Типы межнейрональных синапсов

 

• Мозг человека содержит» 100 миллиардов нейронов. • Каждый нейрон образует контакты в среднем с 1000 других нейронов.

 

По характеру контактирующих частей нейронов выделяют (рис. 410020748): · аксо-аксональные, · аксо-дендритические (дендритные), · аксо-соматические, · дендро-дендритические, · дендро-соматические · и т.п..

 

Рис. 410020748. Типы межнейрональных синапсов по характеру контактирующих частей неронов, АД — аксо-дентритические, АС — аксо‑соматические, АА — аксо-аксонаьные, ДД — дендро‑дендритические.

 

В приложении 1 межнейрональные синапсы показаны более детально.

 

По локализации в нервной системе выделяют 1. центральные ( расположены в головном и спинном мозге, т.е. в ЦНС) 2. периферические ([Б18] в периферической нервной системе).

 

Классификацию (типы) химических синапсов смотрите ниже.

3. Химический синапс: общий план строения

 

[4]

 

В синапсе различают (рис. 709180936.): · пресинаптический элемент (полюс), который ограничен пресинаптической мембраной, · постсинаптический элемент (полюс), который ограничен постсинаптической мембраной. В постсинаптическом элементе выделяют околосинаптическую (внесинаптическую) область, · синаптическую щель.

 

Рис. 709180936. Общий план стро­ения синапса. А – пре­си­наптическая мембрана; Б - синаптическая щель; В – пост­си­нап­ти­че­ская мем­брана.

 

Сложностей в определении основных частей химического синапса у морфологов, как правило, не возникает. В пресинапсе имеются синаптические пузырьки (рис. 809221450, 809221454).

 

Рис. 809221450. Морфологическая асимметрия химического синапса.

 

Рис. 809221454. Электронный микрофотоснимок синаптической бляшки (S) на дендрите (D) в центральной нервной системе. P — постсинаптическое утолщение; М — митохондрии (´56000) [A19] [A20]

 

По характеру синаптических пузырьков (рис. 410070849) можно предположить харатер медиатора синапса.     Рис. 410070849. Схема строения синаптических пузырьков: А — холинергических (светлых); Б — адренергических; В — пуринергических; Г — пептидергических. [A21]

 

Более того, по морфологическим данным мы можем предположить тормозной или возбуждающий синапс находится перед нами (рис. 410070900).     Рис. 410070900. Схема строения синапсов различных типов: А — тормозного типа; Б — возбудительного типа.. 1 — аксон; 2 — пресинаптическая мембрана; 3 — постсинаптическая мембрана; 4 — синаптические пузырьки; 5 — синаптическая щель; 6 — постсинаптические уплотнения.

 

Однако, если морфологических признаков недостаточно для решения этого вопроса, можно проследить в каком направлении распространяется возбуждение (рис. 709180936).

 

По ходу распространения возбуждения основные части синапса расположены в следующем порядке: пресинаптическая мембрана, синаптическая щель, постсинаптическая мембрана.

 

Типы химических синапсов

 

[5]   По природе медиатора химические синапсы различают: — холинергические (медиатор - ацетилхолин), — адренергические (медиатор - норадреналин), — дофаминергические (ме­диатор - дофамин), — ГАМК-ергические (ме­диатор - гамма-аминомасляная кислота), — глицинергические, — глутаматергические, — аспартатергические, — пептидергические (медиатор - пептиды[Б22]), — пуринергические (медиатор - АТФ) — и т.д.

 

[6]   По характеру рецепторов на постсинаптической мембране, определяющих в постсинапсе процессы, происходящие при передаче возбуждения химические синапсы разделяются на • ионотропные • метаботропные

 

 

[7]   По характеру изменения мембранного потенциала на постсинаптической мембране при передаче возбуждения химические синапсы разделяются на[A23] • возбуждающие • тормозные

 

Возбуждающими и тормозными могут быть и электрические синапсы. Но у человека тормозных электрических синапсов не найдено, а функция возбуждающих и тормозных химических синапсов у человека хорошо изучена.

 

5. Этапы передачи сигнала в химическом синапсе[Мф24]

 

[8]

 

При огромном разнообразии синапсов и различиях в механизмах передачи сигнала в них, для большинства изученных синапсов можно выделить следующие наиболее общие этапы передачи возбуждения:

 

 

1. Деполяризация пресинаптической мембраны приходящим по аксону потенциалом действия (ПД). 2. Открытие потенциалзависимых Сa^++‑каналов на пресинаптической мембране и поступление Сa^++ в пресинапс (пассивный транспорт). 3. Увеличение концентрации Сa^++ в пресинапсе запускает слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной и выброс нейромедиатора в синаптическую щель (экзоцитоз). 4. Диффузия медиатора к постсинаптической мембране. 5. Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны. 6. Реакция постсинапса на действие медиатора. 7. Инактивация медиатора.

 

Везикулярная гипотеза освобождения медиатора в синапсе [A25]

[9]

 

Для того чтобы понять, как формировалась везикулярная гипотеза, необходимо остановиться на квантовой гипотезе освобождения медиатора в синапсе.

 

	Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1970 года.
Бернард Катц (Sir Bernard Katz, 1911 - 2003), University College London, United Kingdom

 

В 1953 году Бернард Катц с сотрудниками, исследуя нервно-мышечный синапс лягушки (медиатор - ацетилхолин), с помощью микроэлектродов зарегистрировали новый класс постсинаптических потенциалов (рис. 809260319).

 

Рис. 809260319. Из Нобелевской лекции Б.Катца: МПКП.

 

Эти сигналы возникали случайно, в покое, имели очень маленькую амплитуду и были названы миниатюрными потенциалами концевой пластинки (МПКП). Далее оказалось, что постсинаптические потенциалы, вызванные раздражением двигательного нерва (потенциалы концевой пластинки - ПКП), от раздражения к раздражению варьируют по амплитуде, причем эти колебания кратны амплитуде МПКП. Было предположено, что медиатор в синапсе освобождается в виде мультимолекулярных порций - квантов.

В покое случайное освобождение из нервного окончания отдельных порций вызывает появление на постсинаптической мембране МПКП, а в ответ на раздражение происходит синхронное освобождение нескольких десятков или сот квантов и возникает ПКП. Электрофизиологическое определение показало, что квант медиатора состоит из 1000-10 000 молекул ацетилхолина. В дальнейшем квантовая гипотеза освобождения медиатора получила подтверждение на самых разнообразных объектах и в настоящее время считается общепризнанной.

Использование метода электронной микроскопии для изучения ультраструктуры синапса позволило в 1954 году Де Робертсу и Беннету выявить в цитоплазме двигательного нервного окончания большое количество синаптических везикул диаметром около 50 нм. Поскольку везикулы имели одинаковые размеры и концентрировались у пресинаптической мембраны, было предположено, что квант медиатора находится в синаптической везикуле, а освобождение медиатора происходит путем выделения содержимого везикулы в синаптическую щель путем экзоцитоза.

Так была сформулирована везикулярная гипотеза освобождения медиатора в синапсе. В дальнейшем синаптические везикулы были обнаружены во всех химических синапсах нервной системы.

К основным постулатам везикулярной гипотезы необходимо отнести следующие: 1) медиатор в нервном окончании концентрируется в синаптических везикулах, 2) везикулярный медиатор освобождается путем слияния мембраны везикулы с пресинаптической мембраной (экзоцитоз).

 

Типы везикул. Как показали электронно-микроскопические исследования, самые разнообразные нервные окончания имеют два типа секреторных везикул: синаптические везикулы (мелкие везикулы) и секреторные гранулы (так называемые крупные или электронно-плотные везикулы). Мелкие синаптические везикулы однородны по размерам и имеют малый диаметр (около 50 нм). Эти везикулы содержат классические медиаторы. Крупные, электронно-плотные везикулы имеют большой диаметр (около 100 нм), они неоднородны по размерам и содержат электронно-плотные гранулы, представляющие собой крупномолекулярные медиаторы - пептиды и белки.

 

Формирование везикул

Синаптические везикулы образуются в теле нервной клетки из эндоплазматического ретикулума и цистерн аппарата Гольджи, а затем транспортируются по аксону в нервные окончания.

 

Рис. 809300818. Формирование, заполнение и опустошение везикул (а – мелких, б – крупных).

 

По всей видимости, принципиальной разницы в формировании различных типов везикул, заполненных различными медиаторами, не наблюдается.

 

Заполнение везикул

 

Как показали биохимические исследования, медиатор в мелких синаптических везикулах находится в очень высокой концентрации - 100 ммоль/л. Это достигается наличием в мембране везикулы специальных активных транспортных систем. В мембране везикулы имеется протонный насос, который, используя энергию АТФ, создает разность потенциалов на мембране везикулы (содержимое везикулы заряжено положительно по сравнению с цитоплазмой нервного окончания). Везикулы содержат также хлорные каналы. Электрохимический градиент, формируемый протонным насосом, обеспечивает активный транспорт медиатора, который синтезируется в цитоплазме нервного окончания, в везикулу.

В настоящее время выделены несколько классов таких транспортных молекул, специфичных для биогенных аминов, ацетилхолина, глютамата, ГАМК и глицина. Наряду с медиатором в везикулах находятся АТФ, ионы, ферменты и другие компоненты.

Что касается крупных, электронно-плотных везикул, то их заполнение белковыми компонентами начинается уже в процессе образования везикул из эндоплазматического ретикулума. Синтез нейроактивных пептидов происходит подобно синтезу пептидных гормонов. Первоначально крупные аминокислотные последовательности (пептидные цепи) образуются на рибосомах, подобно прегормонам, и помещаются в эндоплазматический ретикулум. В цистернах аппарата Гольджи начинается протеолитический процесс разделения крупных полипептидов на фрагменты с образования активных пептидов, которые включаются в отпочковывающиеся везикулы. Причем разные нейроактивные пептидные фрагменты могут оказаться в различных везикулах, которые транспортируются в нервные окончания нейрона. Во многих нейронах медиаторы и нейропептиды синтезируются и упаковываются в одни и те же везикулы, следовательно, из их нервных окончаний освобождаются несколько различных медиаторов.