Современные представления о структуре химического синапса и механизме передачи сигнала в нем.

Данные электронной микроскопии, получившее развитие в последние десятилетия, позволили в химическом синапсе выделить 3 элемента (см.рис.1):

1) пресинаптическую область (пресинаптическая терминаль);

2) синаптическую щель;

3) постсинаптическую область.

 

Рис. 1 Схема строения химического синапса. В – везикулы, содержащие медиатр (М), Р – эффекторные рецепторы синапса, По – пресинаптическая область, ПостО – постсинаптическая область, СЩ – синаптическая щель, ПреМ - пресинаптическая мембрана, СубМ – субсинаптическая мембрана, ПостМ – постсинаптическая мембрана.            

Пресинаптическая область представляет собой демиелинизированный терминальный участок отростка нервной клетки. По форме пресинаптическая терминаль напоминает собой колбу, прилежащую основанием к участку мембраны возбудимой клетки. Наиболее существенной чертой пресинаптической области является скопление пресинаптических пузырьков диаметром 50 мм (везикул), в которых содержится медиатор (химическое соединение, которое является материальным носителем сигнала к реципиентской клетке). Медиатор в пресинаптической области может находится в нескольких видах (см. рис.2).

 

медиатор

                                                                                                                                

                                                                                        

      

 

цитоплазматический

везикулярный

                                                                                                                                         

                                                                                                                             

 

стабильно-связанный

лабильно-связанный

свободный

                                                                                                                 

                                                                                                               

	активный

 

Рис.2 Схема, отражающая формы локализации медиатора в пресинапти-ческой области

 

В пресинаптическом образовании содержатся белки, участвующие в обмене Са⁺⁺ (кальмодулин и кальценейрин).

 

Кальмодулин      Са⁺⁺ связывающие белки.

Кальценейрин

Кальмодулин – устойчивый белок          М 17000, содержащий 4 Са⁺⁺ связывающих центра.

Кальцинейрин- антогонист кальмодулина.

Ионы Мg⁺⁺ могут ингибировать Са ⁺⁺ .

Накопление Са⁺⁺ может приводить к явлению посттетанической потенциации.

В роли медиатора могут выступать различные химические соединения, которые можно разделить на ряд групп.

 

медиаторы

                                                                                       

                                                                                      

олигопентиды

аминокислоты и их производные

биогенные амины

сложные эфиры

                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                         

                                                                                                                   

 

ацетилхолин        адреналин          ГАМК гамма-амино-  вещество Р

                              норадреналин     маслянная кислота     опиодные

                              дофамин              глицин                         пептиды

                              серотонин           глутаминовая             энкефалины

                              гистамин             кислота 

                                                                аспарагин

 

Рис. 3 Классификация медиаторов по химической структуре.

 

Кроме везикул с медиатора в пресинаптической области содержится большое количество митохондрий и лизосом, что свидетельствует о высокой активности обменных процессов в этой области. Кроме того, в этой области обнаружены предшественники медиаторов и продукты их метаболизма.

Синаптическая щель. В химических синапсах составляет от 20 до 50 мм. Здесь содержаться вода, электролиты, олигосахариды, ферменты, участвующие в расщеплении медиатора. 

Постсинаптическая область. Включает субсинаптическую мембрану (участок постсинаптической мембраны, имеющий специальный аппарат            -рецепторы, характеризующиеся сродством к медиатору. В этой же области имеются химически-чувствительные ионные каналы. Собственно постсинап-тическая мембрана - участок постсинаптической мембраны, которая содержит потенциал-зависимые ионные каналы и на которой происходит генерация постсинаптических потенциалов.

В зависимости от характера медиатора, с которым вступают во взаимодействие рецепторы субсинаптической мембраны, последние делятся на соответсвующие группы:

1) адренорецепторы (медиаторы норадреналин и адреналин);

2) холинорецепторы (медиатор ацетилхолин);

3) дофаминорецепторы (медиатор дофамин);

4) серотонинорецепторы (медиатор серотонин);

5) гистаминорецепторы (медиатор гистамин);

6) опиодидные рецепторы (медиаторы - эндогенные опиаты, энкефалины, эндорфины).

 

Адренорецепторы

                                                   

a b

                                              a₁        a₂                b₁     b₂

 

Хоминорецепторы:             Дофаминорецепторы

М (мускариновые)                             

Н (никотиновые).                     Д₁                   Д₂

 

Серотонинорецепторы                       Гистаминорецепторы:

М, Д,Т    5НТ1 5НТ3                                  Н₁

                5НТ2 5НТ4                                  Н₂

 

Опиатные рецепторы:

МЮ, ДЕЛЬТА, КАППА.

 

До сравнительно недавнего времени считалось, что рецепторы, реагирующие на выделение медиатора, локализованы только в субсинаптической мембране. Однако, в последнее время они обнаружены и в пресинаптическом образовании. 

Рецепторные образования субсинаптической мембраны могут оказывать влияние на состояние ионных каналов субсинаптической мембраны. При этом это влияние может быть непосредственным (например, в некоторых холинэргических синапсах, так и через вторичных посредников).

На сегодняшний день известен ряд соединений, которые могут выступать в роли вторичных посредников между рецепторами субсинап-тической мембраны и соответствующими биохимическими процессами клетки.

1) аденилат циклаза (АЦМФ);

2) гуанилат циклаза (ГЦМФ);

3) инозитол 3 фосфат;

4) фосфолипаза С;

5) Са⁺⁺ .

 

Современные представления о механизмах передачи возбуждения в синапсе.

 

1) ПД распространяется по нервному волокну к пресинаптической области.

2) Изменение проницаемости мембраны пресинаптического образования к ионам Са⁺⁺ и поступление Са⁺⁺ в пресинаптическом образовании.

3) Движение везикул с активным медиатором пресинаптической области к пресинаптической мембране и выделение медиатора в синаптическую щель методом экзоцитоза.

4) Движение медиатора к субсинаптической мембране постсинаптической области и взаимодействие с соответствующими рецепторами мембраны.

Далее возможны два варианта: 1- либо само взаимодействие медиатора с рецептором приводит к активации ионных каналов субсинаптической мембраны (это имеет место в некоторых холинэргических синапсах; 2 - либо вначале активируется вторичный посредник, а затем уже включается цепь биохимических процессов, приводящая к изменению проницаемости ионных каналов. Изменение проницаемости ионных каналов приводит к формированию местных токов и генерации на постсинаптической мембране постсинап-тического потенциала.

В зависимости от того по отношению к какому иону меняется проницаемость мембран, возможны два варианта постсинаптических потенциалов - возбуждающий, деполяризационный (ВПСП) и тормозной, гиперполяризационный (ТПСП).

По своей сути указанные явления представляют собой локальные ответы.

В основе ВПСП лежит повышение проницаемости мембраны по отношению к ионам Nа⁺, а ТПСП- по отношению к ионам К⁺ и Cl^- . Характер активности тех или иных каналов определяется химической структурой медиатора, особенностью рецепторного образования, а также связанного с ним вторичного посредника.

Например, в адренэргическом синапсе норадреналин может взаимодействовать либо с a адренореактивными образованиями, либо с b. Взаимодействие с a адренореактивными образованиями приводит к тому, что инозитол-3-фосфат  активирует протеинкиназы, что через цепь промежуточных биохимических реакций приводит к повышению проницаемости ионных каналов по отношению к   Na⁺, а это в свою очередь приводит к возникновению ВПСП.   Если же норадреналин взаимодействует с b адренорецепорами в качестве вторичного посредника может выступать – аденилатциклаза - ЦАМФ, что приводит в конечном счете к повышению проницаемости ионных каналов по отношению к ионам К⁺, а это в свою очередь приводит к возникновению ТПСП.

В ряде случаев имеются только тормозные медиаторы, взаимодействие которых с рецепторами приводит к повышению К⁺ проницаемости и возникновению ТПСП. К таким медиаторам относят гамма амино-маслянную кислоту и глицин.

Провзаимодействовав с рецептором, медиатор должен быть удален с мембраны. Это осуществляется ферментами, находящимися в синапсе. Ацетилхолин расщипляется ацетил-холинэстеразой. Для адреналина и норадреналина – такими ферментами является катехол-окси-метилтрансфераза (КОМТ) и (МАО) моноаминоксидаза. Продукты расщепления медиаторов далее либо транспортируются в пресинаптическую область для последующего ресинтеза медиатора, либо удаляются из околосинаптической области. 

Регуляция активности синапсов.

1) Активность синапсов может регулироваться биологически активными веществами. Например, адренэргический синапс может тормозиться простогландином Е.

2) Активность синапсов может тормозиться медиаторами антогонистами Например, ацетилхолин тормозит адренэргический синапс.