 |
Везикулярная гипотеза освобождения медиатора в синапсе
|
|
|
|
Для того чтобы понять, как формировалась везикулярная гипотеза, необходимо остановиться на квантовой гипотезе освобождения медиатора в синапсе.
В 1953 году Бернард Катц с сотрудниками, исследуя нервно-мышечный синапс лягушки (медиатор - ацетилхолин), с помощью микроэлектродов зарегистрировали новый класс постсинаптических потенциалов
Эти сигналы возникали случайно, в покое, имели очень маленькую амплитуду и были названы миниатюрными потенциалами концевой пластинки (МПКП). Далее оказалось, что постсинаптические потенциалы, вызванные раздражением двигательного нерва (потенциалы концевой пластинки - ПКП), от раздражения к раздражению варьируют по амплитуде, причем эти колебания кратны амплитуде МПКП. Было предположено, что медиатор в синапсе освобождается в виде мультимолекулярных порций - квантов.
В покое случайное освобождение из нервного окончания отдельных порций вызывает появление на постсинаптической мембране МПКП, а в ответ на раздражение происходит синхронное освобождение нескольких десятков или сот квантов и возникает ПКП. Электрофизиологическое определение показало, что квант медиатора состоит из 1000-10 000 молекул ацетилхолина. В дальнейшем квантовая гипотеза освобождения медиатора получила подтверждение на самых разнообразных объектах и в настоящее время считается общепризнанной.
Использование метода электронной микроскопии для изучения ультраструктуры синапса позволило в 1954 году Де Робертсу и Беннету выявить в цитоплазме двигательного нервного окончания большое количество синаптических везикул диаметром около 50 нм. Поскольку везикулы имели одинаковые размеры и концентрировались у пресинаптической мембраны, было предположено, что квант медиатора находится в синаптической везикуле, а освобождение медиатора происходит путем выделения содержимого везикулы в синаптическую щель путем экзоцитоза.
|
|
|
Так была сформулирована везикулярная гипотеза освобождения медиатора в синапсе. В дальнейшем синаптические везикулы были обнаружены во всех химических синапсах нервной системы.
К основным постулатам везикулярной гипотезы необходимо отнести следующие: 1) медиатор в нервном окончании концентрируется в синаптических везикулах, 2) везикулярный медиатор освобождается путем слияния мембраны везикулы с пресинаптической мембраной (экзоцитоз).
Типы везикул. Как показали электронно-микроскопические исследования, самые разнообразные нервные окончания имеют два типа секреторных везикул: синаптические везикулы (мелкие везикулы) и секреторные гранулы (так называемые крупные или электронно-плотные везикулы). Мелкие синаптические везикулы однородны по размерам и имеют малый диаметр (около 50 нм). Эти везикулы содержат классические медиаторы. Крупные, электронно-плотные везикулы имеют большой диаметр (около 100 нм), они неоднородны по размерам и содержат электронно-плотные гранулы, представляющие собой крупномолекулярные медиаторы - пептиды и белки.
Формирование везикул
Синаптические везикулы образуются в теле нервной клетки из эндоплазматического ретикулума и цистерн аппарата Гольджи, а затем транспортируются по аксону в нервные окончания.
Формирование, заполнение и опустошение везикул (а – мелких, б – крупных).
|
По всей видимости, принципиальной разницы в формировании различных типов везикул, заполненных различными медиаторами, не наблюдается.
Заполнение везикул
Как показали биохимические исследования, медиатор в мелких синаптических везикулах находится в очень высокой концентрации - 100 ммоль/л. Это достигается наличием в мембране везикулы специальных активных транспортных систем. В мембране везикулы имеется протонный насос, который, используя энергию АТФ, создает разность потенциалов на мембране везикулы (содержимое везикулы заряжено положительно по сравнению с цитоплазмой нервного окончания). Везикулы содержат также хлорные каналы. Электрохимический градиент, формируемый протонным насосом, обеспечивает активный транспорт медиатора, который синтезируется в цитоплазме нервного окончания, в везикулу.
|
|
|
В настоящее время выделены несколько классов таких транспортных молекул, специфичных для биогенных аминов, ацетилхолина, глютамата, ГАМК и глицина. Наряду с медиатором в везикулах находятся АТФ, ионы, ферменты и другие компоненты.
Что касается крупных, электронно-плотных везикул, то их заполнение белковыми компонентами начинается уже в процессе образования везикул из эндоплазматического ретикулума. Синтез нейроактивных пептидов происходит подобно синтезу пептидных гормонов. Первоначально крупные аминокислотные последовательности (пептидные цепи) образуются на рибосомах, подобно прегормонам, и помещаются в эндоплазматический ретикулум. В цистернах аппарата Гольджи начинается протеолитический процесс разделения крупных полипептидов на фрагменты с образования активных пептидов, которые включаются в отпочковывающиеся везикулы. Причем разные нейроактивные пептидные фрагменты могут оказаться в различных везикулах, которые транспортируются в нервные окончания нейрона. Во многих нейронах медиаторы и нейропептиды синтезируются и упаковываются в одни и те же везикулы, следовательно, из их нервных окончаний освобождаются несколько различных медиаторов.
|
|
|
