Реферат: Хлорный транспорт. Транспорт нейромедиаторов

Интересным свойством таких механизмов закачки медиаторов в клетку является отсутствие электрической нейтральности. Следовательно, вариации мембранного потенциала, даже в физиологическом диапазоне, могут вызвать реверсию направления работы этих систем. Действительно, в клетках клетчатки сома был показан обратный транспорт ГАМК наружу. Таким образом, транспортные системы могут осуществлять не только закачку медиатора, но и его высвобождение. Реверсия механизма закачки медиатора может также иметь вредные последствия. Так, в результате травмы головного мозга или инсульта может произойти выброс глутамата из деполяризованных глиальных клеток, приводящий к накоплению токсичных концентраций этого медиатора во внеклеточной среде и дальнейшему повреждению соседних клеток.

Круговорот еще одного медиатора, ацетилхолина (ACh), происходит по несколько иной схеме. ACh синтезируется из холина и ацетил-кофермента А (глава 13). После высвобождения ACh в синаптическую щель его действие на постсинаптическую клетку ограничивается особым ферментом (ацетилхолинэстеразой; глава 9), которая гидролизует ACh на ацетат и холин. Приблизительно половина молекул холина закачивается в нервное окончание с помощью высокоаффинного (К_m = 2 мкмоль) механизма и используется для синтеза ACh. Подобно механизмам закачки моноаминов, ГAMK и глицина, этот механизм также зависит от внеклеточного натрия и хлора. Молекулярная структура переносчиков

До сих пор речь шла лишь о функциональных характеристиках переносчиков, без упоминания их молекулярного строения. Как и в случае ионных каналов, каждая функциональная группа связана с определенной белковой молекулой или, в более общем виде, с семейством молекул. Многие из них удалось изолировать и клонировать, а также сделать предположение о конфигурации этих молекул в мембране. Большинство из них имеет от 10 до 12 трансмембранных сегментов и, как полагают, образует канало-подобные структуры. Перенос веществ через мембрану осуществляется путем попеременного выдвижения посадочных мест во внутриклеточную и внеклеточную среды.

АТФазы

Молекулярное строение натрий-калиевой АТФазы изучено достаточно детально. Она состоит из двух субъединиц, молекулярная масса которой составляет приблизительно 100 кД, отвечает за ферментативную активность насоса и содержит все места связывания субстрата. Меньшая по размеру (35 кД) субъединица содержит несколько внеклеточных мест гликозилирования и также необходима для функционирования насоса, однако в чем именно состоит ее роль, неизвестно. Обе субъединицы были успешно клонированы. Места связывания нуклеотидов и фосфорилирования расположены в большом цитоплазматическом участке субъединицы, между четвертым и пятым трансмембранными сегментами. Большая часть субъединицы расположена во внеклеточном пространстве, и лишь один сегмент предположительно пронизывает мембрану. Известны три изоформы ?-субъединицы, все они экспрессируются в нервной системе.

Семейство кальциевых АТФаз эндо - и саркоплазматического ретикулумов (SERCA) проистекает, как минимум, из трех генов с альтернативным сплайсингом. Семейство кальциевых насосов плазматической мембраны (РМСА) является продуктом экспрессии четырех различных генов, каждый из которых имеет, как минимум, два варианта сплайсинга. Все эти белковые молекулы представляют собой одиночную полипептидную цепочку с молекулярной массой порядка 100 кД, структура которой напоминает субъединицу натрий-калиевой АТФазы с увеличенным цитоплазматическим сегментом со стороны карбоксильного окончания. В отличие от натрий-калиевой АТФазы, эти АТФазы не нуждаются в субъединице для осуществления своей ферментативной активности.

Натрий-кальциевые обменники

Натрий-кальциевый обменник сердечной мышцы (NCX1) представляет собой белок с молекулярной массой около 120 кД, состоящий из 970 аминокислот)^. Второй тип, NCX2, был первоначально клонирован из мозга крысы. Оба клона обладают рядом изоформ сплайсинга. С помощью гидропатического анализа и исследований с использованием антител было показано, что обменники состоят из 11 трансмембранных сегментов и большой внутриклеточной петли, расположенной между 5-м и 6-м сегментами. Размер и масса RetX несколько больше: 1 199 аминокислот, 130 кД. Несмотря на то, что между RetX и NCX нет большого сходства аминокислотных последовательностей, их мембранная топология должна быть сходной, как показывает гидропатический анализ.

Переносчики других ионов

В мозге крысы были найдены калий-хлорные ко-переносчики (КСС1 и КСС2). Каждый из них состоит из 1100 аминокислот и имеет молекулярную массу 120 кД. На основании первичной структуры этих молекул можно заключить, что в них входят 12 трансмембранных сегментов, и что оба окончания (аминотерминаль и карбокситерминаль) расположены в цитоплазме. Сходной структурой обладают молекулы обменников анионов (АЕ), а также семейство натрий-калий-хлорных ко-переносчикрв (NKCC).

Молекулы переносчиков нейромедиаторов

Сходство первичных аминокислотных последовательностей транспортных белков, производящих закачку в нервное окончание норэпинефрина (NET), серотонина (SERT), дофамина (DAT), ГАМК (GAT) и глицина (GLYT), позволяет заключить, что все они происходят от одного суперсемейства генов. Переносчики моноаминов представляют особый интерес, поскольку именно они являются мишенью для многих наркотических веществ, включая кокаин и амфетамин, а также некоторых антидепрессантов. Каждый член суперсемейства представлен несколькими изотипами. Белки имеют молекулярную массу от 80 до 100 кД и, как следует из гидропати ческого анализа, состоят из 12 трансмембранных сегментов. По первичной последовательности молекулу переносчика холина также можно отнести к этому суперсемейству.

В настоящее время изолировано пять белков, осуществляющих закачку глутамата. Они структурно отличаются от суперсемейства переносчиков моноаминов, ГАМК и глицина. Размер этих белков сравнительно невелик, от 500 до 600 аминокислот, при массе около 65 кД. Гидропатические данные свидетельствуют о наличии 10 трансмембранных сегментов.

Семейства белков, осуществляющих закачку моноаминов, глицина, ГАМК, глутамата и ацетилхолина в синаптические пузырьки, функционально отличаются тем, что зависят не от натриевых, а от протонных градиентов. Везикулярные переносчики моноаминов (VMAT1 и VMAT2) были клонированы раньше других, за ними последовал везикулярный переносчик ацетилхолина (VAChT). Каждая из этих молекул включает в себя от 520 до 530 аминокислот и, судя по гидропатическим данным, состоит из 12 трансмембранных сегментов. Структура VMAT1 и VMAT2 совпадает на 65%, a VAChT идентичен им на 40%. Молекулы переносчиков ГАМК и глицина также были успешно клонированы. Они структурно отличаются от переносчиков моноаминов и ACh и состоят всего из 10 трансмембранных сегментов.

Вывод

Как первичные, так и вторичные механизмы активного транспорта вносят постоянный вклад в поддержание клеточного гомеостаза, а также поставляют необходимые элементы для синаптической передачи. Тем не менее, этими простыми на первый взгляд процессами их роль в жизнедеятельности нервной системы не ограничивается. Переносчики вносят существенный вклад в работу сигнальных систем клетки. Так, например, в небольших ответвлениях нервных окончаний во время распространения потенциала действия, активация натрий-калиевых АТФаз вследствие накопления внутриклеточного натрия может вызвать блок проводимости. Другой пример связан с активацией рецепторов ГАМК_А , которые образуют хлорные каналы в мебране клетки. В тех клетках, из которых переносчики выводят хлор наружу, внутриклеточные концентрации этого иона низки, и при открывании хлорных каналов ГАМК_А -рецепторов хлор входит в клетку, вызывая гиперполяризацню мембранного потенциала. Напротив, в тех клетках, где преобладают переносчики ионов хлора из внеклеточного пространства в цитоплазму, внутриклеточный уровень хлора сравнительно высок, и открывание ГАМК_А -каналов приводит к деполяризации за счет выхода хлора из клетки. Таким образом, характер действия медиатора непосредственно определяется наличием тех или иных переносчиков в клетке.

Еще более важную роль играют переносчики нейромедиаторов. Быстрое удаление молекул медиатора из синаптической щели может предотвратить избыточную активацию, а также инактивацию рецепторов. Своевременная закачка медиатора в синаптические пузырьки поддерживает нервное окончание в состоянии постоянной готовности. Следовательно, переносчики выполняют важнейшую функцию регуляции динамических свойств синапсов и нервной системы в целом.

Вообще говоря, следует рассматривать ионные каналы как системы, проводящие электрические сигналы, а переносчики - как системы обеспечения базовых условий, при которых такое проведение становится возможным. Следует отметить, что между этими двумя системами зачастую происходят и более сложные взаимодействия, влияющие на работу нервной системы.

Литература

1. Чернавский Д.С. Синергетика и информация (динамическая теория информации).

2. Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики.

3. Пригожин И., Стенгерс И. Время. Хаос. Квант. К решению парадокса времени.

4. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой