.
Сильным аргументом в пользу этой гипотезы была бы возможность с помощью какого-либо модификатора изменить соотношение A^Na/AgK, т. е. блокировать избирательно часть натриевых или калиевых каналов постсинаптической мембраны. Вначале казалось, что новокаин способен избирательно угнетать натриевые каналы (Маепо, 1966). Однако если этот эффект и действительно существует, то его выявление чрезвычайно затруднено разнородностью синаптических эффектов новокаина: угнетением пресинаптических механизмов, изменением временного хода постсинап-тического тока, постсинаптическим блоком неконкурентного типа, усилением десенситизации и т. д. Гораздо более четкие результаты были получены при действии атропина, который сдвигает Ер потенциалов концевой пластинки (ПКП) в сторону натриевого равновесного потенциала (Потапова, 1969). Оказалось, что влияние атропина на Ер ПКП не связано с его способностью взаимодействовать с холинорецептором, поскольку не менее сильные холинолитики тропинового ряда (скополамин, гоматропин и др.) не вызывали этот эффект (Magazanik, Vyskocil, 1969а). Очевидно.
