Кинетика токов через одиночные каналы, активируемые ацетилхолином
В какой степени временной ход токов концевой пластинки отражает поведение одиночных ионных каналов, активируемых АХ? Можно представить, что отдельные каналы многократно открываются и закрываются во время тока концевой пластинки с уменьшающейся со временем вероятностью открывания канала. Возможно и то, что каналы открываютст лишь один раз, и временной ход интегрального тока определяется тем, как долго каналы остаются в открытом состоянии.
Окончательный ответ на этот вопрос был получен с внедрением методики пэтч-кламп (patch clamp) , регистрирующей активность одиночных ионных каналов ( глава 2 ). Было показано, что при непрерывной аппликации АХ каналы открываются и закрываются по принципу "все или ничего", при этом время нахождения каналов в открытом состоянии соответствует длительности токов концевой пластинки. Активация ионного канала может быть описана схемой, в которой молекула медиатора A (агонист) взаимодействует с молекулой постсинаптического рецептора R:
2A + R <==> A2R <==> A2R*.
Две молекулы АХ связываются с каналом (по одной молекуле АХ с каждой альфа-субъединицей ( глава 3 ), который затем подвергается конформационной перестройке из закрытого (A2R) в открытое (A2R*) состояние. Переходы между открытым и закрытым состояниями характеризуются константами альфа и бета:
A2R <== A2R* характеризуется константой альфа,
A2R ==> A2R* характеризуется константой бета.
Теперь рассмотрим временной ход тока концевой пластинки ( рис. 9.13 ). Выделенный из нервного окончания АХ практически одновременно открывает большое количество каналов. Поскольку АХ быстро удаляется из синаптической щели (в результате гидролиза холинэстеразой и диффузии), каждый канал открывается только один раз. Закрывание ионных каналов приводит к спаду синаптического тока. Таким образом, временной ход спада синаптического тока отражает скорость, с которой закрываются одиночные каналы, активируемые АХ. Каналы закрываются со скоростью
альфа х [A2R*], где х - знак умножения;
то есть многие каналы закрываются очень быстро, и все меньше и меньше каналов закрывается через большее время ( рис. 9.13 ). Как в случае всех независимых или случайных событий, открытые времена имеют экспоненциальное распределение со средним временем открытого состояния (тау) , равным постоянной времени спада тока концевой пластинки 1/альфа .
Эксперименты с использованием пэтч-кламп методики позволили выявить многие особенности активности каналов, которые невозможно было определить другими методиками. Так, местные анестетики (например, прокаин ) продлевают спад токов концевой пластинки (в дополнение к блокированию натриевых каналов и потенциалов действия). Пэтч-кламп регистрация позволила определить, что замедление синаптических токов происходит в результате того, что в присутствии прокаина ток через канал трансформируется в вспышки кратковременных открываний. Это происходит, по-видимому, вследствие того, что молекула анестетика быстро перемещается внутрь канала и обратно, вызывая кратковременное блокирование тока через канал. Последующие эксперименты выявили, что, в дополнение к этому механизму блокирования канала, прокаин также ингибирует открывание канала, связываясь с рецептором вне устья канала.
Свойства канала могут изменяться под действием многих веществ, включая кокаин , барбитураты , стероидные гормоны , общие анестетики , которые связываются с местами как внутри, так и вне поры ионного канала.
Свойства рецепторов АХ меняются в процессе развития. Существует эмбриональная форма рецептора АХ , которая имеет низкую проводимость и длительное время открытого состояния, и взрослая форма рецептора АХ , которая имеет большую проводимость и короткое время открываний. Переход из эмбриональной формы во взрослую происходит в результате изменения субъединичного состава ( глава 3 и глава 23 ), а сплайс-варианты одной из эмбриональных субъединиц могут быть ответственны за вариации во времени открытого состояния каналов на ранних этапах развития.
