04_Nauka o mózgu.pdf

Rozdział 3

Przekaźniki

chemiczne

Potencjał czynnościowy rozprzestrzenia się wzdłuż

aksonu docierając do wyspecjalizowanych obszarów

zwanych synapsami, gdzie aksony kontaktują się

z dendrytami innych neuronów. Synapsa jest złożona

z presynaptycznego zakończenia nerwowego i oddzielonej

niewielką przerwą części postsynaptycznej usytuowanej

często na kolcu dendrytycznym. Prądy elektryczne,

odpowiedzialne za rozprzestrzenianie się potencjału

czynnościowego wzdłuż aksonów, nie mogą sforsować

przerwy synaptycznej. Transmisja w jej obrębie

zachodzi przy udziale chemicznych przekaźników

zwanych neuroprzekaźnikami.

miniaturowe „odkurzacze” zwane transporterami, które

wysysają i usuwają chemiczne przekaźniki ze szczeliny

zanim nadejdzie następny potencjał czynnościowy.

Nie jest to marnotrawstwo, bo komórki glejowe

przetwarzają i przesyłają przekaźnik z powrotem do

zakończenia nerwowego, gdzie jest magazynowany

w pęcherzykach. „Sprzątanie” z udziałem komórek

glejowych to nie jedyny sposób usuwania neuroprze-

kaźników z synapsy. Neurony mogą pompować cząsteczki

przekaźnika zwrotnie wprost do zakończeń nerwowych,

bądź może on być rozkładany w szczelinie synaptycznej

przez białka enzymatyczne.

Tło przedstawia chemiczny

przekaźnik upakowany

w sferycznych pęcherzykach

gotowy do uwolnienia do

szczeliny synaptycznej.

Przekaźniki otwierające kanały jonowe

Interakcja neuroprzekaźników z receptorami przypomina

działanie zamka i klucza. Przyłączenie przekaźnika

(klucz) do receptora (zamek) zwykle powoduje otwarcie

kanału jonowego i takie receptory nazwano receptorami

jonotropowymi (patrz ryc. poniżej) . Jeśli kanał jonowy

umożliwi wniknięcie jonów z ładunkiem dodatnim (Na +

lub Ca ++ ), napływ pozytywnego prądu wywołuje pobudzenie.

W efekcie potencjał błonowy ulega odwróceniu i powstaje

pobudzeniowy potencjał postsynaptyczny (epsp, ang.

excitatory post-synaptic potential). Zwykle na neuronie

występuje wiele synaps, z których w danym momencie

jedynie część jest aktywna. Jeśli suma epsp osiągnie

wartość progową dla powstania impulsu, powstaje

nowy potencjał czynnościowy i sygnały przemieszczają

się wzdłuż aksonu neuronu - odbiorcy (patrz Rozdział 2).

Magazynowanie i uwalnianie

Neuroprzekaźniki są przechowywane w zakończeniach

aksonów, w pęcherzykach synaptycznych. Większe

pęcherzyki stanowią magazyn, a z mniejszych

występujących bliżej błony zakończenia neuronu

uwalniany jest przekaźnik. Potencjał czynnościowy

docierając do zakończenia nerwowego powoduje

otwarcie kanałów jonowych i wniknięcie jonów wapnia

(Ca ++ ), które aktywują enzymy oddziałujące na wiele

białek presynaptycznych o egzotycznych nazwach, jak

„snare”, „tagmina”, „brewina”. Dopiero niedawno

odkryto, że takie presynaptyczne białka

współzawodnicząc w naznaczaniu i przechwytywaniu

innych białek sprawiają, że pęcherzyki synaptyczne

ulegają fuzji z błoną presynaptyczną i uwalniają

chemiczny przekaźnik z zakończenia nerwowego.

Effector

Następnie przekaźnik dyfunduje poprzez 20. nanometrową

przerwę - szczelinę synaptyczną. Pęcherzyki synaptyczne

są stale odtwarzane - ich błony z powrotem odpączkowują

do wnętrza zakończenia nerwowego, gdzie ponownie

zostają napełnione neuroprzekaźnikiem. Neuroprzekaźnik

po wydostaniu się na zewnątrz (co zachodzi w ułamku

milisekundy) wchodzi w interakcję z molekularnymi

strukturami, receptorami, w błonie następnego

neuronu. Wokół szczeliny synaptycznej „czają się”

komórki glejowe. Niektóre z nich trzymają w pogotowiu

Receptory jonotropowe (po lewej) posiadają kanał jonowy,

poprzez który wnikają jony (takie jak Na + i K + ). Kanał

składa się z pięciu podjednostek ułożonych koliście.

Receptory metabotropowe (po prawej) nie mają

kanałów, ale wewnątrz błony komórkowej są sprzężone

z białkami G, które mogą przesłać wiadomość .

Rozdział 3

Głównym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w mózgu

jest kwas glutaminowy . Wysoka precyzja aktywności

nerwowej wymaga, by pobudzeniu pewnych neuronów

towarzyszyło stłumienie (hamowanie) aktywności innych

neuronów. W synapsach hamujących aktywacja

receptorów powoduje otwarcie kanałów pozwalających

na wniknięcie ujemnie naładowanych jonów, co wywołuje

zmianę potencjału błonowego zwaną hamującym potencjałem

postsynaptycznym (ipsp, ang. inhibitory post-synaptic

potential) (patrz ryc. poniżej) i przeciwdziała depolary-

zacji i inicjacji potencjału czynnościowego w ciele

neuronu-odbiorcy. Neuroprzekaźniki hamujące to GABA

i glicyna .

Transmisja synaptyczna jest bardzo szybkim procesem;

czas pomiędzy dotarciem potencjału czynnościowego

do synapsy a powstaniem epsp w następnym neuronie,

jest bardzo krótki - 1/1000 sekundy. Neurony „dysponują”

niezwykle małym przedziałem czasowym by dostarczyć

glutaminian do innych neuronów w terminie pozwalającym

na zsumowanie epsp w neuronie-odbiorcy i wytworzenie

nowego impulsu; w podobnym tempie musi także zachodzić

hamowanie by zapewnić efektywne wyłączenie procesu.

do aktywacji receptorów jonotropowych, nie otwiera

w błonie drzwi dla jonów a włącza do akcji wewnątrz-

komórkowe, wtórne przekaźniki powstające w wyniku

całej sekwencji zdarzeń biochemicznych. W ten sposób

rusza i zaskakuje „metaboliczny silnik” neuronu. W wyniku

neuromodulacji dochodzi do zmian w aktywności kanałów

jonowych, receptorów, transporterów, a nawet w ekspresji

genów. Takie zmiany powstają powoli, trwają dłużej niż

te indukowane pobudzającymi i hamującymi neuro-

przekaźnikami, a ich efekty sięgają poza synapsę.

I chociaż nie zapoczątkowują potencjałów czynnościowych,

mają głęboki wpływ na krążenie impulsu w sieciach

neuronalnych.

Identyfikacja przekaźników

Wśród wielu przekaźników działających na receptory

sprzężone z białkami G znajdują się acetylocholina,

dopamina i noradrenalina. Neurony zawierające te

przekaźniki występują w stosunkowo niewielkiej ilości,

ale posiadają aksony docierające do wielu miejsc w

mózgu (patrz ryc. poniżej). W mózgu człowieka jest

zaledwie 1600 neuronów noradrenergicznych, ale

wysyłają one aksony do wszystkich części mózgu

i rdzenia kręgowego. Przekaźniki modulujące nie

przekazują precyzyjnej informacji czuciowej, ale ich

rolą jest dostrajanie aktywności rozproszonych

zespołów neuronalnych by zoptymalizować ich działanie.

Noradrenalina, uwalniana w odpowiedzi na różne rodzaje

bodźców i stresu, pomaga zorganizować złożoną reakcję

wielu sieci neuronalnych. Dopamina, poprzez działanie na

ośrodki mózgu związane z pozytywnymi zjawiskami

emocjonalnymi (patrz Rozdział 4) sprawia, że pewne

sytuacje mają wartość nagradzającą. Z kolei acetylocholina,

odkryta jako pierwszy neuroprzekaźnik, działa przez

receptory jonotropowe i metabotropowe. Używa

mechanizmów jonowych do sygnalizacji pomiędzy

neuronami ruchowymi a mięśniami prążkowanymi -

poprzez płytkę nerwowo-mięśniową, i także pełni rolę

neuromodulatora.

Pobudzeniowy potencjał synaptyczny (epsp) jest to zmiana

potencjału błony z -70mV do wartości bliskiej 0 mV.

Hamujący potencjał synaptyczny (ipsp) ma efekt przeciwny.

Przekaźniki modulujące

Poszukiwania mające na celu zidentyfikowanie

pobudzających i hamujących neuroprzekaźników

dowiodły istnienia wielu różnych substancji chemicznych

uwalnianych z neuronów. Wiele z nich wpływa na

mechanizmy neuronalne poprzez działanie na różne

grupy białek błonowych, nazwanych receptorami

metabotropowymi . Nie posiadają one kanałów jonowych,

czasem występują poza obszarem synapsy, i co istotne,

nie powodują powstania potencjału czynnościowego.

Obecnie uważa się, że receptory te są odpowiedzialne

za integrację i modulację szerokiego wachlarza

procesów chemicznych zachodzących wewnątrz

neuronów, a ich działanie zwane jest neuromodulacją .

Receptory metabotropowe wchodzą w skład kompleksów

molekularnych stanowiących połączenie zewnętrznej

części komórki z enzymami występującymi wewnątrz-

komórkowo i wpływającymi na metabolizm komórkowy.

Po rozpoznaniu i przyłączeniu neuroprzekaźnika do

receptora metabotropowego, aktywowane są molekuły

„pomostowe” - tak zwane białka G - oraz inne białka

związane z błoną. Przyłączenie przekaźnika do

odpowiedniego miejsca rozpoznania w receptorze

metabotropowym może być porównane z włożeniem

klucza inicjującego zapłon. Proces ten, w przeciwieństwie

Komórki zawierające noradrenalinę występują w jądrze

sinawym (LC). Aksony tych komórek rozprzestrzeniają się

w śródmózgowiu - w podwzgórzu (Hyp), móżdżku (C) i w korze

mózgowej. Pozostałe skróty oznaczają inne struktury mózgu.

O synapsach przeczytasz po angielsku na doskonałej stronie internetowej:

http://synapses.mcg.edu/index.asp

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: