Этапы и механизмы синаптической передачи. Медиаторы и их свойства. Рецепторы постсинаптической мембраны.

Передача возбуждения в химическом синапсе - сложный физиологический процесс, протекающий в несколько стадий. Он включает синтез и секрецию медиатора; взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны; инактивирование медиатора. В целом синапс осуществляет последовательную трансформацию электрического сигнала, поступающего по нервному волокну, в энергию химических превращений на уровне синаптической щели и постсинаптической мембраны, которая затем снова трансформируется в энергию распространяющегося возбуждения в эффекторной клетке.

Синтез медиатора

Медиаторы («посредники») обеспечивают одностороннюю передачу возбуждения - от нервного волокна к эффекторной клетке рабочего органа или к другому нейрону. Некоторые медиаторы (например, ацетилхолин) синтезируются в цитоплазме синаптических окончаний из нормальных компонентов внутри- и внеклеточных жидкостей, поступающих в них путем ниноцитоза. Другие образуются в теле нейрона, в частности в аппарате Гольджи, а затем путем прямого аксонного транспорта поступают в синаптическое окончание и депонируются в везикулах.

Медиаторы синтезируются постоянно и депонируются в везикулах (пузырьки) синаптических окончаний.

Секреция медиатора

Высвобождение медиатора из синаптических пузырьков имеет квантовый характер. В состоянии покоя оно незначительно. При деполяризации пресинаптической мембраны под влиянием нервного импульса высвобождение медиатора резко усиливается. Взаимосвязь между деполяризацией пресинаптической мембраны и высвобождением медиатора выполняют ионы кальция.

Высвобождение медиатора из синаптических пузырьков имеет квантовый характер.

В состоянии покоя оно незначительно, так как в отсутствие деполяризации пресинаптического окончания происходит только случайное столкновение синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной. Скорость спонтанной секреции зависит от уровня поляризации пресинаптической мембраны и количества ионов кальция внутри нервного окончания. В результате экзоцитоза в синаптическую щель попадает лишь небольшое количество медиатора, причем спонтанно и беспорядочно. В ответ на кванты медиатора на постсинаптической мембране возникают миниатюрные постсинаптические потенциалы (МПП), причем апериодически, беспорядочно, их величина @, 5 мВ) значительно меньше порога возбуждения постсинаптической мембраны, и нужно 200—300 таких МПП, чтобы возникло распространяющееся возбуждение

Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны.

Структурными элементами мембранного рецептора являются два белковых функциональных центра связывания молекул медиатора и пронизывающий мембрану ионоселективный канал. Связь между рецептором и ионоселективным каналом заключается в том, что при изменении (конформации) первого осуществляется «запуск» работы второго. Вследствие конформационных процессов в области белковых ионоселективных каналов изменяется их проницаемость для различных ионов.

При увеличении проницаемости натриевых каналов усиливается поступление этих ионов в клетку с последующей деполяризацией химически возбудимых участков мембраны и возникновением возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП), величина которых пропорциональна количеству выделившегося медиатора. Из множества ВПСП вследствие их суммации возникает распространяющееся возбуждение в соседнем электровозбудимом участке мембраны (потенциал действия). Такие синапсы называют возбуждающими.

Инактивирование медиатора

Инактивирование (полная потеря активности) медиатора необходимо для реполяризации постсинаптической мембраны и восстановления исходного уровня мембранного потенциала. Наиболее важным путем инактивирования является ферментативный гидролиз медиатора с помощью ингибиторов. Для ацетилхолина ингибитором является холинэстераза; для норадреналина и адреналина — моноаминоксидаза (МАО) и катехолоксиметилтрансфераза (КОМТ). Продукты ферментативного гидролиза медиатора поступают в тканевую жидкость и в кровь и циркулируют в ней как его предшественники. В результате инактивирования медиатора возбуждение прекращается и возникает снова только при поступлении следующей, достаточной для развития ВПСП, порции. Возбуждение постсинаптической мембраны носит, таким образом, импульсный, дискретный, т.е. квантовый, характер. Другой путь удаления медиатора из синаптической щели — «обратный захват» пресинаптическими окончаниями (пиноцитоз) молекул медиатора из синаптической щели и обратный (ретроградный) аксонный транспорт, особенно выраженный для катехоламинов.

Ретроградно, со скоростью 200—300 мм/сут, от окончаний аксона к перикариону перемещаются крупные везикулы с «обломками» медиаторов и веществ, подлежащих перевариванию в лизосомах.

Медиатор – это группа химических веществ, которая принимает участие в передаче возбуждения или торможения в химических синапсах с пресинаптической на постсинаптическую мембрану.

Критерии, по которым вещество относят к группе медиаторов:

1) вещество должно выделяться на пресинаптической мембране, терминали аксона;

2) в структурах синапса должны существовать ферменты, которые способствуют синтезу и распаду медиатора, а также должны быть рецепторы на постсинаптической мембране, которые взаимодействуют с медиатором;

3) вещество, претендующее на роль медиатора, должно при очень низкой своей концентрации передавать возбуждение с пресинаптической мембраны на постсинаптическую мембрану. Классификация медиаторов:

1) химическая, основанная на структуре медиатора;

2) функциональная, основанная на функции медиатора.

Химическая классификация.

1. Сложные эфиры – ацетилхолин (АХ).

2. Биогенные амины: 1) катехоламины (дофамин, норадреналин (НА), адреналин (А)); 2) серотонин;

3) гистамин.

3. Аминокислоты: 1) гаммааминомасляная кислота (ГАМК); 2) глютаминовая кислота; 3) глицин;

4) аргинин.

4. Пептиды: 1) опиоидные пептиды: а) метэнкефалин; б) энкефалины; в) лейэнкефалины;

2) вещество «P»;

3) вазоактивный интестинальный пептид;

4) соматостатин.

5. Пуриновые соединения: АТФ.

6. Вещества с минимальной молекулярной массой: 1) NO; 2) CO.

Функциональная классификация.

1. Возбуждающие медиаторы, вызывающие деполяризацию постсинаптической мембраны и образование возбуждающего постсинаптического потенциала:

1) АХ;

2) глютаминовая кислота;

3) аспарагиновая кислота.

2. Тормозящие медиаторы, вызывающие гиперполяризацию постсинаптической мембраны, после чего возникает тормозной постсинаптический потенциал, который генерирует процесс торможения:

1) ГАМК; 2) глицин; 3) вещество «P»; 4) дофамин; 5) серотонин; 6) АТФ.

Норадреналин, изонорадреналин, адреналин, гистамин являются как тормозными, так и возбуждающими.

АХ (ацетилхолин) является самым распространенным медиатором в ЦНС и в периферической нервной системе. Содержание АХ в различных структурах нервной системы неодинаково. С филогенетической точки зрения в более древних структурах нервной системы концентрация ацетилхолина выше, чем в молодых. АХ находится в тканях в двух состояниях: связан с белками или находится в свободном состоянии (активный медиатор находится только в этом состоянии).

АХ образуется из аминокислоты холин и ацетил-коэнзима А.

Медиаторами в адренэргических синапсах являются норадреналин, изонорадреналин, адреналин. Образование катехоламинов идет в везикулах терминали аксона, источником является аминокислота: фенилаланин (ФА).

Классификация рецепторов постсинаптической мембраны

Рецепторы, взаимодействующие с ацетилхолином, называются холинорецепторами. В функциональном отношении они разделяются на две группы — мускарино-(М)- и никотино-(Н)-чувствительные. В синапсах скелетных мышц и в вегетативных ганглиях присутствуют только Н-холинорецепторы, тогда как в сердце и в гладких мышцах внутренних органов — преимущественно М-холинорецепторы. Рецепторы, взаимодействующие с норадреналином, называются адренорецепторами. В функциональном отношении они делятся на α - и β -адренорецепторы. В постсинаптической мембране неисчерченных мышечных клеток внутренних органов и кровеносных сосудов часто соседствуют оба вида адренорецепторов. Действие норадреналина в ряде случаев является деполяризующим, если он взаимодействует с адренорецепторами, или тормозным — при взаимодействии с α -адренорецепторами. Результатом взаимодействия норадреналина с α -адренорецепторами является, например, сокращение мышечной оболочки стенок кровеносных сосудов (артериол) или кишечника, а с β 2-адренорецепторами — их расслабление.