Ацетилхолин образуется в цитоплазме пресинаптического окончания и только после этого поступает в синаптические пузырьки (или синаптосомы; рис.2.15). Одновременно в окончании обычно присутствует несколько сотен пузырьков.
Конечная концентрация медиатора в пузырьках весьма высока (-0,5 М), так что его «упаковка», очевидно, требует энергии. Непосредственным источником последней является градиент водородных ионов, создаваемый протонными насосами. Насосы локализуются в мембране пузырьков и за счет АТФ поддерживают внутри высокую концентрацию протонов. Накачка же ацетилхолина в пузырьки, видимо, происходит путем антипорта с этими ионами, которые выходят в гиалоплазму по градиенту своей концентрации. Соответствующую транспортную систему можно обозначить как независимый ацетилхолиновый насос.
Теперь рассмотрим собственно экзоцитоз. Ключевую роль в данном процессе (а возможно, в экзоцитозе и других медиаторов в прочих синапсах) играют ионы Са2+.С этим напрямую связана природа целой группы белков пресинаптической мембраны и синаптических пузырьков.
Так, в пресинаптической мембране содержатся Са2+-каналы.Они образуют скопления в т. н. активных зонах мембраны — участках, с которыми будут впоследствии сливаться синаптические пузырьки. Каналы закрыты в состоянии покоя и открываются при снижении трансмембранного потенциала. Благодаря этому, при возбуждении в цитоплазме пресинаптического окончания повышается концентрация ионов Са2+ — за счет поступления из внешней среды.
С другой стороны, в мембране синаптических пузырьков имеются АТФ-зависимые Са2+-насосы(Са2+-АТФаза), которые, постоянно функционируя, создают в пузырьках высокую концентрацию Са2+. Таким образом, для экзоцитоза медиатора необходимо, чтобы концентрация этих ионов оказалась высокой с обеих сторон мембраны пузырька.
Спектр белков, на которые влияют ионы Са2+ в пресинаптическом окончании, весьма широк.
Один из ключевых белков является синапсин.Он состоит из двух субъединиц (общей массой 166 кДа) и связан с внешней поверхностью мембраны синаптосомы. При низкой концентрации ионов Са2+ в цитоплазме он находится в дефосфорилированном состоянии и соединяет пузырек с актиновыми микрофиламентами цитоскелета — пузырек пребывает в фиксированном положении.
При возбуждении пресинаптической мембраны, когда в цитоплазму поступают ионы Са2+, последние стимулируют специфическую киназу(Са2+-кальмодулинзависимую киназу). Этот фермент фосфорилирует синапсин, отчего ослабевает связь с актином — пузырек перемещается вдоль микротрубочек к одной из активных зон пресинаптической мембраны.
Следующие события — контакт и слияние пузырька с этой мембраной. Они тоже обеспечиваются Са2+-зависимыми белками мембраны пузырька.
Среди них, в частности, белок синаптогамин.Взаимодействуя в присутствии Са2+ с группой других мембранных белков, он приводит в конце концов к активации синаптопорина.Последний формирует первичную пору, которая пронизывает обе мембраны и, видимо, инициирует слияние липидных бислоев. Через эту пору начинается излияние медиатора в синаптическую щель.
Предполагают также, что в мембране пузырька имеются и актомиозинподобные белки,вызывающие сокращение его стенки и облегчающие тем самым выброс медиатора.
В результате встраивания мембран пузырьков в пресинаптическую мембрану поверхность последней увеличивается.
Затем начинается процесс рециклизации— от пресинаптической мембраны отпочковываются мембранные структуры, которые вначале сливаются в цистерны. И лишь потом от последних отшнуровываются новые синаптические пузырьки, вновь заполняемые медиатором.
ТЕМА 3. МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
У многоклеточных организмов за счет межклеточных взаимодействий образуются сложные клеточные ансамбли, поддержание которых может осуществляться разными путями. В зародышевых, эмбриональных тканях, особенно на ранних стадиях развития, клетки остаются в связи друг с другом за счет способности их поверхностей слипаться. Это свойство адгезии(соединения, сцепления) клеток может определяться свойствами их поверхности, которые специфически взаимодействуют друг с другом. Механизм этих связей достаточно хорошо изучен, он обеспечивается взаимодействием между гликопротеидами плазматических мембран. При таком межклеточном взаимодействии клеток между плазматическими мембранами всегда остается щель шириной около 20 нм, заполненная гликокаликсом. Обработка ткани ферментами, нарушающими целостность гликокаликса (муказами, действующими гидролитически на муцины, мукополисахариды) или повреждающими плазматическую мембрану (протеазами), приводит к обособлению клеток друг от друга, к их диссоциации. Однако если удалить фактор диссоциации, то клетки могут снова собираться, реагрегировать. Так можно диссоциировать клетки разных по окраске губок, оранжевых и желтых. Оказалось, что в смеси этих клеток образуются два типа агрегатов: одни состоят только из желтых, другие — только из оранжевых клеток. При этом смешанные клеточные суспензии самоорганизуются, восстанавливая исходную многоклеточную структуру. Сходные результаты были получены с суспензиями разделенных клеток эмбрионов амфибий; в этом случае происходит избирательное пространственное обособление клеток эктодермы от энтодермы и от мезенхимы. Более того, если для реагрегации используются ткани поздних стадий развития зародышей, то в пробирке самостоятельно собираются различные клеточные ансамбли, обладающие тканевой и органной специфичностью, образуются эпителиальные агрегаты, сходные с почечными канальцами, и т. д.