Механизм открытия ионного канала у метаботропных рецепторов
У большинства синапсов рецепторный белок не является ионным каналом, но при связывании с ним молекул нейротрансмиттера возникает каскад химических реакций, в результате которых соседствующие ионные каналы открываются при помощи вторичных мессенджеров. Речь идет о метаботропных рецепторах.
Рассмотрим механизм открытия ионного канала у метаботропных рецепторов. В противоположность синапсам, в которых трансмиттер непосредственно открывает ионный канал, существуют другие рецепторные белки, не являющиеся ионными каналами. Примером может служить холинэргический синапс мускаринного типа. Название синапс приобрел по действию агониста - яда мухомора мускарина . В этом синапсе ACh - рецептором является белок, который интересен в эволюционном аспекте, поскольку обладает большим химическим сходством со светочувствительным пигментом родопсином , альфа- и бета-адренергическими и другими рецепторами. Ионные каналы, необходимые для возникновения возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП) , открываются там только благодаря обменным процессам. Поэтому их функция включает процессы метаболизма, а эти рецепторы называют метаботропными. Процесс проиллюстрирован слева на рис. 21.1 , рис. 21.5 и рис. 21.6 . Как только трансмиттер связывается с рецептором, G-белок , имеющий три субъединицы, образует с рецептором комплекс. В этом родопсин, мускариновый рецептор и все другие связанные с G-белками рецепторы похожи друг на друга. ГДФ, связанный с G-белком, заменяется на ГТФ. При этом образуется активированный G-белок, состоящий из ГТФ и альфа-субъединицы ( рис. 21.5 , рис. 21.6 ), который, наконец, открывает калиевый ионный канал. Этот пример демонстрирует, что агонист гиперполяризовал бы постсинаптическую клетку и затормозил бы ее активность.
У вторичных мессенджеров есть много возможностей для осуществления влияния на ионные каналы. С помощью вторичных мессенджеров определенные ионные каналы могут открываться или закрываться.
Наряду с описанным механизмом открытия канала с помощью активированной альфа-субъединицы G-белка, у многих синапсов при помощи ГТФ могут также активироваться бета- и гамма-субъединицы, например в сердце. На других метаботропных синапсах иные вторичные мессенджеры могут участвовать в событиях. Так, ионные каналы могут открываться при помощи цАМФ/IР3 или фосфорилирования протеинкиназы С. Этот процесс опять исходит от G-белка, который активирует фосфолипазу С, что ведет к образованию IР3. Дополнительно увеличивается образование диацилглицерина (DAG) и протеинкиназы.
У мускариновых синапсов и место связывания с трансмиттером, и ионный канал локализуются не в самом трансмембранном белке. Эти рецепторы связаны непосредственно с G-белком. Это обстоятельство дает дополнительные возможности для влияния на функцию синапсов. С одной стороны, для таких рецепторов также существуют конкурентные блокаторы. У мускариновых синапсов это, например, атропин - алкалоид, содержащийся в растениях семейства пасленовых ( табл. 21.1 ).
С другой стороны, известны соединения, которые сами блокируют ионный канал. Они не конкурируют за места связывания и являются так называемыми неконкурентными блокаторами. Важно также, что некоторые бактериальные токсины, такие как холеротоксин или токсин возбудителя коклюша , на уровне синаптического аппарата осуществляют специфическое воздействие на систему G-белка. Холеротоксин препятствует гидролизу альфа-Gs-ГТФ в альфа-Gs-ГТФ и повышает тем самым активность аденилатциклазы. Пертуситоксин препятствует связыванию ГТФ с альфа-Gi- субъединицей G-белка и блокирует ингибирующий эффект альфа-Gi,. Такое опосредованное действие повышает в цитозоле концентрацию цАМФ.
Очевидно, что синаптическая передача, в которой используются такие механизмы, очень медленная. До изменения проводимости мембраны должны произойти многие химические реакции. Время передачи лежит при этом в диапазоне от 100 мс.
К мускариновым синапсам относятся постганглионарные, парасимпатические и ауторецепторы ЦНС. Мускариновые рецепторы , образованные от аксонов маунтеровских клеток nucleus basalis (Meynert cells), управляют особыми процессами обучения . При болезни Альцгеймера ( деменция ) количество маунтеровских клеток в ядре убывает.
