Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
При изучении электрических реакций колбочек позвоночных не возникает вопроса, поведение какой мембраны вызывает наблюдаемые эффекты. Поскольку зрительный пигмент содержится в дисках наружного сегмен та, а диски колбочек являются складками наружной плазматической мембраны клетки (см. рис. 73, 74), уменьшение натриевой проницаемости мембраны диска приводит к гиперполяризации всего фоторецептора. Кажется, что в колбочках не существует проблемы передачи сигнала о распаде молекулы зрительного пигмента на всю клетку, достаточно (только!) узнать, каким
ГЛАВА 12. ФОТОРЕЦЕПТОРНЫЕ МЕМБРАНЫ
211
образом этот распад изменяет проницаемость мембраны, в которой находится пигмент. Гораздо труднее понять механизм генерации электрического ответа в палочках. Диски палочек кажутся полностью отделенными от плазматической мембраны клетки, и если даже свет и вызывает изменения их проницаемости, то это почти никак не отражается на всей клетке. Еще меньше шансов зарегистрировать генерируемую диском внеклеточную реакцию. Ситуация здесь совершенно аналогична той, что наблюдается в синапсах с химической передачей (Катц, 1968). Можно предложить по меньшей мере три модели, объясняющие генерацию фотоответа палочками. Не исключена возможность, что диски палочек на самом деле не обосабливаются полностью от оболочки наружного сегмента и сохраняются тонкие мембранные мостики, соединяющие диски с оболочкой, а внутридисковое пространство с внеклеточным. Такие мостики, достаточные для передачи электрического сигнала с диска на плазматическую мембрану тела клетки, могут быть настолько тонки и расположены настолько редко, что их будет нелегко обнаружить под электронным микроскопом. Кроме того, электронно-микроскопические фиксации имеют тенденцию разрушать тонкие мембранные связи. На существование таких мостиков указывает набухание дисков палочек при инкубации сетчатки в гипертоническом растворе сахарозы (Cohen, 1971). Для объяснения этого эффекта нужно предположить, что сахароза по каким-то каналам проникает внутрь дисков, вызывая туда осмотический поток воды из цитоплазмы. В пользу наличия связи между внутридисковым и внеклеточным пространством говорит также распределение ионов натрия и калия в структуре наружного сегмента. Показано, что внутридисковые пространства палочек содержат много натрия, в то время как междисковые промежутки имеют обычный внутриклеточный калиевый состав (Берман и др., 1971; Говардовский,
1973). По-видимому, активность Na-K-АТФэзы в наружных сегментах палочек чрезвычайно низка (Берман, Грибакин, 1974), и непонятно, как мог бы поддерживаться такой градиент концентраций на мембранах изолированных дисков.
Против существования связи внутридисковых пространств палочек с внеклеточной средой говорит безуспешность всех попыток прокрасить эти пространства разнообразными метками — коллоидом лантана, барием, ферритином (Cohen, 1968, 1970), проционовым желтым (Laties, Liebman, 1971). Наличие таких мостиков сомнительно также в свете электрофизиоло-гических данных. Проблема непрерывности мембран дисков палочек с клеточной оболочкой стоит особенно остро в связи с механизмом генерации так называемого раннего рецепторного потенциала (РРП). Этот короткий (несколько миллисекунд), практически не имеющий латентности ответ регистрируется от сетчатки при очень ярких вспышках света, обесцвечивающих значительную часть молекул зрительного пигмента. Ранний рецепторный потенциал отражает какие-то процессы перестройки этих молекул, связанные со смещением зарядов в мембране (Arden, 1969; Cone, Рак, 1971). Палочковые сетчатки, как и колбочковые, генерируют ранний рецепторный потенциал, однако ток, вызванный смещением зарядов в одной мембране диска палочки, вследствие симметрии должен компенсироваться током, вызываемым второй мембраной. Для объяснения самого факта существования РРП в палочковых сетчатках можно предположить, что диски наружного сегмента электрически связаны с оболочкой клетки или же что сама мембрана наружного сегмента содержит родопсин, распад ко-
/
212 МЕМБРАНЫ НЕЙРОНОВ, РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК И СИНАПСОВ
торого и вызывает РРП. Последнее предположение кажется вполне естественным, если вспомнить механизм образования дисков (см. рис. 74). Можно экспериментально решить вопрос в пользу той или другой гипотезы, используя дихроичные свойства фоторецепторной мембраны. Как уже сообщалось, дипольные моменты молекул родопсина лежат в плоскости мембраны, и поэтому поглощение света дисками максимально, когда электрический вектор направлен перпендикулярно оси наружного сегмента (см. рис. 76). В то же время мембрана, свернутая в трубку, подобно микровилле беспозвоночных или оболочке наружного сегмента палочки позвоночных, имеет максимальный коэффициент поглощения для света с электрическим вектором, параллельным оси трубки (см. рис. 78). Таким образом, если освещать сетчатку светом, идущим перпендикулярно или почти перпендикулярно к оси фоторецепторов, и вращать плоскость поляризации, то ответы, генерируемые диском и оболочкой, будут меняться в противоположных направлениях. Этим методом было показано, что ранний рецепторный потенциал в колбочках, как и нужно было ожидать, генерируется дисками, а в палочках — оболочкой наружного сегмента, которая, следовательно, в действительности содержит родопсин (Govardov-skii, 1975). Вклад дисков палочек в РРП обнаружить не удалось. Это означает, что если каналы, связывающие диски палочек с оболочкой, все же существуют, то их сопротивление слишком высоко, чтобы обеспечить эффективную передачу электрического сигнала с мембраны диска на мембрану клетки. Такой же вывод‘был сделан и на основании измерений крутизны нарастания позднего рецепторного потенциала в ответ на интенсивные короткие вспышки света (Penn, Hagins, 1972). Указанные авторы считают, что если диски и связаны с оболочкой какими-то каналами, то проводимость каждого канала не превосходит 10~10 ом-1. Интересно, однако, что эта величина равна проводимости отдельного натриевого канала, а, судя по величине темнового тока, количество таких каналов во всем наружном сегменте около 1000, т. е. примерно равно числу дисков (Ко-renbrot, Cone, 1972; Penn, Hagins, 1972).
