третьего нейрона в "разговор" первых двух: выделяемый им медиатор действует
на нервное окончание управляющего нейрона и регулирует освобождение
медиатора, предназначенного для передачи сигнала управляемому нейрону. Здесь,
как правило, используются медиаторы разной химической природы: один для
передачи по основному пути, а другой - для ее модуляции. Но медиатор может и
сам управлять своим освобождением. Если из нервного окончания освобождается
избыточное количество медиатора, это в конце концов приводит к нерациональным
энергетическим затратам на синтез необходимых веществ и на восстановление
режима готовности к новому рабочему акту. Наконец, перевозбуждение может
стать губительным для управляемой клетки. Значит, необходима
саморегулирующаяся система, основанная на принципе отрицательной обратной
связи. Действительно, медиатор в нервно-мышечных синапсах, ацетилхолин,
будучи выброшен в синаптическую щель, не только выполняет свою прямую
обязанность - передать информацию (например, двигательный приказ мышечному
волокну, действуя на его постсинаптические рецепторы), но и способен
регулировать собственное освобождение, действуя через пресинаптические
рецепторы нервных окончаний.
Принципиальная схема регуляции должна выглядеть следующим образом: медиатор
действует на пресинаптический рецептор, изменения состояния рецептора
передаются через некие промежуточные стадии на системы, способные влиять на
выброс медиатора, - и в результате снижается вероятность этого события.
Нужно было ответить на целый ряд вопросов, логически связанных друг с другом.
Прежде всего определить, какой тип пресинаптического рецептора вовлечен в
процесс саморегулирования. Оказывается, природа и здесь подошла к решению
проблемы рационально. Для передачи двигательных сигналов используется один
тип рецептора, рассчитанный на быстрое их преобразование, а для регулирования
- рецепторы другого типа, работающие гораздо медленнее, но зато
обеспечивающие высокий коэффициент усиления сигнала. Несмотря на то, что оба
типа рецептора реагируют на один и тот же медиатор (ацетилхолин), в
эксперименте, используя различия в их чувствительности к синтезированным
химическим аналогам ацетилхолина, можно избирательно действовать на
постсинаптические (пусковые) или на пресинаптические (регулирующие) рецепторы
(рис.5).
Рис.5.
Эксперимент на мышце лягушки, демонстрирующей угнетения освобождения
ацетилхолина из двигательных нервных окончаний в результате действия одного
из его аналогов на пресинаптические рецепторы. Видно, что постсинаптические
токи, вызванные периодическим раздражением нерва, при действии вещества
значительно уменьшают свою амплитуду по сравнению с контрольным периодом
Следующая проблема: где расположена клеточная система, способная
непосредственно модулировать освобождение медиатора, в пресинаптической
мембране или внутри нервного окончания? Пресинаптическая мембрана,
действительно, содержит элементы, от деятельности которых зависит реализация
сигнала. Это пути, используемые ионами калия и кальция для прохождения через
клеточную мембрану, - соответственно калиевые и кальциевые ионные каналы.
Может быть, активация пресинаптических рецепторов изменяет потоки этих ионов
и тем самым модулирует освобождение медиатора?
Проведенные нами эксперименты отвергли это предположение. Оказалось, что
активация пресинаптических рецепторов в равной мере подавляет освобождение
медиатора, как вызванное раздражением двигательного нерва (оно,
действительно, зависит от состояния кальциевых и калиевых каналов), так и
спонтанное освобождение, на которое эти факторы существенно не влияют. Если в
эксперименте кальциевые и калиевые каналы заблокированы, то регулирующее
действие медиатора сохраняется. Более того, возможность регулирования не
зависит от концентрации кальция внутри нервного окончания.
Эти результаты привели нас к важному выводу: конечную мишень регулирования
надо искать внутри нервного окончания, в структурах, непосредственно
ответственных за освобождение медиатора. Но прежде необходимо понять: как
активированный пресинаптический рецептор передает эстафету дальше, внутрь
клетки, каков механизм усиления этого сигнала? Типичный для большинства живых
клеток способ решения подобной задачи состоит в сопряжении рецептора,
расположенного на поверхности мембраны клетки, с универсальным передаточным
устройством, внутриклеточным специализированным белком, который назвали Г-
белком. Этот белок составлен, как правило, из нескольких субъединиц,
образующих единый комплекс. Активация рецептора приводит к его обратимому
разделению, и одна из составных частей обретает относительную свободу
передвижения. Это позволяет ей взаимодействовать с целым рядом клеточных
устройств: активировать или подавлять работу транспортных систем клетки,
регулировать деятельность внутриклеточных ферментов и т. п. Таким образом,
регулирующий сигнал в результате многократного усиления в конце концов
изменяет определенную клеточную функцию.
Используется ли этот типичный механизм в исследуемом нами случае? Известно,
что Г-белки описанного выше типа чувствительны к некоторым токсинам,
продуцируемым микробами, например коклюшной палочкой или холерным вибрионом.
Наши эксперименты дали отрицательный ответ: ни коклюшный, ни холерный токсины
не влияли на регуляцию освобождения медиатора. В то же время пресинаптическое
действие медиатора сильно зависело от температуры: при снижении температуры
раствора на 10 градусов оно исчезало, хотя сам медиатор высвобождался. Это
означает, что в процесс передачи регулирующего сигнала вовлечены реакции,
требующие поступления энергии извне, например ферментативные. Был получен
также ряд косвенных свидетельств в пользу того, что природа нашла здесь не
совсем обычный способ регуляции. В частности, можно предполагать, что белки,
подобные Г-белкам, располагаются непосредственно на поверхности мембраны
синаптических пузырьков.
Дальнейшее выяснение конкретного объекта регулирования предусматривает анализ
возможного участия белковых компонентов, из которых собрана молекулярная
машина освобождения медиатора. И тут мы подходим к проблеме наиболее трудной
как для исследования, так и для непротиворечивого изложения. Дело в том, что
существование такой машины и ее многокомпонентность очевидны. И хотя эту
задачу пытаются решить представители самых разных направлений современной
нейробиологии, пока видны лишь только контуры общей схемы. Основы подхода
предложили нейрохимики. Они детально исследовали белки, которые можно
обнаружить только в нервных окончаниях, справедливо полагая, что молекулярная
машина освобождения медиаторов построена из них. Таких белков набралось более
десятка. Затем к делу подключились иммунохимики. Вводя выделенные
индивидуальные белки в кровь животных (кроликов, мышей), вызывали выработку у
них защитных антител, способных избирательно взаимодействовать с определенным
белком или только с его участком. Такие антитела могут служить точным и
высокочувствительным инструментом исследования.
Специалисты по электронной микроскопии использовали антитела для картирования
пресинаптических белков, т. е. выявления их расположения в нервном окончании
в разных стадиях функционирования. Сейчас большие надежды возлагаются на
искусство генетиков. Обнаружив участки генома, ответственные за
воспроизведение того или иного белка, можно вывести линию мышей-мутантов,
лишенных этого белка. А далее дело физиологов определить, в чем и насколько
изменилась работа молекулярной машины, какую роль играла в ней удаленная
деталь. Это долгая и кропотливая работа, дающая подчас самые неожиданные
результаты. Нобелевский лауреат, биохимик А. Сент-Дьерди когда-то сравнивал
исследователя с ребенком, который стремится разобрать подаренную игрушку на
составные части, чтобы понять, как она устроена, хотя лучше бы научиться ее
собирать. Пожалуй, сегодня исследователи механизмов освобождения только
приступают к этому этапу познания. Полученные нами данные о том, что влияние
пресинаптических рецепторов может быть адресовано непосредственно
внутриклеточным компонентам, открывают новую перспективу в изучении
механизмов как освобождения медиатора, так и регулирования функциональных
связей между нейронами. Действительно, если, лишив животное определенного
пресинаптического белка, удастся устранить регулирования, то будет найдена
искомая конечная мишень. У нас уже накопились косвенные улики, позволяющие
подозревать один из таких белков. Проверка этой гипотезы - предмет наших
будущих исследований.
Ионные каналы - пути прохождения ионов через мембрану клетки. Изменение
их состояния (открыто-закрыто) используется для регулирования работы нейронов.
Медиатор - низкомолекулярное вещество, освобождаемое пресинаптическим
нервным окончанием и обеспечивающее перенос сигнала в синапсе.
Постсинаптическая мембрана - участок мембраны управляемой клетки,
входящий в состав синапса.
Пресинаптическая мембрана - участок мембраны нервного окончания, входящий
в состав синапса.
Рецепторы - белковые молекулы, содержащиеся в пост- и пресинаптических
мембранах и воспринимающие химические сигналы медиаторов.
Синапс - структура, обеспечивающая функциональный контакт между
нейронами, а также между нейронами и управляемыми клетками.
Синаптическая щель - пространство разделяющее пре- и постсинаптическую мембраны.
Синаптические пузырьки - структурные образования, накапливающие и
хранящие медиатор вплоть до момента его освобождения в синаптическую щель.
Мембрана синаптических пузырьков содержит разнообразные белки, предположительно
участвующие в освобождении медиатора.
3. Материальная основа высшей нервной деятельности.
Нервная система - совокупность структур в организме животных и человека,
объединяющая деятельность всех органов и систем и обеспечивающая
функционирование организма как единого целого в его постоянном
взаимодействии с внешней средой. Нервная система воспринимает внешние и
внутренние раздражения, анализирует эту информацию, отбирает и
перерабатывает её и в соответствии с этим регулирует и координирует
функции организма. Нервная система образована главным образом нервной
тканью, основной элемент которой — нервная клетка с отростками, обладающая
высокой возбудимостью и способностью к быстрому проведению возбуждения.
Эволюция нервной системы претерпеваемая ею в ходе филогенеза, отличается
большой сложностью. У простейших — одноклеточных организмов — нервная
система отсутствует, но у некоторых инфузорий имеется внутриклеточная
сеточка, выполняющая функцию проведения возбуждения к др. элементам клетки.
В процессе дальнейшей эволюции строение нервная система усложняется. У
свободно живущих кшечнополостных происходит образование и погружение в
глубь тела скоплений нервных клеток — нервных узлов (ганглиев), — связи
между которыми устанавливаются преим. при помощи длинных отростков
(нервных волокон, нервов). Появление такого диффузно-уз-лового типа
строения сопровождается развитием специализированных воспринимающих
нервных структур (рецепторов), дифференцирующихся в соответствии с
воспринимаемым ими видом энергии. Проведение возбуждения становится
направленным. У позвоночных животных тип строения нервной системы резко
отличается от узлового типа, обычно присущего беспозвоночным. Центральная
нервная система (ЦНС) представлена нервной трубкой, расположенной на
спинной стороне тела, и состоит из спинного и головного мозга. В
эмбриональном развитии позвоночных нервная система образуется из
наружного зародышевого листка — эктодермы (сперва в виде нервной пластинки,
сворачивающейся в желобок, а затем превращающейся в нервную трубку).
Зачаточные экто-дермальные клетки дифференцируются на нейробласты (клетки,
дающие начало нейронам) и спонгиобласты (образующие клетки нейроглии). Из
эктодермальных клеток, путём их миграции, формируются и периферические
узлы, а совокупность отростков некоторых нейробластов образует
черепномозговые и спинномозговые нервы, относимые к периферич.
Как спинной, так и головной мозг позвоночных покрыт рядом оболочек и
заключён в костные покровы — череп и позвоночник. В процессе эволюции
происходит дальнейшее усложнение структуры нервной системы и
усовершенствование всех форм её взаимодействия с внешней средой; при этом
всё большее значение приобретают прогрессирующие в своём развитии передние
Страницы: 1, 2, 3, 4
|