Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА 12. ФОТОРЕЦЕПТОРНЫЕ МЕМБРАНЫ
207
приводит к замедлению выделения медиатора и вызывает гиперполяриза-ционный ответ горизонтальной клетки.
Гиперполяризация рецепторов при освещении сопровождается увеличением сопротивления клеточной мембраны на 20—50%. Поляризация через внутриклеточный электрод не обнаруживает заметной нелинейности вольт-амперной характеристики, гиперполяризация увеличивает ответ на свет, а деполяризация уменьшает его (рис. 80). Потенциал реверсии лежит где-то около 0, но точно определить его пока не удалось (Toyoda et al., 1970; Baylor, Fuortes, 1970). Из этих результатов логически следует предположение, что свет уменьшает проницаемость клеточной мембраны
ш
Рис. 80. Влияние поляризации через внутриклеточный электрод на ответ колбочки сетчатки геккона (Toyoda et al., 1969)
а, б-деполяризукщий тон: в — норма; г — гиперполяризующий ток
для ионов натрия. Натриевая проницаемость в темноте должна быть довольно высока, так как потенциал покоя невелик, и уменьшение проницаемости будет вызывать значительный гиперполяризационный ответ и увеличивать сопротивление клетки. В работе Черветто (Cervetto, 1973) это предположение было подтверждено и при отведении от колбочек черепахи показано, что темновой потенциал фоторецептора определяется внеклеточной концентрацией натрия не в меньшей степени, чем концентрацией калия, а уровень потенциала, достигаемый на очень ярком свету, зависит только от калия.
Измерения такого рода при внутриклеточных отведениях чрезвычайно трудны, и поэтому основные сведения об ионных механизмах генерации рецепторного потенциала были получены при внеклеточных отведениях так называемого «позднего рецепторного потенциала», или «дистального компонента РШ» электроретинограммы. Компонент PIII, начальная фаза которого образует a-волну электроретинограммы, давно считался проявлением электрической активности фоторецепторов (Granit, 1947; Brown et al., 1965). В работе Мураками и Канеко (Murakami, Kaneko,
1966) показано, что PIII можно разделить на два очень похожих субкомпонента — дистальный, генерируемый в слое фоторецепторов, и проксимальный, создаваемый, вероятно, горизонтальными клетками. Кислые аминокислоты (аспарагиновая и глютаминовая) блокируют синаптическую передачу с фоторецепторов на следующие нейроны сетчатки и, таким образом, изолируют дистальный компонент PIII, или рецепторный потенциал (Furukawa, Hanawa, 1955; Sillman et al., 1969a, b; Cervetto, McNichol, 1971). Дистальный компонент PIII в общем повторяет
208
МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
форму внутриклеточного отводимого рецепторного потенциала, полярность его соответствует положительности наружных сегментов по отношению к телу клетки.
Изолированный аспартатом рецепторный потенциал уменьшается при уменьшении концентрации внеклеточного натрия и увеличении концентрации внеклеточного калия, при этом он линейно зависит от логарифма концентрации этих ионов (Sillman et al., 1969b; Arden, Erst, 1969). Поляризация сетчатки внеклеточным током, направленным от стекловидного тела к склере (т. е. от внутренних сегментов фоторецепторов к наружным), уменьшает амплитуду ответа, обратно направленный ток увеличивает ее.
Электрогенный насос, по-видимому, не принимает непосредственного участия в генерации ответа на свет, по крайней мере в колбочках. «Отравление» насоса оуабаином быстро, за несколько минут, подавляет ответ на свет, но это происходит в результате выравнивания градиента концентраций ионов на клеточной мембране. Если резким изменением наружной концентрации натрия искусственно создать разность концентраций между клеткой и средой, ответ возникает снова (Sillman et al., 1969b). Обогащая клетку натрием в растворе Рингера с оуабаином и уменьшая затем внеклеточную концентрацию этого иона, можно получить ответ обратной полярности (Arden, Ernst, 1969). Таким образом, роль натрий-калиевого насоса сводится, вероятно, к поддержанию разности концентраций ионов между клеткой и средой. Восстановление ответа после отравления оуабаином показано в сетчатках лягушки и голубя, содержащих много колбочек. В чисто палочковой сетчатке крысы оуабаин подавляет ответ на свет полностью и необратимо (Arden, Ernst, 1969). Такое отличие между двумя типами рецепторов связано, вероятно, с разницей в строении их наружных сегментов (рис. 73, 74) и будет обсуждаться ниже. В работе Силлмана, Ито и Томита (Sillman et al., 1969b) предложена эквивалентная схема генерации рецепторного потенциала, хорошо описывающая влияние внеклеточной концентрации натрия и калия и эффект поляризующего тока и согласующаяся с обнаруженным при внутриклеточных отведениях увеличением входного сопротивления клетки. Потенциал на клеточной мембране определяется соотношениями калиевого и натриевого равновесных потенциалов и проводимостей мембраны для соответствующих ионов. Свет гиперполяризует клетку, уменьшая натриевую проводимость. Поскольку ответ на свет может быть зарегистрирован внеклеточно и, следовательно, сопровождается генерацией внеклеточного тока, регулируемая светом натриевая проводимость распределена по поверхности рецептора неравномерно. Сравнение внеклеточной полярности ответа (+ на дистальном конце рецептора, у наружного сегмента, — на проксимальном, у синапса) с внутриклеточной (гиперполяризация) однозначно показывает, что зависящая от света натриевая проводимость принадлежит мембране наружного сегмента. Дальнейшую возможность изучения источников тока в фоторецепторах дала методика работы с тонкими (около 200 мк) срезами сетчатки, в которых положение внеклеточных регистрирующих электродов по отношению к структурам фоторецепторов легко контролируется при помощи инфракрасного микроскопа. Разработавшие эту методику Хэгинс с сотр. (Penn, Hagins, 1969, 1972; Hagins et til., 1970) показали на сетчатке крысы, что и в темноте в слое фоторецепторов существует градиент потенциала, со-
