19. Рецепторы клеточной мембраны и их роль в электрогенезе клетки

Основное деление каналов:

А. ионотропные – пропускают ионы сразу после присоединения медиатора к рецептору

Б. метаботропные – не пропускают ионы сразу. Открытие каналов происходит только после связи медиатора с рецептором и каскада реакций через посредников.

В этих каналах различают, соответственно, ионотропные и метаботропные рецепторы.

Рецепторы устроены уникально и связывают только один тип молекул. В некоторых описаниях указывается, что они подходят, как «ключ к замку» (ключ подходит только к своему замку).

Рецептор состоит из двух частей. Одну можно назвать «узнающим центром», другую - «ионным каналом». При связывании медиатора с ионотропным каналом, он сразу открывается, минуя цепочку посредников. В метаботропных каналах медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который влияет на активность ионного канала.

Через мембрану начинает протекать ионный ток, который вызывает изменение потенциала на мембране. Этот потенциал получил название постсинаптического потенциала. Очень важным свойством описанных ионных каналов является то, что количество открытых каналов определяется количеством связанных молекул медиатора, а не потенциалом на мембране, как в случае с электровозбудимой мембраной нервного волокна, амплитуда потенциала пропорциональна количеству молекул медиатора, связанного рецепторами.

На мембране одного нейрона могут одновременно находиться два вида синапсов: тормозные и возбудительные. Все определяется устройством ионного канала мембраны. Мембрана возбудительных синапсов пропускает как ионы натрия, так и ионы калия. В этом случае мембрана нейрона деполяризуется. Мембрана тормозных синапсов пропускает только ионы хлора и гиперполяризуется. Очевидно, что если нейрон заторможен, потенциал мембраны увеличивается (гиперполяризация). Таким образом, нейрон благодаря воздействию через соответствующие синапсы может возбудиться или прекратить возбуждение, затормозиться. Возникновение ВПСП или ТПСП зависит от типа открытых ионных каналов: мембрана деполяризуется, если открыты каналы для натрия и калия, и гиперполяризуется, если открыты хлорные каналы.

20. Механизм синаптической передачи

Нервный импульс (возбуждение) с огромной скоростью продвигается по волокну и подходит к пресинаптической мембране. Этот потенциал действия вызывает деполяризацию мембраны, что вызывает открытие кальциевых ионных каналов, пропускающих кальций внутрь клетки. Попадая в цитоплазму синаптического окончания, кальций входит в связь с белками, образующими оболочку пузырьков, в которых хранится медиатор. Везикулы встраиваются в пресинаптическую мембрану. В конечном итоге мембраны синаптических пузырьков сжимаются, выталкивая свое содержимое в синаптическую щель (это процесс экзоцитоза). Этот процесс очень напоминает сокращение мышечного волокна в мышце, во всяком случае, эти два процесса имеют одинаковый механизм на молекулярном уровне. Возбуждение (электрический потенциал действия) нейрона в синапсе превращается из электрического импульса в импульс химический.

Далеко не все выплеснутые в щель медиаторы достигают постсинаптической мембраны. В синаптической щели происходит:

1. вымывание части медиатора

2. захват молекул медиатора клетками глии

3. обратный захват медиатора пресинаптической мембраной (эндоцитоз)

4. расщипление молекул медиатора ферментами

Молекулы медиатора, дошедшие до пресинаптической мембраны, связываются с специальными белковыми молекулами, которые находятся на мембране другого нейрона. Эти молекулы называются рецепторами. Рецепторы устроены уникально и связывают только один тип молекул. В некоторых описаниях указывается, что они подходят, как «ключ к замку» (ключ подходит только к своему замку).

Рецептор состоит из двух частей. Одну можно назвать «узнающим центром», другую - «ионным каналом». Медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который влияет на активность ионного канала.

Активность G-белка. При метаботропном управлении рецепторы не связаны с каналом напрямую и поэтому присоединение медиатора и открытие канала разделены несколькими промежуточными этапами, в которых участвуют вторичные посредники. Первичным посредником является сам медиатор, который при метаботропном управлении присоединяется к рецептору, действующему на несколько молекул G-белка, который представляет собой длинную извитую аминокислотную цепь, пронизывающую клеточную мембрану семью своими петлями. Известно около дюжины разновидностей G-белков. Присоединение нейротрансмиттера к рецептору вызывает сразу в нескольких связанных с ним молекулах G-белка, превращение бедного энергией предшественника — гуанозиндифосфата (ГДФ) в ГТФ. Такого рода преобразования, обусловленные присоединением остатка фосфорной кислоты, называются фосфорилированием. Вновь образующаяся связь богата энергией, поэтому молекулы G-белка, в которых произошло превращение ГДФ в ГТФ, становятся активированными. Активация белковых молекул может проявляться в изменении их конформации, а у ферментов она обнаруживается в повышении сродства к субстрату, на который действует фермент.

Приобретённая активность у G-белков направлена на стимуляцию или подавление активности (в зависимости от типа G-белка) некоторых ферментов (аденилатциклазы, гуанилатциклазы и др.), которые в случае активации вызывают образование вторичных посредников. Конкретный ход дальнейших событий зависит от типа преобразующего сигнал белка. В случае прямого управления ионными каналами активированная молекула G-белка перемещается по внутренней поверхности мембраны к ближайшему ионному каналу и присоединяется к нему, что приводит к открытию этого канала. При непрямом управлении активированный G-белок использует одну из систем вторичных посредников, которые либо управляют ионными каналами, либо изменяют характер метаболизма — обменных процессов в клетке, либо вызывают экспрессию определённых генов, за которой следует синтез новых белков, что, в конечном счёте, тоже приводит к изменению характера обменных процессов.

Через мембрану начинает протекать ионный ток, который вызывает изменение потенциала на мембране. Этот потенциал получил название постсинаптического потенциала. Очень важным свойством описанных ионных каналов является то, что количество открытых каналов определяется количеством связанных молекул медиатора, а не потенциалом на мембране, как в случае с электровозбудимой мембраной нервного волокна, амплитуда потенциала пропорциональна количеству молекул медиатора, связанного рецепторами.

На мембране одного нейрона могут одновременно находиться два вида синапсов: тормозные и возбудительные. Все определяется устройством ионного канала мембраны. Мембрана возбудительных синапсов пропускает как ионы натрия, так и ионы калия. В этом случае мембрана нейрона деполяризуется. Мембрана тормозных синапсов пропускает только ионы хлора и гиперполяризуется. Очевидно, что если нейрон заторможен, потенциал мембраны увеличивается (гиперполяризация). Таким образом, нейрон благодаря воздействию через соответствующие синапсы может возбудиться или прекратить возбуждение, затормозиться. Возникновение ВПСП или ТПСП зависит от типа открытых ионных каналов: мембрана деполяризуется, если открыты каналы для натрия и калия, и гиперполяризуется, если открыты хлорные каналы.