Механизм передачи возбуждения в синапсе

 Общая картина этого процесса следующая. При поступлении пикового потенциала по аксону к пресинаптической мембране пузырьки с медиатором приближаются к ней, разрушаются и выделяют медиатор в синаптическую щель. Медиатор достигает постсинаптической мембраны, изменяет её проницаемость для ионов и тем самым приводит к развитию на ней деполяризации (т.е. возбуждению) или гиперполяризации (т.е. торможению клетки).

Механизм высвобождения медиатора из пресинаптического образования. В пресинаптической мембране содержится большое количество потенциал-зависимых кальциевых каналов. Когда потенциал действия деполяризует пресинаптическую мембрану, большое число ионов Са2+ и Na+ поступает в окончание аксона. Затем Са2+ соединяется с белком кальмодулином и активирует кальмодулин-киназу II, которая в свою очередь фосфорилирует белковый комплекс, состоящий из 4-х белков, расложенный на поверхности синаптического пузырька. Считается, что при помощи этого белкового комплекса пузырек прикрепляется к цитоскелету нервного окончания. Его фосфорилирование устраняет эту связь пузырька с цитоскелетом, что позволяет двигаться синатическому пузырьку по направлению к пресинаптической мембране, где он сливается с ней и выбрасывает свое содержимое. Кроме того, ионы Са2+, поступившие в синаптическую терминаль, связываются с белковыми молекулами, расположенными на внутренней поверхности пресинаптической мембраны в местах, называемых местом высвобождения или активной зоной. Это, в свою очередь, заставляет близко расположенные везикулы связываться с мембраной и затем выбрасывать свое содержимое наружу путем экзоцитоза. 82 Обычно несколько пузырьков высвобождают свой медиатор в синаптическую щель. В одном пузырьке содержится от 2000 до 10000 молекул ацетилхолина. Это количество получило название - квант медиатора. В пресинаптической терминали имеется достаточное количество пузырьков, чтобы обеспечить передачу от нескольких сотен до 10000 потенциалов действия

 

25. Строение рецептора, расположенного на постсинаптической мембране нервно-мышечного синапса. Механизм возникновения возбуждения на постсинаптической мембране. Возбуждающий и тормозной постсинаптический потенциал.

Действие медиатора на постсинаптическую мембрану. Рецепторы. На постсинаптической мембране имеется большое количество рецепторных белков. Эти рецепторы имеют два главных компонента. 1. Связывающий компонент, который выступает над мембраной в синаптическую щель. К нему присоединяется медиатор, выделившийся из пресинаптического окончания. 2. Ионофорный компонент. Он представляет собой путь через мембрану в клетку. Это либо а) химически-активируемый ионный канал, либо б) активатор вторичного посредника. Этот белок располагается на внутренней поверхности мембраны и способен активировать различные вещества, находящиеся внутри постсинаптической клетки. Ионные каналы. Химически-активируемые каналы (лигандактивируемые каналы) обычно делятся на 3 типа: 1) натриевый канал – через него проходят, главным образом, ионы Na+; 2) калиевый канал – через него проходят, главным образом, ионы К+; 3) хлорный канал – через него проходят, главным образом, ионы С1−. Открытие Na+ канала приводит к деполяризации мембраны нейрона и развитию возбуждения. Следовательно, медиаторы, которые открывают Na+ - каналы, называются возбуждающие медиаторы. С другой стороны, открытие каналов для С1− или К+ затормаживает нейрон, а медиаторы, которые их открывают, называются тормозными медиаторами (ГАМК, глицин). Система вторичных посредников. Активация вторичных посредников может происходить следующим путем. Имеется несколько типов систем посредников: в нейронах наиболее часто встречается группа белков, называемая G-белками. G-белок состоит из 3-х субъединиц (a, b и g). После активации рецептора от белкового комплекса отсоединяется a- субъединица и свободно движется в цитоплазме, a-субъединица внутри клетки выполняет множество различных функций: 1) открывает специфические каналы на постсинаптической мембране клетки; 2) активирует в клетке образование ц-АМФ, которая активирует многочисленные метаболические пути; 3) активирует генный аппарат в ядре, что приводит к образованию дополнительных рецепторов на постсинаптической мембране; 4) активирует внутриклеточные ферменты. 83 Подобные изменения могут увеличивать или снижать активность синапса на минуты, дни, месяцы или даже годы. Следовательно, медиаторы, которые вызывают подобные эффекты, иногда называются синаптическими модуляторами. В последнее время показано, что такие модуляторы являются важными в развитии некоторых процессов памяти. Постсинаптические потенциалы. Постсинаптические потенциалы были изучены при помощи микроэлектродной техники. Различают возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) и тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП). Возбуждающий постсинаптический потенциал. ВПСП - является следствием деполяризации постсинаптической клеточной мембраны, возникающей после активации пресинаптического образования

 

В выделившийся из пресинаптического окончания медиатор взаимодействует с рецептором постсинаптической мембраны, который связан с натриевым ионным каналом. После этого открывается ионный канал и входящие внутрь клетки ионы Na+ в области постсинаптической мембраны формируют деполяризацию. Своего пика она достигает через 1-1,5 мс и затем экспоненциально уменьшается с постоянной времени, равной 1/е, где е=2,718. Однако, этот процесс зависит от медиатора и свойств постсинаптической мембраны, во время этого потенциала возбудимость нейрона увеличивается, а такой потенциал называется возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Один сам по себе ВПСП маленький, но при повторных циклах выброса медиатора ВПСП суммируется. В результате деполяризации постсинаптической мембраны разность потенциалов уменьшается с -70 до - 50 мВ. В результате этого между постсинаптической мембраной и рядом расположенной с ней возбудимой мембраной клетки возникает разность потенциалов и возникает маленький постоянный ток, силовые линии которого стекаются в область постсинаптической мембраны (более деполяризованный участок) и выходят в рядом расположенном участке возбудимой мембраны клетки, увеличивая проводимость его к ионам натрия. В этом участке также развивается деполяризация, которая, достигая критического уровня, запускает развитие потенциала действия в клетке.

Тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП). В некоторых синапсах после выделения медиатора на постсинаптической мембране развивается гиперполяризация. Во время этого потенциала возбудимость нейрона уменьшается. ТПСП развивается вследствие локального увеличения проницаемости мембраны для ионов хлора. Когда выделившийся медиатор взаимодействует с рецептором постсинаптической мембраны открывается канал для ионов Сl -. Ионы хлора входят внутрь клетки, увеличивая разность потенциалов на мембране. Однако, проницаемость мембраны быстро восстанавливается. Снижение возбудимости нейрона во время генерации ТПСП связана с увеличением порога деполяризации. ТПСП также будет возникать после открытия каналов для ионов К+, которые выходят из клетки и увеличивают количество положительных зарядов на внешней поверхности мембраны, создавая гиперполяризацию. Кроме того, ТПСП может развиваться посредством закрытия каналов для Na+ или Са2+. Миниатюрные потенциалы – это потенциалы, которые развиваются на постсинаптической мембране клетки в результате спонтанного высвобождения нескольких квантов медиатора.