Большая российская энциклопедия. Биология


Авторы     Темы     Алфавит

Автор: Магазаник Л.Г.

Статей: 4

Ацетилхолин

АЦЕТИЛХОЛИН

Авторы: Л.Г. Магазаник
АЦЕТИЛХОЛИН, CH 3 COOCH 2 CH 2 N + (CH 3) 3 OH -, медиатор, осуществляющий межклеточную передачу сигналов через синапсы между нейронами и от нейронов к мышечным и железистым клеткам. Впервые медиаторная функция А. установлена О. Лёви (1921), участие А. во взаимодействии нейронов доказано Г. Дейлом. А. синтезируется нервными клетками из холина и уксусной кислоты при участии фермента холинацетилазы, накапливается нервными окончаниями в синаптич. пузырьках пресинаптич. клетки (от 5 до 10 тыс. молекул А. в каждом) и при её возбуждении освобождается в синаптич. щель. При взаимодействии с рецепторами (холинорецепторами) постсинаптич. мембран нервных, мышечных и секреторных клеток А. вызывает специфич. для этих клеток реакцию - соответственно возбуждение или торможение, сокращение, секрецию. Описано два осн. типа холинорецепторов. Рецепторы никотинового типа (названы так из-за их высокой чувствительности к никотину) локализованы как в нейронах головного мозга, так и в месте контакта двигательных аксонов со скелетными мышцами и представляют собой ионные каналы. Под действием А. они открываются, и ионы натрия входят в клетку, вызывая её деполяризацию и тем самым генерацию быстрого электрич. сигнала. Рецепторы мускаринового типа (чувствительны к токсину из мухомора - мускарину) локализованы в нейронах головного мозга, секреторных клетках, клетках гладких мышц и миокарда. Их активация сопровождается серией внутриклеточных химич. реакций, приводящих к относительно медленному изменению функционального состояния клетки. Молекулы А. пребывают в синаптич. щели недолго ввиду их быстрого разрушения (гидролиза) ферментом ацетилхолинэстеразой, что обеспечивает синаптич. передачу дискретных нервных импульсов. Фермент препятствует накоплению А. в постсинаптич. щели и длительной активации постсинаптич. клеток. Действие некоторых лекарственных препаратов основано на способности продлевать время жизни молекул А. в синаптич. щели (антихолинэстеразные средства), воспроизводить действие А. или препятствовать ему (холинергич. средства). Чрезмерное накопление А. вследствие ингибирования ацетилхолинэстеразы сопровождается блокированием передачи сигнала с двигательных нервов на мышцы, вызывая их паралич и остановку дыхания, замедление сердечной деятельности, спазм бронхов, нарушение психич. функций, усиление секреции желёз. Именно с ингибированием фермента связана высокая токсичность ряда фосфорорганич. инсектицидов и отравляющих веществ (в т. ч. зарина и зомана).
Литература Лит.: Михельсон М. Я., Зеймаль Э.В. Ацетилхолин. О молекулярном механизме действия. Л., 1970; Скок В. И., Селянко А. А., Деркач В.А. Нейрональные холинорецепторы. М., 1987; Massoulie J. e. a. Molecular and cellular biology of cholinesterases // Progress in Neurobiology. 1993. Vol. 41. № 7; От нейрона к мозгу. М., 2003.


Источники: [ БРЭ ]   [ P ]   [ B ]     и дополнительная информация: [ W ]   [ G ]   [ Y ]




Биопотенциалы

БИОПОТЕНЦИАЛЫ

Авторы: Л.Г. Магазаник
БИОПОТЕНЦИАЛЫ (биологические потенциалы), электрич. потенциалы, существующие во всех живых клетках. Образуются в результате разделения электрич. зарядов на клеточной мембране, т. к. основу мембраны составляют фосфолипиды, препятствующие свободной диффузии ионов. Концентрация ионов калия внутри нервной или мышечной клетки примерно в 50 раз выше, чем снаружи. Напротив, внеклеточная жидкость содержит намного больше ионов натрия, кальция и хлора. Ионная асимметрия поддерживается благодаря наличию в мембране двух типов белковых включений: каналов, через которые определённые типы ионов могут перемещаться путём диффузии в соответствии с концентрационным градиентом, и ионных насосов, которые при определённых энергетич. затратах переносят ионы против концентрационного градиента. Т. о. создаётся и поддерживается разность потенциалов между внутренней (заряжена отрицательно) и наружной (заряжена положительно) поверхностями мембраны клетки, т. е. мембранный потенциал, амплитуда которого обычно составляет от -50 до -90 мВ. Такое равновесное состояние называют также потенциалом покоя, в отличие от относительно кратковрем. колебаний уровня потенциала, возникающих вследствие изменения проницаемости ионных каналов, что влечёт за собой увеличение (или уменьшение) потока определённых ионов через мембрану. Переход ионных каналов из закрытого в открытое состояние управляется изменениями мембранного потенциала или химич. веществами, в т. ч. медиаторами. Так, ацетилхолин открывает для катионов специфич. ионные каналы в мембране мышечной клетки - холинорецепторы, вследствие чего уменьшается разность потенциалов (деполяризация мембраны). Быстрое колебание мембранного потенциала называют возбуждающим потенциалом. Если эта деполяризация достигает определённого порога, то потенциалзависимые натриевые каналы на короткое время переходят в открытое состояние, порождая потенциал действия, достигающий значений от -90 до -120 мВ. Продолжительность его действия мала (ок. 1,5 мс), т. к. вместе с натриевыми открываются потенциалзависимые калиевые каналы, что ведёт к восстановлению исходного уровня мембранного потенциала (реполяризации), и клетка вновь становится способной генерировать потенциал действия в ответ на деполяризующий сигнал. Т. о., потенциал действия способен быстро и без потери амплитуды распространяться вдоль мышечных волокон или аксонов нервных клеток, тем самым запуская мышечное сокращение или осуществляя передачу сигналов по нерву. В волокнах сердечной мышцы длительность потенциала действия достигает 90-600 мс, в его генерации принимают участие также потенциалзависимые кальциевые каналы. Это является непременным условием синхронной и ритмичной сократительной деятельности клеток миокарда, обеспечивающей насосную функцию сердца. Если медиатор управляет открытием калиевых или хлорных каналов для ионов K + и Cl -, то происходит гиперполяризация клетки. Амплитуда мембранного потенциала кратковременно увеличивается, т. е. появляются тормозные сигналы, приводящие к снижению возбудимости клетки. Изменения мембранного потенциала могут вызываться также путём активации каналов механич. воздействиями, фотонами света, изменениями температуры, сдвигами рН внеклеточной жидкости. В клетках, мембрана которых снабжена чувствительными к подобным воздействиям каналами, возникают потенциалы, дающие начало специфич. ощущениям (слух, вкус, зрение, осязание, боль, определение положения тела и его частей в пространстве, восприятие тепла и холода). Неравномерное распределение ионов по обе стороны клеточной мембраны определяет природу Б. и в растит. клетках. Возникновение медленно изменяющихся Б. в клетках растений в большей мере определяется ионами кальция или хлора. Б. могут быть измерены в эксперименте внутриклеточными микроэлектродами. Результаты таких измерений используются при исследовании разнообразных физиологич. функций. С помощью поверхностных электродов вне клетки могут регистрироваться суммарные изменения Б. большого числа активных в данный момент клеток (целых нервов, мышц, мозга и т. п.). Измерения Б. имеют важное диагностич. значение. Так, электромиограмма представляет собой результат сложения потенциалов действия множества скелетных мышечных волокон; электрокардиограмма - суммирует колебания Б. мышечных клеток сердца; электроэнцефалограмма - Б. структур мозга; электроретинограмма даёт представление о работе сетчатки глаза. См. также Биологические мембраны, Ионные каналы, Ионные насосы.
Литература Лит.: Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых мембран. М., 1975; Кэндел Э. Клеточные основы поведения. М., 1980; Костюк П. Г., Крышталь О.А. Механизмы электрической возбудимости нервной клетки. М., 1981; Hille B. Ion channels of excitable membranes. 3rd ed. Sunderland, 2001; От нейрона к мозгу. М., 2003.


Источники: [ БРЭ ]   [ P ]   [ B ]     и дополнительная информация: [ W ]   [ G ]   [ Y ]




Ионные каналы

ИОННЫЕ КАНАЛЫ

Авторы: Л.Г. Магазаник
ИОННЫЕ КАНАЛЫ, белковые комплексы с порами, пронизывающие фосфолипидный матрикс биологич. мембран; осуществляют и контролируют перенос ионов. Транспорт через И. к. происходит пассивно, в соответствии с электрохимич. градиентом, и не требует затрат энергии. И. к. могут находиться в открытом (проводящем ионы) или закрытом состоянии. Они обладают селективностью и классифицируются как по проникающему иону (калиевые, натриевые, хлоридные, кальциевые, протонные и т. п. каналы), так и по механизму активации, т. е. перехода из закрытого состояния в открытое. Специфич. сигналом к такому переходу могут служить изменения мембранного потенциала, темп-ры среды, механич. или химич. воздействия. Используя различия в концентрации ионов внутри клетки и в окружающей её среде (как правило, внутри клеток много ионов K + и мало ионов Na +, снаружи обратное соотношение), И. к. обеспечивают разность электрич. потенциалов между наружной и внутр. сторонами мембраны. Эта функция И. к. играет важнейшую роль в деятельности нервных (в т. ч. сенсорных) и мышечных клеток, поскольку лежит в основе возникновения в них электрич. сигналов (см. Биопотенциалы). Значит. часть И. к. активируется медиаторами, соответственно существуют ионотропные рецепторы ацетилхолина, глутамата, гамма-аминомасляной кислоты, глицина, АТФ, серотонина. Взаимодействие медиаторов с соответствующими рецепторами на короткое время открывает каналы для прохождения определённых ионов и генерации постсинаптич. потенциалов. И. к. являются мишенями для действия множества лекарств и токсинов, напр. местно-анестезирующих или курареподобных средств. Состояние И. к. фоторецепторных клеток, эпителиальных клеток почки, пищеварительного тракта, клеток миокарда и мн. др. органов управляется внутриклеточными вторичными посредниками (мессенджерами). Processing math: 100% Processing math: 100%


Источники: [ БРЭ ]   [ P ]   [ B ]     и дополнительная информация: [ W ]   [ G ]   [ Y ]




Ионные насосы

ИОННЫЕ НАСОСЫ

Авторы: Л.Г. Магазаник
ИОННЫЕ НАСОСЫ, белковые комплексы, встроенные в биологич. мембраны и переносящие ионы против их концентрационного градиента. Такой перенос требует затрат энергии, источником которой, как правило, служит АТФ. Самым распространённым видом И. н. в клетках животных является натрий/калиевая АТФаза (Na / K -АТФаза). Осн. роль этого фермента состоит в поддержании низкой концентрации ионов Na + и высокой концентрации ионов K + внутри клетки, в то время как во внеклеточной среде относительно много Na + и мало K +. Механизм реализации насосной функции Na / K -АТФазы состоит из последовательных этапов: 1 - комплекс Na / K -АТФазы и АТФ связывает три иона Na +; 2 - гидролиз АТФ приводит к фосфорилированию Na / K -АТФазы; 3 - в результате изменения конформации этого белка ионы Na + переносятся из клетки наружу; 4 - Na / K -АТФаза приобретает способность связать два иона K +; 5 - в результате дефосфорилирования белка ионы K + освобождаются уже внутри клетки. Присоединение АТФ делает Na / K -АТФазу способной к следующему циклу работы. Т. о., Na / K -АТФаза осуществляет поддержание мембранного потенциала клетки, несмотря на небольшие, но постоянные диффузионные потери концентрационного градиента Na + и K +. Особенностью Na / K -АТФазы является неэквивалентный перенос трёх ионов Na + в обмен на два иона K +, что вызывает увеличение разности потенциалов на мембране. Ослабление работы И. н. (недостаток АТФ, снижение темп-ры среды, действие ингибиторов) приводит к деполяризации клетки и нарушениям соотношения концентрации ионов, осмотич. баланса (набуханию клетки). Приблизительно 1 / 3 всей энергии, вырабатываемой митохондриями клеток животных, тратится на работу Na / K -АТФазы, которая особенно важна для нормальной деятельности нервных клеток и эпителия почечных канальцев. Сходную роль, используя похожий механизм, выполняет Ca -АТФаза, поддерживающая очень низкую внутриклеточную концентрацию ионов Ca 2 + (в 10 тыс. раз ниже, чем во внеклеточной жидкости). Ca -АТФаза встроена не только в наружную мембрану клеток, но и в мембраны эндоплазматич. сети, в полостях которой содержится много Ca 2 +. Управляемый диффузионный выход ионов Ca 2 + из эндоплазматич. сети и его обратный активный транспорт при участии Ca -АТФазы являются важными компонентами механизма мышечного сокращения, поскольку повышение концентрации Ca 2 + в цитоплазме мышечной клетки запускает процесс её сокращения, а возвращение в эндоплазматич. сеть, благодаря работе Ca -АТФазы, обеспечивает возможность расслабления. В клеточной мембране слизистой желудка находится H / K -АТФаза, создающая высокий градиент концентрации протонов между цитоплазмой (pH ∼ 7) и кислым желудочным соком (pH ∼ 1). Помимо АТФаз, осуществляющих первичный активный транспорт, существуют также системы противоградиентного переноса путём обмена переносимого иона или молекулы (напр., Cl -, глюкоза, аминокислоты) на входящие в клетку ионы Na +. Такие системы вторичного активного транспорта используют энергию концентрационного градиента Na +, уже достигнутого предварительной работой Na / K -АТФазы. Специфич. ингибиторы Na / K -АТФазы (напр., уабаин растит. происхождения) снижают мембранный потенциал клеток, транспорт ионов в почке, замедляют удаление Ca 2 + из клеток миокарда. Это может приводить к усилению сердечных сокращений, что используется в клинич. практике. Processing math: 100%


Источники: [ БРЭ ]   [ P ]   [ B ]     и дополнительная информация: [ W ]   [ G ]   [ Y ]