цКЮБМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ яКСВЮИМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ
йюрецнпхх:
юБРНЛНАХКХюЯРПНМНЛХЪаХНКНЦХЪцЕНЦПЮТХЪдНЛ Х ЯЮДдПСЦХЕ ЪГШЙХдПСЦНЕхМТНПЛЮРХЙЮхЯРНПХЪйСКЭРСПЮкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮРЕЛЮРХЙЮлЕДХЖХМЮлЕРЮККСПЦХЪлЕУЮМХЙЮнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ РПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоЯХУНКНЦХЪпЕКХЦХЪпХРНПХЙЮяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХЪрСПХГЛтХГХЙЮтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮ
иЗМЕРЕНИЕ ВХОДА КАЛЬЦИЯ В ПРЕСИНАПТИЧЕСКОЕ НЕРВНОЕ ОКОНЧАНИЕ
|
|
В ходе дальнейших экспериментов было выявлено, что проводимость мембраны для ионов кальция увеличивается при деполяризации и что кальций входит в окончание с каждым потенциалом действия. Ллинас с сотрудниками измерили амплитуду и временной ход кальциевого тока, вызываемого пресинаптической деполяризацией в гигантском синапсе кальмара. Пример такого эксперимента показан на рис. 11.3А. Натриевая и калиевая проводимости, связанные с потенциалом действия, были заблокированы ТТХ и ТЭА (тетраэтиламмонием), таким образом, только потенциалзависимые кальциевые каналы оставались функциональными. Деполяризация пресинаптического окончания до — 18 мВ
Глава 11. Высвобождение медиатора 215
| Рис. 11.3. Пресинаптический кальций и высвобождение медиатора в гигантском синапсе кальмара (А, В). Потенциал на лресиналтическом окончании фиксируется на заданном уровне, а потенциал активируемые натриевые и калиевые токи заблокированы те тродотоксином и тетраэтиламмонием. (А) На верхних записях показан командный потенциал, прикладываемый к пресиналтическим волокнам, в середине — пресиналтический кальциевый ток, внизу — возбуждающий постсиналтический потенциал (ВПСП) в постсинаптическом волокне. Толчок потенциала от -70 до -18 мВ (слева) вызывает медленный входящий кальциевый ток, за которым с задержкой около 1 мс (отмеченной стрелками) следует ВПСП. Деполяризация до +60 мВ (справа) подавляет вход кальция. В конце импульса возникает волна кальциевого тока, за которой с задержкой около 0, 2 мс следует ВПСП. (В) Если в условиях фиксации потенциала вызвать такое же по форме изменение мембранного потенциала, как во время нормального потенциала действия (отметка Presynaptic), то возникающий при этом ВПСП невозможно отличить от ВПСП, возникающего в физиологических условиях (отметка Post-synaptic). Амплитуда и временной ход кальциевого тока показаны черной линией. Синалтическая задержка между началом пресиналтической деполяризации и началом лостсинаптического ответа отчасти обусловлена временем, затрачиваемым на открывание кальциевых каналов, а также на то, чтобы вошедший кальций запустил высвобождение медиатора. Fig. 11.3. Presynaptic Calcium and Transmitter Release at the squid giant synapse. (A, B) The presynaptic terminal is voltage-clamped and treated with TTX and TEA to abolish voltage-activated sodium and potassium currents (A). Records show potentials appb'ed to the presynaptic fiber (upper trace), presynaptic calcium current (middle trace), and EPSP in the postsynaptic fiber (lower trace). A voltage pulse from | 
-70 to -18 mV (left panel) results in a slow inward calcium current and, after a delay of about 1 ms (arrows), an EPSP. A larger depolarization, to +60 mV (right panel), suppresses calcium entry. At the end of the pulse, a surge of calcium current is followed within about 0, 2 ms (arrows) by an EPSP. (B) If a voltage change identical in shape to a normal action potential is produced by the voltage clamp (labeled Presynaptic), then the EPSP is indistinguishable from that seen normally (labeled Postsynaptic). The black curve gives the magnitude and time course of the calcium current. The synaptic delay between the beginning of presynaptic depolarization and the beginning of postsynaptic response is due in part to the time required to open calcium channels and in part to the time for calcium entry to trigger transmitter release. (After Llinà s, 1982.)
|
(верхняя запись слева) вызывала входящий кальциевый ток в окончание, который медленно увеличивался примерно до 400 нА (средняя запись), а также синаптический потенциал большой амплитуды в постсинаптической клетке (нижняя запись). Если окончание деполяризовалось до +60 мВ, что примерно соответствует равновесному потенциалу кальция, то кальциевый ток и синаптический потенциал подавлялись во время деполя-
216 Раздел II. Передача информации в нервной системе
ризационного толчка (см. записи справа). Это доказывает, что деполяризация окончания сама по себе не является достаточным условием для высвобождения медиатора; необходимо также, чтобы произошел вход ионов кальция. При реполяризации наблюдался кратковременный кальциевый ток, как если бы кальций входил через каналы, которые открылись во время деполяризации, и это сопровождалось небольшим постсинаптическим потенциалом.
Эффект искусственного потенциала действия показан на рис. 11.3В. Пресинаптический потенциал действия, записанный до добавления ТТХ и ТЭА, был «воспроизведен» электрической цепью фиксации потенциала, с тем чтобы вызвать точно такое же изменение потенциала в окончании. Постсинаптический потенциал при этом не отличается от ответа, вызванного нормальным пресинаптическим потенциалом действия, подтверждая тот факт, что натриевые и калиевые токи, которые в норме участвуют в генерации потенциала действия, не являются необходимым условием для высвобождения медиатора.
Использование методики фиксации потенциала также позволило измерить амплитуду и временной ход кальциевого тока, вызываемого искусственным потенциалом действия (кривая черного цвета на рис. 11.3В). Кальциевый ток начинается примерно через 0, 5 мс после начала пресинаптической деполяризации, а постсинаптический потенциал начинается еще через 0, 5 мс. Таким образом, время, необходимое для деполяризации пресинаптического окончания и для открывания кальциевых каналов, составляет первую половину синаптической задержки; оставшаяся часть задержки уходит на возрастание концентрации кальция в окончании и высвобождение медиатора.
Ллинас с сотрудниками также непосредственно наблюдали вход кальция, используя люминесцентную метку экворин 15· 16). Они обнаружили, что в результате короткой серии пресинаптических потенциалов действия внутриклеточная концентрация кальция достигает от 100 до 200 мкмоль в микродоменах внутри окончания (рис. 11.4), которые, по всей видимости, соответствуют активным зонам (глава 9).