Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Оглавление

Введение

1. Понятие синапса

2. Строение синапса

3. Химические медиаторы

4. Модуляция синаптической нейротрансмиссии

5. Норадреналин

6. Ацетилхолин

7. ГАМК

8. Глицин

9. Электрический синапс

Приложения

Основные даты истории изучения синапсов

Схемы и рисунки

Список использованной литературы

Введение

межнейронный синапс медиатор нейротрансмиссия

Наше тело - один большой часовой механизм. Он состоит из огромнейшего количества мельчайших частиц, которые расположены в строгом порядке и каждая из них выполняет определённые функции, и имеет свои неповторимые свойства. Этот механизм - тело, состоит из клеток, соединяющих их тканей и систем: все это в целом представляет собой единую цепочку, сверхсистему организма. Величайшее множество клеточных элементов не могли бы работать как единое целое, если бы в организме не существовал утонченный механизм регуляции. Особую роль в регуляции играет нервная система. Вся сложная работа нервной системы - регулирование работы внутренних органов, управление движениями, будь то простые и неосознаваемые движения (например, дыхание) или сложные, движения рук человека - все это, в сущности, основано на взаимодействии клеток между собой. Все это, в сущности, основано на передаче сигнала от одной клетке к другой. Причем, каждая клетка выполняет свою работу, а иногда имеет несколько функций. Разнообразие функций обеспечивается двумя факторами: тем, как клетки соединены между собой, и тем, как устроены эти соединения.

Простейшая реакция нервной системы на внешний раздражитель - это рефлекс. Прежде всего, рассмотрим строение и физиологию структурной элементарной единицы нервной ткани животных и человека - нейрона.

Функциональные и основные свойства нейрона определяются его способностью к возбуждению и самовозбуждению. Передача возбуждения осуществляется по отросткам нейрона - аксонам и дендритам.

Аксоны - более длинные и широкие отростки. Они обладают рядом специфических свойств: изолированным проведением возбуждения и двусторонней проводимостью.

Нервные клетки способны не только воспринимать и перерабатывать внешнее возбуждение, но и самопроизвольно выдавать импульсы, не вызванные внешним раздражением (самовозбуждение). В ответ на раздражение, нейрон отвечает импульсом активности - потенциалом действия, частота генерации которых колеблется от 50-60 импульсов в секунду (для мотонейронов), до 600-800 импульсов в секунду (для вставочных нейронов головного мозга). Аксон заканчивается множеством тоненьких веточек, которые называются терминалями. С терминалей импульс переходит на другие клетки, непосредственно на их тела или чаще на их отростки дендриты. Количество терминалей у аксона, может достигать до одной тысячи, которые оканчиваются в разных клетках. С другой стороны, типичный нейрон позвоночного имеет от 1000 до 10000 терминалей от других клеток.

Дендриты - более короткие и многочисленные отростки нейронов. Они воспринимают возбуждение от соседних нейронов и проводят его к телу клетки.

Различают мякотные и безмякотные нервные клетки и волокна.

Мякотные волокна - входят в состав чувствительных и двигательных нервов скелетной мускулатуры и органов чувств Они покрыты липидной миелиновой оболочкой. Мякотные волокна более «быстродействующие»: в таких волокнах диаметром 1-3,5 микромиллиметра, возбуждение распространяется со скоростью 3-18 м/с. Это объясняется тем, что проведение импульсов по миелинизированному нерву происходит скачкообразно. При этом потенциал действия «перескакивает» через участок нерва, покрытый миелином и в месте перехвата Ранвье (оголенный участок нерва), переходит на оболочку осевого цилиндра нервного волокна. Миелиновая оболочка является хорошим изолятором и исключает передачу возбуждения на соединение, параллельно идущие нервные волокна.

Безмякотные волокна - составляют основную часть симпатических нервов. Они не имеют миелиновой оболочки и отделены друг от друга клетками нейроглии.

В безмякотных волокнах роль изоляторов выполняют клетки нейроглии (нервной опорной ткани). Швановские клетки - одна из разновидностей глиальных клеток. Помимо внутренних нейронов, воспринимающих и преобразующих импульсы, поступающие от других нейронов, существуют нейроны, воспринимающие воздействия непосредственно из окружающей среды - это рецепторы, а так же нейроны, непосредственно воздействующие на исполнительные органы - эффекторы, например, на мышцы или железы. Если нейрон воздействует на мышцу, его называют моторным нейроном или мотонейроном. Среди нейрорецепторов различают 5 типов клеток, в зависимости от вида возбудителя:

- фоторецепторы, которые возбуждаются под воздействием света и обеспечивают работу органов зрения,

- механорецепторы, те рецепторы, которые реагируют на механические воздействия. Они располагаются в органах слуха, равновесия. Осязательные клетки также являются механорецепторами. Некоторые механорецепторы располагаются в мышцах и измеряют степень их растяжения.

- хеморецепторы - избирательно реагируют на присутствие или изменение концентрации различных химических веществ, на них основана работа органов обоняния и вкуса,

- терморецепторы, реагируют на изменение температуры либо на ее уровень

- холодовые и тепловые рецепторы,

- электрорецепторы реагируют на токовые импульсы, и имеются у некоторых рыб, амфибий и млекопитающих, например, у утконоса.

Исходя из выше сказанного, хотелось бы отметить, что долгое время среди биологов, изучавших нервную систему, существовало мнение, что нервные клетки образуют длинные сложные сети, непрерывно переходящие одна в другую.

Однако в 1875 году, итальянский ученый, профессор гистологии университета в Павии, придумал новый способ окраски клеток - серебрение.

При серебрении одной из тысяч лежащих рядом клеток окрашивается только она - единственная, но зато полностью, со всеми своими отростками. Метод Гольджи сильно помог изучению строения нервных клеток. Его использование показало, что, не смотря на то, что клетки в головном мозгу расположены чрезвычайно близко друг к другу, и их отростки перепутаны, все же каждая клетка четко отделяется. То есть мозг, как и другие ткани, состоит из отдельных, не объединенных в общую сеть клеток. Этот вывод был сделан испанским гистологом С. Рамон-и-Кахалем, который тем самым распространил клеточную теорию на нервную систему. Отказ от представления об объединенной сети, означал, что в нервной системе импульс переходит с клетки на клетку не через прямой электрический контакт, а через разрыв. Когда в биологии стал использоваться электронный микроскоп, который был изобретен в 1931 году М. Кноллем и Э. Руска, эти представления о наличии разрыва получили прямое подтверждение.

Каждый многоклеточный организм, каждая ткань, состоящая из клеток, нуждается в механизмах, обеспечивающих межклеточные взаимодействия. Рассмотрим, как осуществляются межнейронные взаимодействия. По нервной клетке информация распространяется в виде потенциалов действия. Передача возбуждения с аксонных терминалей на иннервируемый орган или другую нервную клетку происходит через межклеточные структурные образования - синапсы.

1. Понятие синапса

Симнапс^[1] (греч. ???????, от ????????? -- обнимать, обхватывать, пожимать руку) -- место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться.

Термин был введён в 1897 г. английским физиологом Чарльзом Шеррингтоном.

Классификации синапсов

В зависимости от механизма передачи нервного импульса различают

· химические;

· электрические -- клетки соединяются высокопроницаемыми контактами с помощью особых коннексонов (каждый коннексон состоит из шести белковых субъединиц). Расстояние между мембранами клетки в электрическом синапсе -- 3,5 нм (обычное межклеточное -- 20 нм)

Так как сопротивление внеклеточной жидкости мало (в данном случае), импульсы проходят не задерживаясь через синапс. Электрические синапсы обычно бывают возбуждающими.

Для нервной системы млекопитающих электрические синапсы менее характерны, чем химические

· смешанные синапсы: 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.

Наиболее распространены химические синапсы.

Химические синапсы можно классифицировать по их местоположению и принадлежности соответствующим структурам:

· периферические

· нервно-мышечные

· нейросекреторные (аксо-вазальные)

· рецепторно-нейрональные

· центральные

· аксо-дендритические -- с дендритами, в т. ч.

· аксо-шипиковые -- с дендритными шипиками, выростами на дендритах;

· аксо-соматические -- с телами нейронов;

· аксо-аксональные -- между аксонами;

· дендро-дендритические -- между дендритами;

В зависимости от медиатора синапсы разделяются на

· аминергические, содержащие биогенные амины (например, серотонин, дофамин;)

· в том числе адренергические, содержащие адреналин или норадреналин;

· холинергические, содержащие ацетилхолин;

· пуринергические, содержащие пурины;

· пептидергические, содержащие пептиды.

При этом в синапсе не всегда вырабатывается только один медиатор. Обычно основной медиатор выбрасывается вместе с другим, играющим роль модулятора.

По знаку действия:

· возбуждающие

· тормозные.

Если первые способствуют возникновению возбуждения в постсинаптической клетке (в них в результате поступления импульса происходит деполяризация мембраны, которая может вызвать потенциал действия при определённых условиях.), то вторые, напротив, прекращают или предотвращают его появление, препятствуют дальнейшему распространению импульса. Обычно тормозными являются глицинергические (медиатор -- глицин) и ГАМК-ергические синапсы (медиатор -- гамма-аминомасляная кислота).

Тормозные синапсы бывают двух видов: 1) синапс, в пресинаптических окончаниях которого выделяется медиатор, гиперполяризующий постсинаптическую мембрану и вызывающий возникновение тормозного постсинаптического потенциала; 2) аксо-аксональный синапс, обеспечивающий пресинаптическое торможение. Синапс холинергический (s. cholinergica) -- синапс, медиатором в котором является ацетилхолин.

В некоторых синапсах присутствует постсинаптическое уплотнение -- электронно-плотная зона, состоящая из белков. По её наличию или отсутствию выделяют синапсы асимметричные и симметричные. Известно, что все глутаматергические синапсы асимметричны, а ГАМК-ергические -- симметричны.

В случаях, когда с постсинаптической мембраной контактирует несколько синаптических расширений, образуются множественные синапсы.

К специальным формам синапсов относятся шипиковые аппараты, в которых с синаптическим расширением контактируют короткие одиночные или множественные выпячивания постсинаптической мембраны дендрита. Шипиковые аппараты значительно увеличивают количество синаптических контактов на нейроне и, следовательно, количество перерабатываемой информации. «Нешипиковые» синапсы называются «сидячими».

Различные синаптические контакты отличаются друг от друга. Однако при всем многообразии синапсов существуют определенные общие свойства их структуры и функции. Поэтому сначала опишем общие принципы их функционирования.

2. Строение синапса

Синапс - представляет собой сложное структурное образование, состоящее из пресинаптической мембраны (чаще всего это концевое разветвление аксона), постсинаптической мембраны (чаще всего это участок мембраны тела или дендрита другого нейрона), а так же синаптической щели.

Механизм передачи через синапс долгое время оставался невыясненным, хотя было очевидно, что передача сигналов в синаптической области резко отличается от процесса проведения потенциала действия по аксону. Однако в начале XX века была сформулирована гипотеза, что синаптическая передача осуществляется или электрическим или химическим путем. Электрическая теория синаптической передачи в ЦНС пользовалась признанием до начала 50-х годов, однако она значительно сдала свои позиции после того, как химический синапс был продемонстрирован в ряде периферических синапсов. Так, например, А.В. Кибяков, проведя опыт на нервном ганглии, а также использование микроэлектродной техники для внутриклеточной регистрации синаптических потенциалов нейронов ЦНС позволили сделать вывод о химической природе передачи в межнейрональных синапсах спинного мозга.

Микроэлектродные исследования последних лет показали, что в определенных межнейронных синапсах существует электрический механизм передачи. В настоящее время стало очевидным, что есть синапсы, как с химическим механизмом передачи, так и с электрическим. Более того, в некоторых синаптических структурах вместе функционируют и электрический и химический механизмы передачи - это так называемые смешанные синапсы.

Если электрические синапсы характерны для нервной системы более примитивных животных (нервная диффузионная система кишечнополостных, некоторые синапсы рака и кольчатых червей, синапсы нервной системы рыб), хотя они и обнаружены в мозге млекопитающих. Во всех перечисленных выше случаях импульсы передаются посредством деполяризующего действия электрического тока, который генерируется в пресинаптическом элементе.

Хотелось бы также отметить, что в случае электрических синапсов возможна передача импульсов как в одном, так и в двух направлениях. Также у низших животных контакт между пресинаптическим и постсинаптическим элементом осуществляется посредством всего одного синапса - моносинаптическая форма связи, однако в процессе филогенеза осуществляется переход к полисинаптической форме связи, то есть, когда указанный выше контакт осуществляется посредством большего числа синапсов.

Наиболее сложно устроено нервно-мышечное соединение, называемое двигательной концевой пластинкой, в котором окончание аксона образует множественные синаптические контакты со специализированной мышечной мембраной. Отдельные нейроны могут иметь множество синаптических контактов с другими клетками. По способу передачи возбуждения с пресинаптической на постсинаптическую мембрану выделяют химические и электрические (так называемые эфапсы) синапсы. В синапсах с химической передачей возбуждения между пре- и постсинаптической мембранами имеется синаптическая щель, куда выделяется химическое вещество-передатчик -- медиатор. В эфапсе пре- и постсинаптические мембраны плотно соприкасаются и возбуждение передается посредством электрического тока.

Передача информации в химических синапсах осуществляется через синаптическую щель - область внеклеточного пространства шириной 10-50 нм, разделяющую мембраны пре- и постсинаптических клеток. В пресинаптическом окончании содержатся синаптические везикулы - мембранные пузырьки диаметром около 50 нм, в каждом из которых заключено 1х104 - 5х104 молекул медиатора (от латинского «Media» - середина, посредник, передатчик). Общее количество таких пузырьков в пресинаптических окончаниях составляет несколько тысяч. Цитоплазма синаптической бляшки содержит митохондрии, гладкий эндоплазматический ретикулум, микрофиламенты.

Синаптическая щель заполнена мукополисахаридом, "склеивающим" пре- и постсинаптическую мембраны.

Постсинаптическая мембрана содержит крупные белковые молекулы, выполняющие функции рецепторов, чувствительных к медиатору, а также многочисленные каналы и поры, через которые в постсинаптический нейрон могут поступать ионы. Механизм передачи возбуждения принципиально одинаков во всех химических синапсах. В нем можно выделить следующие основные этапы: синтез и депонирование медиатора в пресинаптическом нейроне и его окончаниях; высвобождение медиатора из депонирующих везикул и его выход в синаптическую щель; взаимодействие медиатора со специфическими хеморецепторами постсинаптической мембраны с последующей генерацией биоэлектрического потенциала; инактивация выделенного медиатора с помощью ферментов или системы обратного поглощения.

Биологически активные вещества, выполняющие функцию медиаторов, делят на несколько групп. К классическим нейромедиаторам относят ацетилхолин, адреналин и норадреналин, дофамин, серотонин, а также аминокислоты глицин и глутаминовую, аспарагиновую и гамма-аминомасляную (ГАМК) кислоты. Отдельно выделяют нейропептиды: вещество П, энкефалин, соматостатин и др. Медиаторную роль могут выполнять также АТФ, гистамин, пуриновые нуклеотиды. В соответствии с принципом Дейла, каждый отдельный нейрон в своих синаптических окончаниях один и тот же медиатор. Синтез нейромедиаторов осуществляется как в соме нейрона с последующим аксонным транспортом, так и непосредственно в пресинаптических окончаниях аксона, где медиатор концентрируется в везикулах, или синаптических пузырьках.

В состоянии функционального покоя в пресинаптическом окончании происходит случайный контакт синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной и выделение в синаптическую щель порции (кванта) медиатора из отдельной везикулы. Например, установлено, что в синапсах млекопитающих квант классического медиатора 10ацетилхолина насчитывает 42--44 молекул. Выделившийся в синаптическую щель медиатор взаимодействует с хеморецепторами постсинаптической мембраны и приводит к возникновению миниатюрного постсинаптического потенциала. Приходящий к пресинаптическому окончанию потенциал действия в несколько раз увеличивает количество выделяемого в синаптическую щель медиатора. Взаимосвязь между потенциалом действия пресинаптической мембраны и процессом выделения медиатора из везикул в синаптическую щель обеспечивается ионами Са++. Выделяющийся в синаптическую щель медиатор взаимодействует с различными хеморецептивными участками на постсинаптической мембране. Роль мембранных, или клеточных, рецепторов играют белковые молекулы, обладающие способностью «узнавать» специфические для них вещества и вступать с ними в реакцию. В этом процессе большое значение придается системе аденилатциклаза-циклический АМФ. Предполагается, что взаимодействие медиатора с рецепторным участком аденилатциклазы приводит к образованию циклического АМФ с последующим повышением активности протеинкиназ цитоплазмы и ядра клетки. Вследствие этого интенсифицируется фосфорилирование белков, белковые молекулы подвергаются конформационным изменениям и происходит активация специальных ионных каналов мембраны. При увеличении проницаемости постсинаптической мембраны для ионов натрия, калия и хлора возникает ее деполяризация, регистрируется возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). При увеличении проницаемости лишь для ионов калия и хлора мембрана гиперполяризуется и регистрируется тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). ВПСП могут суммироваться, и при достижении величины деполяризации мембраны критического уровня генерируется потенциал действия. ТПСП тормозит генерацию потенциала действия, уменьшая суммарную величину ВПСП. Основные физиологические свойства синапса обусловлены механизмом передачи возбуждения. Наличие пресинаптической мембраны с медиатором и хеморецепторов на постсинаптической мембране обеспечивает одностороннюю передачу возбуждения. Время освобождения медиатора из везикул при экзоцитозе, диффузия медиатора через синаптическую щель, взаимодействие медиатора с клеточными рецепторами постсинаптической мембраны и формирование потенциала действия создают так называемую синаптическую задержку в передаче возбуждения через синапс. Ее продолжительность для теплокровных животных составляет 0,2--0,5 мс. Величина синаптической задержки указывает на низкую лабильность синапса по сравнению с нервными волокнами и мышцами. В связи с этим синапс легко утомляется. Наличие специфических хеморецептивных участков на постсинаптической мембране делает синапс высокочувствительным к биологически активным веществам. Хеморецептивные зоны часто являются точкой приложения как лекарственных средств, так и различных токсических веществ.

Фактор, выполняющий медиаторную функцию, вырабатывается в теле нейрона, и оттуда транспортируется в окончание аксона. Содержащийся в пресинаптческих окончаниях медиатор должен выделиться в синаптическую щель, чтобы воздействовать на рецепторы постсинаптической мембраны, обеспечивая транссинаптическую передачу сигналов. В качестве медиатора могут выступать такие вещества, как ацетилхолин, катехоламиновая группа, серотонин, нейропиптиды и многие другие, их общие свойства будут описаны ниже.

Еще до того, как были выяснены многие существенные особенности процесса высвобождения медиатора, было установлено, что пресинаптические окончания могут изменять состояния спонтанной секреторной активности. Постоянно выделяемые небольшие порции медиатора вызывают в постсинаптической клетке так называемые спонтанные, миниатюрные постсинаптические потенциалы. Это было установлено в 1950 году английскими учеными Феттом и Катцом, которые обнаружили, что без всякого действия на нерв в мышце в области постсинаптической мембраны сами по себе через случайные промежутки времени возникают небольшие колебания потенциала, амплитудой примерно в 0,5мВ. Открытие, не связанного с приходом нервного импульса, выделения медиатора помогло установить квантовый характер его высвобождения, то есть получилось, что в химическом синапсе медиатор выделяется и в покое, но изредка и небольшими порциями. Дискретность выражается в том, что медиатор выходит из окончания не диффузно, не в виде отдельных молекул, а в форме многомолекулярных порций (или квантов), в каждой из которых содержится несколько тысяч молекул.

Происходит это следующим образом: в аксоплазме окончаний нейрона в непосредственной близости к пресинаптической мембране при рассмотрении под электронным микроскопом было обнаружено множество пузырьков или везикул, каждая из которых содержит один квант медиатора. Токи действия, вызываемые пресинаптическими импульсами, не оказывают заметного влияния на постсинаптическую мембрану, но приводят к разрушению оболочки пузырьков с медиатором. Этот процесс (экзоцитоз) заключается в том, что пузырек, подойдя к внутренней поверхности мембраны пресинаптического окончания при наличии кальция, сливается с пресинаптической мембраной, в результате чего и происходит опорожнение пузырька в синаптическую щель.

После разрушения пузырька окружающая его мембрана включается в мембрану пресинаптического окончания, увеличивая его поверхность. В дальнейшем, в результате процесса эндоцитоза, небольшие участки пресинаптической мембраны впячиваются внутрь, вновь образуя пузырьки, которые впоследствии снова способны включать медиатор и вступать в цикл его высвобождения.

3. Химические медиаторы

В ЦНС медиаторную функцию выполняет большая группа разнородных химических веществ. Список вновь открываемых химических медиаторов неуклонно пополняется. По последним данным их насчитывается около 30.

Рассмотрим некоторые из наиболее известных химических медиаторов:

АЦЕТИЛХОЛИН - один из первых обнаруженных медиаторов (был известен также как «вещество блуждающего нерва» из-за своего действия на сердце).

Особенностью ацетилхолина как медиатора, является быстрое его разрушение после высвобождения из пресинаптических окончаний с помощью фермента ацетилхолинэстеразы. Ацетилхолин выполняет функцию 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. Холинэргическими являются также нейроны спинного мозга, иннервирующие хромаффинные клетки и преганглионарные нейроны, иннервирующие нервные клетки интрамуральных и экстрамуральных ганглиев. Полагают, что холинэргические нейроны имеются в составе ретикулярной формации среднего мозга, мозжечка, базальных ганглиях и коре.

КАТЕХОЛАМИНЫ - это три родственных в химическом отношении вещества. К ним относятся: дофамин, норадреналин и адреналин, которые 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. 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 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. Катехоламины оказывают как возбуждающее, так и тормозящее действие на нейроны ЦНС.

СЕРОТОНИН - Подобно катехоламинам, относится к группе моноаминов, то есть синтезируется из аминокислоты триптофана. У млекопитающих серотонинергические нейроны локализуются главным образом в стволе мозга. Они входят в состав дорсального и медиального шва, ядер продолговатого мозга, моста и среднего мозга. Серотонинергические нейроны распространяют влияние 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. В свою очередь нарушения серотонинового обмена, возникающие при действии ряда фармакологических препаратов, могут вызывать галлюцинации. Нарушение функций серотонинергических синапсов наблюдаются при шизофрении и других психических расстройствах. Серотонин может вызывать возбуждающее и тормозящее действие в зависимости от свойств рецепторов постсинаптической мембраны.

НЕЙТРАЛЬНЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ - это две основные дикарбоксильные кислоты L-глутамат и L-аспартат, которые находятся в большом количестве в ЦНС и могут выполнять функцию медиаторов. L-глутаминовая кислота, входит в состав многих белков и пептидов. Она плохо проходит через гематоэнцефалический барьер и поэтому не поступает в мозг из крови, образуясь главным образом из глюкозы в самой нервной ткани. В ЦНС млекопитающих глутамат обнаруживается в высоких концентрациях. Полагают, что его функция главным образом связана с синаптической передачей возбуждения.

ПОЛИПЕПТИДЫ - В последние годы показано, что в синапсах ЦНС медиаторную функцию могут выполнять некоторые полипептиды. К таким полипептидам относятся вещества-Р, гипоталамические нейрогормоны, энкефалины и др. Под веществом-Р подразумевается группа агентов, впервые экстрагированных из кишечника. Эти полипептиды обнаруживаются во многих частях ЦНС. Особенно велика 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 первичных афферентных нейронов. Вещество-Р оказывает возбуждающее действие на определенные нейроны спинного мозга. Медиаторная роль других нейропептидов выяснена еще меньше.

4. Модуляция синаптической нейротрансмиссии

Синаптическая нейротрансмиссия тонко регулируется следующими процессами: десенситизация, гомотропная и гетеротропная модуляция.

Десенситизация постсинаптических рецепторов -- снижение ответа на нейротрансмиттер. Основной механизм десенситизации обусловлен фосфорилированием рецептора нейротрансмиттера с последующим его эндоцитозом. В случае высокой стимуляции рецептор может подвергаться распаду.

Гомотропная модуляция -- это модуляция пресинаптического нейрона собственным нейротрансмиттером, т. е. форма аутокринной сигнализации. Модуляции подвергаются размер, число и скорость наполнения везикул. Как правило гомотропная модуляция направлена на ингибирование сигнализации, так называемая пресинаптическая саморегуляция.

Примером гомотропной модуляции могут служить нейроны симпатической нервной системы (СНС), которые высвобождают норадреналин, стимулирующий пресинаптические ?₂-адренорецепторы и снижающий высвобождение норадреналина.

Гетеротропная модуляция -- это модуляция пресинаптической мембраны соседних нейронов. Аналогично модуляции подвергаются число, размер и наполнение везикул соседних нейронов.

Примером гетеротропной модуляции могут служить нейроны СНС, где высвобождение норадреналина одним нейроном ингибирует высвобождение норадреналина соседними нейронами.

Если возбуждающий синапс силен, то потенциал действия пресинаптического нейрона вызывает потенциал действия постсинаптического нейрона. Однако если возбуждающий синапс слаб, то возбуждающий постстинаптический потенциал (EPSP) не достигает границы инициации потенциала действия. В головном мозге каждый нейрон получает множество сигналов от различных нейронов и, если к нейрону одновременно приходят несколько возбуждающих сигналов, то нейрон суммирует эти сигналы, что обеспечивает усиление пресинаптического потенциала действия, которого достаточно для инициации постсинаптического потенциала. Этот процесс называется суммированием. С другой стороны, пресинаптический нейрон высвобождающий ингибиторный нейромедиатор такой как ГАМК может вызывать ингибиторный постсинаптический потенциал в постсинаптическом нейроне, снижая его возбудимость. «За открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках мембраны нервных клеток» Джону Кэрью Эклсу совместно с Аланом Ходжкином и Эндрю Хаксли в 1963 г. была присуждена Нобелевская премия. Принципы интеграции синаптических входов лежат в основе функционирования транзисторов в современных компьютеров.

Сила синапса определяется как изменение трансмембранного потенциала в результате активации постсинаптических рецепторов нейромедиаторов. Это изменение вольтажа известно как постсинаптический потенциал и прямое действие ионных токов через постсинаптические ионные каналы. Изменение синаптической силы кратковременным (без структурных изменений) и долговременным (с изменением синтеза белков). Обучение и память связана с долговременными изменениями структуры синапсов механизмом синаптической пластичности.

Возбуждающий постсинаптический потенциал (EPSP) -- изменение мембранного потенциала постсинаптических нейронов вследствие стимуляции рецепторов возбуждающих нейротрансмиттеров. Наиболее изучены норадреналин и ацетилхолин.

5. Норадреналин

Норадреналин -- главный симпатический нейромедиатор центральной и симпатической нервной системы.

Норадреналин выделяется адренергическими нейронами центральной и симпатической нервной системы. Действие норадреналина осуществляется через адренергические рецепторы нейронов и периферических тканей. Функция норадреналина характеризуется ответом «борьба-или-бегство». При этом повышается артериальное давление, расширяются зрачки, повышается частота сердечных сокращений.

· Норадреналин синтезируется из предшественников в несколько этапов: окисление тирозина (образуется диоксифенилаланин -- ДОФА);

· декарбоксилирование ДОФА (образуется дофамин);

· гидроксилирование дофамина (образуется норадреналин).

У млекопитающих норадреналин разрушается до различных метаболитов:

· норметанефрин посредством катехол-O-метилтрансферазы (COMT);

· 3,4-дигидроксиминдальная кислота посредством моноаминоксидазы (MAO);

· 3-метокси-4-гидроксиминдальная кислота посредством MAO;

· 3-метокси-4-гидроксифенилгликол посредством MAO.

Между этапами декарбоксилирования и гидроксилирования норадреналин переносится в везикулы посредством везикулярных транспортеров моноаминов (VMAT).

Высвобождение норадреналина из везикул модулируется ?₂-адренорецепторами -- отрицательная обратная связь.

Адренергические рецепторы -- класс G-протеин-ассоциированных рецепторов. Функционально выделяют 2 главные группы рецепторов: ?-адренорецепторы (?₁ и ?₂-адренорецепторы) и ?-адренорецепторы.

?₁-Адренорецепторы сопряжены с G_q-протеином, активирующим фосфолипазу C (PLC). В свою очередь PLC высвобождает инозитолтрифосфат, который стимулирует выход Ca²⁺ из эндоплазматического ретикулума. Поэтому стимуляция ?₁-адренорецепторов вызывает высвобождение нейромедиаторов и сокращение гладких миоцитов.

?₂-Адренорецепторы сопряжены с G_i-протеином, поэтому их стимуляция ингибирует аденилатциклазу, что приводит к снижению продукции цАМФ. Поэтому стимуляция ?₂-адренорецепторов вызывает сокращение гладких миоцитов и ингибированием высвобождения нейротрансмиттера.

?-Адренорецепторы сопряжены с G_s-протеином, поэтому их стимуляция активирует аденилатциклазу, продуцирующую цАМФ. Это приводит к повышению частоты сердечных сокращений, расслаблению гладких миоцитов и гликогенолизу (рис. 8).

6. Ацетилхолин

Ацетилхолин -- нейротрансмиттер периферической и центральной нервной системы. В периферической нервной системе ацетилхолин стимулирует сокращение мышц. Ацетилхолин вызывает открытие лиганд-открываемых натриевых каналов клеточной мембраны. Вход Na⁺ вызывает сокращение мышц. В то же время, сократимость кардиомиоцитов снижается. Эти различия обусловлены разными типами рецепторов ацетилхолина. В автономной нервной системе ацетилхолин высвобождается во всех пре- и постганглионарных парасимпатических нейронах, во всех преганглионарных симпатических нейронах, некоторых постганглионарных симпатических нейронах (например, в потовых железах).

В центральной нервной системе ацетилхолин выполняет функцию нейромодулятора.

Ацетилхолин синтезируется некоторыми нейронами посредством холинацетилтрансферазы из холина и ацетил-КоА.

Ацетилхолинэстераза превращает ацетилхолин в неактивные метаболиты холин и ацетат. Этим ферментом богаты пре- и постсинаптические мембраны клеток. Существуют два основных класса рецепторов ацетилхолина: никотиновые рецепторы ацетилхолина (nAChR) и мускариновые рецепторы ацетилхолина (mAChR).

Никотиновые рецепторы ацетилхолина являются ионотропными каналами, проницаемых для ионов Na⁺ и K⁺. Стимуляция Н-холинорецепторов вызывает деполяризацию мембраны клетки-мишени. Десенситизация Н-холинорецепторов обусловлена фосфорилированием их субъединиц посредством PLA и PLC.

Мускариновые рецепторы ацетилхолина являются метаботропными G-протеин-ассоциированными рецепторами. Стимуляция М-холинорецепторов вызывает биохимические каскады, сопряженные с продукцией вторичных посредников и открытием ионных каналов.

Ингибиторный постсинаптический потенциал (IPSP) -- изменение мембранного потенциала постсинаптических нейронов вследствие стимуляции рецепторов ингибиторных нейротрансмиттеров. Наиболее изучены ГАМК и глицин.

7. ГАМК

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК, GABA) -- главный ингибиторный нейротрансмиттер центральной нервной системы и сетчатки. ГАМК является непротеиногенной аминокислотой.

У позвоночных ГАМК действует как в ингибиторных синапсах головного мозга через стимуляцию специфических трансмембранных рецепторов пре- и постсинаптических нейронов. Стимуляция ГАМК-рецепторов вызывает открытие ионных каналов, обеспечивая вход отрицательно заряженных ионов Cl^? в нейрон или выход из нейрона положительно заряженных ионов K⁺. Это вызывает гиперполяризацию мембраны клетки. Известны 3 вида рецепторов ГАМК -- ионотропные ГАМК_A- и ГАМК_C-рецепторы, сопряженные с ионными каналами и метаботропные ГАМК_B-рецепторы, сопряженные с G-протеинами.

Нейроны, продуцирующие ГАМК называют ГАМКергическими.

ГАМК синтезируется из глутамата посредством глутаматдекарбоксилазы, использующей пиридоксальфосфат (витамин B₆) в качестве кофермента.

ГАМК подвергается трансаминированию, а затем окислению с образованием янтарной кислоты, которая вступает в цикл Кребса.

ГАМК_A- и ГАМК_C-рецепторы являются ионотропными рецепторами, стимуляция которых вызывает открытие Cl^?-каналов.

ГАМК_B-рецепторы являются метаботропными трансмембранными рецепторами, стимуляция которых вызывает активацию G-протеина и аденилатциклазы с продукцией цАМФ и открытием K⁺-каналов.

Общим эффектом стимуляции ГАМКергических рецепторов является гиперполяризация постсинаптической мембраны нейронов с предотвращением развития потенциала действия.

8. Глицин

Глицин -- протеиногенная аминокислота.

Глицин ингибиторный нейротрансмиттер в центральной нервной системе, особенно в спинном мозге, стволе и сетчатке.

Глицин синтезируется из аминокислоты серина с участием тетрагидрофолата и фермента серингидроксиметилтрансферазы.

Из CO₂ + NH₄ с участием тетрагидрофолата и NAD⁺ посредством глицинсинтазы.

Глицин разрушается глицин-расщепляющим ферментом с образованием CO₂ + NH₄ с участием тетрагидрофолата и NADH⁺.

Превращение глицина в серин посредством серингидроксиметилтрансферазы. Затем серин посредством сериндегидрогидратазы превращается в пируват.

Стимуляция ионотропных рецепторов глицина GlyR вызывает открытие Cl^?-каналов, что вызывает развитие ингибиторного постсинаптического потенциала (IPSP), гиперполяризацию.

9. Электрический синапс

Перейдем к рассмотрению электрического синапса. Надо заметить, что существование таких синапсов предполагалось давно, но выявлены и изучены они были лишь в самое последнее время Электрические синапсы имеются в нервной системе как беспозвоночных, так и позвоночных животных, но наиболее изученными являются такие синапсы у беспозвоночных. Всем синапсам электрического типа свойственны: а) очень узкая синаптическая щель ("5 нм, иначе 50 А) и б) очень низкое удельное сопротивление пре- и постсинаптических мембран. Последнее чаще всего связано с существованием транссинаптических каналов (D=l -1,5 нм), проходящих поперек синаптической щели в специальных тельцах, связывающих пре- и постсинаптическую мембраны . Например, в простейшем возбуждающем электрическом синапсе - в так называемом септальном синапсе соседних сегментов гигантского аксона рака - удельное сопротивление перегородки (септы) составляет 1,0 Ом * см², в то время как сопротивление наружной мембраны каждого сегмента - 1000-3000 Ом * см². В таком синапсе ПД возбужденного пресинаптического сегмента посредством петли электрического тока, входящего через септальную мембрану и выходящего через наружную мембрану постсинаптического сегмента, раздражает этот последний и вызывает ПД. При этом все же имеется некоторая потеря силы раздражающего тока на перегородке, поскольку она имеет очень малую площадь и ее общее сопротивление достигает 0,2-0,4 МОм. В результате проведение ПД через септальный синапс осуществляется с синаптической задержкой порядка 0,1 мс, которая, однако, как увидим далее, и в этом и в других электрических синапсах гораздо короче, чем задержка в химических синапсах.

В септальных синапсах, как и в непрерывном нервном проводнике, проведение осуществляется в обе стороны.

Некоторые электрические возбуждающие синапсы работают как "вентильные" механизмы, т. е. передают возбуждение, по существу, односторонне. Последнее объясняется выпрямляющими свойствами их синаптических мембран, т. е., по-видимому, тем, что их каналы открыты лишь для электрического тока одного определенного направления. При этом сопротивления прямому и обратному токам могут различаться в 50 раз. Так, например, работает гигантский синапс рака - электрический синапс между латеральным гигантским аксоном и гигантским моторным волокном . Из латерального аксона в моторный импульс проходит с задержкой равной 0,1 мс, а в противоположном направлении - совсем не проходит . В последнем случае за синапсом оказывается лишь электротонический потенциал менее 0,3 мВ.

Заметим, что электрическим синапсам свойственно чрезвычайное быстродействие и высокая надежность передачи. Однако эти синапсы как не включающие никакого инерционного звена мало приспособлены для интегрирования серии импульсов возбуждения.

Специализированные тормозящие электрические синапсы встречаются крайне редко. Они описаны Фурукавой, Фуршпаном на маутнеровских клетках рыб. Здесь пресинаптическое волокно не образует контакта, а лишь близко подходит к аксонному холмику - выходному участку маутнеровской клетки, будучи окруженным относительно высокоомным материалом аксонной чашечки ПД волокна, направляющийся в терминаль, видимо, останавливаясь в начале терминали, создает ток, входящий в аксонный холмик. Этим током мембрана аксонного холмика, наиболее возбудимая зона маутнеровской клетки, гиперполяризуется, чем и достигается очень быстрый кратковременный тормозящий эффект.

Список использованной литературы

1. www.scorcher.ru/neuro/science/memory/mem15.htm

2. www.distedu.ru

3. edufns.nspu.ru

4. ru.wikipedia.org/wiki

5. korenovsky.blogspot.com/2008/04/blog-post_13.html

Приложения

Приложение 1

Основные даты истории изучения синапсов

· В 1897 году Шеррингтон сформулировал представление о синапсах.

· За исследования нервной системы, в том числе синаптической передачи, в 1906 году Нобелевскую премию получили Гольджи и Рамон-и-Кахаль.

· В 1921 австрийский учёный О. Лёви (О. Loewi) установил химическую природу передачи возбуждения через синапсы и роль в ней ацетилхолина. Получил Нобелевскую премию в 1936 г. совместно с Г. Дейлом (Н. Dale).

· В 1933 советский учёный А. В. Кибяков установил роль адреналина в синаптической передаче.

· 1970 -- Б. Кац (В. Katz, Великобритания), У. фон Эйлер (U. v. Euler, Швеция) и Дж. Аксельрод (J. Axelrod, США) получили Нобелевскую премию за открытие роли норадреналина в синаптической передаче.

Приложение 2

Схемы и рисунки

Адренорецепторы

Рис. Вероятная схема работы тормозного электрического синапса на маутнеровском нейроне рыбы: 1 - нервное окончание, 2 - начальный сегмент аксона маутнеровской клетки, 3 - глиальная "чашечка". Стрелкой показано направление тока, порождаемого ПД нервного окончания.



Рис. Схема работы возбуждающего электрического синапса (а) и временные соотношения пресинаптического и постсинаптического ПД (б).

Рис. Синтез норадреналина

Рис. Синаптические контакты нейрона: синаптические бляшки (2) окончаний пресинаптических аксонов образуют соединения на дендритах (4) и соме (1) постсинаптического нейрона; 3 -- аксон нейрона.

Размещено на Allbest.ru