Роль ионных процессов и внутриклеточных веществ в пластичности нейронов

Для того чтобы понять, что происходит в нейроне во время привыкания или сенситизации, а также ассоциативного обучения, следует рассмотреть ионный механизм нормальной передачи сиг­нала через химический синапс от одного нейрона к другому. Во время генерации ПД ионы натрия и кальция входят в клетку, а ионы калия выходят из нее. Калиевый ток из клетки создает волну гиперполязизации, которая обрывает ПД и ВПСП. ПД распрост­раняется от сомы вдоль аксона с помощью потенциал-зависимых

Са^

 

^--О^РН^ ^-^-^-~-

Постсиналтическая клетка а

^ © © © ф ©)

 

Рис. 29. Важнейшие события, происходящие в химическом синапсе после прибытия импульса в окончание аксона.

а — потенциал действия открывает каналы для входа Са" в пресинаптическое окончание; б — синаптические пузырьки сливаются с пресинаптической мембра­ной, высвобождая при этом медиатор; в — медиатор связывается с белками постсинаптической мембраны, изменяя их конформацию; г — после удаления медиатора из щели постсинаптические белки возвращаются в исходное состояние (по Б. Альбертсу и др., 1994).

натриевых каналов, которые открываются и закрываются по мере движения нервного импульса. Когда ПД достигает окончания ак­сона, под его влиянием открываются потенциал-зависимые каль­циевые каналы, находящиеся в мембране окончания аксона. Ионы Са^ входят в аксон, в результате чего в синаптическую щель вы­брасываются кванты медиатора. На рис. 29 представлено конечное звено высвобождения медиатора в синаптическую щель. Синапти-ческая передача осуществляется с помощью высвобождения ме-

диатора, которое невозможно без притока ионов кальция из вне­клеточной среды. Если удалить ионы кальция из экстраклеточного пространства, то прибывший к окончанию аксона ПД не высво­бождает медиатор и передачи сигнала не происходит. Если же ис­кусственно увеличить содержание ионов кальция в аксоне (ввести через пипетку), это вызовет высвобождение медиатора даже в от­сутствие электрического импульса (результаты получены на си­напсе между гигантскими нейронами кальмара). Чем выше кон­центрация ионов кальция в окончании аксона, тем выше скорость выделения медиатора.

Особая функция ионов кальция в передаче сигнала объясняет­ся тем, что он в пресинаптическом нейроне запускает цепочку биохимических процессов, которая увеличивает число активиро­ванных Са²⁴^ каналов. Это создает эффект усиления выброса меди­атора из пресинаптического окончания. Последовательность био­химических событий, развертывающихся в пресинаптичском ней­роне после входа в него ионов Са²"*", выглядит следующим образом. В нейроне для ионов Са²^ существует внутренний рецептор— каль-модулин. Это специфический белок, с которым кальций образует комплекс. Возникнув, последний активирует фермент аденилат-циклазу. С ее помощью из АТФ синтезируется цинический адено-зинмонофосфат (цАМФ), активирующий протеинкиназы. Проте-инкиназа А фосфорилирует белки потенциал-независимых кальци­евых каналов в результате присоединения к ним фосфатной группы. Это открывает дополнительное число Са^-каналов. В клетку вхо­дит еще большее количество ионов кальция, что дополнительно увеличивает выход медиатора из нейрона. Ионы кальция, как и цАМФ, выполняют роль посредников в выбросе медиатора из пресинапти-ческой мембраны. Работа клеточного аппарата, обеспечивающего преобразование ПД в выход медиатора и тем самым передачу сиг­нала через химический синапс от нейрона к нейрону, представле­на на рис. 30 (вход I).

Этот же аппарат клетки, обеспечивающий передачу сигнала от нейрона к нейрону, используется и для длительных изменений синаптической проводимости, связанных с обучением: привыка­нием, сенситизацией, а также с ассоциативным обучением, глав­ным образом на начальном его этапе. Критическая роль в этих про­цессах принадлежит модулирующим нейронам. Они имеют свой вход к этому клеточному аппарату — вход II (см. рис. 30). У моллюсков это серотонинергические нейроны. Внутриклеточной мишенью для серотонина, так же как для комплекса кальций+кальмодулин, является аденилатциклаза, за счет которой из аденозинтрифосфа-та (АТФ) — универсального источника энергии для биохимичес-

Вход 1 (эффект ПД)

Вход II,

(эффект серотонин-)

модулирующей системы) '

Открытие потенциал-зависимых Са^-каналов

Са^ + кальмодулин

Аденилатииклаза ^

АТФ

Дата добавления: 2014-12-10