Механизмы вкусовой трансдукции

Как уже говорилось, механизмы вкусовой трансдукции пытаются объяснить с позиций унитарной адсорбционной теории вкуса (Л. Бейдлер, 1961). Однако во вкусовых клетках до сих пор выявлены мембранные рецепторы только для сладких веществ. Методом молекулярного клонирования получен специфический для вкусовых клеток G-белок, одна из субъединиц которого (а-гастдуцин) оказалось сходной с а-трансдуцином, выявленным в фоторецепторах.

Механизм трансдукции сладкого стимула представляется следующим образом (рис. 6.55). Вкусовой агент связывается со сладкочувствительным мембранным рецептором в апикальном отростке вкусовой клетки. Следствием адсорбционного взаимодействия является изменение конформации мембранного рецептора (сладкочувствительного белка), что обеспечивает его реакцию с G-белком (а-гастду- цином), вследствие чего активируется аденилатциклаза, катализирующая превращение АТФ в цАМФ, который, в свою очередь, активирует протеинкиназу А, а она блокирует калиевые каналы в плазмолемме вкусовой клетки, за счет чего мембрана деполяризуется. Деполяриза- ционный сдвиг мембранного потенциала на апикальном полюсе вкусовой клетки является рецепторным потенциалом. Он распространяется электротонически (с декрементом) к базальному полюсу рецепторной клетки, где инициирует синаптическую передачу на чувствительные волокна барабанной струны. В них генерируются потенциалы действия, в паттернах которых закодирована информация о свойствах вкусового агента, которая поступает в мозг.

По аналогии с рецепцией сладких веществ пытаются рассматривать трансдукцию других типичных вкусовых агентов. Однако ни для одного из них не обнаружен специфический молекулярный рецептор в мембране вкусовой клетки. Согласно теории гетерогенности хеморецепции (В.О. Самойлов, 1983), трансдукция химических стимулов,

Механизм трансдукции веществ, обладающих сладким вкусом

Рис. 6.55. Механизм трансдукции веществ, обладающих сладким вкусом: 1сладкий рецептор; 2 — аденилатциклаза; 3протеинкиназа А

вызывающих основные (типичные) вкусовые ощущения, осуществляется посредством различных (неоднородных) физико-химических процессов. Сладкие вещества рецептируются так, как утверждает адсорбционная теория вкуса (см. выше).

При исследовании рецепции поваренной соли было установлено, что если ее концентрации на поверхности вкусовых клеток достигают пороговой величины (10 ммоль • л-1), то происходит их деполяризация в соответствии с уравнением Гольдмана-Ходжкина-Катца за счет увеличения концентрационного градиента. При этом проницаемость плазмолеммы не изменяется (В.О. Самойлов, А.Н. Лотарев, 1986). Следует отметить, что передний фронт деполяризационного сдвига мембранного потенциала под действием NaCl довольно крутой - величина Vmax гораздо больше, чем в ответах на другие вкусовые агенты.

Достаточно выраженная крутизна переднего фронта рецепторного потенциала необходима для его надежного декрементного распространения по невозбудимой мембране вкусовой клетки. При малой величине Fmax электрический сигнал затухает настолько, что не может инициировать синаптическую передачу. По нашим данным, деполяризация вкусовой клетки при действии на нее адекватных концентраций кислых и горьких веществ, в отличие от NaCl, развивается слишком вяло, чтобы ее можно было считать рецепторным потенциалом, а в рецепции поваренной соли деполяризационный сдвиг мембранного потенциала может выполнять миссию рецепторного потенциала (в функциональном смысле этого термина). Его роль заключается в том, что деполяризация пресинаптической мембраны открывает в ней кальциевые каналы. Са2+ входит из интерстиция и обеспечивает пиноцитоз медиатора.

Кислоты в высоких концентрациях могут сдвигать мембранный потенциал вкусовой клетки по тому же механизму, что и NaCl. Однако при более высоком pH он не может обеспечить рецепцию кислых веществ. С давних пор было известно, что присутствие в ротовой полости слюны понижает порог реагирования вкусовых рецепторов на кислоту. Оказалось, что аналогичный эффект обусловливает раствор бикарбоната во рту. Эффект повышения вкусовой чувствительности к кислым агентам в присутствии слюны и раствора бикарбоната устраняется после аппликации на язык ингибиторов карбоан- гидразы - фермента, катализирующего реакцию гидратации С02. Гистохимическое изучение вкусовых клеток земноводных и млекопитающих выявило в них высокое содержание карбоангидразы.

Совокупность приведенных фактов привела к выводу, что кислые агенты, попав в ротовую полость, вступают в реакцию с бикарбонатами, входящими в состав слюны. Продуктом реакции является углекислый газ, который легко проникает через плазмолемму вкусовой клетки, где гидратируется. Благодаря карбоангидразе реакция образования Н2СОэ протекает в цитозоле вкусовой клетки менее чем за 10 мс. Синтезированная угольная кислота диссоциирует на Н+ и НСО~3. Ион водорода вмешивается в метаболизм рецепторной клетки, создавая эффект кратковременной гипоксии за счет избытка субстрата биологического окисления. Следствием является усиление клеточного дыхания, что было обнаружено посредством исследования собственной флуоресценции восстановленного никотинамидаде- ниндинуклеотида НАД • Н и окисленных флавопротеидов в рецепторном эпителии языка при действии на него кислот (В.О. Самойлов,

В.Н. Соловьев, 1978).

Инициация синаптической передачи с вкусовой клетки на чувствительное волокно при рецепции кислот может быть обеспечена не рецепторным потенциалом, который открывает каналы для поступления Са2+ из интерстиция, а выделением ионов кальция из внутриклеточных депо (эндоплазматической сети и митохондрий) за счет ослабления кальцийаккумулирующей способности внутриклеточных мембран. Именно такая реакция вкусовых клеток на кислые агенты была обнаружена при помощи исследования вторичной флуоресценции комплекса: Са21 - хлортетрациклин-биомембрана (В.О. Самойлов, Н.Г. Новикова, 1999).

Под действием горечей во вкусовых клетках происходят качественно такие же изменения клеточного дыхания и кальцийаккумулирующей способности внутриклеточных мембран, как и при рецепции кислых агентов. К таким выводам пришли в результате прижизненной флуориметрии вкусовых клеток (В.О. Самойлов, 1983). Вместе с тем механизм воздействия горечей на клеточное дыхание и метаболизм кальция оказался иной, нежели у кислот. Вещества, обладающие горьким вкусом, являются ингибиторами фосфо- диэстеразы - фермента, уменьшающего содержание в клетке цАМФ за счёт превращения его в нециклический АМФ. Ингибирование фосфодиэстеразы даёт такой же результат, как и активация аденилат- циклазы, - повышение содержания цАМФ.

В свою очередь, цАМФ активирует протеинкиназы, обеспечивающие перенос фосфатных групп на различные вещества, которые благодаря фосфорилированию приобретают высокую реакционную способность. В клетке резко усиливаются катаболические процессы, приводящие к повышению содержания субстратов биологического окисления. Клеточное дыхание кратковременно, но резко усиливается, что и обнаруживается в ходе прижизненной флуориметрии НАДИ и окисленных флавопротеидов в рецепторном эпителии языка. Повышение содержания Са2+ в пресинаптической области вкусовой клетки может обеспечиваться не деполяризацией мембраны за счет декрементного распространения рецепторного потенциала, а выходом ионов кальция из внутриклеточных депо благодаря ослаблению кальцийаккумулирующей способности мембран, что также удалось установить посредством флуориметрического анализа.

Относительные величины рецепторных потенциалов 10 вкусовых клеток лягушки в ответ на типичные вкусовые раздражители (по данным

Рис. 6.56. Относительные величины рецепторных потенциалов 10 вкусовых клеток лягушки в ответ на типичные вкусовые раздражители (по данным: Sato, 1969): А - хлорид натрия (500 ммоль), Б-уксусная кислота (16ммоль), В - сахароза (250 ммоль), Г-хинин (4 ммоль). По оси абсцисс - номера исследованных клеток; по оси ординат - сдвиги мембранных потенциалов вкусовых клеток (в%к исходному уровню мембранного потенциала)

Фосфодиэстераза содержится в цитозоле. Для воздействия на неё горечам необходимо проникать внутрь вкусовой клетки. Для подавляющего большинства горьких агентов это не является проблемой в силу их липофильности. Однако есть несколько гидрофильных горе- чей. Их рецепцию может обеспечивать небольшая мембранная фракция фосфодиэстеразы, обнаруженная во вкусовых клетках Р.А. Певзнер, сотрудницей лаборатории Я.А. Винникова. Наличие мембранной фракции фосфодиэстеразы является характерной особенностью вкусовых рецепторов.

Таким образом, рецепция качественно различных вкусовых агентов (соленых, кислых, горьких, сладких) осуществляется посредством разнообразных физико-химических процессов. Вместе с тем механизмы восприятия одних и тех же веществ разными хеморецепторами (вкусовыми, каротидными, медуллярными, тканевыми) одинаковы, за исключением рецепции веществ, обладающих сладким вкусом. Адсорбционный механизм присущ вкусовым клеткам и отсутствует в интерорецепторах. Они реагируют на глюкозу как осморецепторы.

По-видимому, разнообразные механизмы хеморецепции формируются в развивающейся вкусовой клетке не одновременно. Косвенным аргументом в пользу такого предположения служат данные об электрических реакциях вкусовых клеток на NaCl, кислоту, горечь и сахар (рис. 6.56). На поваренную соль реагируют все вкусовые клетки, на кислоту - 90%, на горький и сладкий агенты - 60-70%. Можно полагать, что весьма примитивным механизмом рецепции NaCl вкусовая клетка обладает, едва зародившись, тогда как активность карбоангидразы достигает необходимого уровня чуть позже, а система цАМФ и рецепторные белки и сопряженные с ними G-белки и вторичные мессенджеры нуждаются в еще большем времени для своего развития в течение тех 250 ± 50 часов, которые живёт вкусовая клетка.

Гетерогенность хеморецепторных механизмов присуща и обонятельной рецепции.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >