Нейрон. синапс (842209), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Тест

1. Выберите наиболее точный ответ. В ЦНС присутствуют клетки, обеспечивающих функцию анализа информации и передачи ее эффекторным клеткам

1. нейроны и глиальные клетки

2. различные типы нейронов

1. Верно ли, что миелиновая оболочка нервных волокон обеспечивает более высокую скорость проведения возбуждения

1. да

2. нет

1. Глиальные клетки выполняют

1. разнообразные функции

2. только функцию опоры и питания для нейронных сетей

1. Физиология синапсов. Типы. Строение. Механизмы передачи возбуждения

Электрическое взаимодействие клеток: электрический синапс

На рисунке 7А схематично представлена клетка с основными известными типами контактных структур.

1. Плотный контакт (tight junction) характеризуется слиянием внешних листков мембран соседних клеток с образованием одиночной электронно-плотной полосы вдоль контакта и представляет собой сеть ветвящихся тонких гребней

2. Непосредственно к плотному контакту примыкает зона слипания, или промежуточный контакт (intermediate junction), заполненный гомогенным материалом низкой электронной плотности.

3. Десмосома (desmosome) - локальное дискообразное электронно-плотное образование, располагающееся параллельно внутреннему листку каждой клеточной мембраны. От каждой десмосомы внутрь цитоплазмы расходятся пучки фибрилл.

4. Щелевой контакт (gap junction) - область тесного сближения мембран (20-4-А) двух соседних клеток. Представляет интерес для физиологии с позиций межклеточного взаимодействия.

Щелевой контакт, или gap junction, - тип контактов между клетками как электровозбудимых, так и электроневозбудимых тканей. В бислое мембран обеих клеток, образующих щелевой контакт, белковая часть представлена цилиндрическими структурами, распространяющимися по всей ширине щели и пронизывающими насквозь оба бислоя. Эти, заполненные водой каналы, служат основой для осуществления физиологических функций щелевого контакта (рис. 7Б ).

Щелевой контакт состоит из субъединиц - коннексонов - с расстоянием между ними 80-100 А, представленных 6 коннексинами полипептидной природы, создающих водный канал между цитоплазмой двух соседних клеток. Одиночные коннексины каждого коннексона могут изгибаться относительно друг друга, открывая или закрывая центральный канал коннексона (рис.7В).

Рис. 7. Межклеточные контакты и структура щелевого контакта.

А - типы межклеточных контактов. Б - модель структуры щелевого контакта, включающая липидный бислой двух соседних клеток, содержащий коннексоны, каждый из которых построен из шести коннексинов. В - в увеличенном виде представлено открытое и закрытое состояние канала коннексона

Структура коннексонов (рис. 8)

Коннексоны позволяют осуществлять обмен ионами и водорастворимыми молекулами с молекулярной массой до 1200-1500 Да между клетками: возможность метаболической кооперации между клетками, например, АМФ, АДФ или АТФ, цАМФ(вторичный мессенджер) могут проходить через щелевой контакт. Эти каналы служат основой и для электротонического взаимодействия между клетками. Центральный канал коннексона может закрываться в результате увеличения концентрации внутриклеточного Са²⁺ или Н⁺ в одной из клеток, а также в ответ на деполяризацию одной или обеих клеток.

В целом, щелевые контакты обладают следующими свойствами и функциями:

• ответственны за эффективную диффузионную связь между клетками;

• пропускают гидрофильные соединения, не способные проходить через другие участки поверхностных мембран;

• диффузионные каналы между двумя клетками изолированы от остальной межклеточной среды;

• проницаемость контактирующих мембран в области щелевых контактов резко падает при увеличении концентрации свободного внутриклеточного кальция, закисления или деполяризации любой из клеток;

• диффузионные каналы из клетки в клетку способны формироваться в течение десятков секунд или минут при тесном сближении мембран двух соседних клеток.

Пространственная модель щелевого контакта и молекулярная организация коннексина представлены на рис. 8 А, Б.

Рис. 8. Коннексоны и их молекулярная организация

Роль щелевого контакта в проведении возбуждения в ткани

Мембрана электровозбудимых клеток потенциалуправляема, т.е. работа ионных каналов управляется потенциалом, а изменение потенциала зависит от тока, поступающего, например, через щелевой контакт от соседних клеток. При достижении потенциала порога электровозбудимые клетки генерируют потенциалы действия, распространяющиеся, например у нейронов, по отросткам к другим нервным клеткам или эффекторным органам, у мышечных клеток запускают сокращение, а у возбудимых клеток желез управляют секрецией.

Таким образом, функционирование возбудимых тканей связано с распределением потенциала и распространением тока в них.

Транспорт веществ через щелевой контакт

Одно из важнейших свойств щелевого контакта как транспортной системы состоит в том, что при его наличии между соседними клетками может осуществляться интенсивный диффузионный обмен гидрофильными соединениями с молекулярной массой до 1500 Да, минуя наружную среду. Через коннексоны щелевого контакта проходят неорганические ионы (Na+, K+, Cl^-, I^-, SO₄^2-), сахара (мальтоза, мальтотриоза, мальтотетроза, сахароза), аминокислоты (аспарагиновая, глутаминовая, гексоглицин), нуклеотиды (гипоксантин, аденин, уридин, тиогуанин). Многие из перечисленных веществ не способны диффундировать через наружную мембрану клеток.

Электрический синапс

Механизм передачи сигнала через электрический синапс аналогичен механизму распространения потенциала действия по нервному волокну. В нервном волокне потенциал действия возникает за счет разности потенциалов между возбужденной и невозбужденной областями. Это вызывает открытие Na⁺-каналов и генерацию импульса заново на каждом последующем участке волокна. В электрическом синапсе в результате разности потенциалов между возбужденным и невозбужденным участками возникают локальные токи, и потенциал из возбужденной терминали аксона распространяется в постсинаптическую клетку, пройдя через ее мембрану и замыкаясь снаружи. Это приводит к открытию Na⁺-каналов в мембране постсинаптической клетки и возникновению там потенциала действия. Такой механизм работы требует низкого сопротивления пре- и постсинаптической мембран, что обеспечивается наличием коннексонов.

Основные функции электрических синапсов сводятся к следующим.

• Быстродействие, что позволяет обеспечивать быстрые реакции организма.

• Синхронизация работы нейронов.

• Возникновение импульсных разрядов в группе электрически связанных клеток.

• Выпрямление сигнала, что обеспечивает его передачу только в одном направлении.

Роль щелевого контакта в сердце. В сердечной ткани передача сигнала от клетки к клетке осуществляется только электротонически через щелевые контакты, названные применительно к ткани сердца нексусами.

В сердце электрическая связь показана для клеток всех его отделов, в том числе между клетками с разной дифференцировкой, например между волокнами Пуркинье и клетками рабочего миокарда. Поскольку щелевые контакты между клетками обладают низким сопротивлением относительно мембраны контактирующих клеток, возбужденная клетка может передавать сигнал невозбужденной, в результате чего эта последняя возбуждается.

Нарушение щелевых контактов между клетками ухудшает условия для распространения возбуждения, что может привести к возникновению частичных или полных блоков проведения на отдельных участках ткани и возникновению различных патологических режимов работы сердца. Однако при повреждении или гибели миокардиальных клеток происходит блокирование проводимости коннексонов между нормальной и поврежденной клетками. Это способствует резкой локализации повреждения и увеличивает жизнеспособность сердца.

Лиганд-рецепторное взаимодействие. Лиганд - это молекула, которая может взаимодействовать с участком связывания (местами связывания) молекулярного рецептора - специфическим участком молекулы белковой природы, встроенной, например, в мембрану клетки или находящейся в цитоплазме.

Для реализации механизма связывания необходимо, чтобы лиганд находился практически рядом с участком связывания белка, поскольку в противном случае сила электрического притяжения между противоположно заряженными областями на участке связывания молекулярного рецептора и лиганде будет мала. Лиганд подходит к участку связывания молекулярного рецептора, как ключ к замку.

Взаимодействие лиганда с участком связывания молекулярного рецептора может быть строго специфичным, и, следовательно, участок связывания может связывать только один тип лиганда.

Хотя некоторые участки связывания имеют химическую специфичность, которая позволяет им связывать только один тип лиганда, другие участки менее специфичны и, таким образом, способны связывать ряд родственных лигандов, поскольку фрагмент каждого такого лиганда может быть комплементарен форме участка связывания.

Сила связывания лиганда с участком связывания белка известна как его аффинность или сродство. Мерой сродства участка связывания к лиганду служит концентрация лиганда, необходимая для обеспечения 50% насыщения; чем более низкая концентрация лиганда необходима для связывания его с половиной центров связывания, тем больше афинность участка связывания к лиганду.

Аффинность и химическая специфичность представляют собой два основных свойства участков связывания. Химическая специфичность зависит только от формы участка связывания, а аффинность зависит от силы притяжения между рецептором и лигандом.

Лиганды могут быть агонистами или антагонистами.

Агонист - это лиганд, который взаимодействует с участком связывания и изменяет состояние молекулярного рецептора подобно трансмиттеру.

Наряду с агонистами существуют химические соединения, которые хотя и взаимодействуют с участком связывания на макромолекуле рецептора, но не могут открыть ионный канал. Занимая участок связывания, они препятствуют рецепции естественного трансмиттера и возникновению его эффекта, поскольку действуют на ту же самую макромолекулу рецептора, что и агонист. Такие вещества называют антагонистами.

Химический синапс (рис. 9) выполняет задачу передачи электрического сигнала от пресинаптического нейрона на постсинаптическую клетку. Электрический сигнал пришел на пресинаптическую мембрану и вызвал ее деполяризацию. В результате этого произошло освобождение из везикул пресинаптической зоны специфических переносчиков, называемых нейротрансмиттерами, или медиаторами. Эти химические соединения диффундируют к постсинаптической области и открывают на постсинаптической мембране ионные каналы. Если, например, мембрана клетки станет проницаемой для ионов Na⁺, то эти ионы по электрохимическому градиенту начнут входить в клетку. В результате происходит деполяризация мембраны клетки. Ионные токи изменяют потенциал мембраны постсинаптической клетки, поэтому такие изменения потенциала называют постсинаптическими потенциалами.

Так как в формировании потенциала покоя мембраны участвует большое число ионов, равновесие может нарушаться посредством изменений проводимости различных ионов. Так, например, при дополнительном выходящем токе ионов K⁺ или при входящем токе ионов Cl^- может происходить гиперполяризация, которая является противоположностью возбуждения, вызывающей торможение нейрона.

Представленные химические процессы могут быть модифицированы посредством других химических веществ. Это происходит при помощи независимых соединений - нейромодуляторов.

Химические процессы в синапсе открывают широкие возможности для фармакологической регуляции и оказываются предметом многочисленных исследований с целью поиска эндогенных соединений, способных модифицировать в заданных направлениях синаптическую передачу.

И действительно, многие медикаменты реализуют свое фармакологическое действие путем влияния на синаптическое проведение. Это относится не только к психотропным и наркотическим веществам. Многие другие, например, (гипотензивные) средства понижающие артериальное давление, также действуют опосредованно через синапсы. Кроме того, многие яды растительного и животного происхождения направленно действуют на химический синапс.

Почти все синаптические терминали освобождают не один только трансмиттер, но одновременно с ним целый ряд биологически активных соединений. Примерами таких сопутствующих соединений служат АТФ, ГТФ, окситоцин, вещество Р, энкефалин и др. Их называют котрансмиттеры.

Многие трансмиттеры, например, глицин и ГАМК или глицин и глутамат могут присутствовать в везикулах одновременно.

Котрансмиттеры могут модулировать синаптические процессы. Накапливаясь в везикулах, они обладают собственной кинетикой освобождения, например освобождение только при значительной величине пресинаптического потенциала.

Рис. 9. Химический синапс и принцип его работы

Механизм высвобождения трансмиттера. Во время деполяризации в нервном окончании возникает не только входящий ток Na⁺. Мембрана окончания аксона имеет и потенциал-управляемые Ca²⁺-каналы, через которые во время деполяризации ионы Ca²⁺ проникают в синаптическое окончание. Одновременно ионы Ca²⁺ дополнительно выходят из эндоплазматического ретикулума. В синаптическом окончании в зоне пресинаптической мембраны расположено большое число синаптических пузырьков (везикул) с медиатором (трансмиттером).

Преобразование трансмиттера. Трансмиттер может быть либо быстро химически расщеплен на неактивные компоненты, либо удален из синаптической щели путем высокоселективного обратного захвата в пресинаптическое окончание. В центральной нервной системе клетки глии могут также захватывать трансмиттер.

Характеристики

Список файлов лекций