Взаимодействие медиатора с рецептором

При взаимодействии медиатора с рецептором возникает сигнал, активирующий или ингибирующий постсинап-тическую клетку. После этого медиатор разрушается ферментами. Энергию для биохимического процесса высвобождения медиатора доставляет окисление глюкозы в митохондриях.

Синапс, подобный изображенному здесь, имеет около 0,2 мкм в диаметре.

(до 500 000 g) движутся по направлению к дну пробирки тем быстрее, чем они тяжелее. Представьте теперь, что я беру кусочек мозга и измельчаю его в гомогенизаторе. Клетки разрушаются, а их компоненты переходят в суспендированное состояние.

К числу таких компонентов принадлежат разнообразные субклеточные структуры, в частности клеточные ядра, содержащие ДНК, и митохондрии, в которых находятся ферменты цикла Кребса и синтезируется АТФ. Подбирая нужные сочетания продолжительности и скорости центрифугирования, можно разделять и собирать отдельные фракции клеточных компонентов. При одной из модификаций этого метода суспензию частиц вращают в растворе сахарозы, наиболее концентрированном у дна пробирки и все сильнее разбавленном в верхних слоях.

Чем выше концентрация раствора, тем больше его плотность, поэтому в пробирке создается градиент плотности, направленный сверху вниз. При центрифугировании субклеточных частиц в таком градиенте они под действием центробежной силы оседают до тех пор, пока не окажутся в зоне, где их плотность и плотность
раствора одинаковы. Здесь они останавливаются, уже не будучи в состоянии опуститься ниже.
Когда в начале 60-х годов такой метод впервые применили для изучения ткани мозга, выяснилось, что эта ткань наряду со всеми обычными субклеточными фракциями ядерной, митохондриальной и т. д. содержит еще и частицы совсем иного типа, которые можно получить в изолированном виде. Нервные клетки контактируют друг с другом в особых участках, где происходит передача информации от одной клетки к другой. Эти участки называются синапсами ( 3.4). Гомогенизация мозга приводит к отделению синапсов от клеток; при этом окружавшая каждый синапс мембрана замыкается в обособленный пузырек.

В результате образуются искусственно созданные "синаптические частицы" (синаптосомы), которые можно отделять центрифугированием и изучать в очищенном виде.
Это методическое достижение, необычайно расширившее возможности биохимического исследования синапсов, явилось следствием открытия, сделанного почти одновременно двумя нейрохимиками: Виктором Уиттейкером из Кембриджа и Эдуардо де Робертисом из Буэнос-Айреса. Оно сразу подсказало, как можно обойтись без микрометодов Хидена. Нужно было только научиться так "мягко" разрушать ткань мозга, что клетки разделялись бы, но оставались целыми.

Тогда я мог бы подобрать такой режим центрифугирования, при котором вместо фракционирования субклеточных частиц происходило бы отделение нейронов от глии.
После нескольких месяцев проб и ошибок я уже имел работающий метод, напоминавший процедуру, которую в детстве на моих глазах часто проделывали мать и бабушка: приготовление творога из свернувшегося молока путем его процеживания через кусок муслина. Я помещал измельченную мозговую ткань в муслиновый мешочек, погружал в раствор с одним из Сахаров и слегка поглаживал поверхность мешочка стеклянной палочкой. При столь слабом давлении нейроны и глия переходили в суспендированное состояние.

Пробуя разные сочетания градиентов плотности и скоростей центрифугирования, я в конце концов выделил две фракции, обогащенные клетками того или другого типа. Я смог получать достаточные количества клеток, чтобы, не прибегая к микрометодам, можно было с помощью стандартных биохимических процедур выяснять, каким образом клетки используют кислород, какие в них
содержатся ферменты и каков их белковый состав. Опубликованные мною результаты [4] были встречены с одобрением, и скептицизм Чейна поубавился до такой степени, что я получил указание подготовиться к демонстрации моей методики при открытии его нового большого отдела в присутствии королевы. Мы пользовались этим методом на протяжении следующего десятилетия, пока его не сменили более совершенные процедуры.

Теперь, когда наконец мои исследования получили функциональную направленность и можно было изучать биохимические особенности нейронов в сравнении с клетками другого типа (глиальными), я чувствовал в себе довольно сил, чтобы идти дальше. Меня совершенно завораживали выводы Хидена о биохимических изменениях, связанных с памятью. И не только меня.

Неожиданно началась целая лавина новых исследований, публиковались поразительные данные о роли РНК и белка в механизмах памяти. Я написал несколько научно-популярных статей об этих работах, но больше всего мне хотелось самому участвовать в них, а я не знал, как к этому приступить. Конечно, Чейн никогда не согласится, что память подходящий объект биохимических исследований.

К тому же я ведь не был психологом и не имел подготовки в области поведения животных. Я подходил к цели боком, словно краб, и при этом почти тайком.
Память, рассуждал я, в конце концов не что иное, как особое проявление пластичности нервной системы, ее способности отвечать на воздействия окружающей среды с учетом прошлого опыта. Нельзя ли найти какую-то новую экспериментальную систему для изучения такой пластичности? Прежде чем взяться за дело, я несколько месяцев думал, что бы могло послужить подходящей системой. Крысята-сосунки, подобно детенышам многих других позвоночных, рождаются относительно неразвитыми: голыми, слепыми и малоподвижными. Глаза у них обычно открываются примерно к 14-му дню жизни.

В течение этих двух недель мозг у крысят быстро развивается, и к тому моменту, когда они становятся зрячими, в нем уже имеются почти все нервные и глиальные клетки, а между нейронами образовались мириады синаптических связей. Напротив, у морских свинок детеныши появляются на свет полностью покрытыми шерстью и с открытыми глазами; они готовы бежать за матерью, когда она отправляется на поиски корма. Различие между этими двумя биологическими типами приоб-
рело для меня особое значение, когда через несколько лет я начал работать с цыплятами.
Но пока мое внимание было сосредоточено на ранних стадиях развития нейронов и синапсов у крысят. Я решил, что первое знакомство со светом должно быть для них важным событием, дающим новый опыт и приводящим, вероятно, к глубоким изменениям в центральных нейронах. Чтобы контролировать ход событий, я держал беременных самок в полной темноте.

В этих условиях они рождали и выкармливали детенышей, и только через семь недель я впервые выпускал теперь уже взрослых молодых крыс на свет. Насколько можно было судить, полная темнота в период роста не сказывалась на общем состоянии крысят: они прибавляли в весе и развивались точно так же, как при нормальном чередовании дня и ночи. Следует, разумеется, помнить, что в обычных условиях крысы ночные животные. Днем они в основном спят и только ночью выходят на поиски корма и для взаимного общения.

Поэтому зрение для них не самое важное чувство, во всяком случае значительно менее важное чем, например, обоняние.
И все-таки первое световое воздействие вызывало глубокие биохимические изменения. Они, в частности, выражались в резком усилении биосинтеза белков в нейронах зрительной области мозга, хотя в других отделах, например в моторных, аналогичных изменений не было. Я стал сотрудничать с нейроанатомом Брайеном Крэггом, который тоже работал в Лондоне, в Университетском колледже.

Он согласился провести сравнительное электронно-микроскопическое исследование структуры зрительной зоны мозга (зрительной коры) у крыс, выросших в темноте и при обычном световом режиме. Подсчитав синапсы в зрительной коре, Крэгг обнаружил небольшое, но статистически достоверное увеличение их числа как раз в тот период, когда я отмечал усиление белкового синтеза. Приобретение нового опыта явно сопровождалось как биохимическими, так и структурными изменениями в зрительной области мозга. Биохимические, анатомические и функциональные сдвиги, видимо, шли параллельно.

На основании полученных результатов мы подготовили статью для ведущего научного журнала Nature ("Природа"), и я представил ее Чейну, чтобы получить одобрение на публикацию. Он был категорически против. Он вообще не жаловал анатомию, а к данным Крэгга отнесся особенно неодобрительно; кроме того, мы не
спросили его согласия на проведение экспериментов. Все наши доводы никак не могли убедить его. Поэтому Крэгг и я поделили результаты и одновременно опубликовали две статьи [5], в одной из которых излагались анатомические наблюдения (за подписью Крэгга), а в другой мои биохимические данные.

Однако смеяться последним пришлось не мне: в последующие годы на анатомическую работу ссылались гораздо чаще, чем на мою биохимическую.
Вскоре после появления наших статей в Nature в 1967 году в Лондоне прошло заседание Королевского общества, на котором я доложил полученные Крэггом и мною данные. Когда оно окончилось, ко мне подошел этолог Пэт Бейтсон, сотрудник станции по изучению поведения животных в Мэдингли (Кембридж). (Сейчас, после работы директором этой станции, Пэт является ректором Королевского колледжа.) В то время он занимался проблемой импринтинга у кур.

Содержание раздела