Шпаргалка по «Физиология Центральной Нервной Системы»

18. Медиаторы,  их виды и роль в синаптической  передачи 

   Ранее предполагали, что один нейрон может  продуцировать только один тип медиатора, и, соответственно, в синаптической передачи участвует только какой-либо один конкретный медиатор (правило Дейла). Однако, сейчас считается, что в одном синапсе могут сосуществовать несколько групп медиаторов, а не один, как это предполагали раньше. Например, в одном синаптическом окончании одновременно могут находиться синаптические пузырьки, содержащие ацетилхолин и норадреналин, которые довольно легко идентифицируются на электронных фотографиях (ацетилхолин содержится в прозрачных пузырьках диаметром около 50 нм, а норадреналин - в электронно-плотных диаметром до 200 нм). Кроме классических медиаторов, в синаптическом окончании могут находиться один или несколько ней-ропептидов. Количество веществ, содержащихся в синапсе, может доходить до 5-6 (своеобразный коктейль). Более того, медиаторная специфичность синапса может меняться в онтогенезе. Долгое время за образец принимали синаптическую передачу по анатомическому адресу (принцип «точка - в точку»). Открытия последних десятилетий, особенно медиаторной функции нейропептидов, показали, что в нервной системе возможен принцип передачи и по химическому адресу (медиатор может воздействовать и на подходящие рецепторы за пределами данного синапса).

    В настоящее  время при классификации медиаторных  веществ принято выделять:

   -   первичные медиаторы (действуют самостоятельно и непосредственно на рецепторы ионотропных каналов постсинаптической мембраны)

    - сопутствующие медиаторы и медиаторы-модуляторы (запускают каскад ферментативных реакций, которые, например, фосфорилируют рецептор для первичного медиатора)

   -  аллостерические медиаторы (участвую в кооперативных процессах взаимодействия рецептора и медиатора)

   Вторичные медиаторы связываются с метаботропными рецепторами. Их эффект отставлен по времени и более продолжителен. 

   По химическому составу медиаторы делят на: кислотные, пептидные, биогенные амины.

   Биогенные амины. Известны две группы биогенных аминов: катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин) и индоламин (серотонин).

   Норадреналин. Основным источником норадренергических аксонов являются нейроны голубого пятна и прилежащих участков среднего мозга. Норадреналин является мощным активатором.

   Дофамин. Известны 3 главные дофаминовые цепи: 1. гипоталамо-гипофизарная система (нейоны гипофиза отсылают короткий аксон в гипоталамус). 2. черная субстанция. Имеет значение в регуляции движений. Дефицит дофамина в этой системе приводит к болезни Паркинсона. 3. Тела нейронов лежат в среднем мозге рядом с черной субстанцией. Они проецируют аксоны в вышележащие структуры мозга.

   Серотонин. Серотонинергические нейроны обнаруживаются в составе дорсального и медиального ядер шва продолговатого мозга. Эта система регулирует циклы сна и бодрствования у человека. Самая высокая концентрация серотонина обнаружена в эпифизе. Серотонин в эпифизе в темноте превращается в мелатонин, который участвует в пигментации кожи, а также влияет у многих животных на активность женских гонад. Содержание как серотонина, так и мелатонина в эпифизе контролируется циклом свет - темнота через нервную симпатическую систему. Люди с недостатком серотонина часто подвержены депрессиям.

   Ацетилхолин. Продуцируется в базальных ядрах и лимбической системе. Он чрезвычайно широко распространен в нервной периферической системе. Примером могут служить мотонейроны спинного мозга и нейроны ядер черепных нервов.  По данным последних лет складывается впечатление, что ацетилхолиновая система играет большую роль в процессах, связанных с высшими интегративными функциями, которые требуют участия памяти. При нарушенном обмене ацетилхолина развивается болезнь Альцгеймера.

   Аминокислоты.

   ГАМК. Самый распространённый тормозной медиатор в ЦНС (в основном, в головном мозге). Известно два типа ГАМК-рецепторов на постсинаптической мембране: ГАМКА (открывает каналы для ионов хлора), ионотропный рецептор,  и ГАМКБ (открывает в зависимости от типа клетки каналы для. К+ или Са++), метаботропный рецептор. ГАМК обнаруживается в ряде нейронов мозжечка (в клетках Пуркинье, клетках Гольджи, корзинчатых клетках), гиппокампа (в корзинчатых клетках), в обонятельной луковице и черной субстанции.

   Глицин. Глицинергические нейроны находятся главным образом в спинном и продолговатом мозге. Считают, что эти клетки выполняют роль тормозных интернейронов. Больше распространён на периферии НС. 

   По  оказываемому эффекту медиаторы делятся на активирующие и тормозные. К самым распространенным тормозным медиаторам относятся глицин и ГАМК. Однако исследования последних десятилетий показали, что, например, ГАМК может также выполнять и активирующую функцию. Эффект, который окажет медиатор, во многом зависит от строения молекулы медиатора, однако решающую роль играет рецептор, с которым медиатор связывается на постсинаптической мембране. Так, в ГАМК преобладают участки, связывающиеся с тормозными рецепторами, однако существуют и участки, связывающиеся с активирующими рецепторами, хотя их значительно меньше. Молекула рецептора уже запускает либо возбуждающую, либо тормозящую цепочку посредников (каскад реакций). 

19. Рецепторы  клеточной мембраны и их роль  в электрогенезе клетки 

   Основное деление каналов:

   А. ионотропные – пропускают ионы сразу  после присоединения медиатора  к рецептору

   Б. метаботропные – не пропускают ионы сразу. Открытие каналов происходит только после связи медиатора  с рецептором и каскада реакций  через посредников.

   В этих каналах различают, соответственно, ионотропные и метаботропные рецепторы.

   Рецепторы устроены уникально и связывают  только один тип молекул. В некоторых  описаниях указывается, что они  подходят, как «ключ к замку» (ключ подходит только к своему замку).

   Рецептор  состоит из двух частей. Одну можно  назвать «узнающим центром», другую - «ионным каналом». При связывании медиатора с ионотропным каналом, он сразу открывается, минуя цепочку посредников. В метаботропных каналах медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который влияет на активность ионного канала.

   Через мембрану начинает протекать ионный ток, который вызывает изменение потенциала на мембране. Этот потенциал получил название постсинаптического потенциала. Очень важным свойством описанных ионных каналов является то, что количество открытых каналов определяется количеством связанных молекул медиатора, а не потенциалом на мембране, как в случае с электровозбудимой мембраной нервного волокна, амплитуда потенциала пропорциональна количеству молекул медиатора, связанного рецепторами.

   На  мембране одного нейрона могут одновременно находиться два вида синапсов: тормозные и возбудительные. Все определяется устройством ионного канала мембраны. Мембрана возбудительных синапсов пропускает как ионы натрия, так и ионы калия. В этом случае мембрана нейрона деполяризуется. Мембрана тормозных синапсов пропускает только ионы хлора и гиперполяризуется. Очевидно, что если нейрон заторможен, потенциал мембраны увеличивается (гиперполяризация). Таким образом, нейрон благодаря воздействию через соответствующие синапсы может возбудиться или прекратить возбуждение, затормозиться. Возникновение ВПСП или ТПСП зависит от типа открытых ионных каналов: мембрана деполяризуется, если открыты каналы для натрия и калия, и гиперполяризуется, если открыты хлорные каналы. 

20. Механизм  синаптической передачи 

   Нервный импульс (возбуждение) с огромной скоростью продвигается по волокну и подходит к пресинаптической мембране. Этот потенциал действия вызывает деполяризацию мембраны, что вызывает открытие кальциевых ионных каналов, пропускающих кальций внутрь клетки. Попадая в цитоплазму синаптического окончания, кальций входит в связь с белками, образующими оболочку пузырьков, в которых хранится медиатор. Везикулы встраиваются в пресинаптическую мембрану. В конечном итоге мембраны синаптических пузырьков сжимаются, выталкивая свое содержимое в синаптическую щель (это процесс экзоцитоза). Этот процесс очень напоминает сокращение мышечного волокна в мышце, во всяком случае, эти два процесса имеют одинаковый механизм на молекулярном уровне. Возбуждение (электрический потенциал действия) нейрона в синапсе превращается из электрического импульса в импульс химический.

   Далеко  не все выплеснутые в щель медиаторы  достигают постсинаптической мембраны. В синаптической щели происходит:

1. вымывание части медиатора
2. захват молекул медиатора клетками глии
3. обратный захват медиатора пресинаптической мембраной (эндоцитоз)
4. расщипление молекул медиатора ферментами

   Молекулы  медиатора, дошедшие до пресинаптической мембраны, связываются с специальными белковыми молекулами, которые находятся  на мембране другого нейрона. Эти молекулы называются рецепторами. Рецепторы устроены уникально и связывают только один тип молекул. В некоторых описаниях указывается, что они подходят, как «ключ к замку» (ключ подходит только к своему замку).

   Рецептор  состоит из двух частей. Одну можно назвать «узнающим центром», другую - «ионным каналом». Медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который влияет на активность ионного канала.

   Активность  G-белка. При метаботропном управлении рецепторы не связаны с каналом напрямую и поэтому присоединение медиатора и открытие канала разделены несколькими промежуточными этапами, в которых участвуют вторичные посредники. Первичным посредником является сам медиатор, который при метаботропном управлении присоединяется к рецептору, действующему на несколько молекул G-белка, который представляет собой длинную извитую аминокислотную цепь, пронизывающую клеточную мембрану семью своими петлями. Известно около дюжины разновидностей G-белков. Присоединение нейротрансмиттера к рецептору вызывает сразу в нескольких связанных с ним молекулах G-белка, превращение бедного энергией предшественника — гуанозиндифосфата (ГДФ) в ГТФ. Такого рода преобразования, обусловленные присоединением остатка фосфорной кислоты, называются фосфорилированием. Вновь образующаяся связь богата энергией, поэтому молекулы G-белка, в которых произошло превращение ГДФ в ГТФ, становятся активированными. Активация белковых молекул может проявляться в изменении их конформации, а у ферментов она обнаруживается в повышении сродства к субстрату, на который действует фермент.

   Приобретённая активность у G-белков направлена на стимуляцию или подавление активности (в зависимости от типа G-белка) некоторых ферментов (аденилатциклазы, гуанилатциклазы и др.), которые в случае активации вызывают образование вторичных посредников. Конкретный ход дальнейших событий зависит от типа преобразующего сигнал белка. В случае прямого управления ионными каналами активированная молекула G-белка перемещается по внутренней поверхности мембраны к ближайшему ионному каналу и присоединяется к нему, что приводит к открытию этого канала. При непрямом управлении активированный G-белок использует одну из систем вторичных посредников, которые либо управляют ионными каналами, либо изменяют характер метаболизма — обменных процессов в клетке, либо вызывают экспрессию определённых генов, за которой следует синтез новых белков, что, в конечном счёте, тоже приводит к изменению характера обменных процессов.

   Из  вторичных посредников лучше  всего изучен циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), образование которого осуществляется в несколько этапов. Активированный G-белок действует на интегральный белок клеточной мембраны — аденилатциклазу, которая является ферментом. Активированная аденилатциклаза вызывает превращение молекул аденозинтрифосфата (АТФ) в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Молекулы цАМФ могут свободно диффундировать в цитоплазме, становясь, таким образом, переносчиками полученного сигнала внутри клетки. Там они находят ферменты протеинкиназхы и активируют их. Происходит перенос фосфоата на молекулы ионного канала. Таким образом модулируется его акивность.

   Через мембрану начинает протекать ионный ток, который вызывает изменение потенциала на мембране. Этот потенциал получил название постсинаптического потенциала. Очень важным свойством описанных ионных каналов является то, что количество открытых каналов определяется количеством связанных молекул медиатора, а не потенциалом на мембране, как в случае с электровозбудимой мембраной нервного волокна, амплитуда потенциала пропорциональна количеству молекул медиатора, связанного рецепторами.

   На  мембране одного нейрона могут одновременно находиться два вида синапсов: тормозные и возбудительные. Все определяется устройством ионного канала мембраны. Мембрана возбудительных синапсов пропускает как ионы натрия, так и ионы калия. В этом случае мембрана нейрона деполяризуется. Мембрана тормозных синапсов пропускает только ионы хлора и гиперполяризуется. Очевидно, что если нейрон заторможен, потенциал мембраны увеличивается (гиперполяризация). Таким образом, нейрон благодаря воздействию через соответствующие синапсы может возбудиться или прекратить возбуждение, затормозиться. Возникновение ВПСП или ТПСП зависит от типа открытых ионных каналов: мембрана деполяризуется, если открыты каналы для натрия и калия, и гиперполяризуется, если открыты хлорные каналы.