Постсинаптические рецепторы. 
Физиология: биопотенциалы и электрическая активность клеток

Ионотропные рецепторы — это трансмембранные белки, которые одновременно являются рецепторами (способны связывать медиатор) и каналами (способны образовывать трансмембранный ионный канал). Ионотропные рецепторы формируют ионные каналы сразу после связывания молекул медиатора. Каналы обладают избирательностью и способны пропускать преимущественно какой-то один тин ионов. Это может быть один из трех катионов Na⁺, К⁺, Са²⁺ или анион СК Примером ионотропного рецептора, пропускающего преимущественно Ыа⁺-ток, является никотиновый холинорецептор (нХР). Название «никотиновый» связано с тем, что этот рецептор может активироваться не только медиатором ацетилхолином (АХ), но и алкалоидом табака никотином. Никотиновый холинорецептор представляет собой крупный белок, состоящий ив пяти субъединиц — две а, по одной р, у и 8. Для активации нХР необходимо связывание двух молекул АХ с обеими а-субъединицами в молекуле нХР. При взаимодействии с молекулами АХ внутри рецепторного белка образуется канал диаметром 0,65 нм (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Никотиновый холинорецептор:

а — схема устройства молекулы никотинового холинорецеитора, состоящей из пяти субъединиц; б — связывание двух молекул медиатора (ацетилхолина) с двумя а-субъединицами вызывает открытие канала; в — ток через открытый канал никотинового холинорецептора Через такой канал могут одновременно проходить как катионы Na⁺, так и катионы К⁺ в соответствии с их электрохимическими градиентами. В зависимости от значения мембранного потенциала постсинаптический потенциал может быть деполяризующим либо гиперполяризующим. Это зависит от соотношения мембранного потенциала с величинами равновесных потенциалов для Na⁺ и К* (?_Na и Е_к). При обычных для возбудимых клеток значениях мембранного потенциала (порядка −60…−80 мВ), ток катионов Na+, направленный внутрь, значительно превышает ток катионов К⁺, направленный наружу (рис. 3.10). Поэтому суммарный (разностный) ионный ток, текущий через открытый канал нХР, представляет собой входящий натриевый ток. Он деполяризует мембрану и вызывает возбуждающий постсинаптический потенциал. Воздействие медиатора на ионотроп;

Рис. 3.10. Натриевые и калиевые токи через канал никотинового холинорецептора (нХР) при разных значениях мембранного потенциала (а) и постсинаптические потенциалы, возникающие при открывании канала нХР, когда происходит одновременный вход катионов Na⁺ и выход катионов К⁺ по одному каналу (б).

ные рецепторы обеспечивает быструю синаптическую передачу сигнала в химических синапсах, требующую порядка 5—7 мс для генерации постсинаптических потенциалов. Подавляющее большинство медиаторов, например ацетилхолин, глутамат, АТФ, воздействуют на свой тип ионотропных рецепторов и таким образом участвуют в быстрой передаче возбуждения в ЦНС и на периферии.

Наряду с ионотропными на постсинаптической мембране существуют и метаботропные рецепторы (рис. 3.11). Это трансмембранные белки, которые при связывании с медиатором воздействуют на сцепленные с ними со стороны цитоплазмы G-белки (ГТФ-связывающие белки). Это приводит к активации G-белков, их диссоциации на субъединицы и отсоединению субъединиц от белка-рецептора. Активированные субъединицы G-белков (а и Ру) способны перемещаться внутри мембраны и в цитоплазме, активируя встроенные в мембрану ферменты — аденилатциклазу, фосфолипазу С и др. Такая активация приводит к изменению концентрации вторичных посредников: цАМФ, катионов Са²⁺ и других, регулирующих работу ионных каналов.

Рис. 3.11. Молекулярная организация и принцип работы метаботропного рецептора:

а — белок рецептора с семью трансмембранными доменами, сцепленный изнутри с G-белком, активируемым взаимодействием рецептора с молекулой медиатора; б — последствия активации метаботропного рецептора Таким образом, активация метаботропных рецепторов медиатором вызывает каскад внутриклеточных примембранных реакций. В результате в клетке образуются молекулы вторичных посредников, которые, действуя с внутренней стороны мембраны на закрытые ионные каналы, приводят к их активации (открытию). Это происходит с большей задержкой во времени по сравнению с активацией медиатором каналов ионотропных рецепторов.

Основными мишенями метаботропных рецепторов и запускаемых ими каскадов являются Са²⁺— и К⁺-каналы. Возникающие в случае активации метаботропных рецепторов постсинаптические токи и потенциалы, как правило, меньше по амплитуде и имеют значительно более медленное течение, чем при активации ионотропных рецепторов (рис. 3.12). Поэтому синаптическую передачу с участием метаботропных рецепторов называют медленной непрямой синаптической передачей. Она происходит в течение 0,5—1 с, в то время как быстрая передача занимает всего несколько миллисекунд.

Рис. 3.12. Примеры быстрых и медленных деполяризационных и гиперполяризационных ответов, возникающих, соответственно, при активации ионотропных (а) или метаботропных (б) рецепторов.

Имеются медиаторы, участвующие исключительно в медленной синаптической передаче. Например, дофамин и норадреналин осуществляют свое медиаторное действие только через метаботропные рецепторы. Это приводит к возникновению медленных постсинаптических потенциалов. Однако у большинства медиаторов имеются как специфические ионотропные, так и специфические метаботропные рецепторы. Они могут располагаться либо на разных, либо на одних и тех же постсинаптических мембранах. Например, для медиатора АХ в гладкой мускулатуре желудочно-кишечного тракта и других органов, а также на кардиомиоцитах сердца имеются только метаботропные рецепторы. Они называются мускариновыми холинорецепторами (мХР), так как могут активироваться алкалоидом мухомора мускарином. На постсинаптической мембране синапсов скелетных мышечных волокон, наоборот, присутствуют только ионотропные нХР.

Однако в большинстве синапсов ЦНС на постсинаптической мембране сосуществуют и ионотропные, и метаботропные рецепторы к данному медиатору (рис. 3.13). Это показано для синапсов, где медиаторами являются глутамат, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), АТФ и др. Такая локализация разных типов рецепторов существенно расширяет спектр эффектов, создаваемых действием медиатора на постсинаптическую мембрану и клетку в целом.

Рис. 3.13. Мембрана, где сочетаются ионотропные и метаботропные рецепторы.