Катионные каналы и н-холинорецепторы

Катионные каналы (рис.2.6) находятся в постсинаптической мембране холинергических синапсов, содержащих н-холинорецепторы. Последние, как уже упоминалось, выполняют двойную функцию: являются не только рецепторами ацетилхолина, но и каналами для одновалентных катионов (Nа⁺ и К⁺).

Такие синапсы содержатся в вегетативных ганглиях — как парасимпатических, так и симпатических, а также в окончаниях двигательных нервов на скелетных мышцах. Причем н-холинорецепторы ганглиев и мышц, видимо, тоже различаются, поскольку могут быть избирательно блокированы разными веществами.

Объединяет же их то, что все они возбуждаются не только ацетилхолином, но и никотином(с чем связано обозначение рецепторов).

Рис. 2.6. Постсинаптическая мембрана в холинергических синапсах возбуждающего типа

АХЭ- ацетилхолинэстераза

В связи со своей двойной функцией, данные белки имеют сложное субъединичное строение. Всего в молекуле — 6 (по другим данным — 5) субъединиц трех видов общей массой 280 кДа. Одна пара субъединиц выполняет рецепторную функцию, остальные две пары образуют катионный канал (с внутренним диаметром 0,7 нм).

Плотность расположения этих белков в постсинаптической мембране весьма высока — 10 000 1/мкм², так что на них приходится 35% поверхности этой мембраны.

Помимо данных каналов, в постсинаптической мембране, видимо, имеются также К⁺-каналы и анионные каналы. Поэтому в состоянии покоя мембрана имеет обычный трансмембранный потенциал (около - 75 мВ). В то же время Nа⁺-каналов нет, их заменяют катионные каналы.

Последние в невозбужденном состоянии мембраны закрыты. При этом с ними (как и в случае Nа⁺-каналов) связаны ионы Са²⁺: около 60 ионов на 1 молекулу.

В процессе синаптической передачи с молекулами холинорецептора связывается по 2 молекулы ацетилхолина (по числу рецепторных субъединиц). Это приводит к изменению конформации белковых молекул, в ходе чего диссоциирует большая часть ионов Са²⁺ и открываются катионные каналы. Ионы Na⁺ начинают интенсивно поступать внутрь клетки (постсинаптического окончания), а ионы К⁺ — выходить во внешнюю среду.

В итоге трансмембранный потенциал постсинаптической мембраны снижается (по модулю) примерно до уровня -25 мВ, и этого оказывается достаточно, чтобы запустить процесс возбуждения в близлежащих участках плазмолеммы — там, где уже имеются Nа⁺-каналы.

За прекращение действия медиатора ответственны два механизма.

Первый из них — разрушение свободного (не связанного, с рецептором) медиатора специальным ферментом — ацетилхолинэстеразой (часто его называют просто холинэстеразой). Это вызывает сдвиг равновесия в сторону диссоциации медиатора от рецепторов, т.е. освобождение рецепторов и разрушение новых порций медиатора.

Молекулы холинэстеразы тоже расположены на постсинаптической мембране с высокой плотностью — 12 000 1/мкм². Причем, они обладают очень высокой активностью. Тем не менее, их действия оказывается недостаточно, чтобы за обычное время процесса (~2 мс) освободить от медиатора все холинорецепторы и таким образом закрыть все катионные каналы.

Поэтому выработан еще один механизм: при достаточно длительном воздействии медиатора на рецептор последний просто теряет к нему чувствительность — развивается т.н. десенсибилизация рецептора. Так что катионные каналы закрываются через 1,5-2,0 мс, даже если с их рецепторами еще связаны молекулы ацетилхолина.

Это ведет к быстрому восстановлению трансмембранного потенциала, характерного для невозбужденного состояния.