Постсинаптические рецепторы

Ионотропные рецепторы — это трансмембранные белки, которые одновременно являются рецепторами (способны связывать медиатор) и каналами (способны образовывать трансмембранный ионный канал). Ионотропные рецепторы формируют ионные каналы сразу после связывания молекул медиатора. Каналы обладают избирательностью и способны пропускать преимущественно какой-то один тин ионов. Это может быть один из трех катионов Na+, К+, Са2+ или анион СК

Примером ионотропного рецептора, пропускающего преимущественно Ыа+-ток, является никотиновый холинорецептор (нХР). Название «никотиновый» связано с тем, что этот рецептор может активироваться не только медиатором ацетилхолином (АХ), но и алкалоидом табака никотином. Никотиновый холинорецептор представляет собой крупный белок, состоящий ив пяти субъединиц — две а, по одной р, у и 8. Для активации нХР необходимо связывание двух молекул АХ с обеими а-субъединицами в молекуле нХР. При взаимодействии с молекулами АХ внутри рецепторного белка образуется канал диаметром 0,65 нм (рис. 3.9).

Никотиновый холинорецептор

Рис. 3.9. Никотиновый холинорецептор:

а — схема устройства молекулы никотинового холинорецеитора, состоящей из пяти субъединиц; б — связывание двух молекул медиатора (ацетилхолина) с двумя а-субъединицами вызывает открытие канала; в — ток через открытый канал никотинового холинорецептора

Через такой канал могут одновременно проходить как катионы Na+, так и катионы К+ в соответствии с их электрохимическими градиентами. В зависимости от значения мембранного потенциала постсинаптический потенциал может быть деполяризующим либо гиперполяризующим. Это зависит от соотношения мембранного потенциала с величинами равновесных потенциалов для Na+ и К* (?Na и Ек). При обычных для возбудимых клеток значениях мембранного потенциала (порядка -60...-80 мВ), ток катионов Na+, направленный внутрь, значительно превышает ток катионов К+, направленный наружу (рис. 3.10). Поэтому суммарный (разностный) ионный ток, текущий через открытый канал нХР, представляет собой входящий натриевый ток. Он деполяризует мембрану и вызывает возбуждающий постсинаптический потенциал. Воздействие медиатора на ионотроп-

Натриевые и калиевые токи через канал никотинового холинорецептора

Рис. 3.10. Натриевые и калиевые токи через канал никотинового холинорецептора (нХР) при разных значениях мембранного потенциала (а) и постсинаптические потенциалы, возникающие при открывании канала нХР, когда происходит одновременный вход катионов Na+ и выход катионов К+ по одному каналу (б)

ные рецепторы обеспечивает быструю синаптическую передачу сигнала в химических синапсах, требующую порядка 5—7 мс для генерации постсинаптических потенциалов. Подавляющее большинство медиаторов, например ацетилхолин, глутамат, АТФ, воздействуют на свой тип ионотропных рецепторов и таким образом участвуют в быстрой передаче возбуждения в ЦНС и на периферии.

Наряду с ионотропными на постсинаптической мембране существуют и метаботропные рецепторы (рис. 3.11). Это трансмембранные белки, которые при связывании с медиатором воздействуют на сцепленные с ними со стороны цитоплазмы G-белки (ГТФ-связывающие белки). Это приводит к активации G-белков, их диссоциации на субъединицы и отсоединению субъединиц от белка-рецептора. Активированные субъединицы G-белков (а и Ру) способны перемещаться внутри мембраны и в цитоплазме, активируя встроенные в мембрану ферменты — аденилатциклазу, фосфолипазу С и др. Такая активация приводит к изменению концентрации вторичных посредников: цАМФ, катионов Са2+ и других, регулирующих работу ионных каналов.

Молекулярная организация и принцип работы метаботропного рецептора

Рис. 3.11. Молекулярная организация и принцип работы метаботропного рецептора:

а — белок рецептора с семью трансмембранными доменами, сцепленный изнутри с G-белком, активируемым взаимодействием рецептора с молекулой медиатора; б — последствия активации метаботропного рецептора

Таким образом, активация метаботропных рецепторов медиатором вызывает каскад внутриклеточных примембранных реакций. В результате в клетке образуются молекулы вторичных посредников, которые, действуя с внутренней стороны мембраны на закрытые ионные каналы, приводят к их активации (открытию). Это происходит с большей задержкой во времени по сравнению с активацией медиатором каналов ионотропных рецепторов.

Основными мишенями метаботропных рецепторов и запускаемых ими каскадов являются Са2+- и К+-каналы. Возникающие в случае активации метаботропных рецепторов постсинаптические токи и потенциалы, как правило, меньше по амплитуде и имеют значительно более медленное течение, чем при активации ионотропных рецепторов (рис. 3.12). Поэтому синаптическую передачу с участием метаботропных рецепторов называют медленной непрямой синаптической передачей. Она происходит в течение 0,5—1 с, в то время как быстрая передача занимает всего несколько миллисекунд.

Примеры быстрых и медленных деполяризационных и гиперполяризационных ответов, возникающих, соответственно, при активации ионотропных (а) или метаботропных (б) рецепторов

Рис. 3.12. Примеры быстрых и медленных деполяризационных и гиперполяризационных ответов, возникающих, соответственно, при активации ионотропных (а) или метаботропных (б) рецепторов

Имеются медиаторы, участвующие исключительно в медленной синаптической передаче. Например, дофамин и норадреналин осуществляют свое медиаторное действие только через метаботропные рецепторы. Это приводит к возникновению медленных постсинаптических потенциалов. Однако у большинства медиаторов имеются как специфические ионотропные, так и специфические метаботропные рецепторы. Они могут располагаться либо на разных, либо на одних и тех же постсинаптических мембранах. Например, для медиатора АХ в гладкой мускулатуре желудочно-кишечного тракта и других органов, а также на кардиомиоцитах сердца имеются только метаботропные рецепторы. Они называются мускариновыми холи- норецепторами (мХР), так как могут активироваться алкалоидом мухомора мускарином. На постсинаптической мембране синапсов скелетных мышечных волокон, наоборот, присутствуют только ионотропные нХР.

Однако в большинстве синапсов ЦНС на постсинаптической мембране сосуществуют и ионотропные, и метаботропные рецепторы к данному медиатору (рис. 3.13). Это показано для синапсов, где медиаторами являются глутамат, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), АТФ и др. Такая локализация разных типов рецепторов существенно расширяет спектр эффектов, создаваемых действием медиатора на постсинаптическую мембрану и клетку в целом.

Мембрана, где сочетаются ионотропные и метаботропные рецепторы

Рис. 3.13. Мембрана, где сочетаются ионотропные и метаботропные рецепторы

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >