1 Лекция 4. Химический синапс. Жизненный цикл медиатора: синтез, выброс в синаптичес- кую щель, ваимодействие с рецепторами, инактивация. Постсинаптические. - презентация

1 1 Лекция 4. Химический синапс. Жизненный цикл медиатора: синтез, выброс в синаптичес- кую щель, взаимодействие с рецепторами, инактивация. Постсинаптические потенциалы и запуск ПД. Вторичные посредники. Агонисты и антагонисты. Физиология ЦНС Физиология ЦНС Курс лекций для студентов- психологов (дневн. отд., МГУ ) Лектор: проф. Дубынин В.А.

2 2 СТРОЕНИЕ СИНАПСА химический синапс: передача сигнала идет за счет вы- деления медиа- тора аксон микротрубочки митохондрия – пресинаптическойое окончание аксона 2 – пузырьки-везикулы с медиатором 3 – пресинаптическойая мембрана 4 – синаптическая щель 5 – пост сынаптическая клетка 6 – пост сынаптическая мембрана 7 – белки-рецепторы пост сын. мембраны

3 3 Синапсы бывают: центральные; нервно-мышечные; вегетативные и др. Центральные синапсы: чаще аксо-дендритные и аксо-соматические; реже дендро-дендритные, аксо-аксональные и т.п. везикула рецептор В пресинаптичешском окончании – тысячи (десятки тысяч) везикул стандартного размера (20-60 нм в разных синапсах). Диаметр центрального синапса – 1-2 мкм; ширина синаптической щели – нм. Периферические синапсы гораздо крупнее.

4 4 Основные стадии передачи сигнала в синапсе: 1. ПД запускает движение везикул и выброс медиа- тора в синапти- чешскую щель. 2. Медиатор влияет на пост сынаптич. белки-рецепторы. 3. Рецепторы вызывают возбуждение либо торможение следующей клетки (возбуждение может вести к генерации ПД; торможение мешает возникновению ПД, затрудняет либо блокирует проведение сигнала).

5 5 Главное «действующее лицо» в синаптической передаче – медиатор. синтез и накопление в пресинаптичешском окончании; выброс в синаптичешскую щель при появлении ПД; действие на рецепторы пост сынаптической мембраны (запуск возбуждения или торможения пост сынаптической клетки); инактивация (прекращение действия медиатора на рецептор). Медиатор проходит в синапсе полный «жизненный цикл», включающий 4 этапа:

6 6 синтез и накопление в пресинаптичешском окончании; выброс в синаптичешскую щель при появлении ПД; действие на рецепторы пост сынаптической мембраны (запуск возбуждения или торможения пост сынаптической клетки); инактивация (прекращение действия медиатора на рецептор). Для СИНТЕЗА необходимы: (1) вещество-предшественник (или несколько веществ); (2) белок-фермент (или несколько ферментов); (3) АТФ. Синтез происходит в соме либо прямо в пресинапти- чешском окончании. синтез и накопление в пресинаптичешском окончании; выброс в синаптичешскую щель при появлении ПД; действие на рецепторы пост сынаптической мембраны (запуск активации либо торможения пост сынаптической клетки); инактивация (прекращение действия медиатора на рецептор) Фермент, управляющий синтезом медиатора, присоединил два вещества-предшественника (П1, П2). 2. Фермент (обычно – с затратой энергии АТФ) изменил свою конфигурацию, соединив П1 и П2 в новую молекулу медиатора (Мед). 3. Высвобождение медиатора и возврат фермента в исходное состояние. П1 П2Мед АТФ

7 7 синтез и накопление в пресинаптичешском окончании; выброс в синаптичешскую щель при появлении ПД; действие на рецепторы пост сынаптической мембраны (запуск активации либо торможения пост сынаптической клетки); инактивация (прекращение действия медиатора на рецептор) Фермент, управляющий синтезом медиатора, присоединил два вещества-предшественника (П1, П2). 2. Фермент (обычно – с затратой энергии АТФ) изменил свою конфигурацию, соединив П1 и П2 в новую молекулу медиатора (Мед). 3. Высвобождение медиатора и возврат фермента в исходное состояние. П1 П2Мед АТФ микротрубочка внутри аксона ЭПС медиатор комплекс Гольджи («почкование» везикул) везикулы с медиатором ядро Если синтез идет в соме, то далее: (а) ЭПС переносит медиатор в комплекс Гольджи; (б) комплекс Гольджи образует везикулы с медиатором; (в) везикулы по аксону (с опорой на белковые микротрубочки-«рельсы») переносятся в пресинаптическойое окончание, где и накапливаются. Эволюционно это более древний вариант; есть риск остаться без медиатора в случае интенсивной работы синапса (перенос везикул по аксону занимает несколько часов).

8 8 Если синтез идет в соме, то далее: (а) ЭПС переносит медиатор в комплекс Гольджи; (б) комплекс Гольджи образует везикулы с медиатором; (в) везикулы по аксону (с опорой на белковые микротрубочки-«рельсы») переносятся в пресинаптическойое окончание, где и накапливаются. микротрубочка внутри аксона ЭПС медиатор комплекс Гольджи («почкование» везикул) везикулы с медиатором ядро Если синтез идет прямо в пресинаптичешском окончании, то далее медиатор «загружается» в пустые везикулы (с помощью особых белков-насосов). белок-насос медиатор (А) пустая везикула (Б) загрузка медиатора (В) везикула заполнена (5-10 тыс. молекул) медиатор в синаптической щели загрузка медиатора в везикулу «Круговорот» везикул в пре- синаптичешском окончании Комплекс Гольджи в этом случае поставляет пустые везикулы (1); значительная часть пустых везикул отделяется от пре- синаптической мембраны (2) после выброса медиатора (3).

9 9 Выброс (экзоцитоз) медиатора в синаптичешскую щель происходит после появления ПД, который вызывает открывание электрочувствительных Са 2+ -каналов (примерно на 2-3 мс). Особые белки- насосы быстро удаляют Са 2+ из пресинаптическойого окончания (как в случае клеток сердца), иначе выброс медиатора не прекратится. В результате в пресинаптическойое окончание успевает войти несколько сот ионов Са 2+, которые активируют белки, запускающие экзоцитоз. Для экзоцитоза одной везикулы требуется несколько (не < 4-х) ионов Са 2+. Приход одного ПД в среднем вызывает выброс содержимого примерно 50 везикул.

10 10 Фото, полученное при помощи электронного микроскопа масштаб: 500 мкм синаптическая щель Везикула «разбивается, как яйцо», но скорлупа может использоваться повторно. Еще одно изображение синаптического контакта (обратите внимание на митохондрии, которые производят АТФ, необходимую для работы синапса).

11 11 Несколько дополнений: Увеличение концентрации Са 2+ в межклеточной среде ведет к его более активному входу в пресинаптическойое окончание и росту выброса медиатора. СаCl 2 (хлорид кальция) – мягкий стимулятор работы нервных и мышечных клеток, сердца. Ионы Mg 2+ мешают ионам Са 2+ проникать в пресинаптическойое окончание. Добавка Mg 2+ в среду ведет к снижению входа Са 2+ и падению выброса медиатора. Mg 2+ блокирует Са 2+ -каналы, MgSO 4 (магнезия) тормозит работу синапсов и сердца, снижает тонус сосудов. Бактерия ботулизма – почвенная, анаэробная (не выносит О 2 ). Ее токсин блокирует белки, отвечающие за экзоцитоз; отравление (если бактерия оказалась в консервах) ведет к слепоте, параличам и смерти. Вместе с тем, БОТОКС используют в клинике и косметологии (блокада нервно-мышечных синапсов, снятие спазма мышц).

12 12 Бактерия ботулизма – почвенная, анаэробная (не выносит О 2 ). Ее токсин блокирует белки, отвечающие за экзоцитоз; отравление (если бактерия оказалась в консервах) ведет к слепоте, параличам и смерти. Вместе с тем, БОТОКС используют в клинике и косметологии (блокада нервно-мышечных синапсов, снятие спазма мышц). Каракурт «черная вдова»: токсин представляет собой белок, схожий с постоянно открытым Са 2+ -каналом. После укуса паука токсин встраивается в мембрану пресинаптической. окончания, вызывая мощный вход Са 2+, выброс медиатора и судороги; затем запас медиатора истощается, наступает паралич и остановка дыхания.

13 13 Еще раз о последовательности событий, происходящих в синапсе: (1) распространение ПД; (2-4) вход ионов Са 2+ и экзоцитоз; (5) медиатор попадает в щель; (6) действие медиатора на белки- рецепторы; (7-8) деполяризация либо гиперполяризация пост сынаптической мембраны; возможен запуск ПД. Взаимодействие медиаторов и рецепторов идет по принципу «ключ-замок», после чего рецепторы запускают ответные реакции нейрона. Чаще всего это происходит с участием промежуточных G-белков. реакции нейрона (нейрон реагирует на медиатор, изменяя проводимость ионных каналов, активность ферментов, насосов и даже некоторых генов). G-белок медиатор рецептор

14 14 реакции нейрона (нейрон реагирует на медиатор, изменяя проводимость ионных каналов, активность ферментов, насосов и даже некоторых генов). G-белок медиатор рецептор G-белок медиатор рецептор Наиболее типичная реакция нейрона: G-белок активирует фермент, синтезирующий вторичный посредник (ВтП) – особое вещество, которое продолжает передачу сигнала внутри клетки. фермент, который синтезирует ВтП вторичный посредник На следующем этапе ВтП запускает открывание ионных каналов для Na +, K + либо Cl - (хемо чувствительные ионные каналы). Пример ВтП: цАМФ – циклическая аденозин-моно- фосфорная кислота, образуемая из АТФ ферментом аденилатциклазой. хемо чувствительный ионный канал Движение ионов через такие каналы приводит к активации либо торможению пост сынаптической клетки. ВтП – особый класс регуляторных в-в, по значимости не уступающий гормонами медиаторам. Вход Na + – возбуждение клетки; выход K + и вход Cl - – торможение. например, Na +

15 15 ВтП – особый класс регуляторных в-в, по значимости не уступающий гормонами медиаторам. Пример ВтП: цАМФ – циклическая аденозин-моно- фосфорная кислота, образуемая из АТФ ферментом аденилатциклазой. Рассмотрим теперь, как открывание хемо чувствительных Na + -каналов приводит к возбуждению пост сынаптичес- кой мембраны и, в конечном итоге, может запустить ПД. Будем активировать синапс, в котором идет экзоцитоз медиатора, открывающего Na + -каналы, и регистрировать изменения заряда в пост сынаптич. клетке. измерение стимуляция время, мс мВ стимуляция и выброс медиатора

16 Рассмотрим теперь, как открывание хемо чувствительных Na + -каналов приводит к возбуждению пост сынаптичес- кой мембраны и, в конечном итоге, может запустить ПД. 16 ВтП – особый класс регуляторных в-в, по значимости не уступающий гормонами медиаторам. Пример ВтП: цАМФ – циклическая аденозин-моно- фосфорная кислота, образуемая из АТФ ферментом аденилатциклазой. измерение стимуляция время, мс мВ стимуляция и выброс медиатора повторная стимуляция Открывание Na + -каналов «раз- решает» вход Na + в клетку; развивается волна деполяри- зации – «возбуждающий пост сынаптический потенциал» (ВПСП). ПД может быть за- пущен повторной стимуляцией одного и того же синапса («временнáя суммация»). Запуск ПД за счет временнóй суммации означает, что сигнал, пришедший по аксону, подтвердил свою зна- чимость и «достоен» передаваться дальше по сети нейронов; он успешно миновал синапс. Будем активировать синапс, в котором идет экзоцитоз медиатора, открывающего Na + -каналы, и регистрировать изменения заряда в пост сынаптич. клетке. Длит-ть ВПСП: мс; амплитуда 5-10 мВ. Одиночного ВПСП, как правило, не хватает, чтобы достичь порога запуска ПД.

17 17 время, мс мВ стимуляция и выброс медиатора повторная стимуляция ПД может быть за- пущен повторной стимуляцией одного и того же синапса («временнáя суммация»). Запуск ПД за счет временнóй суммации означает, что сигнал, пришедший по аксону, подтвердил свою зна- чимость и «достоен» передаваться дальше по сети нейронов; он успешно миновал синапс. Кроме «временнóй» выделяют также пространственную суммацию. В этом случае накладываются друг на друга ВПСП, обусловленные одновременным срабатыванием нескольких соседних синапсов. синапс 1 синапс 2 синапс 3 В этой точке мембраны нейрона произойдет запуск ПД, если [ ВПСП 1 + ВПСП 2 + ВПСП 3 ] порогового стимула Ситуация пространст- венной суммации соответствует логической ячейке по типу «И»: сигнал будет передаваться дальше, если выполнено несколько условий. По такому принципу идет, например, опознавание сенсорных образов. При этом каждый синапс сообщает о наличии определенного признака: «вижу черный объект», «вижу квадрат», «вижу белый фон». Какой образ опознаем?

18 18 Кроме «временнóй» выделяют также пространственную суммацию. В этом случае накладываются друг на друга ВПСП, обусловленные одновременным срабатыванием нескольких соседних синапсов. синапс 1 синапс 2 синапс 3 В этой точке мембраны нейрона произойдет запуск ПД, если [ ВПСП 1 + ВПСП 2 + ВПСП 3 ] порогового стимула Ситуация пространст- венной суммации соответствует логической ячейке по типу «И»: сигнал будет передаваться дальше, если выполнено несколько условий. По такому принципу идет, например, опознавание сенсорных образов. При этом каждый синапс сообщает о наличии определенного признака: «вижу черный объект», «вижу квадрат», «вижу белый фон». Какой образ опознаем? В реальной нервной системе процессы временнóй и пространственной суммации сосуществуют. При этом каждый нейрон контактирует в среднем с 3-5 тыс. пресинап- тических окончаний (в некоторых случаях их тыс.!). Синапсы, запускающие ВПСП, называются «возбуждающими»; действующие в них медиаторы – «возбуждающими медиаторами». Однако, кроме этого, существуют тормозные синапсы и медиаторы. Их функция – предотвратить передачу «лишних» сигналов.

19 19 Синапсы, запускающие ВПСП, называются «возбуждающими»; действующие в них медиаторы – «возбуждающими медиаторами». Однако, кроме этого, существуют тормозные синапсы и медиаторы. Их функция – предотвратить передачу «лишних» сигналов. Будем активировать синапс, в котором идет экзоцитоз медиатора, открывающего хемо чувствительные К + -каналы, и регистри- ровать изменения заряда в клетке. время, мс мВ стимуляция и выброс медиатора Открывание К + -каналов «разрешает» выход К + из клетки; развивается волна гиперполяризации – «тормозный пост- синаптический потенциал» (ТПСП). Параметры ТПСП близки к ВПСП: длит-ть мс; амплитуда 5-10 мВ. ТПСП взаимо- действуют с ВПСП по принципу пространственной суммации, вычитаясь из них и мешая запуску ПД.

20 20 В этой точке мембраны нейрона произойдет запуск ПД, если всех ВПСП – всех ТПСП порогового стимула – возбуждающий синапс – тормозный синапс Параметры ТПСП близки к ВПСП: длит-ть мс; амплитуда 5-10 мВ. ТПСП взаимо- действуют с ВПСП по принципу пространственной суммации, вычитаясь из них и мешая запуску ПД. Роль ТПСП в работе нейронов соответствует логической ячейке по типу «НЕ»: сигнал не будет передаваться дальше, если активны тормозные синапсы. Число тормозных и возбуждающих синапсов в ЦНС примерно одинаково. Это означает, что тормо- жение («не проводить лишние сигналы») не менее важный процесс, чем возбуждение («проведение сигналов»). Например, такие важнейшие функции мозга, как внимание и двигательный контроль, основаны на работе тормозных синапсов и медиаторов.

21 21 время, мс мВ стимуляция и выброс тормоз- ного медиатора Вернемся к ТПСП. Открывание не только К + -каналов, но и Cl - -каналов ведет к развитию торможения. Ионов Cl - в межклеточной среде в раз больше, чем в цитоплазме; следовательно, их равновесный потенциал (по уравнению Нернста) составляет от -60 мВ до -90 мВ. Число тормозных и возбуждающих синапсов в ЦНС примерно одинаково. Это означает, что тормо- жение («не проводить лишние сигналы») не менее важный процесс, чем возбуждение («проведение сигналов»). Например, такие важнейшие функции мозга, как внимание и двигательный контроль, основаны на работе тормозных синапсов и медиаторов. Таким образом, при открывании Cl - -каналов вход Cl - и «обычный» ТПСП (волна гиперполяризации) будет наблюдаться только в нейронах с ПП на уровне (-60)-(-70) мВ и «высоким» соотношением Cl - out / Cl - in. В остальных клетках входу Cl - будет мешать отрица- тельный заряд цитоплазмы. Тем не менее, такой вход Cl - (как и «обычный» ТПСП) эффективно про- тиводействует запуску ПД. Вход Cl - в этом случае отчетливо проявляется лишь на фоне ВПСП (волн деполяризации).

22 22 Тем не менее, такой вход Cl - (как и «обычный» ТПСП) эффективно про- тиводействует запуску ПД. Таким образом, при открывании Cl - -каналов вход Cl - и «обычный» ТПСП (волна гиперполяризации) будет наблюдаться только в нейронах с ПП на уровне (-60)-(-70) мВ и «высоким» соотношением Cl - out / Cl - in. В остальных клетках входу Cl - будет мешать отрица- тельный заряд цитоплазмы. Вход Cl - в этом случае отчетливо проявляется лишь на фоне ВПСП (волн деполяризации). Итак, перечислим основные функции мембраны пост сынаптической клетки. Здесь – «лоскутное одеяло»: области с (1) рецеп- торами, (2) хемочувствительными каналами, (3) электрочувствительными каналами.

23 23 Итак, перечислим основные функции мембраны пост сынаптической клетки. Здесь – «лоскутное одеяло»: области с (1) рецеп- торами, (2) хемочувствительными каналами, (3) электрочувствительными каналами. область с рецепторами – собственно пост сынаптическая мембранаобласть с хемочувствительными каналами: запуск ВПСП или ТПСП Остальное: «обычная» мембрана с электрочувст- вительными каналами, где происходит запуск и распростра- нение ПД.

24 24 Итак, перечислим основные функции мембраны пост сынаптической клетки. Здесь – «лоскутное одеяло»: области с (1) рецеп- торами, (2) хемочувствительными каналами, (3) электрочувствительными каналами. область с рецепторами – собственно пост сынаптическая мембранаобласть с хемочувствительными каналами: запуск ВПСП или ТПСП Остальное: «обычная» мембрана с электрочувст- вительными каналами, где происходит запуск и распростра- нение ПД.

25 25 Таким образом, в синапсе электрический сигнал (ПД аксона) сначала превраща- ется в химический (движение медиатора и вторичного посредника), а затем – вновь в электрический (ПД пост- синаптической клетки). Взаимодействие синапсов на одном пост сынаптичешском нейроне лежит в основе всех «вычислительных операций», выполняемых мозгом (пример: конкуренция возбуждающих и тормозных сигналов на нейроне промежуточного ядра серого вещества спинного мозга). «Вычислительные возможности» мозга определяются не столько его весом и числом нейронов, сколько числом синапсов. Осталось рассмотреть последний этап жизни медиатора: его инактивацию. стимул: возбуждение внутр. органы скел. мышцы Команды головного мозга: тор- можение

26 26 Инактивация – это процесс удаления медиатора с рецептора для предотвращения слишком длительной (сильной) передачи сигнала. Осталось рассмотреть последний этап жизни медиатора: его инактивацию. Общая идея: большинство физиологических процессов важно вовремя запустить, но не менее важно – вовремя остановить. В частности, строго «дозированно» протекает ПД, действие Ca 2+ на везикулы, медиатора на рецептор и т.п. Иначе произойдет сбой в передаче нервных сигналов, что может иметь фатальные последствия. В каждом конкретном синапсе используется один трех путей инактивации: 1) разрушение медиатора с помощью фермента; 2) перенос медиатора в пре- синаптическое окончание; 3) перенос медиатора в гли- альные клетки.

27 27 В каждом конкретном синапсе используется один трех путей инактивации: 1) разрушение медиатора с помощью фермента; 2) перенос медиатора в пре- синаптическое окончание; 3) перенос медиатора в гли- альные клетки. белки- ферменты белок- насос белок-насос Глиаль- ная клетка Пресинаптическое окончание Постсинаптическая клетка белки- рецепторы Путь 1. Фермент обычно распо- ложен на пост сынаптической мембране, но может находить- ся и в синаптической щели; этот способ наиболее быстрый, хотя и не экономный (потеря ценного вещества – медиатора). Путь 2. «Обратный захват» медиатора особыми белками- насосами (расположе- ны на пресинаптичес- кой мембране). Наиболее экономно, поскольку затем медиа- тор может загружаться в везикулу и повторно использоваться. Путь 3. Захват медиатора белками-насосами, располо- женными на мембране глиаль- ной клетки (олигодендроцита). Медиатор в этом случае разру- шается внутри глиальной клетки (так инактивируются медиаторы, синтез которых не представляет для нейронов затруднений). Ослабление активности (блокада) ферментов и насосов, обеспечивающих инактивацию, ведет к более длительному взаимодейст- вию медиатора и рецептора, усиливая синаптичешскую передачу сигнала.

28 28 Совместная деятельность систем инактивации медиатора и ВтП ограничивает время открывания хемочувствитель- ных каналов и, в итоге, длительность восходящей фазы ВПСП и нисходящей фазы ТПСП (которая обычно не превышает 3-5 мс). Ослабление активности (блокада) ферментов и насосов, обеспечивающих инактивацию, ведет к более длительному взаимодейст- вию медиатора и рецептора, усиливая синаптичешскую передачу сигнала. реакции нейрона G-белок медиатор рецептор G-белок медиатор рецептор фермент, синтези- рующий ВтП хемо- чувстви- тельный ионный канал ВПСП или ТПСП Сходным образом (с помощью внутриклеточных ферментов) происходит инактивация вторичных посредников (ВтП). ВПСП ТПСП Нисходящая фаза ВПСП и восходящая фаза ТПСП (возврат к уровню ПП) обеспечиваются работой постоянно открытых ионных каналов, в связи с чем характеризуются большей длительностью.

29 29 реакции нейрона G-белок медиатор рецептор G-белок медиатор рецептор фермент, синтези- рующий ВтП хемо- чувстви- тельный ионный канал ВПСП или ТПСП Этот способ превращения передаваемого медиатором сигнала в ВПСП или ТПСП не единственный. Для ускорения процесса эволюция отыскала прямой путь: «гибрид» [рецептор + ионный канал] – единая супермолекула, имеющая как место для присоединения медиатора, так и проход для ионов; створка канала от- крывается при появлении медиатора, ионы движутся через канал, создавая ВПСП (Na + ) либо ТПСП (Cl - ). медиатор

30 30 реакции нейрона G-белок медиатор рецептор G-белок ВтП Для ускорения процесса эволюция отыскала прямой путь: «гибрид» [рецептор + ионный канал] – единая супермолекула, имеющая как место для присоединения медиатора, так и проход для ионов; створка канала от- крывается при появлении медиатора, ионы движутся через канал, создавая ВПСП (Na + ) либо ТПСП (Cl - ). «Быстрые» рецепторы этого типа называют «ионотропными» – т.е. непосредственно «направляющими» движение ионов (пример – работа нервно- мышечных синапсов). «Медленные» рецепторы этого типа называют «метаботроп- ными» – т.е. направляющими метаболизм (работу ферментов, обмен веществ). Кроме цАМФ, примером ВтП являются ионы Са 2+, которые не только переносят поло- жительный заряд, но и влияют на работу дви- гательных белков, ферментов, насосов и др. Метаботропные рецепторы эволюционно более древние. Они выполняют функцию передачи сигнала не только в нервной, но и в эндокринной системе (рецепторы гормонов), а также в иммунной системе (рецепторы цитокинов). Процессы синтеза и функционирования ВтП во многом схожи для всех 3-х регуляторных систем орг-ма (нервной, эндокринной, иммунной). Метаботропные рец-ры, хоть и работают медленнее ионотропных, но зато имеют больше возможностей для регуляции и тонкой «подгонки» к нуждам клетки (за счет влияния на синтез ВтП, их инактивацию и др.)

31 31 Антагонист: вещество,противо- действующее эффектам медиато- ра. Молекула состоит защитной части и неполной ключевой части. Последняя из них зани- мает активный центр рецептора, но не включает его, работая как «сло- манный» ключ и мешая медиатору. белок- рецептор Агонист: вещество, действующее как медиатор; обычно – сильнее и длительнее. Молекула состоит из ключевой и защитной частей. Ключевая часть сходна с ме- диатором и включает рецеп- тор, защитная часть мешает работать системам инактивации. АГОНИСТЫ и АНТАГОНИСТЫ рецепторов медиаторов. Антагонисты и агонисты – вещества, поступающие в организм извне. Многие из них – токсины, которые возникли в ходе эволюции растений для защиты от животных. Как следует разбавив их, человек получает лекарственные препараты; не разбавив – яды и наркотики. медиатор входит в активный центр ре- цептора агонист антагонист занимает активный центр, но не включает рецептор

32 32 Знания о медиаторах, их функциях, свойствах аго- нистов и антагонистов – важнейший раздел физи- ологии ЦНС, имеющий, к тому же, огромную прак- тичешскую значимость. О каких медиаторах будет рассказано в дальнейшем: (1) ацетилхолин и норадреналин – медиаторы, работающие, прежде всего, в периферической нервной системе; (2) глутаминовая кислота и ГАМК – главные медиаторы ЦНС; (3) дофамин и серотонин – медиаторы, связанные, с психоэмоциональной сферой и такими патологиями, как депрессия, шизофрения и т.д.; (4) опиоидные пептиды (регуляция боли; их агонист героин является наиболее опасным нар- котиком), глицин, гистамин и некоторые другие...

33 33 И наконец… Еще раз подчеркну, что именно синапс (а не нейрон) является элементарной функциональ- ной единицей нервной системы. Чем больше синапсов, тем «умнее» мозг. «Легкий» мозг может иметь бóльшую плотность синапсов, чем «тяжелый», и обладать существенно бóльшими возможностями (вóрон / собака). Нервные клетки не восстанавливаются (почти). Но синапсы – образуются и исчезают; активно работающие нейроны формируют новые контакты, а «бездельники» – теряют их; поврежденные нейроны могут формировать новые синапсы... «По ходу жизни» многие синапсы способны изменять свои свойства, снижая либо увеличивая выделение медиатора и число рецепторов в ответ на определенные сигналы и ситуации. Эта способность, называемая пластичностью синапсов, лежит в основе обучения, созревания и старения мозга, развития многих видов нервных и психических отклонений.

34 34 ВОПРОСЫ к лекции 4: «Химический синапс. Жизненный цикл медиатора: синтез, выброс в синаптичешскую щель, взаимодействие с рецеп- торами, инактивация. Постсинаптические потенциалы и запуск ПД. Вторичные посредники. Агонисты и антагонисты». 1. Опишите общее строение синапса. 2. Что Вы знаете о разнообразии синапсов? 3. Каковы размер синапса, ширина синаптической щели, диаметр везикул? 4. Какие вещества участвуют в процессе синтеза медиатора? 5. Образование медиатора может происходить в соме либо в пресинаптичешском окончании. В чем сходство и различие этих ситуаций? 6. Что такое «экзоцитоз» медиатора и «круговорот везикул» в пресинаптичешском окончании? 7. В чем состоит функция микротрубочек, находящихся внутри аксона? 8. По какой причине открываются электрочувствительные Са 2+ -каналы пресинаптическойого окончания? 9. Какую функцию выполняет Са 2+, входящий в пресинаптическойое окончание? 10. Каким образом Са 2+ удаляется из пресинаптическойого окончания и зачем это происходит? 11. Как влияют на работу синапса хлорид кальция и магнезия? Почему? 12. Как изменяет работу синапса и нервной системы в целом токсин бактерии ботулизма? 13. Почему яд каракурта вызывает сначала судороги, а затем паралич? 14. Какую функцию выполняют G-белки? 15. Что такое «вторичные посредники» и какую роль они играют в жизнедеятельности клетки? 16. Назовите два примера веществ – вторичных посредников. Каковы их функции? 17. Дайте определение хемочувствительным ионным каналам. 18. Что такое ВПСП? Каковы его параметры и функция? 19. Опишите явление временной суммации ВПСП. 20. Что происходит при пространственной суммации ВПСП? 21. Охарактеризуйте ТПСП, связанный с выходом К +. В чем состоит его значение? 22. Как известно, ТПСП при открывании Сl - -каналов возникает не всегда. От чего это зависит? 23. По какому принципу происходит взаимодействие ВПСП и ТПСП на мембране нейрона? Каков может быть результат этого взаимодействия? 24. С каким количеством пресинаптическойих окончаний в среднем контактирует один нейрон? Что такое пластичность синапсов? 25. При сравнении поверхности нейрона с «лоскутным одеялом» имеется ввиду существование трех типов областей его мембраны. Перечислите и охарактеризуйте эти области. 26. В чем состоит функциональное назначение систем инактивации медиаторов? 27. К чему приведет блокада систем инактивации? 28. Охарактеризуйте три пути инактивации медиатора. 29. Какой из путей инактивации медиатора самый быстрый и почему? 30. Какой из путей инактивации медиатора называют «самым экономным» и почему? 31. Какие процессы ограничивают длительность восходящей и нисходящей фаз ВПСП (а также нисходящей и восходящей фаз ТПСП)? 32. Сравните принципы работы ионотропных и метаботропных рецепторов. 33. В чем состоит преимущество ионотропного рецептора перед метаботропным? 34. В чем состоит преимущество метаботропного рецептора перед ионотропным? 35. Какие рецепторы шире распространены в организме – ионотропные или метаботропные? Поясните свой ответ. 36. Охарактеризуйте понятие «агониста рецептора». В чем состоит принцип действия агонистов? 37. Какую функцию выполняет «защитная» часть молекул агонистов и антагонистов рецепторов? 38. Охарактеризуйте понятие «антагониста рецептора». В чем состоит принцип действия антагонистов? 39.«Нервные клетки не восстанавливаются…» А синапсы? 40. Почему именно синапс (а не нейрон) считают элементарной функциональной единицей мозга?