Синаптична передача. Медіатори
Введення
Ч. Шеррінгтон обгрунтував уявлення про відсутність міжклітинної безперервності в нервовій системі і ввів поняття синапс для позначення структури, яка опосередковує передачу сигналу від закінчень аксона до ефекторних клітині - нейрон), м'язовому волокну, секреторної клітці залози. Синапс складається з пресинаптичного закінчення і постсинаптичної мембрани, розділених синоптичної щілиною, яка заповнена рихлим коллагеноподобним речовиною.
Існують два способи синаптичної передачі - електричний і хімічний.
Можливо і поєднання обох механізмів, електричного та хімічного, в одному змішаному синапсі, проте в нервовій системі ссавців переважають чисто хімічні синапси.
В електричних синапсах, кількість яких в нервовій системі відносно невелика, потенціал дії пресинаптичних закінчень забезпечує струм, який деполяризує постсинаптичну мембрану. Морфологічну основу електричної передачі становить щілинний контакт, для якого характерні тісне прилягання пре-і постсинаптичні мембран, велика площа контакту цих мембран, наявність ультраструктур, що знижують електричне опір в області контакту, - свого роду каналів, організованих в ввде правильної мережі між пре-і постсинаптичні мембраною.
Електрофізіологічними критеріями електричної синаптичної передачі є: 1) відсутність синаптичної затримки; 2) проведення збудження в обох напрямках; 3) незалежність від потенціалу пресинаптичної мембрани; 4) стійкість до змін концентрації іонів кальцію і магнію в середовищі, до асфіксії, низькій температурі, деяким фармакологічним впливів.
Функціональна роль електричних синапсів полягає в здійсненні термінової передачі сигналів, що забезпечує синхронізацію електричної активності групи нейронів, наприклад групи мотонейронів під час стрибкових рухів жаби або плавальних рухів риби. Електричні синапси виявляються між нервовими клітинами, однотипними за структурою і функціями.
Еволюція нервової системи супроводжується зменшенням числа електричних синапсів на користь іншого способу передачі - хімічного. У хімічному синапсі нервовий імпульс викликає звільнення з пресинаптичних закінчень хімічного посередника - нейромедіатора, який дифундує через синоптичну щілину і вступає у взаємодію з білками-рецепторами постсинаптичної мембрани, В результаті відбувається генерація постсинаптичного потенціалу.
Хімічний механізм синаптичної передачі в порівнянні з електричним більш ефективно забезпечує основні функції синапсу: 1) одностороннє проведення сигналу; 2) посилення сигналу; 3) конвергенцію багатьох сигналів на одній постсинаптичної клітці, пластичність передачі сигналів.
Хімічні синапси передають два види сигналів - збудливий і гальмівної. У збудливих синапсах нейромедіа-тор, що звільняється з пресинаптичних нервових закінчень, викликає в постсинаптичні мембрані збудливий пост-синаптичних потенціал - локальну деполяризацію, а в гальмівних синапсах - гальмівний постсинаптичний потенціал, як правило, - гіперполяризацію. Зниження опору мембрани, що відбувається під час гальмівного постсинаптичного потенціалу, веде до короткого замикання збудливого постсинаптичного струму, тим самим послаблюючи або блокуючи передачу збудження.
У справжньої роботі розглянуті організація пресинаптичного закінчення, механізми екзоцитозу. Ейромедіаторов, хімічна природа та функціональні особливості медіаторів.
1. Морфофункціональна організація хімічного синапсу. Квантова теорія звільнення нейромедіатора
Одним з самих детально вивчених хімічних синапсів вважається нервово-м'язове з'єднання скелетних м'язів, в якому нейромедіатором служить ацетилхолін. Відносна доступність цього синапсу і зручність для вивчення дозволили нобелівському лауреату Б. Катцу у 50-ті роки провести мік-роелектрофізіологіческіе дослідження, які разом з даними електронної мікроскопії склали основу квантової теорії синаптичної передачі, справедливої для самих різних хімічних синапсів.
Згідно цієї теорії процес звільнення нейромедіатора складається з окремих елементарних реакцій, кожна з яких представляє собою вихід одного кванта нейромедіатора. Коли потенціал пресинаптичної мембрани знаходиться на рівні спокою, тобто до пресинаптическим закінченнях не надходять нервові імпульси, кванти нейромедіатора теж звільняються, але спонтанно і з низькою швидкістю. Відповіддю постсинаптичної мембрани на окремі кванти є виникнення мініатюрних постсинаптичних потенціалів, в разі нервово-м'язового синапсу вони називаються мініатюрними потенціалами кінцевої пластинки. Деполяризація пресинаптичної мембрани під час нервового імпульсу веде до практично синхронного звільненню великої кількості квантів - до декількох сотень. В результаті виникає викликаний постсинаптичний потенціалів нервово-м'язовому синапсі він називається потенціалом кінцевої пластинки), який, у разі досягнення порогової амплітуди, веде до генерації потенціалу дії в постсинаптичної клітці.
Звільнення індивідуальних квантів являє собою статистичний процес: нервове закінчення містить п елементарних одиниць, кожна з яких має незалежну від інших одиниць ймовірність відповіді на нервовий імпульс. Якщо середня ймовірність відповіді дорівнює Р у то середнє число квантів, звільнених у відповідь на нервовий імпульс, визначається рівнянням т = ПР.
Підвищення ймовірності звільнення квантів при деполяризації пресинаптичної мембрани пов'язано з відкриванням потенціал-залежних Са + -каналів мембрани і входом Са відповідно до їх електрохімічним градієнтом в пресінаптічское закінчення. Таким чином, іони Са беруть участь в процесі електросекреторного сполучення.
Квантовий характер синаптичної передачі обумовлений тим, що нейромедіатор зберігається в синаптичних пухирцях. Присутність везикул діаметром 40-200 нм, оточених щодо щільної для електронів мембраною завтовшки 4-5 нм, є характерною морфологічною особливістю хімічних синапсів. Обсяг синаптичного бульбашки в рухових нервових закінченнях діафрагми щура становить 5,2-10 нм. Такий пухирець може містити порядку АЛ Про молекул АХ, що цілком відповідає результатам оцінки молекулярного складу кванта АХ - 10 молекул.
Синаптичні бульбашки в аксоплазме нервового закінчення зосереджені в області, наближеною до пресинаптический мембрані, близько синаптичної щілини, причому бульбашки розподіляються нерівномірно, групуючись у періодично виступають у аксоплазме потовщень пресинаптичної мембрани - активних зон. По-видимому, в активних зонах знаходяться скупчення потенціал-залежних Са + -каналів, що забезпечують вхід Са + в пресинаптичні закінчення під час потенціалу дії. В активних зонах виявлені регулярно розташовані розеткообразние мембранні частинки діаметром близько 15,0 нм, кількість яких зростає під час деполяризації пресинаптичної мембрани. Можна припускати, що ці частинки являють собою точки злиття синаптичних пухирців з активною зоною, тобто ділянки екзоці-тоза нейромедіатора в синаптичну щілину.
При фізіологічних значеннях частоти і тривалості стимуляції нерва не вдається виявити зміни кількості синаптичних бульбашок, незважаючи на спостережувані зміни кількості вивільняється медіатора. Тільки при впливах, викликають виснаження пресинаптичних запасів медіатора, відзначається деякий паралелізм змін постсинаптичних потенціалів і морфологічних характеристик пресинаптичних закінчень.
В період початкового бурхливого звільнення медіатора, коли різко підвищується частота спонтанних мініатюрних постсинаптичних потенціалів, в області активних зон з'являються численні омегаподобние впячиванія пресинаптичної мембрани, які відповідають слипанию мембрани пухирця з ділянкою звільнення. В фазу зниження квантового складу викликаних постсинаптичних потенціалів спостерігається зменшення кількості синаптичних бульбашок і збільшення п...
