Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

ин -f- СоА.

37. НЕРВНАЯ ТКАНЬ

1437

Внутри синаптосом находится множество покрытых «оболочкой» везикул, содержащих ацетилхолин; в составе везикул имеются также по крайней мере три различных гидрофобных белка, характерных для плазматических мембран; эти белки находятся в «оболочке». Внутри везикул имеется снльнокислый белок (?? 10 000), называемый везикулином. В каждой везикуле содержатся 2000—4000 молекул ацетилхолина, а также молекулы АТР, число которых приблизительно в 5 раз меньше, чем ацетилхолина, роль АТР не ясна.

К пресинаптической мембране (с внутренней стороны) всегда примыкает большое число везикул, оболочки которых «слипаются» с собственно мембраной. При последующем выпячивании мембраны происходит освобождение (экзоцитоз) содержимого везикул в синаптическую щель. При поступлении потенциала действия на синаптическую бляшку происходит очень быстрое увеличение внутриклеточной концентрации Са2+, мембрана «раскрывается^и содержимое везикул освобождается, как это показано на рис. 37.5. Поскольку в нервных окончаниях имеется АТР и полный набор белков, участвующих в мышечном сокращении, — актин, миозин, тропонин и тропомиозин, а повышение концентрации Са2+ служит специфическим триггером для освобождения медиатора, эти белки, и АТР могут участвовать в механическом процессе, приводящем к выбросу содержимого везикул. Токсин ботулизма каким-то образом предотвращает процесс освобождения медиатора.

Постсинаптическая мембрана также поляризована. Поступление ацетилхолина в среду, окружающую постсннаптическую мембрану, вызывает ее локальную деполяризацию, которая может быть зарегистрирована. Освобождение ацетилхолина из одной везикулы

Рис. 37.5. Освобождение медиатора в синапсе путем экзоцитоза. Окруженные мембранной оболочкой везикулы образуются в теле клетки и заполняются медиатором, связанным с белком-носителем. Везикулы не контактируют с мембраной до тех пор, пока не произойдет повышения концентрации Са2+; тогда оболочка везикул сливается с пресинаптической мембраной. Далее везикулы открываются и выпускают свое содержимое; мембрана при этом остается интактной. Затем идет «обратный» процесс — участки мембраны «отпочковывают» пустые везикулы. Эти везикулы мигрируют внутрь клетки, сливаясь в более крупные структуры, от которых отделяются вновь заполненные везикулы; таким образом происходит «ре-циклизация> одного и того же мембранного материала.

1438

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

приводит к падению потенциала постсинаптической мембраны примерно на 0,5 мВ. Такой процесс распада везикул происходит в синапсе с частотой порядка 1 распад на синапс в секунду. Нетрудно подсчитать, что одна молекула ацетилхолина вызывает сдвиг •потенциала приблизительно на 0,3 мкВ. Обычно при поступлении потенциала действия к синапсу происходит процесс экзоцитоза — освобождение содержимого 200—300 везикул; освобождающийся из них ацетилхолин полностью деполяризует постсинаптическую мембрану, сдвигая потенциал на 50—75 мВ (в положительном направлении).

Эта деполяризация также является результатом входа ионов Na+; он происходит через каналы, которые находятся в закрытом состоянии до тех пор, пока не произойдет связывание молекул ацетилхолина с их специфическими рецепторами. Эти рецепторы бывают двух типов, о чем свидетельствует тот факт, что для рецепторов одного типа (в двигательной концевой пластинке скелетной мышцы и вегетативных ганглиях) эффект ацетилхолина имитируется никотином, а в рецепторах другого типа (в гладкой мышце и в мозге) — мускарином. Соответствующие синапсы называют никотиновыми и мускаринсвыми. Никотиновый рецептор был выделен из электрического органа ската (Torpedo marmorota) и электрического угря (Electrophorus elektricus); выделение основано на свойстве рецептора прочно связывать токсины змей-аспидов, в частности кобры Naja naja и крайта Bungarus. Эти нейро-токсины являются полипептидами, содержащими 60—63 и 71—74 аминокислотных остатков, обладающими жесткой структурой, стабилизированной четырьмя дисульфидными мостиками; для молекул пептидов характерно наличие Arg-37 и Asp-31, которые являются специфическими лигандами для рецепторного белка. Рецептор, связавший радиоактивный ? бунгаротоксин, можно выделить из мембраны, используя для экстракции детергенты. Оказалось, что никотиновый рецептор (М 280 000) состоит из нескольких гликопротеидных субъединиц с молекулярной массой 53 000, 47 000 и 40 000 соответственно. ?-Бунгаротоксин вазимодей-ствует только с субъединицей, имеющей молекулярную массу 53 000,. а субъединица с молекулярной массой 40 000 связывает ацетилхолин. При включении рецепторного белка в синтетические лнпосомы или липндные мембраны добавление ацетилхолина в среду вызывает такой же сдвиг проницаемости мембраны для Na+, который должен был наблюдаться, если бы рецепторный белок сам являлся натриевым каналом. Каждая рецепторная молекула может связывать до 60 ионов Са2+, многие из которых диссоциируют из комплекса с рецептором при связывании ацетилхолина. Предполагается, что этот процесс имеет отношение к открыванию натриевых каналов. Рецептор выдается в синаптическую щель примерно на 10 нм.

37. НЕРВНАЯ ТКАНЬ

1439

В условиях in situ при связывании одной молекулы ацетилхолина оказывается возможным вход около 50 000 ионов Na+ через открывшийся канал в течение примерно 1 мс. В постсинаптической мембране имеется приблизительно 10 000 рецепторов на 1 мкм2; освобождение в синаптическую щель содержимого 200—300 везикул обеспечивает количество ацетилхолина, достаточное для взаимодействия примерно с 1 млн. рецепторов. Если ацетилхолин открывает достаточное число каналов, то суммарный поток Na+ внутрь клетки приводит к деполяризации постсинаптической мембраны, вызывая тем самым физиологическую ответную реакцию постсинаптической клетки. Когда ацетилхолин диссоциирует из комплекса с рецептором, Ыа+-каналы закрываются и Na+, К+-АТРазный насос восстанавливает исходное распределение ионов. Весь этот цикл может повторяться каждые 2 мс. Фармакологическое средство гемихолиний конкурирует с ацетилхолином за связывающий участок рецептора.

Белок мускаринового (ацетилхолинового) рецептора был выделен из мозга крысы. Он имеет примерно такие же размеры, как и мономер никотинового рецептора, однако менее склонен к полимеризации. Выделению способствовало то обстоятельство, что му-скариновый рецептор связывает 14С-атропин (?? = 0,6 нМ) даже более эффективно, чем ацетилхолин (Km = 0,2 мкМ). Это позволило также установить, что содержание мускариновых рецепторов составляет 4-1013 на 1,6 г массы крысы.

После введения животным никотинового ацетилхолинорецеп-тора образуются антитела к этому белку, которые взаимодействуют с соответствующими рецепторами в нервной системе самого животного. В результате возникает состояние, очень похожее на заболевание myasthenia gravis; возможно, следовательно, что причиной этого заболевания является образование антител к своим собственным никотиновым рецепторам. Удивительным оказалось то обстоятельство, что введение морской свинке рецепторного белка от такого эволюционно далекого вида, как скат Torpedo, вызывает образование антител не только к введенному белку; через некоторое время появляются также антитела, специфические по отношению к собственным рецепторам организма; в результате нарушается функция иервно-мышечных синапсов.

После диссоциации ацетилхолина из комплекса с рецептором он оказывается доступным для действия находящейся поблизости ацетилхолинэстеразы, которая связана с наружной стороной постсинаптической мембраны; в среднем на каждый ацетилхолиновый рецептор приходится 1 молекула фермента. Фермент, выделенный из различных источников, представляет собой смесь олигомеров (доминирующей формой является тетрамер), образованных из однородных гликопротеидных субъединиц (??~75 000). Каждая субъединица имеет один каталитический центр, способный расше-

ацетилхолинэстераза фермент-субстратный комплекс

анионный эстеразным анионный эстераэный

ацетилхолин

-холин

анионный эстераэный анионный эстераэный

участок участок участок участок

фермент ацилирстаннь.и фермент

Рис, 37.6. Схема действия ацетилхолинэстеразы. В эстераэном участке атом кислорода остатка серииа (—СНг— находится около иуклеофильиой группы (В) — имидазолыюй группы остатка гистидина.

37. НЕРВНАЯ ТКАНЬ

1441

плять 16 молекул субстрата в течение 1 мс (Ушах)- В отличие от антител к никотиновым рецепторам антитела к холинэстеразе из электрического угря не способны взаимодействовать с эстеразой из мозга крысы.

Связывающий участок активного центра ацетилхолинэстеразы, взаимодействующий с четвертичным азотом ацетилхолина, имеет анионный характер; в каталитическом центре функционирует система переноса заряда (в которой участвуют остатки гистидина и серина), аналогичная соответствующей системе у некоторых протеиназ (разд. 9.3.1). Как показано на рис. 37.6, в процессе гидролиза, катализируемого ацетилхолинэстеразой, происходит образование ковалентной связи между гидроксильной группой остатка серина и электрофильным атомом углерода карбонильной группы субстрата; при этом освобождается холин. Далее происходит гидролиз ацилированного фермента и освобождается ацетат. Многие вещества, которые связываются с анионным участком, например соединения с четвертичным азотом, являются конкурентными ингибиторами этого фермента; к числу таких соединений относятся простигмин и физостигмин. Последние имеют карбамоилэфирную связь (или уретановую структуру) и взаимодействуют одновременно с анионным и эстеразным участками; при этом образуется кар-бамоилированный фермент, который очень медленно гидролизуется. Для тестирования особенно полезен Ы-диметилкарбамоил-Ы-метил-оксихинолиниодид, поскольку при связывании его с ферментом он сильно флуоресцирует. Диизопропилфторфосфат, взаимодействуя с ферментом, образует стабильный диизопропилфосфорильный эфир по гидроксильной группе остатка серина в эстеразном участке; это приводит к необратимому ингибированию фермента. Аналогичным образом с ацетилхолинэстеразой реагируют различные алкилфос-ф

страница 61
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.09.2019)