Вопрос 12: Строение, классификация и функциональные свойства синапсов. Особенности передачи возбуждения в них.

Передача информации от одной нервной клетки к другой осуществляется с помощью специальных контактов – синапсов.

Во всех синапсах выделяют три основные части:

- область пресинаптической мембраны;

- синаптическая щель;

- область постсинаптической мембраны.

Электрические синапсы.

В электрическом синапсе клеточные мембраны соседних нейронов плотно прилегают друг к другу. В специальных местах мембраны образуют место контакта – щелевые контакты.

Щелевой контакт образуют несколько одинаково организованных белковых комплексов (коннексонов), пронизывающих мембрану. Коннексоны потециал- и хемозависимые структуры. Коннексоны двух нейронов образуют однотипные каналы, заполненные водой. При открытии канала под воздействием раздражителя могут возникать по электрохимическому градиенту катионный или анионный токи, которые вызывают формирование различных видов биоэлектрической активности клеток.

Так как ионные токи в образовавшихся каналах могут возникать по электрохимическому градиенту в двух направлениях, то вполне естественно, что в электрическом синапсе возможно двухстороннее проведение возбуждение. Такая организация электрического синапса позволяет проводить информацию от одной нервной клетки к другой без существенной трансформации электрического сигнала, быстро.

Синаптическая задержка в электрических синапсах - 10-5 с. Она ничтожно мала по сравнению с таковой в химическом синапсе. В мозге взрослого человека 1% синапсов относятся к электрическим.

Химические синапсы.

Область пресинаптической мембраны.

Область пресинаптической мембраны представляет собой утолщение концевой части нервных терминалей.

I. Цитоплазматическая мембрана нервной терминали, в которой имеются:

1. Ионные каналы и насосы:

- калиевые каналы, каналы «утечки» калия. Они формируют выходящий калиевый ток, который определяет уровень ПП;

- потенциалзависимые натриевые каналы. Их активация формирует входящий натриевый ток и вызывает деполяризацию мембраны;

- натрий, калиевый насос. Поддерживает мембранную ас-симетрию натрия и калия;

- потенциалзависимые кальциевые каналы. Формируют входящий кальциевый ток, инициирующий процесс экзоцитоза медиатора;

- кальций зависимые калиевые каналы. Активируются кальцием, формируют выходящий калиевый ток, гиперполя ри-зацию мембраны и торможение экзоцитоза медиатора.

2. Система обратного транспорта медиатора.

Обратный транспорт медиатора из синаптической щели в об-ласть пресинаптической мембраны осуществляется двумя пу-тями:

- специфическими мембранными белками-переносчиками (транслоказами);

- за счет эндоцитоза.

3. Активные зоны пресинаптической мембраны.

Выделение медиатора осуществляется в определенных участках пресинаптической мембраны – активных зонах.

Всего в синапсе примерно 10, а в нервно-мышечном синапсе около 40 активных зон.

Активная зона состоит из «плотной полоски» пресинаптической мембраны и сгруппированной около нее:

- мелких синаптических пузырьков (везикул);

- потенциалзависимых кальциевых каналов;

- специальных белков экзоцитоза везикулярной и пресинаптической мембран.

4. Рецепторы пресинаптической мембраны.

В большинстве синапсов в пресинаптической мембране имеются рецепторы к медиаторам, которые могут быть разделены на ауторецепторы и гетерорецепторы.

Ауторецепторы пресинаптической мембраны.

Ауторецепторы пресинаптической мембраны однотипны рецеп-тору постсинаптической мембраны данного синапса. Участвуют в ре-гуляции выделения медиатора из области пресинаптической мембра-ны.

Гетерорецепторы пресинаптической мембраны. Для этих ре-цепторов активатором выступает другой медиатор, существенно от-личающийся от медиатора, обеспечивающего передачу информации в данном синапсе. Участвует в регуляции выделения медиатора из об-ласти пресинаптической мембраны.

II. Синаптические везикулы.

В большинстве синапсов имеются 2 типа синаптических вези-кул: мелкие и крупные.

Мелкие синаптические везикулы содержат медиатор. В од-ной везикуле содержится несколько тысяч молекул медиатора, что составляет квант медиатора.

Большая часть мелких синаптических везикул фиксирована к цитоскелету терминали.

Меньшая часть синаптических везикул связана с внутренней поверхностью пресинаптической мембраны. Эти везикулы находятся в активной зоне, поставляют медиатор для очередного выброса.

Существует постоянный переход мелких синаптических ве-зикул из первого пула во второй.

Образование оболочек мелких везикул, ферментов, необходи-мых для образования медиатора, происходит в эндоплазматическом ретикулуме и цистернах аппарата Гольджи, после чего они аксо-плазматическим током транспортируются в область пресинаптиче-ской мембране, где происходит «упаковка» молекул медиаторов в везикулы.

Образование медиатора идет непосредственно в области пре-синаптической мембраны.

«Упаковка» медиатора в мелкие везикулы является активным процессом.

Крупные синаптические везикулы. В них содержатся нейро-пептиды, которые играют в синапсе роль нейромодуляторов, то есть веществ, модифицирующих (ослабляющих, усиливающих, тормозящих, потенцирующих и др.) действие медиаторов.

Образование крупных везикул происходит в эндоплазматиче-ском ретикулуме и цистернах аппарата Гольджи, здесь же происходит заключительный этап формирования нейропептидов в нейромодуляторы и «упаковка» их в крупные везикулы.

После этого они аксоплазматическим током транспортируют-ся в область пресинаптической мембраны.

Синтез медиаторов и образование мелких и крупных синаптических пузырьков осуществляется непрерывно.

Механизм выделения медиатора в пресинаптическую щель.

Деполяризация области пресинаптической мембраны, кото-рая связана с распространением возбуждения по аксону, вызывает ак-тивацию потенциалзависимых кальциевых каналов.

В области активной зоны локально возникает кальциевый домен, который активирует систему белков экзоцитоза везикуляр-ной и пресинаптической мембран.

Активация белков экзоцитоза приводит к выделению ме-диатора в синаптическую щель по трем вариантам.

Путем:

1. классического экзоцитоза;

2. образования временного «канала» в пресинаптической мембране;

3. диффузии медиатора через постоянные поры.

Постсинаптическая мембрана синапса.

В постсинаптических мембранах имеются 2 типа рецепто-ров: ионотропные и метаботропные.

Ионотропные рецепторы постсинаптической мембраны.

При воздействии медиатора на ионотропные рецепторы пост-синаптической мембраны развиваются быстрые реакции, длящие-ся несколько миллисекунд.

При этом возникают реакции двух типов:

ВПСП - возбуждающий постсинаптический потенциал.

ТПСП – тормозной постсинаптический потенциал.

ВПСП (возбуждающий постсинаптический потенциал) воз-никает при взаимодействии медиатора с ионотропными рецепто-рами, ассоциированными с натриевыми ионными каналами за счет развития деполяризации постсинаптической мембраны, свя-занной с формированием входящего натриевого тока.

ВПСП хорошо распространяется в пределах одного нейрона.

ТПСП (тормозной постсинаптический потенциал) возникает при взаимодействии медиатора с ионотропными рецепторами, ас-социированными с калиевыми или хлорными ионными каналами, за счет развития гиперполяризации постсинаптической мембраны, связанной либо с усилением выходящего калиевого тока, либо с увеличением входящего тока хлора.

Метаботропные рецепторы постсинаптической мембраны.

Метаботропные рецепторы постсинаптической мембраны при взаимодействии с медиатором активируют преимущественно се-мейство высокомолекулярных G-белков, которые в свою очередь активируют основные каскадные ферментные системы (адени-лат¬циклазную, фосфолипазную) усиления и реализации информа-ционного сигнала в клетке.

Кроме того, медиаторы, взаимодействуя с рецепторами постси-наптической мембраны, способны прямо или опосредованно активи-ровать образование цГМФ.

Активация метаботропных рецепторов, вызывающая слож-ные биохимические и, как следствие, функциональные перестройки в клетке (медленные реакции), часто прямо или опосредованно со-пряжена с изменением проницаемости ионных каналов (быстрые эффекты).

Это обусловлено тем, что многие компоненты каскадных систем реализации сигнала либо ассоциировано (субъединица Gβγ), либо конститутивно (протеинкиназы, вторые посредники) способны менять активность белков, формирующих ионные каналы.

К большинству медиаторов имеются и ионотропные, и мета-ботропные рецепторы.

Система удаления медиатора из синаптической щели.

1. Система обратного транспорта медиатора (описана в разде-ле «область пресинаптической мембраны»)

2. Ферменты, метаболизирующие медиаторы (холинэстераза, КОМТ, МАО и др.). Они метаболизируют медиаторы, прекращая их действие на рецептор.

Ко-медиаторы.

Ко-медиаторы это дополнительные химические посредники передачи информации, к которым на постсинаптической мембране синапса выделены специфические рецепторы.

Рецепторы к ко-медиаторам относятся к метаботропным ре-цепторам.

В области пресинаптической мембраны ко-медиаторы содер-жатся в крупных везикулах. Они относятся к нейропептидам. В ка-ждой везикуле содержится несколько десятков молекул ко-медиатора.

Особенностью выделения ко-медиаторов из области преси-наптической мембраны является сопряженность их выделения с классическими медиаторами.

Выделение ко-медиатора из области пресинаптической мем-браны осуществляется путем экзоцитоза.

Ко-медиаторы видоизменияют ответ постсинаптического ней-рона на действие классических медиаторов.

Нейромодуляторы.

Нейромодуляторы по сравнению с нейромедиаторами имеют ряд особенностей действия:

1. Нейромодуляторы не обладают самостоятельным физиоло-гическим действием, а модифицируют эффект нейромедиаторов.

2. Действие нейромодуляторов имеет тонический характер – медленное развитие и большую продолжительность дейст-вия (секунды, минуты).

3. Действие нейромодуляторов не сопряжено во времени с эф-фектом нейромедиатора.

В постсинаптической мембране имеются метаботропные ре-цепторы к нейромодуляторам, которые обладают низкой специфич-ностью.

Для синапсов ЦНС в качестве нейромодуляторов выступают более десяти семейств нейропептидов.

В мозге несколько нейромодуляторов могут действовать на один тип синапсов и один нейромодулятор - на несколько типов синапсов.