Билет 21

Пресинаптическое окончание: строение и основные события, вызывающие экзоцитоз (выброс) медиатора. Примеры нарушений экзоцитоза.

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

Если синтез идет прямо в пресинаптическом окончании,

то далее медиатор «загружается» в пустые везикулы

(с помощью особых белков-насосов).

Комплекс Гольджи в этом случае поставляет пустые везику-

лы (1); значительная часть пустых везикул отделяется от пре-

синаптической мембраны (2) после выброса медиатора (3).

Выброс (экзоцитоз) медиатора в синаптическую щель происходит после появления ПД, который вызывает открывание электрочувствительных Са2+-каналов (примерно на 2-3 мс).

В результате в пресинаптическое окончание успевает войти несколько сот ионов Са2+ , которые активируют белки, запускающие экзоцитоз. Для экзоцитоза одной везикулы требуется несколько (не < 4-х) ионов Са2+. Особые белки-насосы быстро

удаляют Са2+ из пресинаптического окончания (как в случае клеток сердца), иначе выброс медиатора не прекратится. Приход одного ПД в среднем вызывает выброс содержимого примерно 50 везикул. Увеличение концентрации Са2+ в межклеточной среде ведет к его более активному входу в пресинаптическое окончание и росту выброса медиатора (СаCl2 = хлорид кальция – мягкий стимулятор работы нервных и мышечных клеток, сердца). Ионы Mg2+ способны проникать через Са2+-каналы, но не акти-вируют белки, запускающие экзоцитоз. Добавка Mg2+ в среду ведет к снижению входа Са2+ и падению выброса медиатора (Mg2+ конкурирует с Са2+ за вход в окончание аксона; MgSO4 = магнезия – тормозит работу синапсов и сердца, снижает тонус сосудов).

Бактерия ботулизма – почвен-ный микроб, анаэробный (не выносит О2). Ее токсин блоки-рует белки, отвечающие за экзоцитоз; отравление (если бактерия оказалась в консервах) ведет к слепоте, параличам и смерти. Но БОТОКС используют в клинике и косметологии (блокада нервно-мышечных синапсов, снятие спазма мышц). Каракурт «черная вдова»:

токсин представляет собой белок, схожий с постоянно открытым Са2+-каналом.

После укуса паука токсин встраивается в мембрану пресинаптическ. окончания, вызывая мощный вход Са2+, выброс медиатора и судороги; затем запас медиатора истощается, наступает паралич и остановка дыхания

последовательности событий, происходящих в синапсе:

(1) распространение ПД;

(2-4) вход ионов Са2+ и экзоцитоз;

(5) медиатор попадает в щель;

(6) действие медиатора на белки-рецепторы;

(7-8) деполяризация либо гиперполяризация постсинаптической 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.

Гистамин как медиатор и тканевой гормон. Рецепторы гистамина. Антигистаминные препараты: применение и побочные эффекты.

Гистамин: моноамин, образующийся при декарбоксилировании незаменимой пищевой аминокислоты гистидина (HDC – гистидин декарбоксилаза). На периферии – запускает воспалительные реакции (расширение сосудов, отек и др.).

В ЦНС – активирующий медиатор; соответствующие нейроны расположены в туберо-маммилярном ядре заднего гипоталамуса; их аксоны расходятся по всему мозгу.

Три типа рецепторов:

Н1 – воспаление и аллергические реакции, много в ЦНС;

Н2 – активируют секрецию желудка, много в ЦНС;

Н3 – только в ЦНС.

Антигистаминные препараты, ослабляющие симптомы воспаления – антагонисты Н1-рецепторов. Если проходят ГЭБ («старое поколение»: димедрол, супрастин), то вызывают торможение, сонливость, плохо сочетаются с алкоголем. «Новое поколение» слабо преодолевает ГЭБ: кларитин, фенкарол.

Тормозное действие Н1-антагонистов используется для борьбы с укачиванием: драмина и т.п. (важно не принять слишком много, а то уснете…)

Ассоциативная лобная кора и три последовательных этапа выбора поведенческой программы. Последствия повреждений ассоциативной лобной коры.

Передняя часть лобной доли – ассоциативная лобная кора: с учетом сенсорных сигналов, сигналов от центров потребностей, памяти и мышления принимает решения о запуске поведенческих программ («центр воли и инициативы»)

Повреждения ведут к ухудшению качества выбора программ, а серьезные повреждения к прекращению выбора. В этом случае мозг зависает до получения команды из вне, либо до появления сильной внутренней потребности. Лоботомия – перерезка волокон белого вещества, соединяющих ассоциативную лобную кору с остальным мозгом. Через несколько лет после нобелевской за лоботомию – появление нейролептиков. После выбора программы она передается в заднюю часть лобной доли (премоторная и моторная), а оттуда запускаются конкретные двигательные реакции. Необходимо контролировать успешность каждого этапа программы. Это выполняет поясная извилина. В ней проходит сравнение реальных и ожидаемых результатов поведения – результат идет в ассоц. лобную кору. При совпадении реального и ожидаемого ассоц.любная кора дает рекомендацию продолжения программы (положительная эмоция). При несовпадении коррекция или замена программы (отриц. эмоция).

Билет №23.

1) 23-1. G-белки и вторичные посредники (ВтП): общая характеристика и примеры важнейшей

роли ВтП (цАМФ, ионов Са2+ и др.) в передаче сигнала внутри клетки.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ВтП – особый класс регуляторных в-в, по значимости не уступающий гормо-нам и медиаторам. Пример ВтП: цАМФ – циклическая аденозин-моно-фосфорная кислота, образуемая из АТФ ферментом аденилатциклазой. Наиболее типичная реакция нейрона: G-белок активирует фер-мент, синтезирующий вторичный посредник (ВтП) – особое ве-щество , которое продолжает передачу сигнала внутри клетки. На следующем этапе ВтП запускает открывание ионных каналов

для Na⁺, K⁺ либо Cl^- (хемочувствительные ионные каналы). Вход Na⁺ – возбуждение клетки; выход K⁺ и вход Cl^- – торможение.

Основное назначение ионов Са2+ в пресинаптическом окончании — это воздействие на сложный белковый комплекс, встроенный в мембрану везикул. Этот комплекс включает

белки, ответственные за фиксацию пузырька в цитоплазме и за его контакт с пресинаптической мембраной. Под действием Са2+ (для этого нужно четыре иона) везикула приходит в движение. Достигая пресинаптической мембраны, пузырек «слипается» с ней, в результате чего медиатор попадает в синаптическую щель. Весь этот процесс протекает очень быстро — в течение 1—5 мс, а примерно через 10 с можно наблюдать процесс восстановления везикул: они отделяются от мембраны и возвращаются в пресинаптическое окончание. В дальнейшем эти пустые пузырьки могут быть вновь заполнены медиатором. Запустить выброс содержимого везикул чрезвычайно важно, но не менее важно быстро остановить этот процесс. Выделяют два типа рецепторов — ионотропные и метабо-

тропные. Возбуждение метаботропного рецептора выражается в изменении внутриклеточного метаболизма, т. е. течения биохимических реакций. С внутренней стороны мембраны к такому рецептору присоединен целый ряд других белков, выполняющих ферментативные и частью передающие(«посреднические») функции.Белки-посредники относятся

к G-белкам. Под влиянием возбужденного рецептора G-белок

воздействует на белок-фермент, обычно переводя его в «рабочее» состояние. В результате запускается химическая реакция: молекула-предшественник превращается в сигнальную

молекулу — вторичный посредник. Вторичные посредники — это мелкие, способные к быстрому перемещению молекулы или ионы, передающие сигнал внутри клетки. Этим они отличаются от «первичных посредников» — медиаторов и гормонов, передающих информацию от клетки к клетке. Наиболее известным вторичным посредником является цАМФ (циклическая аденозинмонофосфорная кислота), образуемая из АТФ с помощью фермента аденилат-

циклазы. Похожа на него цГМФ (гуанозинмонофосфорная кислота). Другими важнейшими вторичными посредниками являются инозитолтрифосфат и диацилглицерол, образуемые из компонентов клеточной мембраны под действием фермента фосфолипазы С. Чрезвычайно велика роль Са2+, входящего в клетку снаружи через ионные каналы или высвобождающегося из особых мест хранения внутри клетки («депо» кальция). В последнее время много внимания уделяется вторичному посреднику N0 (оксиду азота), который способен передавать сигнал не только внутри клетки, но и между клетками, легко преодолевая мембрану, в том числе от постсинаптического нейрона к пресинаптическому.

 В критический период онтогенеза происходит выбор самого

активного сенсорного входа и соответствующий синапс резко

увеличивает свою эффективность. В результате в обучающем-

обучающемся нейроне возникают ПД, включающие определенную поведенческую программу.

Понятно, что ключевую роль в данном процессе играет механизм модификации обучающегося синапса. Каким образом он начинает работать более эффективно, т. е. генерировать

больший ВПСП в ответ на то же количество медиатора? Современные представления о механизмах этого процесса :выделяющийся из пресинаптического окончания медиатор (глутаминовая кислота) действует на соответствующие метаботропные рецепторы, запуская образование вторичного посредника (например, ц-АМФ). Вторичный посредник, передавая сигнал внутри обучающегося нейрона, проникает в ядро и воздействует на ДНК. Конечным результатом такого воздействия является активация генов, управляющих синтезом рецепторов к глутаминовой кислоте: с них «снимается копия» — и-РНК, которая по- ступает к рибосомам. Рибосомы синтезируют новые белки-рецепторы к глутаминовой кислоте, которые встраиваются в постсинаптическую мембрану самого активного синапса, передающего информацию о характеристиках импринтингуемого объекта. Встраивание в постсинаптическую мембрану дополнительных рецепторов является тем ключевым фактором, который приводит к увеличению эффективности синаптической передачи.

Белково-пептидные гормоны (первая группа) состоят из це-

цепочек аминокислот, их молекулы велики и, что очень важно, плохо растворяются в жирах, составляющих основу биологи- биологических мембран и мембран, которые окружают любую клетку: это аденокортикотропный гормон гипофиза, тиреотропный гормон, лютеинизирующий гормон, инсулин. Их действие развивается быстро — за минуты, но продолжается очень не-

недолго. Обычно гормоны этой группы накапливаются в секретирующих клетках и быстро высвобождаются из них в случае необходимости. Проникнуть внутрь клетки через липидные слои мембраны такие молекулы не могут, и рецепторы к ним расположены на поверхности клетки. При таком виде рецепции .необходимо решить две задачи: во-первых, сигнал воздействия гормона нужно передать внутрь клетки и, во-вторых, усилить этот сигнал, чтобы достичь значительно-

значительного изменения работы клетки. Разберем один из вариантов та-

такого взаимодействия гормонов с клеткой. Каждая молекула гормона связывается с одним рецептором на поверхности клетки-мишени. Пространственная структура

рецептора при этом меняется, и он взаимодействует с молекулой G-белка, также встроенного в мембрану. G-белок в свою очередь активирует фермент аденилатциклазу, способную

индуцировать образование большого числа молекул — мощнейшего регулятора внутриклеточных процессов (ц-АМФ), которая может влиять на различные реакции, протекающие

в клетке. Как один из наиболее вероятных видов воздействия, он активирует фермент протеинкиназу А, «снимая» с нее регулирующую субъединицу. Освободившись

от этой субъединицы, протеинкиназа А начинает присоединять к определенным белкам клетки высокоэнергетические фосфатные группы, т. е. фосфорилирует их. Одни из таких

белков являются ферментами, другие входят в состав стенок каналов, которые пропускают в клетку или выпускают из нее различные ионы. Фосфорилированные белки резко изменяют свою биологическую активность, и вся работа клетки резко активизируется: мышечная клетка будет сильнее сокращаться, секреторная клетка будет вырабатывать больше веществ. При такой схеме передачи гормонального сигнала в клетку сам гормон называют первым посредником, ц-АМФ называют вторым посредником, а протеинкиназу А, которая изменяет работу множества белков клетки, называют внутриклеточным эффектором. По ходу описанного каскада реакций происходит мощнейшее усиление сигнала. Так, одна молекула адренокортикотропного гормона (АКТГ), взаимодействуя с рецептором менее одной секунды, способна активировать около

1000 молекул аденилатциклазы, которые все вместе способны образовать более 1 млн молекул ц-АМФ и т. д. Таким образом, коэффициент усиления в гормональных каскадах способен до-

достигать 107—108. Но естественно, белково-пептидные гормоны могут и тормозить работу клетки. В этом случае сигнал от рецептора, с которым связался гормон, доходит до особого вида G-белка, который не активирует, а, наоборот, тормозит активность аденилатциклазы.

2) 23-2. Вещество Р: особенности химического строения, медиаторные и периферические

эффекты. Аденозин и антагонист его рецепторов кофеин.

Первым открытым регуляторным пептидом стала субстанция Р

(SP; из семейства тахикининов).Состоит из 11 а/к: Arg Pro Lys Pro Gln Gln Phe Phe Gly Leu Met При внутривенном введении вызывает болевые ощущения, поскольку (как оказалось) вместе с Glu выделяется из окончаний аксонов сенсорных нейронов, воспринимающих боль.

Кроме того, субстанция Р выделяется из периферических отростков сенсорных нейронов,

запуская воспалительную реакцию (расширениесосудов, выброс гистамина из mast cells –

«тучных клеток»).

Тучные клетки – депо гистамина в тканях; именно на них действуют

аллергены. Heterocephalus glaber: голый землекоп (колонии с самкой-маткой, 2-3 самцами и десятками рабочих особей). Потеря гена белка-предшествен-ника вещества Р; нет кожной болевой чувствительности. Экзоцитоз SP – под тормозным контролем энкефалинов.Пептидные медиаторы — вещества, состоящие из цепочек аминокислот. Первым из них было открыто вещество Р (от powder — порошок), выделенное из сухого порошка спинного мозга. Этот пептид состоит из 11 аминокислот. Его введение в кровь в очень малых дозах вызывает расширение кровеносных сосудов и спазм кишечника (рецепторы находятся на гладких мышечных клетках). Вещество Р вырабатывается нейронами спинномозговых ганглиев, связанными с восприятием болевой чувствительности. Пептид обнаруживается как в пресинаптических окончаниях их аксонов (задние рога спинного мозга), так и в чувствительных нервных окончаниях кожи. В задних рогах вещество Р работает (совместно с глутаминовой кислотой) как истинный медиатор, передающий сигнал на нейроны серого вещества. В коже оно выполняет гормоноподобную функцию,

вызывая воспалительный процесс. Вырабатывается вещество Р и некоторыми интернейронами ЦНС. В таком случае оно содержится в пресинаптических окончаниях совместно с другими медиаторами (например, ГАМК). Синтез медиаторов-пептидов (в том числе опиоидных)

протекает значительно сложнее по сравнению с синтезом медиаторов других групп. В ходе этого процесса рибосомы вначале строят белок-предшественник, а затем особые ферменты вырезают из него необходимые фрагменты, причем один белок может содержать внутри себя несколько медиаторов-пептидов. Основной механизм действия опиоидов в ЦНС — пресинаптическое торможение выделения медиаторов. Рассмотрим его на примере задних рогов спинного мозга, передающих болевую чувствительность. Из схемы видно, что, соединяясь с пресинаптическими рецепторами, энкефалины способны ослабить работу основного синапса двумя путями. Во-первых, они понижают активность аденилатциклазы (АЦ) и синтез цАМФ; во-вторых, действуя

через фосфолипазу, способствуют открыванию хемочувствительных К+-каналов; в результате активность Са2+-каналов снижается, поскольку она зависит и от количества цАМФ, и

от потенциала на мембране. Количество входящего кальция падает, это уменьшает выброс везикул с глутаматом и веществом Р, и передача боли ослабляется.

Вещество Р, энкефалины и эндорфины — это только отдельные представители регуляторных нейропептидов. Разнообразие этого класса медиаторов и модуляторов деятельности нервной системы чрезвычайно велико. В него входят сотни соединений, составляющие несколько десятков семейств.

Почему регуляторные пептиды так многочисленны?

Первый вариант ответа. С регуляторными пептидами связаны очень «тонкие» и специфические функции, и за каждую функцию отвечает свой пептид (семейство пептидов).

Второй вариант. Регуляторные пептиды – «рудиментарные медиаторные системы», остатки эволюционно древних путей передачи информации, которые существовали еще во времена бактериальных колоний или, например, колоний кишечнополостных (синхронизация размножения у коралловых полипов).

В мозге млекопитающих пептиды-медиаторы (за некоторыми исключениями, вроде опиоидов и SP) проявляют себя мало; но рецепторы

сохранились и мы можем использовать их в

качестве мишеней для лекарственных препаратов («черный ход» в мозговые процессы).

 Аденозин.

При «глубоком» распаде (выде-ление энергии) АТФ превраща-ется сначала в АДФ, потом в АМФ и наконец в аденозин. Появление значительных количеств аденозина – признак истощения запасов энергии, утомления (необходим отдых).Основной рецептор – А1 (аденозиновый 1-го типа); тормозит активность аденилатциклазы (падает вход Са²⁺, растет выход К⁺). Аденозин оказывает, по сути, защитное действие на нервную ткань при перегрузке (в сердце – расширение сосудов).

Антагонисты аденозина кофеин, теофиллин (шоколад, чай) и некоторые другие проявляют свойства психомотор-ных стимуляторов, снимают утомление, стимулируют работу многих внутренних органов. Возможно постепенное форми-рование привыкания и зависимости. Первоначально (1886) главными компонентами кока-колы были богатый кофеином орех кола плюс экстракт листье коки. Последний в 1903, когда стала известна опасность кокаина, был убран из рецептуры. В одном стакане колы содержится 6(!) чайных ложек сахара; типичный вкус сегодняшняя кола получает от добавления ванилина, цимтового масла, масла гвоздики и лимона.

Орех кола – дерево высотой около 20 м; в плодах несколько орехов; содержание кофеина в них может достигать 2%.

Кофеин активирует все типы нейронов; в тех случаях, когда активация затрагивает преиму-щественно ГАМК-клетки, кофеин может вызывать успокоение, торможение и даже засыпание.

3) 23-3. Общая характеристика функций таламуса. Принцип латерального торможения.

Произвольное и непроизвольное внимание. Основные группы ядер таламуса.

 Таламус, зрительный бугор – отдел промежуточного мозга, подкорковый центр всех видов чувствительности, кроме обонятельной. Расположен между средним мозгом и корой больших полушарий. Координирует внешние проявления эмоций, изменения дыхания, пульса, давления, координирует мимику, жестикуляцию, другие проявления эмоций.

Нейроны таламуса образуют 40 ядер. Топографически ядра таламуса подразделяются на передние, срединные и задние. Функционально эти ядра можно разделить на 2 группы :

 специфические ядра входят в состав специфических проводящих путей. Это восходящие пути, которые передают info от рецепторов органов чувств к проекционным зонам коры полушарий большого мозга. Важнейшим из специфических ядер являются латеральное коленчатое тело, участвующее в передаче сигналов от фоторецепторов, и медиальное коленчатое тело, передающее сигналы от слуховых рецепторов.

 неспецифические ядра таламуса относят к ретикулярной формации. Они выполняют роль интегративных центров и оказывают преимущественно активирующее восходящее влияние на кору полушарий большого мозга.

Активацию нейронов неспецифических ядер таламуса особенно эффективно вызывают болевые сигналы (таламус – высший центр болевой чувствительности). Повреждения неспецифических ядер таламуса приводят также к нарушению сознания : потере активной связи организма с окружающей средой. Таламус (зрительный бугор) — парный, яйцевидной фор-

формы, образован главным образом серым веществом. Таламус является подкорковым центром видов общей чувствительности (болевой, температурной, тактильной). Медиальная и дорзальная поверхности таламуса свободны, поэтому хорошо видны на разрезе мозга. Передняя (нижняя) поверхность таламуса сращена с гипоталамусом, латеральная — прилежит к внутренней капсуле. Передний конец {передний бугорок) таламуса заострен, задний (подушка) закруглен. Медиальная поверхность правого и левого таламусов, обращенные друг к другу, образуют боковые стенки полости промежуточного мозга — третьего желудочка, они соединены между собой межталамическим сращением. Часть промежуточного мозга, расположенная ниже таламуса и отделенная от него гипоталамической бороздой, составляет субталамус. Сюда продолжаются покрышки ножек мозга, здесь заканчиваются красные ядра и черное вещество среднего мозга.

Таламус – фильтрует информацию, поднимающуюся в кору больших полушарий, пропуская сильные и новые сигналы (непроизвольное внимание), а также сигналы, связанные с текущей деятельностью коры («по заказу» коры, произвольное внимание).

Билет №24

Три пути инактивации медиаторов:общая характеристика и конкретные примеры для каждого из вариантов. Последствия блокады путей инактивации.

Инактивация – это процесс удаления медиатора с рецептора для предотвращения слишком длительной (сильной) передачи сигнала.

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.

Путь 1. Фермент обычно распо-ложен на постсинаптической мембране, но может находить-ся и в синаптической щели; этот способ наиболее быстрый, хотя и не экономный (потеря ценного вещества – медиатора)

Инактивация дофамина: обратный

захват и последующее повторное использование либо разрушение

с помощью МАО(фермент моноаминоксидаза;расщепляет самые разные моноамины, в т.ч. Медиаторы и гормоны.)

Путь 2. «Обратный захват» медиатора особым белком-насосом (расположен на пресинаптической мембране).

Очень экономно, поскольку затем медиа-тор может загружаться в везикулу и повторно использоваться.(Глутаминовая кислота, ГАМК...)

Путь 3. Захват медиатора белком-насосом, располо-женным на мембране глиальной клетки (олигодендроцита).

Медиатор в этом случае разру-шается внутри глиальной клетки (так инактивируются медиаторы, синтез которых не представляет для нейрона затруднений).

Из синаптический щели Glu переносится в глиа-льные клетки, где превра-щается в глутамин (Gln) (с помощью фермента

глутамин синтетазы).

Ослабление активности (блокада) ферментов и насосов, обеспечивающих инактивацию, ведет к более длительному взаимодейст-вию медиатора и рецептора, усиливая синаптическую передачу сигнала.

Кокаин — блокирует обратный захват дофамина

Вальпроаты — блокируют работу ГАМК-трансферазы, разрушающей ГАМК;применяются для лечения эпилепсии

Блокаторы МАО-А(разрушает NE 5-HT) - например ПРОЗАК, - антидепрессанты

Блокаторы МАО-Б(разрушает дофамин) — применяются при паркинсонизме

Сходным образом (с помощью внутриклеточных ферментов) происходит инактивация вторичных посредников (ВтП).

Ноотропы:общая хар-ка как класса лекарственных препаратов, разнообразие, практическое применение.

Ноотропы выделяют в особую группу лекарственных препаратов. Их объединяет способность улучшать высшие психические функции (память, мышление), если они ухудшены в результате недостаточной зрелости, заболевания, травмы, хронической перегрузки и т.п.

Первым ноотропом стал ноотропил, (пирацетам) созданный путем химической модификации ГАМК: исходную молекулу замкнули в кольцо и присоединили к азоту дополнительный радикал.

В случае фенотропила допол-нительно добавлено бензольное (ароматическое) кольцо.

Ноотропы, являющиеся производными ГАМК, улучшают выработку энергии нейронами. Но есть и другие группы ноотропов, улучшающие состояние мембран нервных клеток, обмен аминокислот в них и т.п.

Почти все ноотропы действуют мягко, медленно, при хроническом применении (2-3 недели). Исключение: «быстрый» ноотроп СЕМАКС; его введение показано немедленно после инсульта, травмы и т.п.

(не доделан)

Билет № 25.