Нейромедиаторы

Нейромедиаторы в синаптической щели

Нейромедиа́торы (нейротрансмиттеры, посредники) — трансмиттеры (биол.), вещества, осуществляющие перенос возбуждения с нервного окончания на рабочий орган и с одной нервной клетки на другую.

История

Предположение о том, что передача возбуждения связана с образованием каких-то химических соединений, возникло в начале 20 века. Экспериментальное обоснование оно получило в работах О. Лёви (1921), который показал, что эффект действия блуждающего нерва на сердце обусловлен образованием так называемого вагусного вещества — ацетилхолина (что установлено позднее), а симпатических нервов - симпатические вещества (норадреналина). Дальнейшие исследования А. Ф. Самойлова и Ч. Шеррингтона показали, что переход возбуждения с двигательного нерва на поперечнополосатую мышцу происходит при участии нейромедиатора (ацетилхолина). Следующим этапом явилось открытие химической передачи возбуждения с нейрона на нейрон как в периферических нервных узлах, так и в центральной нервной системе. Электронномикроскопические исследования выявили в окончаниях нервов как в центральных, так и в периферических синапсах большое количество пузырьков (везикул) величиной до 300 , содержащих ацетилхолин. В процессе нервного возбуждения часть пузырьков лопается и их содержимое изливается в синаптическую щель, взаимодействуя с чувствительными к ацетилхолину участками постсинаптической мембраны - так называемыми холинорецепторами. Это приводит к резкому повышению проницаемости мембраны; при этом ионы К выходят из клетки и располагаются на её поверхности, а ионы Na в неё проникают. Отрицательный электрический заряд внутри клетки уменьшается, и клеточная мембрана деполяризуется, что приводит к возникновению возбуждающего постсинаптического потенциала. Когда величина его достигает порогового, или критического, уровня, возникает спайк - электрический импульс возбуждения (см. Биоэлектрические потенциалы ). Действие ацетилхолина, выделившегося в синаптическую щель, прекращается под влиянием фермента ацетилхолинэстеразы, гидролизующего ацетилхолин на физиологически малоактивные холин и уксусную кислоту. Восстановление нормального соотношения ионов К и Na по обе стороны мембраны происходит с помощью так называемого натрий-калиевого насоса (активный транспорт ионов против их электрохимических градиентов).

Ацетилхолин

Ацетилхолин содержится в окончаниях всех парасимпатических нервов и симпатических нервов потовых желёз; норадреналин - в окончаниях всех симпатических нервов, за исключением нервов потовых желёз, действие последнего реализуется через специфические воспринимающие приборы - так называемые адренорецепторы. Оба нейромедиатора обнаружены также в нейронах и нервных волокнах. В зависимости от характера медиации различные нервные образования вегетативной нервной системы делят на адренергические и холинергические. Участие некоторых аминов биогенных (серотонина, гистамина) в процессах медиации вероятно, но не доказано. Не решен окончательно и вопрос о существовании специальных М. торможения. Возможно, что любой нейромедиатор в зависимости от силы и длительности воздействия, а также функционального состояния возбудимой системы может вызвать в ней либо возбуждение, либо торможение.

В центральной нервной системе, помимо ацетилхолина и норадреналина, роль нейромедиаторов могут играть дофамин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота, глицин, возможно, гистамин и др.

Классификация нейромедиаторов

Традиционно нейромедиаторы относят к трём группам: аминокислоты, пептиды, моноамины (в том числе катехоламины).

Аминокислоты

• ГАМК — важнейший тормозной нейромедиатор центральной нервной системы человека и млекопитающих.
• Глицин — как нейромедиаторная аминокислота, проявляет двоякое действие. Глициновые рецепторы имеются во многих участках головного мозга и спинного мозга. Связываясь с рецепторами, глицин вызывает «тормозящее» воздействие на нейроны, уменьшают выделение из нейронов «возбуждающих» аминокислот, таких как глутамат, и повышают выделение ГАМК. Также глицин связывается со специфическими участками NMDA-рецепторов и, таким образом, способствует передаче сигнала от возбуждающих нейротрансмиттеров глутамата и аспартата. В спинном мозге глицин приводит к торможению мотонейронов, что позволяет использовать глицин в неврологической практике для устранения повышенного мышечного тонуса.
• Глутаминовая кислота (глутамат) — наиболее распространённый возбуждающий нейротрансмиттер в нервной системе позвоночных, в нейронах мозжечка и спинного мозга.
• Аспарагиновая кислота (аспартат) — возбуждающий нейромедиатор в нейронах коры головного мозга.

Катехоламины

• Адреналин — относят к возбуждающим нейромедиаторам, но его роль для синаптической передачи остаётся неясной, также как не ясна она для нейромедиаторов VIP, бомбезин, брадикинин, вазопрессин, карнозин, нейротензин, соматостатин, холецистокинин.
• Норадреналин — считается одним из важнейших «медиаторов бодрствования». Норадренергические проекции участвуют в восходящей ретикулярной активирующей системе. Является медиатором как голубоватого пятна (лат. locus coeruleus) ствола мозга, так и окончаний симпатической нервной системы. Количество норадренергических нейронов в ЦНС невелико (несколько тысяч), но у них весьма широкое поле иннервации в головном мозге.
• Дофамин — является одним из химических факторов внутреннего подкрепления и служит важной частью «системы поощрения» мозга, поскольку вызывает чувство удовольствия (или удовлетворения), чем влияет на процессы мотивации и обучения.

Другие моноамины

• Серотонин — играет роль нейромедиатора в ЦНС. Серотонинергические нейроны группируются в стволе мозга: в варолиевом мосту и ядрах шва. От моста идут нисходящие проекции в спинной мозг, нейроны ядер шва дают восходящие проекции к мозжечку, лимбической системе, базальным ганглиям, коре. При этом нейроны дорсального и медиального ядер шва дают аксоны, различающиеся морфологически, электрофизиологически, мишенями иннервации и чувствительностью к некоторым нейротоксичным агентам, например, метамфетамину.
• Гистамин — некоторые количества гистамина содержатся в ЦНС, где, как предполагают, он играет роль нейромедиатора (или нейромодулятора). Не исключено, что седативное действие некоторых липофильных антагонистов гистамина (проникающих через гематоэнцефалический барьер противогистаминных препаратов, например, димедрола) связано с их блокирующим влиянием на центральные гистаминовые рецепторы.

Другие представители

• Ацетилхолин — осуществляет нервно-мышечную передачу, а также основной нейромедиатор в парасимпатической нервной системе, единственное среди нейромедиаторов производное холина.
• Анандамид — является нейротрансмиттером и нейрорегулятором, который играет роль в механизмах происхождения боли, депрессии, аппетита, памяти, репродуктивной функции. Он также повышает устойчивость сердца к аритмогенному действию ишемии и реперфузии.
• АТФ (Аденозинтрифосфат) — роль как нейромедиатора не ясна.
• Вазоактивный интестинальный пептид (VIP) — роль как нейромедиатора не ясна.
• Таурин — играет роль нейромедиаторной аминокислоты, тормозящей синаптическую передачу, обладает противосудорожной активностью, оказывает также кардиотропное действие.
• Триптамин — предполагается, что триптамин играет роль нейромедиатора и нейротрансмитера в головном мозге млекопитающих.
• Эндоканнабиноиды — в роли межклеточных сигнализаторов они похожи на известные трансмиттеры моноамины, такие как ацетилхолин и дофамин, эндоканнабиноиды отличаются во многих отношениях от них — например, они используют ретроградную сигнализацию (выделяются постсинаптической мембраной и воздействуют на пресинаптическую). Кроме того, эндоканнабиноиды являются липофильными молекулами, которые не растворяются в воде. Они не хранятся в пузырьках, а существуют в качестве неотъемлемой компоненты мембранного бислоя, который входит в состав клетки. Предположительно, они синтезируются «по требованию», а не хранятся для дальнейшего использования.
• N-ацетиласпартилглутамат (NAAG) — является третьим по распространённости нейромедиатором в нервной системе млекопитающих. Имеет все характерные свойства нейромедиаторов: концентрируется в нейронах и синаптических пузырьках, выделяется из аксональных окончаний под воздействием кальция после инициации потенциала действия, подлежит внеклеточному гидролизу пептидазами. Действует как агонист II группы метаботропных глутаматных рецепторов, в особенности рецептора mGluR3, и расщепляется в синаптической щели NAAG-пептидазами (GCPII, GCPIII) на исходные вещества: NAA и глутамат.
• Кроме того, нейромедиаторная (или нейромодуляторная) роль показана для некоторых производных жирных кислот (эйкозаноидов и арахидоновой кислоты), некоторых пуринов и пиримидинов (например, аденина), а также АТФ.

Фотохимические реакции зрительного процесса

Образование и паредача биосигнала

Рис.1. Схема процесса фототрансдукции

Квант света поглощается хромофорной группой молекулы

родопсина «Р» — 11-цис ретиналем и изомеризует её в полностью-транс форму. Данная реакция происходит менее, чем за 200 фемтосекунд. Это пример процесса фотохимии в зрительном процессе как первая и единственная фотохимическая реакция в зрении. В результате воздейсвия фотонов света происходит цис-транс переход ретиналя, что вызывает, в свою очередь, конформационную перестройку белковой части молекулы (опсина): сначала ближайшего к хромофору окружения, а затем и всей белковой части. Вследствие этого родопсин (версия Миг) приобретает способность к взаимодействию со следующим белком в цепи процессов фототрансдукции биосигналов в мозг

См. также

• Биохимия зрительного восприятия света

Литература

• Сидоров А. В. Физиология межклеточной коммуникации. — Минск: БГУ, 2008. — 215 с. — ISBN 978-985-485-812-8^{о книге}