کشف انتقال شیمیایی سیناپسی؛ از قلب قورباغه تا نوبل

یاخته‌های عصبی (neuron) از طریق سیناپس (synapse)، یعنی شکاف بین نورون‌ها، با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. تا آغاز دهه‌ی ۱۹۵۰، برخی دانشمندان مانند هری گروندفست معتقد بودند سیگنال‌هایی که از این شکاف می‌گذرند، الکتریکی‌اند و جریان الکتریسیته‌ی تولیدشده توسط پتانسیل عمل (action potential) در نورون پیشاسیناپسی (presynaptic neuron) به نورون پساسیناپسی (postsynaptic neuron) منتقل می‌شود. اما شواهد از دهه‌ی ۱۹۲۰ نشان می‌داد که این سیگنال‌ها احتمالاً شیمیایی‌اند، به‌ویژه در دستگاه عصبی خودکار (autonomic nervous system) که فعالیت‌های غیرارادی مانند ضربان قلب را کنترل می‌کند.

این شواهد به نظریه‌ی شیمیایی انتقال سیناپسی انجامید و مباحثه‌ای را میان دانشمندان به راه انداخت که به شوخی «مناقشه‌ی جرقه‌ای‌ها در برابر سوپی‌ها» (soup versus spark) نامیده شد. جرقه‌ای‌ها انتقال سیناپسی را الکتریکی و سوپی‌ها آن را شیمیایی می‌دانستند. بنیان‌های نظریه‌ی شیمیایی بر پژوهش‌های هنری دیل و اتو لووی استوار بود. آنها در دهه‌ی ۱۹۲۰ و اوایل ۱۹۳۰ سیگنال‌هایی را بررسی کردند که دستگاه عصبی خودکار به قلب می‌فرستد. آنها کشف کردند که پتانسیل عمل در پایانه‌های آکسون (axon) یک نورون، ماده‌ی شیمیایی‌ای را در شکاف سیناپسی رها می‌کند. این ماده، که امروز ناقل عصبی (transmitter) نامیده می‌شود، به سمت یاخته‌ی هدف حرکت کرده و توسط گیرنده‌های خاصی در غشای آن جذب می‌شود.

لووی عصب واگ (vagus nerve) را که ضربان قلب را کند می‌کند و عصب شتاب‌دهنده (accelerator nerve) را که ضربان را تند می‌کند، بررسی کرد. او در آزمایشی روی قورباغه، عصب واگ را تحریک کرد و پتانسیل عمل‌هایی را برانگیخت که ضربان قلب را کند کردند. سپس مایعات پیرامون قلب قورباغه را جمع‌آوری و به قلب قورباغه‌ی دیگری تزریق کرد. در کمال شگفتی، ضربان قلب قورباغه‌ی دوم نیز کند شد، بدون اینکه پتانسیل عملی ایجاد شده باشد. این ماده‌ی شیمیایی، که توسط عصب واگ ترشح شده بود، علائم کندسازی ضربان را منتقل می‌کرد. لووی و دیل کشف کردند که این ماده استیل‌کولین (acetylcholine) است، که به‌عنوان ناقل عصبی، با جذب به گیرنده‌ی خاصی ضربان قلب را کند می‌کند. ماده‌ی ترشح‌شده توسط عصب شتاب‌دهنده، از خانواده‌ی آدرنالین بود. لووی و دیل در ۱۹۳۶ به‌دلیل ارائه‌ی مدارک اولیه برای انتقال شیمیایی در دستگاه عصبی خودکار، جایزه‌ی نوبل فیزیولوژی را دریافت کردند.

دیل و ویلیام فلدبرگ دریافتند که استیل‌کولین نه‌تنها در دستگاه عصبی خودکار ضربان قلب را کند می‌کند، بلکه توسط نورون‌های حرکتی در نخاع شوکی برای تحریک ماهیچه‌های اسکلتی رها می‌شود. این یافته، برنارد کاتز را بر آن داشت تا بررسی کند آیا استیل‌کولین توان سیناپسی (synaptic potential) را در ماهیچه‌های اسکلتی ایجاد می‌کند. کاتز اثبات کرد که استیل‌کولین رها‌شده توسط نورون حرکتی، همه‌ی مراحل توان سیناپسی را پدید می‌آورد و به‌سرعت از شکاف سیناپسی عبور کرده و جذب گیرنده‌های یاخته‌های ماهیچه‌ای می‌شود. گیرنده‌ی استیل‌کولین پروتئینی است با دو بخش: یک بخش پیونددهنده‌ی استیل‌کولین و یک کانال یونی (transmitter-gated channel). وقتی استیل‌کولین جذب می‌شود، کانال یونی گشوده شده و یون‌های سدیم و پتاسیم (sodium, potassium) هم‌زمان حرکت می‌کنند، پتانسیل غشایی حالت استراحت را از ۷۰ میلی‌ولت منفی به صفر تغییر می‌دهند و، اگر به‌اندازه‌ی کافی شدید باشد، پتانسیل عمل تولید می‌کند که انقباض ماهیچه را سبب می‌شود [تصویر ۶-۲].

کاتز نشان داد که کانال‌های یونی دریچه‌دار ناقل شیمیایی (transmitter-gated channels) با کانال‌های دریچه‌دار اختلاف سطح (voltage-gated channel) متفاوت‌اند، زیرا به ناقل شیمیایی خاصی واکنش نشان می‌دهند و به هر دو یون سدیم و پتاسیم اجازه‌ی عبور می‌دهند. این فرایند، پیام‌های شیمیایی نورون‌های حرکتی را به پیام‌های الکتریکی در ماهیچه‌ها تبدیل می‌کند، همان‌طور که دیل پیش‌بینی کرده بود، به‌صورت سریع و ناگهانی. بیماری‌هایی مانند میاستنیا گراویس (myasthenia gravis)، که در آن پادتن‌ها گیرنده‌های استیل‌کولین را نابود می‌کنند، فعالیت ماهیچه‌ای را تضعیف می‌کنند و نشان‌دهنده‌ی اهمیت این مکانیسم‌اند.


📓 در جست‌وجوی حافظه: پیدایش دانش نوین ذهن
✍ اریک کندل
®️ سلامت رنجبر

🆔 @Chekide_ha