Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
До сих пор были рассмотрены только величины, отражающие процесс активации холинорецеитивной мембраны, но для понимания ее функциональной организации важно иметь представление о резервах, о запасе надежности иостсинантических механизмов.
Есть основания думать, что ацетилхолин выделяется в большем количестве, чем это необходимо для активации иостсинантической мембраны. Количество молекул ацетилхолина, содержащихся в одном кванте, колеблется по разным оценкам от 4-103 до 1 • 10Б (Hubbard, 1970). Для нервно-мышечного синапса лягушки наиболее вероятно 1-104 молекул в 1 кванте (Katz, 1966). Если каждый образовавшийся комплекс ацетилхолин + + холинорецептор является эффективным, т. е. ведет к активации одного ионного канала (возможные отклонения от зтого соотношения будут рассмотрены ниже), тогда для появления 1-103 активированных ионных каналов достаточе! эффект 1 • 103 молекул ацетилхолина. Имеется десятикратный запас надежности: 90% молекул ацетилхолина либо сразу же становятся жертвами холинзстеразы, либо выносятся диффузией за пределы синапса.
Имеется еще больший резерв холинорецепторов и управляемых ими ионных каналов. Количество этих систем и плотность их локализации на мембране неоднократно подвергались измерению автора диографиче-скими методами — сначала с помощью меченого тубокурарина (Waser,
1967), а затем меченого а-бунгаротоксина (Miledi, Potter, 1971; Barnard et al., 1973; Salpeter, Fldefrawi, 1973). Эти оценки различаются между собой, поскольку места фиксации тубокурарина и бунгаротоксина не пере-
254
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
крьшают друг друга. Кроме того, затрудняющими обстоятельствами являются складчатость постсинаптической мембраны и отсутствие прямых способов оценки как реальной площади постсинаптической мембраны, так и равномерности распределения рецепторов на этой площади. Как бы то ни было, но даже минимальные из приводимых величин намного превышают число рецепторов, активируемых в реальных условиях генерации постсинаптического ответа. Если принять плотность рецепторов 1,1 -104 на 1 мкм2 или 1,1 * 10Б на 10 мкм2, а число холинорецепторов, необходимых для генерации 1 МПКП,— 1 • 103, то получится, что только один из каждых 100 существующих рецепторов участвует в реализации эффек-
та 1 кванта ацетилхолина. Следовательно, резерв холинорецеиторов составляет не менее 99% общего их числа.
Интересно, что число холинорецепторов и средняя плотность их. распределения на поверхности постсинаптической мембраны очень хорошо коррелируют с соответствующими данными об активных центрах холин-эстеразы (Barnard et al., 1973).
Возникает вопрос, как образовался такой большой резерв холинорецепторов и ионных каналов? Имеет ли это явление биологический смысл?
Интерес к этой проблеме усиливается тем обстоятельством, что даже размещение всех этих резервных функциональных образований на весьма небольшом пространстве синапса было, очевидно, трудной задачей. В ходе эволюции синапса пришлось прибегнуть к некоторым структурным «ухищрениям». Можно думать, что именно необходимость иметь большое число холинорецепторов и управляемых ими ионных каналов при очень высокой плотности их размещения (молекулы холинорецептора занимают, по самым скромным оценкам, до 14% всей площади мембраны) является причиной складчатого строения постсинаптической мембраны в нервно-мышечных синапсах быстрых мышц позвоночных животных. Это позволило значительно увеличить общую площадь постсинаптической мембраны, которая примерно в пять раз больше, чем площадь пресинаптической мембраны (Salpeter, Eldeirawi, 1973). Произошло также «расселение по этажам» холинэстеразы и холинорецепторов. Холинэстераза, судя по последним данным (Hall, Kelly, 1971; Betz, Sakmann, 1971, 1973), расположена как бы между пре- и постсинаптическими мембранами на базальной мембране, являющейся дериватом эктолеммы (рис. 101). Таким образом, ацетилхолин на своем пути к холинорецепторам должен «пройти
О г\ ° О'1 2
Рис. 101. Схема участка синаптической щели
1 — синаптические пузырьки; 2 — пресинаптиче-ская мембрана; 3 — базальная мембрана; 4 — постсинаптическая мембрана; 5 — синаптическая щель; в — синаптическая складка
ГЛАВА 14. ХОЛИНОРЕЦЕПТИВНЫЕ ПОСТСИНАПТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ 255
сквозь строй» активных центров холинэстеразы. Если учесть, что ацетил-холинэстераза итгжет угнетаться избытком субстрата, тогда становится понятным возможный биологический смысл такого на первый взгляд нелепого взаимного расположения холинорецепторов и холинэстераз. Вероятно, роль холинэстеразы состоит в том, чтобы увеличить скорость не только убывания, но и возрастания высокой концентрации ацетилхолина у места его действия — в слое жидкости, прилегающем к постсинаптической мембране. Ацетилхолин сможет пройти мимо холинэстеразы, если его концентрация возрастает настолько, чтобы ингибировать этот фермент. А по мере убывания его концентрации путем диффузии, все большее и большее число активных центров холинэстеразы будет освобождаться от субстратного ингибирования и ускорять «уборку» остатков уже ненужного медиатора из синаптической щели. Следовательно, максимальные шансы быть разрушенными имеют молекулы ацетилхолина, идущие в авангарде и в арьегарде выделенного кванта медиатора.
