После этих работ был выяснен механизм действия некоторых ядов. Например, из яда паука каракурта был выделен белок – латротоксин, который по существу представляет собой незакрывающиеся кальциевые каналы. Он встраивается в пресинаптическую мембрану и начинает пропускать в терминаль кальций. В результате запасы ацетилхолина в терминали полностью истощаются и нервная система не может вызвать сокращения мышц.

Но что же делает кальций, попав внутрь терминали? На этот вопрос пока нет однозначного ответа. Возможно, кальций просто экранирует отрицательные заряды мембраны везикул и мембраны терминали, что позволяет им слиться; возможно, кальций вызывает сокращение «внутриклеточных мышц», которые подтягивают пузырек к мембране; а может быть, механизм действия кальция окажется совсем иным и неожиданным.

Работа постсинаптической мембраны

Что же делает ацетилхолин с постсинаптической мембраной, к которой он диффундирует? В покое удельное сопротивление постсинаптической мембраны равно примерно 3 ООО Ом-см2, но при действии ацетилхолина оно снижается до 1 Ом-см2. Это сразу наводит на мысль, что ацетилхолин открывает какие-то каналы в постсинаптической мембране. И это предположение верно.

В постсинаптической мембране находятся каналы, «ворота» которых управляются не МП, а ацетилхолином, И канал, и ворота являются частями особой сложно устроенной белковой молекулы. Конец такой молекулы, торчащий из мембраны наружу, «узнает» молекулы ацетилхолина. Если с ним связываются две молекулы – ацетилхолина, то открывается канал, через который могут проходить ионы К+ и Ка+. Иными словами, в мембране открывается «электрическая дырка» со всеми вытекающими последствиями, а именно деполяризацией мембраны. Таким образом, постсинаптическая мембрана преобразует химический сигнал вновь в электрический сигнал – деполяризацию мембраны.

Возникает естественный вопрос: почему эта деполяризация исчезает? Ведь действие химического синапса обычно кратковременно. Значит, ацетилхолин, открывающий каналы в постсинаптической мембране, куда-то девается. Оказывается, медиатор связывается с холинорецептором очень непрочно: открыв ворота канала, он отрывается и вновь уходит в синаптическую щель. А в щели имеется особый фермент, который его разрушает. Так что медиатор – вещество очень «скромное»: сделав свое дело, он тут же уходит. Именно это его свойство обеспечивает кратковременность действия химического синапса.

Есть и другие вещества, которые тоже могут связываться с холинорецептором, но делают это лучше, чем ацетилхолин. Например, растительный яд кураре, которым индейцы смазывали свои стрелы, попав в организм, прочно связывается с холинорецепторами мышцы и занимает «посадочные площадки», предназначенные для ацетилхолина. В результате ацетилхолин не может открыть ворота каналов и любые движения становятся невозможными. На этом же основано и действие некоторых змеиных ядов; так, в частности, действуют яды змей семейства аспидовых. Интересно, что и у растений, и у змей в ходе эволюции вырабатывались яды со сходным механизмом действия. Вещества, сходные с кураре, релаксанты, сейчас используются в медицине во время операций: они расслабляют мышцы.

Сейчас известно довольно много деталей об устройстве и работе «молекулярной машины» – холинорецептора. Холинорецептор состоит из пяти субъединиц – участков. Изучение аминокислотных последовательностей этих единиц показало, что все они произошли в результате модификации одного и того же гена. Соединяясь между собой, эти субъединицы образуют в центре канал. Этот канал имеет примерно квадратное сечение со стороной квадрата 0,65 нм. Он не различает ионов К+ и Ка+, но не пропускает анионы. Ворота канала открываются на случайные промежутки времени. Проводимость такого канала равна примерно 3-Ю»11 С. Длина холинорецептора в 5–6 раз превышает толщину мембраны, так что белок сильно торчит из нее наружу и внутрь клетки. Ацетилхолин, выброшенный одним пузырьком, открывает около 2 ООО каналов,

Какие синапсы лучше – электрические или химические?

Из нашего рассказа вы поняли, что электрические синапсы устроены просто, химические – несложней, тем более, что мы до сих пор разобрали только один из многих видов ХС – нервно-мышечный. Как же осуществляется разделение труда между этими двумя видами синапсов? Обычно в организме они используются в таких нервных цепях, где их свойства оказываются наиболее полезными.

Например, отличительной особенностью ЭС является быстродействие. Естественно, что ЭС находятся в тех цепях, которые обслуживают срочные реакции организма: отдергивание тела, отпрыгивание, убегание.

Например, у дождевых червей вдоль всего тела проходят гигантские «аксоны». Как видите, они не такие гигантские, как у кальмара, да и устроены они иначе. На самом деле это не аксон, т.е. не отросток одной клетки. Этот «аксон» состоит из множества цилиндрических кусочков. В каждом сегменте тела есть нервная клетка, которая отращивает такой кусочек; затем торцевые мембраны этих цилиндров соединяются коннексонами, так что получается кабель с перегородками, пронизанными каналами коннексонов. В результате импульс бежит по этому составному аксону как по обычному толстому нервному волокну. Эти волокна вызывают быстрое сокращение тела червя, обеспечивая реакции отдергивания от раздражителя или быстрого втягивания в норку. При химических синапсах эта реакция занимала бы несколько десятых долей секунды: ведь задержка между сегментами в ХС холоднокровного составляет несколько миллисекунд, а сегментов может быть несколько десятков и даже сотня; задержка на Э что отбрасывает рака назад, подальше от опасности. ЭС имеются в системах спасения бегством у некоторых медуз, моллюсков, рыб и других животных.

Вторая характерная особенность ЭС состоит в том, что они пропускают сигнал в обе стороны – они симметричны). Это может способствовать синхронизации, т.е., одновременности возбуждения нейронов* связанных ЭС. Такие синхронизирующие системы довольно распространены в живой природе. В простейшем случае они состоят всего из двух клеток; связь этих клеток через ЭС приводит к тому, что при возбуждении одного из нейронов практически одновременно возникает импульс и во втором. Например, у электрического сома такая система из двух нейронов обеспечивает одновременность разряда электрических органов обоих сторон тела. У другой рыбы, которая умеет, сокращая плавательный пузырь, издавать звуки, напоминающие кваканье все клетки, управляющие мышцами плавательного пузыря, связаны ЭС, что позволяет возбуждаться практически одновременно.

Электрические синапсы довольно «модны» у беспозвоночных и низших позвоночных. У высших позвоночных большинство синапсов – химические. Использование в организмах ХС связано с их характерной особенностью – преобразованием электрического сигнала в химический и обратно. В них одинаковые электрические импульсы могут вызывать выделение самых разных веществ-медиаторов; например, у кольчатых червей в нервно-мышечных синапсах используется тот же ацетилхолин, что и у позвоночных, а у членистоногих, которые произошли в ходе эволюции от кольчатых червей* используется в таких синапсах совсем другой медиатор – глутамат. С другой стороны, в ХС один и тот же медиатор, действуя на разные клетки-мишени, может открывать совершенно разные каналы. Например, ацетилхолин в одних случаях открывает чисто калиевые или чисто натриевые каналы в других – каналы, пропускающие и калий, и натрий, в третьих – каналы, пропускающие только хлор, и т.д. Поэтому ХС может выполнять более сложные функции, чем ЭС. Так, одно из самых важных явлений в нейрофизиологии – явление торможения – практически всегда осуществляется ХС),.