МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Институт Биологии и Биомедицины
Направление Биология
Профиль Нейробиология
РЕФЕРАТ
Смешанные синапсы.
Типы нейроперадатчиков.
(02.02.2018 – 15.02.18)
Группа 371514 – 7
Студент: Лесконог Александра Валерьевна
Нижний Новгород
2018 г.
СМЕШАННЫЕ СИНАПСЫ
В некоторых межнейронных синапсах электрическая и химическая передача осуществляются параллельно благодаря тому, что щель между пpe- и постсинаптической мембранами имеет участки со структурой химического и электрического синапсов.
В смешанных синапсах: Пресинаптический потенциал действия создает ток, который деполяризует постсинаптическую мембрану типичного химического синапса, где пре- и постсинаптические мембраны не плотно прилегают друг к другу. Таким образом, в этих синапсах химическая передача служит необходимым усиливающим механизмом.
В процессе передачи сигнала в химическом синапсе можно выделить следующие этапы:
1. Потенциал действия поступает в пресинаптическое окончание.
2. После поступления ПД к пресинаптическому окончанию происходит деполяризация мембраны окончания, активируются потенциал-зависимые кальциевые каналы и в синаптическую терминаль входит Са+.
3. Повышение концентрации ионов Са+ активирует транспортную систему, что инициирует их экзоцитоз.
4. Содержимое везикул выделяется в синаптическую щель.
5. Молекулы медиатора, диффундируются в синаптической щели, связываются с рецепторами постсинаптической мембраны.
|
|
6. Рецепторы постсинаптической мембраны активируют ионные каналы.
7. В результате под действием медиатора происходит активация ионных каналов и переход по этим каналам ионов К+ и Nа+ по их градиентам концентрации. Движение ионов формирует постсинаптический потенциал, который по своим свойствам является локальным ответом.
8. Медиатор, находящийся в контакте с рецепторами постсинаптической мембраны и в синаптической щели, разрушается ферментами.
9. Продукты разрушения медиатора и не разрушенный медиатор всасываются преимущественно в пресинаптическое окончание, где осуществляется ресинтез медиатора и помещение его в везикулы.
На все эти процессы требуется определенное время, которое получило название синаптической задержки и составляет 0,2-0,5 мс. Синаптическая задержка пропорционально зависит от температуры.
Выделение молекул медиатора из пресинаптического окончания пропорционально количеству поступившего туда Са+ в степени n = 4. Следовательно, химическое звено пресинаптического окончания работает как усилитель электрических сигналов.
ХИМИЧЕСКИЕ МЕДИАТОРЫ
В ЦНС медиаторную функцию выполняет не одно, а большая группа разнородных химических веществ. Список вновь открываемых химических медиаторов постоянно пополняется.
Чаще всего химическими медиаторами являются вещества с небольшой относительной молекулярной массой. Однако и высокомолекулярные соединения, такие, как поли- пептиды, также способны выполнять роль химических передатчиков в ряде центральных и периферических синапсов.
|
|
Основным критерием медиаторной функции веществ является его наличие в соответствующих пресинаптических окончаниях, способность высвобождаться под влиянием нервного импульса, а также идентичность молекулярных и ионных механизмов действия на постсинаптическую мембрану вещества, высвобождаемого нервным импульсом и прикладываемого искусственно к постсинаптической мембране.
Выявлен ряд веществ, играющих роль медиаторов синаптического возбуждения и торможения в ЦНС млекопитающих и человека.
К ним относятся: ацетилхолин; катехоламины: адреналин, норадреналин, дофамин серотонин: 5-гидрокситриптамин; нейтральные аминокислот: глутаминовая, аспарагиновая кислоты; кислые аминокислоты: глицин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК); полипептиды: вещество Р, энкефалин, соматостатин и др.; другие вещества: АТФ, гистамин, простагландины.
Согласно принципу Дейла, каждый нейрон во всех своих синаптических окончаниях выделяет один и тот же медиатор. Поэтому принято, обозначать нейроны по типу медиатора, который выделяют их окончания. Нейроны, освобождающие ацетилхолин, называют холинергическими, серотонин — серотонинергическими и т. д. Этот же принцип может быть использован для обозначения различных химических синапсов. Иными словами различают холинергические, серотонинергические и другие синапсы.
Ацетилхолин. Ацетилхолин является уксуснокислым эфиром холина, т. е. относится к простым эфирам. Он образуется при ацетилировании холина, причем этот процесс происходит при участии фермента ацетилхолинтрансферазы. Особенностью, ацетилхолина как медиатора является быстрое его разрушение после высвобождения из пресинаптических окончаний с помощью фермента -ацетилхолинэстеразы.
|
|
Ацетилхолин выполняет функцию возбуждающего медиатора, в синапсах, образуемых возвратными коллатералями аксонов двигательных нейронов спинного мозга на вставочных клетках Реншоу, которые в свою очередь с помощью другого медиатора оказывают тормозящее воздействие на мотонейроны. Этот пример является хорошей иллюстрацией принципа Дейла, так как известно, что периферические окончания моторных аксонов активируют волокна скелетной мускулатуры с помощьк ацетилхолина. Возвратные коллатерали тех же аксонов в пределах ЦНС выделяют тот же медиатор.
Холинергическими являются и нейроны спинного мозга, иннервирующие хромаффинные клетки(основной клеточный элемент мозговой части надпочечников и параганглиев, расположенных по ходу крупных артериальных стволов), а также преганглионарные нейроны, иннервирующие нервные клетки интрамуральных и экстрамуральных ганглиев. Полагают, что холинергические нейроны имеются в составе ретикулярной формации среднего мозга, мозжечка, базальных ганглиях и коре.
Ацетилхолин в коре большого мозга может вызвать и возбуждение и торможение, в синапсах сердца – торможение, в синапсах гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта – возбуждение.
Катехоламины. Три родственных в химическом отношении вещества: дофамин, норадреналин и адреналин — являются производными тирозина и выполняют медиаторную функцию не только в периферических, но и в центральных синапсах.
Дофаминергические нейроны находятся у млекопитающих главным образом в пределах среднего мозга, образуя так называемую нигростриальную систему. Особенно важную роль дофамин играет в полосатом теле, где обнаруживаются особенно большие количества этого медиатора. Кроме того, дофаминергические нейроны имеются в гипоталамусе.
Норадренергические нейроны содержатся также в составе среднего мозга, моста мозга и продолговатого мозга. Аксоны норадренергических нейронов образуют восходящие пути, направляющиеся в гипоталамус, таламус, лимбические отделы коры и в мозжечок. Нисходящие волокна норадренергических нейронов иннервируют нервные клетки спинного мозга. Норадреналин является тормозным медиатором клеток Пуркинье мозжечка и возбуждающим – в гипоталамусе, ядрах эпиталамуса.
Катехоламины оказывают как возбуждающее, так и тормозящее действие на нейроны ЦНС.
Катехоламины стимулируют сердечную деятельность, но тормозят сокращения желудка и кишечника, т.е являются антагонистами ацетилхолина.
Серотонин. Подобно катехоламинам, серотонин относится к группе, моноаминов, синтезируется из аминокислоты триптофана. У млекопитающих серотонинергические нейроны локализуются главным образом в стволе мозга. Они входят в состав дорсального,медиального ядер шва продолговатого мозга, моста и среднего мозга. Серотонинергические нейроны распространяют влияния на новую кору, гиппокамп, бледный шар, миндалину, подбугровую область, стволовые структуры, кору мозжечка, спинной мозг.
Серотонин играет важную роль в нисходящем контроле активности спинного мозга и в гипоталамическом контроле температуры тела. Нарушения серотонинового обмена, возникающие при действии ряда фармакологических препаратов, могут вызывать галлюцинации. Нарушения функции серотонинергических синапсов наблюдаются при шизофрении и других психических расстройствах. Серотонин может вызывать возбуждающее и тормозящее действие в зависимости от свойств рецепторов постсинап- тической мембраны.
Нейтральные аминокислоты. Две основные дикарбоксильные кислоты L-глутамат и L-аспартат находятся в большом количестве в ЦНС и могут выполнять функцию медиаторов. L-глутаминовая кислота представляет собой дикарбоновую аминокислоту, входящую в состав многих белков и пептидов. Она плохо проходит через гематоэнцефалический барьер и поэтому не поступает в мозг из крови, образуясь в самой нервной ткани (главным образом из глюкозы). В ЦНС млекопитающих глутамат обнаруживается в высоких концентрациях. По-видимому, он является одним из самых распространенных медиаторов в центральных синапсах позвоночных животных. Полагают, что его функция связана главным образом с синаптической передачей возбуждения.
Глутамат исчезает из синаптической щели вследствие захвата его нервными и глиальными клетками и пресинаптическими окончаниями. Глутамат принимает участие в важных метаболических процессах и входит в цикл синтеза 7-аминомасляной кислоты. Сходное с ним действие оказывает на центральные нейроны аспартат.
Кислые аминокислоты. К этой группе аминокислот относятся ГАМК и глицин.
ГАМК представляет собой продукт декарбоксилирования L-глутаминовой кислоты. Эта реакция катализируется декарбоксилазой глутаминовой кислоты. Отмечено значительное совпадение локализации этого фермента и ГАМК в пределах ЦНС. Другой фермент нервной ткани — трансаминаза — катализирует перенос аминогруппы ГАМК на а-кетоглутаровую кислоту, в результате чего последняя превращается в семиальдегид янтарной кислоты.
ГАМК содержится в нейронах спинного и головного мозга. Она оказывает тормозной эффект, вследствие чего ГАМК рассматривают как наиболее распространенный медиатор синаптическото торможения. Так, тормозное действие ГАМК было продемонстрировано на клетках коры больших полушарий, нейронах ствола мозга, двигательных нейронах спинного мозг; ГАМК выполняет функцию медиатора при осуществлении как постсинаптйческого, так и пресинаптического торможения.
Медиаторная функция глицина ограничивается главным образом спинным мозгом, где это вещество выполняет роль медиатора постсинаптического торможения.
Так же как нейтральные аминокислоты, ГАМК и глицин после своего освобождения пресинаптическими окончаниями удаляются из синаптической щели путем захвата нервными и глиальными клетками.
Полипептиды. В последние годы показано, что в синапсах ЦНС медиаторную функцию могут выполнять некоторые полипептиды. К таким полипептидам относятся ве щество Р, гипоталамические нейрогормоны, энкефалин и др.
Под названием «вещество Р» подразумевается группа агентов, впервые экстрагированных из кишечника. Эти полипептиды обнаруживаются во многих частях ЦНС.Oco6eнно высока их концентрация в области черного вещества. Наличие вещества Р в задних корешках спинного мозга позволяет предполагать, что оно может служить медиатором в синапсах, образуемых центральными окончаниями аксонов некоторых пёрвичных афферентных нейронов. Действительно, вещество Р оказывает возбуждающее действие на определенные нейроны спинного мозга.
Энкефалины и эндорфины – медиаторы нейронов, блокирующих болевую импульсацию. Они реализуют свое влияние посредством опиатных рецепторов, которые особенно плотно располагаются на клетках лимбической системы, черной субстанции, ядрах промежуточного мозга и голубого пятна спинного мозга. Энкефалины и эндорфины дают антиболевые реакции, повышение устойчивости к стрессу и сон.
Ангиотензин участвует в передаче информации о потребности организма в воде, повышает артериальное давление, тормозит синтез катехоламинов, стимулирует секрецию гормонов, информирует ЦНС об осмотическом давлении крови.
Люлиберин участвует в передаче информации о потребности организма в половой активности Олигопептиды – медиаторы настроения, полового поведения, передачи ноцицептивного возбуждения от периферии в ЦНС, формирования болевых ощущений
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ РЕЦЕПТОРЫМЕМБРАНЫ
Для химической передачи в синапсах необходимо существование особых мембранных рецепторов, с которыми реагируют химические медиаторы. Результатом этого взаимодействия является специфическое изменение свойств постсинаптической мембраны, приводящее к возбуждению или торможению постсинаптической клетки.
Роль мембранных рецепторов играют белковые молекулы, обладающие способностью «узнавать» специфические для них вещества и вступать с ними в реакцию. Белковые молекулы подвергаются конформационным изменениям, вследствие чего происходит активация специальных ионных каналов мембраны (ионофоров). В результате этого процесса изменяется ионная проницаемость мембраны, что в свою очередь изменяет мембранную проводимость и приводит к уменьшению или увеличению трансмембранной разности потенциалов—деполяризации или гиперполяризации.
В настоящее время стало очевидным, что рецепторы мембраны довольно быстро обновляются. Они синтезируются в эндоплазматичееком ретикулуме, откуда они поступают в аппарат Гольджи, и оттуда переносятся к поверхности нервной клетки и включаются в ее мембрану. Весь процесс занимает несколько часов.