Механизм слияния пресинаптических везикул с постсинаптической мембраной (роль пептидов нервного окончания и мембраны везикул)

В пресинаптическом нервном окончании в синаптических везикулах аккумулируются медиаторы (трансмиттеры). Потенциал действия, достигая нервного окончания, деполяризует его мембрану. Деполяризация вызывает открытие кальциевых каналов (насосов), по которым в окончание входит ток ионов Са2+. Ионы Са2+ вызывают процесс слияния везикул с пресинаптической мембраной с последующим открытием их и выбрасыванием своего содержимого (медиаторов) в синаптическую щель.

Синаптические везикулы фиксируются большей частью на цитоскелете посредством протеина синапсина, локализованного на цитоплазматической поверхности каждой везикулы, к протеину спектрину, расположенному на волокнах F-актина цитоскелета, и образуют тем самым трансмиттерный резервуар. Меньшая часть везикул связана специфическими протеинами с внутренней стороной пресинаптической мембраны. Это взаимодействие осуществляется посредством белка мембраны везикулы синаптобревина и белка пресинаптической мембраны синтаксина. Именно эти везикулы непосредственно поставляют трансмиттер для очередного выброса.

Если потенциал действия достиг пресинаптической области и в пресинаптическом окончании концентрация Са2+ поднялась до необходимого уровня, то происходят два процесса. Во-первых, на уже связанных с пресинаптической мембраной везикулах, которые, по существу, лежат на ней, Са2+ связывается с протеином, входящим в состав их мембраны, - синаптотагмином. Это приводит к тому, что мембрана везикулы раскрывается. Одновременно комплекс полипептида синаптофизина сливается с неидентифицированными протеинами пресинаптической мембраны. При этом возникает пора, через которую осуществляется регулируемый экзоцитоз, т.е. секреция трансмиттера в синаптическую щель, причем еще один протеин везикулы, rab3A, регулирует этот процесс. В одной везикуле сосредоточено примерно 6000-8000 молекул трансмиттера; это наименьшее количество трансмиттера, освобожденного в синаптическую щель, которое называется "один квант трансмиттера ".

В совокупности локальная концентрация трансмиттера в синаптической щели после его освобождения относительно высока и находится в миллимолярном диапазоне.

Таким образом, главную роль для процесса выброса трансмиттера по типу экзоцитоза играет не деполяризация окончания, а именно входящий ток ионов Са2+. Ионы Са2+ служат при этом не для дополнительной деполяризации, а в качестве вещества-посредника (вторичного мессенджера), которое запускает механизм слияния везикул. Повышение концентрации экстрацеллюлярного Са2+ повышает входящий ток ионов Са2+ и, тем самым, увеличивает освобождение трансмиттера. Наоборот, искусственное повышение концентрации экстрацеллюлярного Mg2+ посредством замещения им ионов Са2+ ведет к снижению входящего тока Са2+ и, тем самым, уменьшению освобождения трансмиттера. НебольшиеG-белки, вероятно, также участвуют в управлении везикулярным экзоцитозом.

После прекращения пресинаптического потенциала действия ионы Са2+ удаляются из пресинаптической области посредством активного ионного транспорта с участием Са2+-АТФазы и 3Na+/Ca2+-обменника.