Интеграция синаптических входов

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 (суммирование).

С другой стороны, пресинаптический нейрон, высвобождающий ингибиторный нейромедиатор такой как ГАМК, может вызывать ингибиторный постсинаптический потенциал в постсинаптическом нейроне, снижая его возбудимость.

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

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

 

А. Норадреналин

Норадреналин — главный симпатический нейромедиатор центральной и симпатической нервной системы.

Функции норадреналина

Норадреналин выделяется адренергическими нейронами центральной и симпатической нервной системы. Действие норадреналина осуществляется через адренергические рецепторы нейронов и периферических тканей.

Синтез

Норадреналин синтезируется из предшественников в несколько этапов: 1) окисление тирозина (образуется диоксифенилаланин — ДОФА); 2) декарбоксилирование ДОФА (образуется дофамин); 3) гидроксилирование дофамина (образуется норадреналин).

Деградация

У млекопитающих норадреналин разрушается до различных метаболитов: 1) норметанефрин посредством катехол-O-метилтрансферазы (COMT); 2) 3,4-дигидроксиминдальная кислота посредством моноаминоксидазы (MAO); 3) 3-метокси-4-гидроксиминдальная кислота посредством MAO; 4) 3-метокси-4-гидроксифенилгликол посредством MAO.

Везикулярный транспорт

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

Высвобождение

Высвобождение норадреналина из везикул модулируется α2-адренорецепторами — отрицательная обратная связь.

Рецепторы

Адренергические рецепторы — класс G-протеин-ассоциированных рецепторов. Функционально выделяют 2 главные группы рецепторов: α-адренорецепторы (α1 и α2-адренорецепторы) и β-адренорецепторы.

α1-Адренорецепторы сопряжены с Gq-протеином, активирующим фосфолипазу C (PLC). В свою очередь PLC высвобождает инозитолтрифосфат, который стимулирует выход Ca2+ из эндоплазматического ретикулума. Поэтому стимуляция α1-адренорецепторов вызывает высвобождение нейромедиаторов и сокращение гладких миоцитов.

α2-Адренорецепторы сопряжены с Gi-протеином, поэтому их стимуляция ингибирует аденилатциклазу, что приводит к снижению продукции цАМФ. Поэтому стимуляция α2-адренорецепторов вызывает сокращение гладких миоцитов и ингибирование высвобождения нейротрансмиттера.

β-Адренорецепторы сопряжены с Gs-протеином, поэтому их стимуляция активирует аденилатциклазу, продуцирующую цАМФ.

 

Б. Ацетилхолин

Ацетилхолин — нейротрансмиттер периферической и центральной нервной системы.

Функция

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.

Синтез и деградация

Ацетилхолин синтезируется посредством холинацетилтрансферазы из холина и ацетил-КоА. Ацетилхолинэстераза (холинэстераза) превращает ацетилхолин в неактивные метаболиты холин и ацетат.

Рецепторы

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 PKA и PKC.

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

 

Ингибиторный постсинаптический потенциал

Ингибиторный постсинаптический потенциал (IPSP) — изменение мембранного потенциала постсинаптических нейронов вследствие стимуляции рецепторов ингибиторных нейротрансмиттеров.

 

А. ГАМК

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

Функции ГАМК

ГАМК в синапсах головного мозга через стимуляцию специфических трансмембранных рецепторов пре- и постсинаптических нейронов. Стимуляция ГАМК-рецепторов вызывает открытие ионных каналов, обеспечивая вход ионов Cl− в нейрон или выход из нейрона ионов K+. Это вызывает гиперполяризацию мембраны клетки. Известны 3 вида рецепторов ГАМК — ионотропные ГАМКA- и ГАМКC-рецепторы, сопряженные с ионными каналами и метаботропные ГАМКB-рецепторы, сопряженные с G-протеинами.

Синтез

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

Распад

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

ГАМКA- и ГАМКC-рецепторы

- являются ионотропными рецепторами, стимуляция которых вызывает открытие Cl−-каналов.

ГАМКB-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.

 

Б. Глицин

Функции глицина

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

Синтез

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

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

Деградация

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

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

Рецепторы

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

 

Норадреналин. Функции. Ферменты, участвующие в синтезе норадреналина. Типы рецепторов норадреналина. Высвобождение и деградация норадреналина. Механизм нейрональной трансдукции с вовлечением рецепторов норадреналина.

А. Норадреналин

Норадреналин — главный симпатический нейромедиатор центральной и симпатической нервной системы.

Функции норадреналина

Норадреналин выделяется адренергическими нейронами центральной и симпатической нервной системы. Действие норадреналина осуществляется через адренергические рецепторы нейронов и периферических тканей.

Синтез

Норадреналин синтезируется из предшественников в несколько этапов: 1) окисление тирозина (образуется диоксифенилаланин — ДОФА); 2) декарбоксилирование ДОФА (образуется дофамин); 3) гидроксилирование дофамина (образуется норадреналин).

Деградация

У млекопитающих норадреналин разрушается до различных метаболитов: 1) норметанефрин посредством катехол-O-метилтрансферазы (COMT); 2) 3,4-дигидроксиминдальная кислота посредством моноаминоксидазы (MAO); 3) 3-метокси-4-гидроксиминдальная кислота посредством MAO; 4) 3-метокси-4-гидроксифенилгликол посредством MAO.

Везикулярный транспорт

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

Высвобождение

Высвобождение норадреналина из везикул модулируется α2-адренорецепторами — отрицательная обратная связь.

Рецепторы

Адренергические рецепторы — класс G-протеин-ассоциированных рецепторов. Функционально выделяют 2 главные группы рецепторов: α-адренорецепторы (α1 и α2-адренорецепторы) и β-адренорецепторы.

α1-Адренорецепторы сопряжены с Gq-протеином, активирующим фосфолипазу C (PLC). В свою очередь PLC высвобождает инозитолтрифосфат, который стимулирует выход Ca2+ из эндоплазматического ретикулума. Поэтому стимуляция α1-адренорецепторов вызывает высвобождение нейромедиаторов и сокращение гладких миоцитов.

α2-Адренорецепторы сопряжены с Gi-протеином, поэтому их стимуляция ингибирует аденилатциклазу, что приводит к снижению продукции цАМФ. Поэтому стимуляция α2-адренорецепторов вызывает сокращение гладких миоцитов и ингибирование высвобождения нейротрансмиттера.

β-Адренорецепторы сопряжены с Gs-протеином, поэтому их стимуляция активирует аденилатциклазу, продуцирующую цАМФ.