Cтраница 3
Основой механизма действия большинства токсичных ФОС являете унк-тение ряда ферментов, относящихся к эстеразам, и, в частности, хояииэетераз. Возможно также прямое действие ФОС на холинореактивные системы. В фнзшн логических условиях анионный центр холинэстеразы притягивает к себе кативн ную часть молекулы ацетилхолина, а эстеразный центр ацилируется остаткам уксусной кислоты. Ацетияэнзим быстро гидролизуется, активные центры ходни-эстеразы освобождаются для новых реакций, с ацетилхолином. Ацилирующая способность ФОС зависит от прочности эфирной связи фосфора с кислотным остатком, от дефицита электронов вокруг атома фосфора. [31]
Молекулы ацетилхолина, выполнившие свою медиатор-ную функцию, должны быть немедленно инактивированы, в противном случае будет нарушена дискретность в проведении нервного импульса и проявится избыточная функция холинорецептора. Именно это осуществляет холинэстераза, мгновенно гидролизующая ацетилхолин. Каталитическая активность холинэстеразы превышает почти все известные ферменты: по разным данным, время расщепления одной молекулы ацетилхолина составляет около одной миллисекунды, что соизмеримо со скоростью передачи нервного импульса. Осуществление столь мощного каталитического эффекта обеспечивается наличием в молекуле холинзстеразы определенных участков ( активных центров), обладающих исключительно хорошо выраженной реакционной способностью но отношению к ацетилхолину. Будучи простым белком ( протеином), состоящим только из одних аминокислот, молекула холинзстеразы, как теперь выяснено, исходя из ее молекулярной массы, содержит от 30 до 50 таких активных центров. [32]
Жертвы этих змей погибают в результате паралича дыхательных мышц. Исследованиями Чен Юан-ли, Лестера и их сотрудников в Национальном Тайванском университете было показано, что молекулы яда блокируют рецепторы молекул ацетилхолина путем прочного присоединения к ним. Они не взаимодействуют с ферментом ацетилхолинэстеразой и не нарушают любой другой процесс нормальной активности мышц. Оказалось, что молекулы яда могут быть помечены радиоактивными атомами йода и водорода. [33]
При присоединении молекул ацетилхолина к рецепторам каналы остаются открытыми в течение миллисекунды. Это время увеличивается в три раза, когда температура понижается на 10 С. Время, в течение которого каналы открыты, уменьшается при деполяризации мембраны. Закрытие каналов сопровождается отделением молекул ацетилхолина от рецепторов и последующим их разрушением ферментом ацетилхолинэстеразой. [34]
Синаптическая передача может быть возбуждающей и тормозящей. При возбуждающей передаче происходит деполяризация постсинаптической мембраны, что, при достижении определенного критического уровня, приводит к возникновению нервного импульса в постсинаптической мембране. Деполяризация постсинаптической мембраны вызывается молекулами нейромедиа-тора. В нервно-мышечном соединении и во многих других синапсах таким медиатором является молекула ацетилхолина. [35]
Ацетилхолин секретируется двигательными нервными окончаниями не только при возбуждении, но и в покое. Различие состоит лишь в том, что в покое выделяются малые порции - кванты - ацетилхолина, а под влиянием нервного импульса в синаптиче-скую щель одновременно выбрасывается значительное количество таких квантов. Квант представляет собой пакет молекул медиатора в единичном пузырьке нервного окончания, изливающем свое содержимое в синаптическую щель. В концевой пластинке различных животных в каждом кванте содержится до 2000 молекул ацетилхолина. Выделение отдельных квантов в синаптическую щель в состоянии покоя вызывает кратковременную слабую деполяризацию постсинаптической мембраны мышечнбго волокна. [36]
В синаптических нервных окончаниях имеются пузырьки ( везикулы) диаметром 30 - 80 нм, которые содержат нейромедиаторы. Эти пузырьки покрыты оболочкой, которая образована белком клатрином ( мол. В холинергических синапсах каждый пузырек диаметром 80 нм содержит - 40000 молекул ацетилхолина. При возбуждении высвобождение медиатора происходит квантами, т.е. путем полного опорожнения каждого отдельного пузырька. В нормальных условиях под влиянием сильного импульса выделяется примерно 100 - 200 квантов медиатора-количество, достаточное для инициирования потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Деполяризация мембраны синаптических окончаний вызывает быстрый ток ионов Са2 в клетку. Временное увеличение внутриклеточной концентрации ионов Са2 стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков с плазматической мембраной и таким образом запускает процесс высвобождения их содержимого. Выделенный в синаптическую щель ацетилхолин вступает во взаимодействие с белком-хеморецептором, входящим в состав постсинаптической мембраны. Взаимодействие между рецептором и медиатором запускает ряд реакций, заставляющих постсинаптическую нервную клетку или эффекторную клетку выполнять свою специфическую функцию. После выделения медиатора должна наступить фаза его быстрой инактивации, или удаления, чтобы подготовить синапс к восприятию нового импульса. [37]
Установлено, что в области нервно-мышечного соединения в больших концентрациях присутствует фермент холинэстераза, способная быстро расщеплять ацетилхолин, выделяющийся в нервном окончании. Значение этого процесса становится ясным, если учесть, что в естественных условиях к мышце поступают быстро следующие друг за другом нервные импульсы и постсинаптическая мембрана, деполяризованная предшествующей порцией ацетилхолина, становится малочувствительной к действию следующей порции. Чтобы идущие друг за другом нервные импульсы могли осуществлять нормальное возбуждающее действие, необходимо к моменту прихода каждого из них убрать предшествующую порцию медиатора. Эту функцию и выполняет холинэстераза. Холин, освобождающийся при расщеплении молекул ацетилхолина, переносится обратно в нервное окончание специальной транспортной системой, существующей в пресинапти-ческой мембране. [38]
Ацетилхолин синтезируется из спирта холина и аце-тилкоэнзима А2 под влиянием фермента холинацетилазы в митохондриях нервных клеток и накапливается в окончаниях их отростков в виде пузырьков диаметром около 50 нм. Предполагается, что каждый такой пузырек содержит несколько тысяч молекул ацетидхолина. При этом в настоящее время принято различать ацетилхолин, готовый к секреции и расположенный в непосредственной близости от активной зоны, и ацетилхолин вне активной зоны, находящийся в состоянии равновесия с первым и не готовый к выделению в еинаптическую щель. Кроме того, имеется еще так называемый стабильный фонд ацетилхолина ( до 15 %), не освобождающегося даже в условиях блокады его синтеза. Под воздействием нервного возбуждения и ионов Са2 молекулы ацетилхолина переходят в еинаптическую щель - пространство шириною 20 - 50 нм, отделяющее окончание нервного волокна ( иресинаптическую мембрану) от иннервируемой клетки. На поверхности последней расположена постсинаптиче-ская мембрана с холинорецепторами - специфическими белковыми структурами, способными взаимодействовать с ацетилхолином. [39]
Нейроны характеризуются необыкновенно высоким уровнем обмена веществ, значительная часть которого направлена на обеспечение работы натриевого насоса в мембранах и поддержание состояния возбуждения. Последовательное раскрытие сначала натриевых и затем калиевых каналов можно считать твердо установленным. Менее ясным остается вопрос, сопряжено ли изменение ионной проницаемости, необходимое для распространения потенциала действия, с какими-либо особыми ферментативными процессами. Он предполагает, что увеличение проницаемости к ионам натрия обусловлено кооперативным связыванием нескольких молекул ацетилхолина с мембранными рецепторами, которые либо сами составляют натриевые каналы, либо регулируют степень их открытия. При этом ацетилхолин высвобождается из участков накопления, расположенных на мембране, в результате деполяризации. Собственно, последовательность событий должна быть такова, что изменение электрического поля в мембране индуцирует изменение конформации белков, а это уже приводит к высвобождению ацетилхолина. Под действием аце-тилхолинэстеразы последний быстро распадается, и проницаемость мембраны для ионов натрия возвращается к исходному уровню. В целом приведенное описание отличается от описанной ранее схемы синаптиче-ской передачи только в одном отношении: в нейронах ацетилхолин накапливается в связанной с белками форме, тогда как в синапсах - в специальных пузырьках. Существует мнение, что работа калиевых каналов регулируется ионами кальция. Закрытие калиевых каналов обеспечивается энергией гидролиза АТР. Некоторые из них исходят из того, что нервная проводимость целиком обеспечивается работой натриевого насоса. [40]
Порядок активности, за исключением триметиламмониевой группы, указывает, что антихолинэстеразная активность является функцией способности заместителя отдавать электроны N-метилкарбамоильной части молекулы. Увеличение электронной плотности вокруг карбони-ла делает молекулу более устойчивой к гидролизу. В противоположность фосфорорганическим соединениям одним из требований к структуре карбаматов для высокой антихолинэстеразной активности является устойчивость к гидролизу, и, таким образом, кар-баматы ведут себя, как конкурирующие ингибиторы, а не субстраты холинэстеразы. В дополнение к гидролитической стабильности другим важным требованием к строению для высокой антихолинэстеразной активности является соответствующее расположение молекулы на поверхности фермента активной стороной и способность блокировать нормальную реакцию субстрата. Этому требованию частично удовлетворяет N-метилкарбамоильная часть, которая, по-видимому, притягивается к эфирной части теми же силами, которые связывают ацетоксильную часть молекулы ацетилхолина. Это очевидно из данных Кольбецена, на основании которых соединения, обладающие устойчивой неизмененной N-метилкарбамоильной частью молекулы, являются в различной степени ингибиторами холинэстеразы. Кроме того, антихолинэстеразная активность может быть увеличена введением заместителей в орто - и лета-положения, например лг-диметиламино -, ж-изопропил -, о - и л-бутилгруппы, которые в пространственном отношении напоминают триметилам-мониевую группу ацетилхолина. [41]