Синаптическое взаимодействие нейронов - Биология и естествознание контрольная работа

Главная

Биология и естествознание
Синаптическое взаимодействие нейронов

Изучение взаимодействия нейронов между собой и нервными клетками. Электрические процессы на постсинаптической мембране. Строение химических синапсов. Особенности формирования и распространения быстрых и медленных электрических потенциалов медиаторов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СИНАПТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙРОНОВ
3. Электрические процессы на постсинаптической мембране
Взаимодействие нейронов между собой и между нервными клетками и исполнительным аппаратом (мышечными и железистыми клетками) осуществляется через контакты, синапсы. Термин «синапс» был впервые предложен выдающимся английским нейрофизиологом Ч. Шерригтоном в 1897г. хотя сведения о гистологической структуре контактов между нервными и другими клетками были известны ещё задолго до этого. Было очевидным, что в области контакта прекращается непрерывное распространение электрического потенциала и передача возбуждения связана с особыми механизмами, отличными от закономерностей движения возбуждения по нервным волокнам. Многочисленными исследованиями, начиная с работ О. Леви (1921), было показано, что передача возбуждения осуществляется с помощью особых химических веществ, названных медиаторами или трансмиттерами. Фармакологические, гистохимические исследования, изучение распространения возбуждения в нервных центрах выявили многочисленные факты, которые легли в основу теории химической природы синаптической передачи. Длительное время химическая теория не находила всеобщего признания.
В связи с усовершенствованием методов морфологических исследований, появлением высокочувствительных усилителей биопотенциалов, в период 30-40 годов ХХ века были описаны многие закономерности синаптической передачи - односторонность проведения - от пресинаптического нейрона к постсинаптическим структурам, различия в процессах, протекающих в пре- и постсинаптических структурах. Были выявлены особенности формирования и распространения быстрых и медленных электрических потенциалов, описаны постсинаптические потенциалы,, показана связь между медленными постсинаптическими потенциалами и потенциалами действия, идентифицированы некоторые медиаторы, и др. (Ллойд, Леви, Экклс, Дейл, Барон и Мэтьюз, Геницинский ). Безусловной победой химической теории передачи возбуждения в синапсах следует считать факт присуждения в 1936 году Дейлу и Леви Нобелевской премии за работы в этом направлении. Выявление тонких механизмов работы синапсов стало возможным с введением в арсенал исследователей микроэлектродной техники и электронной микроскопии. Начиная с конца 40-х годов ХХ века развернулись интенсивные исследования процессов, протекающих в синапсах, включая процессы электрические, химические, фармакологические и информационные.
Применение внутриклеточных микроэлектродов позволило наблюдать и изучать электрические процессы в отдельных частях клетки, в том числе и в области синаптического контакта, кроме того, через стеклянные микроэлектроды - микропипетки оказалось возможным электрофоретически вводить в область регистрации различные химические агенты, проводя, таким образом, точный анализ физико-химических процессов, лежащих в основе работы синапса (Экклс, Катц, Миледи, Костюк). Применение микроэлектродов позволило выявить и изучить ещё один вид контактного взаимодействия - влияние полем потенциала в местах плотного контакта конечной терминали аксона с электровозбудимыми структурами других клеток. Способ подобного взаимодействия получил название электрического синапса.
В последние десятилетия ХХ века исследования синаптического взаимодействия были направлены на детальное изучение работы различных синапсов - особенностей биосинтеза различных медиаторов и выделение их в синаптическое пространство, влияние медиаторов на структуры постсинаптической мембраны, движение и роль химических веществ разной природы в синаптических мембранах, поиск новых медиаторов и исследование механизмов их действия. Детально изучается распределение нейромедиаторов - нейропептидов в отдельных структурах центральной нервной системы.
В зависимости от того, какие структуры нейрона участвуют в образовании синапса, выделяют аксосоматические, аксодендритные, аксоаксональные и дендродентритные синапсы. Синапс, образованный аксоном мотонейрона и мышечной клеткой называется концевой пластинкой (нервно-мышечное соединение, мионевральный синапс). Непременными структурными атрибутами синапса являются пресинаптическая мембрана, постсинаптическая мембрана и синаптическая щель между ними. Остановимся подробнее на каждой из них.
Пресинаптическая мембрана образована окончанием конечных ветвлений аксона (или дендрита в дендродендритном синапсе). Отходящий от тела нервной клетки аксон покрывается миэлиновой оболочкой, которая сопровождает его на всём протяжении, вплоть до разветвления на конечные терминали. Количество конечных ветвлений аксона может достигать нескольких сотен, а протяженность их, теперь уже лишенных миэлиновой оболочки - до нескольких десятков мкм. Конечные ветвления аксона имеют малый диаметр - 0,5-2,5 мкм, иногда больше. Окончания терминалей в месте контакта имеют разнообразную форму - в виде булавы, сетевидной пластинки, колечка, или могут быть множественными - в виде чашечки, кисти. Конечная терминаль может иметь несколько расширений, контактирующих по ходу движения с разными участками одной клетки или с разными клетками, формируя, таким образом, множество синапсов. Некоторые исследователи подобные синапсы называют касательными.
В месте контакта конечная терминаль несколько утолщается и часть её мембраны, прилегающая к мембране контактируемой клетки образует пресинаптическую мембрану. В зоне конечной терминали, прилегающей к пресинаптической мембране путём электронной микроскопии обнаружено скопление ультраструктурных элементов - митохондрий, число которых колеблется, достигая иногда нескольких десятков, микротрубочек и синаптических пузырьков (везикул). Последние бывают двух видов - агранулярные (светлые) и гранулярные (тёмные). Первые имеют размер 40-50 нм, диаметр гранулярных везикул, как правило, более 70 нм. Их мембрана подобна клеточным и состоит из фосфолипидного бислоя и белков. Большая часть везикул фиксируется на цитоскелете с помощью специфического белка - синапсина, образуя трансмиттерный резервуар. Меньшая часть везикул прикрепляется к внутренней стороне пресинаптической мембраны посредством белка мембраны везикулы - синаптобревина и белка пресинаптической мембраны - синтаксина. Существует две гипотезы относительно происхождения везикул. Согласно одной из них (Хаббард, 1973), они образуются в области пресинаптического окончания из так называемых окаймлённых пузырьков. Последние формируются в углублениях клеточной мембраны пресинаптического окончания и сливаются в цистерны, от которых и отпочковываются везикулы, заполняемые медиатором. Согласно другому взгляду, везикулы как мембранные образования формируются в соме нейрона, пустыми транспортируются по аксону в область пресинаптического окончания и там заполняются медиатором. После выброса медиатора опустошенные везикулы ретроградным аксонным транспортом возвращаются в сому, где деградируются лизосомами.
Синаптические пузырьки наиболее плотно расположены вблизи внутренней поверхности пресинаптичесой мембраны и их количество непостоянно. Везикулы заполнены медиатором, кроме того здесь сосредоточены так называемые котрансмиттеры - вещества белковой природы, играющие существенную роль в обеспечении активности основного медиатора. Малые везикулы содержат низкомолекулярные медиаторы, а большие - белки и пептиды. Показано, что медиатор может находиться и вне везикул. Расчеты показывают, что в нервно-мышечном соединении человека плотность везикул достигает 250-300 на 1 мкм 2 , а общее их количество - около 2-3-х млн. в одном синапсе. В одном пузырьке сосредоточено от 400 до 4-6 тысяч молекул медиатора, что и составляет так называемый «квант медиатора», выделяющийся в синаптическую щель спонтанно или при приходе импульса по пресинаптическому волокну. Поверхность пресинаптической мембраны неоднородна - в ней имеются утолщения, активные зоны, где скапливаются митохондрии и плотность везикул наибольшая. Кроме того, в области активной зоны выявлены потенциалзависимые кальциевые каналы, по которым кальций проходит сквозь пресинаптическую мембрану внутрь пресинаптической зоны конечной терминали. Во многих синапсах в пресинаптическую мембрану встроены так называемые ауторецепторы. При их взаимодействии с выделенными в синаптическую щель медиаторами, выделение последних либо усиливается, либо прекращается в зависимости от типа синапса.
Синаптическа щель - пространство между пресинаптической и постсинаптической мембранами, ограниченная площадью контакта, размер которой для большинства нейронов колеблется в пределах нескольких мкм 2 . Площадь контакта может варьировать в разных синапсах, что зависит от диаметра пресинаптической терминали, формы контакта, характера поверхности контактирующих мембран. Так, для наиболее изученных нервно-мышечных синапсов показано, что площадь контакта одной пресинаптической терминали с миофибриллой может составлять десятки мкм 2 . Размер синаптической щели колеблется от 20 до 50-60 нм. За пределами контакта полость синаптической щели сообщается с межклеточным пространством, таким образом, между ними возможен двухсторонний обмен разными химическими агентами.
Постсинаптическая мембрана представляет собой участок мембраны нейрона, мышечной или железистой клетки, контактирующей с пресинаптической мембраной. Как правило, область постсинаптической мембраны несколько утолщена по сравнению с соседними участками контактируемой клетки. В 1959 году Е.Грей предложил разделить синапсы в коре мозга на два типа. Синапсы 1-го типа имеют более широкую щель, постсинаптическая мембрана у них толще и плотнее, чем у синапсов 2-го типа, уплотненный участок более обширен и занимает большую часть обеих синаптических мембран.
В постсинаптическую мембрану встроены белково-гликолипидные комплексы, выполняющие роль рецепторов, способных связываться с медиаторами и образовывать ионные каналы. Так, ацетилхолиновый рецептор в мионевральном синапсе состоит из пяти субъединиц, которые образуют комплекс с молекулярной массой 5000-30000, пронизывающий мембрану. Расчетным способом показано, что плотность таких рецепторов может составлять до 9 тысяч на мкм 2 поверхности постсинаптической мембраны. Головка комплекса, выступающая в синаптическую щель имеет так называемый «узнающий центр». При связывании с ним двух молекул ацетилхолина ионный канал открывается, его внутренний диаметр становится проходимым для ионов натрия и калия, при этом канал остаётся непроходимым для анионов из-за имеющихся на его внутренних стенках зарядов. Важнейшую роль в процессах синаптической передачи играет мембранный белок, названный G-белком, который в комплексе с гуанинтрифосфатом (ГТФ) активирует ферменты, включающие вторичные мессенджеры - внутриклеточные регуляторы.
Рецепторы постсинаптических мембран находятся в так называемых «активных зонах» синапсов и среди них различают два типа - ионотропные и метаботропные. В ионотропных рецепторах (быстрых) для открытия ионных каналов достаточно их взаимодействия с молекулой медиатора, т.е. медиатор непосредственно открывает ионный канал. Своё название метаботропные (медленные) рецепторы получили в связи с особенностями их функционирования. Открытие ионных каналов в этом случае связано с каскадом метаболических процессов, в которых участвуют различные соединения (белки, в том числе и G-белок, ионы кальция, циклические нуклеотиды - цАМФ и цГМФ, диацетилглицерины), играющие роль вторичных мессенджеров. Метоботропные рецепторы сами по себе не являются ионными каналами; они лишь модифицируют работу расположенных рядом ионных каналов, ионных насосов и других белков посредством непрямых механизмов. К ионотропным относятся рецепторы ГАМК, глицина, глутамата, Н-холинорецепторы. К метаботропным - рецепторы дофамина, серотонина, норадреналина, М-холинорецепторы, некоторые рецепторы ГАМК, глутамата.
Обычно рецепторы располагаются строго в пределах постсинаптической мембраны, поэтому влияние медиаторов возможно только в области синапса. Обнаружено, однако, что небольшое количество рецепторов чувствительных к ацетилхолину имеется и за пределами нервно-мышечного синапса в мембране мышечной клетки. В некоторых условиях (при денервации, отравлении некоторыми ядами) чувствительные к ацетилхолину зоны могут образовываться вне синаптических контактов на миофибрилле, что сопровождается развитием гиперчувствительности мышцы к ацетилхолину.
Рецепторы, чувствительные к ацетилхолину широко распространены также в синапсах ЦНС и в периферических ганглиях. Рецепторы возбуждающего действия разделены на два класса, различающиеся по фармакологическим признакам.
Один из них - класс рецепторов, на которые влияния, сходные с ацетилхолином оказывает никотин, отсюда их название - никотиночувствительные (Н-холинорецепторы), другой класс - чувствительные к мускарину (яд мухомора) названы М-холинорецепторами. В связи с этим синапсы, где основным медиатором служит ацетилхолин, разделяются на группы никотинового и мускаринового типа. Внутри этих групп выделяют много разновидностей в зависимости от месторасположения и особенностей функционирования. Так, синапсы с Н-холинорецепторами описаны во всех скелетных мышцах, в окончаниях преганглионарных парасимпатических, и симпатических волокон, в мозговом слое надпочечников, а мускариновые синапсы - в ЦНС, гладких мышцах (в синапсах, образованных окончаниями парасимпатических волокон), в сердце.
Медиаторы - это вещества, отвечающие следующим требованиям: они должны синтезироваться в данном нейроне, должны накапливаться в синаптических везикулах и из них выделяться, иметь сопутствующую систему своей инактивации (разрушения ферментами или обратного всасывания), при аппликации на данный нейрон вещество должно действовать идентично предполагаемому медиатору и имитировать действие пресинаптического волокна (Куффлер, Николс). Медиаторы имеют разную природу, структуру, различаются по механизмам синтеза, действия и распада. Принято выделять три группы медиаторов. К первой относят «классические» медиаторы - ацетилхолин, норадреналин, адреналин, дофамин, гистамин, серотонин, АТФ, глутамат, гамма-аминомаслянную кислоту (ГАМК), глицин. Ко второй относится большая группа нейропептидов (свыше 40), найденных в центральной нервной системе. Среди них - нейропептид Y, бомбезин, группа опиоидных пептидов, секретин, соматостатин, вещество Р и др. В отдельную группу выделяют оксид азота (NO) и оксид углерода (CO). Наиболее изучены ацетилхолин, моноамины (норадреналин, дофамин, серотонин, гистамин), аминокислоты (глутамат, глицин, ГАМК), пуриновые нуклеотиды и некоторые олигопептиды, действующие как трансмиттеры или как модуляторы синаптических процессов. К последним относят энкефалин, эндорфин, динорфин, соматостатин, вещество Р, нейропептид Y и другие.
Вначале предполагали, что все медиаторы синтезируются в теле нейрона и в готовом виде транспортируются по аксону в область пресинаптического окончания. Однако, по мере изучения синаптических процессов, стало ясно, что подобный механизм весьма малоэффективен вследствие небольшой скорости аксонального транспорта, которая не может обеспечить доставку медиатора к месту его действия в условиях его постоянного расходования в синаптических структурах. Сегодня известно, что большинство медиаторов синтезируются в области пресинаптического окончания, где имеются и необходимые для этого компоненты, и ферментные системы, регулирующие их синтез. Понятно, что в этом случае скорость аксонного тока не является лимитирующим фактором, поскольку «сборка» медиаторов осуществляется на месте. Необходимые для синтеза ферменты непрерывно доставляются в синаптические окончания путем аксонного транспорта, создавая достаточный его резерв в пресинаптических окончаниях. Медиаторы, имеющие пептидную и белковую природу, очевидно синтезируются в клеточных телах и аксонным током транспортируются в пресинаптическое окончание. В течение длительного времени считалось, что один нейрон синтезирует один медиатор, который выделяется во всех синапсах, образуемых его конечными терминалями (принцип Дейла). Исследования последних десятилетий показали, что почти все пресинаптические терминали освобождают не один медиатор, а целый ряд биологически активных соединений - «синаптический коктейль». Он может включать в себя, например глицин, ГАМК, глутамат, вещество Р, энкефалин, АТФ, окситоцин и др. Таким образом, хотя названия некоторых синапсов образовались от названия их основного, хорошо изученного ранее медиатора (например, холинергический), следует иметь в виду определённый полихимизм большинства синапсов.
Ацетилхолин - уксуснокислый эфир холина является медиатором в нервно-мышечном соединении, синапсах моронейронов на клетках Реншоу спинного мозга, в ганглиях симпатической и парасимпатической нервной системы, в синапсах мозгового вещества надпочечников, в постганглионарных синапсах эффекторных органов. В последнее время холинэргические синапсы описаны во многих структурах ЦНС - в ядрах перегородки, преоптических ядрах, в ретикулярной формации, гиппокампе и в коре головного мозга. Синтез ацетилхолина осуществляется в пресинаптических терминалях с участием фермента холинацетилтрансферазы. С помощью переносчиков медиатор заполняет везикулы, в которых он концентрируется и из которых попадает в синаптическую щель (о механизме освобождения везикул от медиатора см. далее). Сразу же после связывания с узнающим центром на постсинаптической мембране (почти одновременно) медиатор гидролизуется находящимся здесь же ферментом ацетилхолинэстеразой на составляющие компоненты - ацетат (остаток ацетила) и холин. Последний посредством высокоспецифичного механизма транспорта захватывается пресинаптическим окончанием и используется для синтеза новых молекул ацетилхолина. Полагают, что около половины поглощаемого при этом холина образуется в результате гидролиза ранее выделившегося ацетилхолина, а остальной холин, по-видимому, поступает из плазмы крови. Следовательно, не весь попавший в синаптичесую щель ацетилхолин гидролизуется, часть его попадает в межклеточное пространство и в кровь, также подвергаясь распаду (рис. 1).
Рис. 1. Инактивация ацетилхолина в синапсе (Р. Клинке, 2004)
Глутамат - L-глутаминовая кислота является важнейшим медиатором для возбуждающих синапсов в центральной нервной системе. Глутамат имеется в крови, однако, в связи с тем, что это вещество плохо проходит через гематоэнцефалический барьер, в нервной ткани он синтезируется из глюкозы, приносимой кровью. Синапсы, в которых глутамат выступает в роли медиатора, составляют около половины всех межнейронных соединений в центральной нервной системе. Наибольшее их число определяется в переднем мозге, гиппокампе и мозжечке. Глутаматные рецепторы на постсинаптической мембране в большинстве своём являются ионотропными и подразделяются на три типа, различающиеся способностью связываться с экзогенными агонистами, каждый из которых в свою очередь делится на несколько подтипов. Один из типов связывается с N-метил-D-аспартатом (MNDA) и получил название MNDA-рецептор. Магний, находящийся в межклеточном пространстве, может выступать как неконкурентный блокатор сопряженного с этим рецептором ионного канала, таким образом, выделившийся медиатор становится неэффективным. Другой тип рецептора (AMPA-рецептор) своё название получил в связи с его способностью связываться с б-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислотой (AMPA). Считается, что активация этих рецепторов способствует длительному потенцированию, что создаёт основу для процессов обучения. Отмечено, что во многих синапсах вместо глутамата находится аспартат. Из синаптической щели глутамат удаляется либо путём обратного захвата в пресинаптическую зону конечной терминали, либо поглощается клетками астроглии.
Глицин и Гамма-аминомаслянная кислота (ГАМК) являются тормозными медиаторами. Они обнаружены в окончаниях многих нейронов - в клетках Рэншоу спинного мозга (в основном глицин, и около 30% - ГАМК), в клетках Пуркинье мозжечка и гиппокампе - здесь ГАМК играет роль нейромодулятора. ГАМК присутствует в синапсах локальных сетей интернейронов во многих структурах центральной нервной системы, в том числе и в коре больших полушарий. Выброшенная в синаптическую щель ГАМК после воздействия на рецепторы захватывается пресинаптическим окончанием и глиальными клетками, здесь трансформируется в глутамин, который, возвращаясь в нейроны, является предшественником новых молекул ГАМК. Таким образом, ГАМК представляет собой продукт декарбоксилирования глутамата с помощью фермента, специфичного для нервной ткани. ГАМК-рецепторы могут быть ионотропными и метаботропными. Известно минимум два различных постсинаптических механизма, запускаемых этими двумя группами рецепторов. Одни из них - ГАМКа-рецепторы и ГАМКс-рецепторы открывают непосредственно каналы для ионов хлора. что приводит к появлению входящего тока и гиперполяризации постсинаптической мембраны. Другие - ГАМКв-рецепторы являются метаботропными и запускают механизм подавления освобождения медиатора или активируют калиевые каналы, что также приводит к гиперполяризации постсинаптической мембраны. Глицинергические нейроны распространены в спинном и продолговатом мозге, где они выполняют функции тормозных элементов.
Катехоламины - родственные в химическом отношении медиаторы являются производными тирозина. К ним относятся дофамин, норадреналин и адреналин. Путь синтеза у них общий: 1 - гидроксилирование тирозина с образованием диоксифенилаланина (ДОФА); 2 - декарбоксилирование ДОФА, в результате чего получается дофамин; 3 - гидроксилирование дофамина с образованием норадреналина и, наконец, 4 - образование адреналина путём метилирования норадреналина. В дофаминергических нейронах процесс завершается на втором этапе, а в адренергических проходит полный цикл превращений. В последнем случае дофамин служит метаболическим предшественником медиатора.
Дофаминергические нейроны обнаруживаются в среднем мозге, гипоталамусе, базальных ганглиях, сетчатке глаза. Дофаминовые рецепторы являются метаботропными, а эффект действия дофамина может быть как возбуждающим, так и тормозным. Норадренергические клетки описаны в варолиевом мосте, промежуточном и продолговатом мозге. Самая значительная группа норадренергических нейронов концентрирована в голубом пятне. Синапсы, образуемые катехолергическими клетками находят практически во всех структурах центральной нервной системы, в ганглиях симпатической нервной системы. Катехоламины как медиаторы синтезируются в аксонных терминалях вне везикул, а затем проникают внутрь везикул и там концентрируются. Некоторая часть медиатора находится в аксоплазме. После выброса в синаптическую щель и воздействия на рецепторы, большая часть медиатора - до 80% обратным захватом возвращается в пресинаптическую терминаль, остальная либо рассеивается в межклеточном пространстве, либо инактивируется ферментом катехол-О-метилтрансферазой.
Адренорецепторы постсинаптической мембраны бывают двух видов - альфа- и бета-, разделяющиеся на множество подклассов. Все они относятся к метаботропным. Активация альфа-адренорецепторов сопровождается, в основном, возбуждением постсинаптических структур, а бета-адренорецепторов - преимущественно торможением (исключение касается только сердечной мышцы).
Серотонин (5-гидрокситриптамин) образуется путём гидроксилирования триптофана в синаптических терминалях и депонируется в везикулах. Из мембранной щели серотонин удаляется путем обратного захвата в пресинаптическую терминаль, а рассеянная часть разрушается в тканях моноаминоксидазой, содержащейся в митохондриях. Серотонинергические нейроны описаны в ядрах шва, в среднем мозге, в варолиевом мосту. Аксоны этих нейронов устанавливают контакты с обширными областями мозга - гиппокампом, миндалиной, ядрами гипоталамуса, корой больших полушарий, бледным шаром. Высокая концентрация серотонина обнаружена в эпифизе. Выделяется семь типов серотониновых рецепторов со множеством подтипов. Все они относятся к группе метаботропных. Активация рецепторов приводит к разнообразным эффектам - влияние на синтез цАМФ, активация калиевых и кальциевых каналов, к гиперполяризации мембраны и торможению клетки. Широкое распространение серотонинергических нейронов и синапсов в центральной нервной системе, особенности действия серотонина привели исследователей к формированию понятия «серотонинергическая система». Функции этой системы весьма разнообразны - это регуляция цикла сон-бодрствование, эмоционального поведения, двигательной активности, пищевого поведения и других сложных системных реакций. Во многих случаях серотонин выступает в роли регулятора некоторых иных медиаторов - дофамина, глутамата и др.
Нейропептиды - это олигопептиды, состоящие из 2 - 30 аминокислот, функционируют как медиаторы и комедиаторы или модулируют синаптические процессы. К ним относятся энкефалин, эндорфин и динорфин, играющие определённую роль в активации опиоидных рецепторов в лимбической системе, вегетативной нервной системе, в моторных системах. К другим нейропептидам, выполняющим роль нейромодуляторов, относятся вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), нейропептид Y и др. Большая часть из них были открыты как гормоны и только в последнее время была определена их роль в синаптических процессах. Нейропептиды находят в пресинаптической области, где они участвуют в синтезе медиаторов, и в крупных (тёмных) везикулах. Вместе с основным медиатором нейропептиды выбрасываются в синаптическую щель, модулируя его действие на рецепторы постсинаптической мембраны либо прямо, либо посредством вторичных мессенджеров.
Процесс выброса медиаторов в синаптическую щель наиболее подробно и ранее других описан в нервно-мышечном синапсе. Этому способствовало несколько обстоятельств - доступность визуального контроля подобных соединений (особенно в синапсах беспозвоночных), значительные размеры площади контакта, сравнительно несложный механизм запуска синаптических процессов, детальные сведения о медиаторе - ацетилхолине. Дальнейшие исследования показали, что основные синаптические процессы в мионевральных синапсах весьма сходны с основными процессами и в других синапсах. Проследим процесс выделения медиатора на примере холинергического мионеврального синапса.
Как уже указывалось, везикулы фиксируются на цитоскелете пресинаптической терминали и часть их расположена в области внутренней поверхности пресинаптической мембраны. Последние и представляют собой «оперативный резерв» медиатора для очередного выброса. Потенциал действия, распространяющийся вдоль аксона достигает аксонных терминалей и деполяризует пресинаптическую зону терминали. Во время этой деполяризации в нервном окончании возникает не только входящий ток натрия, как это наблюдается по всей длине аксона, но и включается специфический механизм пресинаптической мембраны, а именно - открытие потенциалзависимых ионных каналов для кальция. Эти каналы открываются на короткое время и ионы кальция устремляются внутрь терминали. Концентрация кальция в пресинаптической зоне возрастает на несколько порядков от 1•10 7 М в покое до 1·10? 4 М при активации.
Одновременно ионы кальция дополнительно выходят из эндоплазматического ретикулюма. При достижении необходимой концентрации кальция в пресинаптической зоне здесь развивается два процесса (рис.2). Один из них - связывание кальция с белком мембраны везикул, прилегающих к пресинаптической мембране - синаптотагмином, в результате чего везикула раскрывается.
Одновременно происходит слияние мембраны везикулы и пресинаптической мембраны, возникает пора, через которую и осуществляетмя экзоцитоз, т.е. выброс содержимого везикулы (кванта медиатора) в синаптическую щель (рис. 3). Кроме того, повышенная концентрация кальция приводит к активации фермента, фосфорилирующего синапсин, и везикулы трансмиттерного резерва освобождаются от цитоскелета, перемещаясь к пресинаптической мембране для осуществления очередного цикла экзоцитоза. Ионы кальция в данном случае выполняют роль вторичного мессенджера, запускающего процесс слияния мембраны везикулы с пресипаптической мембраной.
Рис. 2. Механизм освобождения медиатора (Р. Клинке, 2004)
Предполагается участие в этом также небольших мембранных G-белков. После завершения пресинаптической деполяризации ионы кальция удаляются из пресинаптической зоны посредством переносчика с участием кальциевой
АТФазы, кроме того, включается механизм активного транспорта кальция в мито-хондрии, так называемая секвестрация кальция митохондриями и связывание кальция внутриклеточными буферными системами.
Рис. 3. Экзоцитоз синаптических везикул. Увеличение в 200000 раз
«Время жизни» молекулы ацетилхолина в синаптической щели, по данным разных авторов, составляет от сотен микросекунд до нескольких миллисекунд. Судьба выделившегося ацетилхолина, а также других медиаторов прослежена при их описании.
3. Электрические процессы на постсинаптической мембране
Взаимодействие молекул медиатора с соответствующими рецепторами постсинаптической мембраны приводит, как уже было сказано, к открытию ионных каналов для натрия, калия и хлора. В соответствие с электрохимическим градиентом происходит быстрое движение ионов через мембрану (натрия и хлора внутрь клетки, калия - наружу), что приводит к сдвигу на некоторое время потенциала покоя мембраны на величину порядка 10-30мв. Этот процесс длится в течение 5-100мс и в зависимости от того, какие ионные каналы открыты, в зависимости от подвижности ионов заряд мембраны может либо уменьшаться (мембрана деполяризуется), либо увеличиваться (мембрана гиперполяризуется) - рис.4).
В первом случае возникает возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП), во втором - тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). Эти потенциалы различаются по амплитуде, среди них выделяют миниатюрные постсинаптические потенциалы (МинПСП), амплитуда которых находится в пределах от десятков мкВ до нескольких мв, а длительность меньше, чем у обычных ПСП.
ВПСП возникает в той зоне постсинаптической мембраны, где действие медиатора привело к открытию ионных каналов для натрия и калия. При этом амплитуда ВПСП прямо зависит от числа выделившихся квантов медиатора, концентрации медиатора в синаптической щели и, следовательно, о
Синаптическое взаимодействие нейронов контрольная работа. Биология и естествознание.
Дипломная работа по теме Разработка дизайна тематической сувенирной продукции
Новые Индустриальные Страны Реферат
Реферат по теме Патологія печінки
Реферат: Dell Essay Research Paper Dell Computers was
Реферат по теме Телерепортаж
Гравитационные Силы Реферат
Образец Сочинения На 24 Балла
Сочинение Характер Чацкого Горе От Ума
Почему Христос Загадка Финала Двенадцать Сочинение Краткое
Реферат: Понятие судопотока в речном флоте
Сочинение Художественное Своеобразие Романа Пушкина Евгений Онегин
Курсовая работа по теме Анализ финансового состояния колхоза 'Луч'
Отчет О Прохождении Производственной Практики Учителя
Реферат: Проангиоспермы и происхождение цветковых растений. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение по теме Таинственный остров. Верн Жюль
Реферат Тему Австралия
Контрольная работа по теме Учетная политика для целей налогообложения. Земельный налог
Реферат На Тему Патофизиология Пищеварения
Экологические Проблемы Земли Реферат
Циклические И Ациклические Виды Спорта Реферат
Причины, ликвидация и экологические последствия лесных пожаров - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда дипломная работа
Екологія бактерій - Биология и естествознание реферат
Генетика микроорганизмов - Биология и естествознание дипломная работа