Механізм передачі нервового імпульсу
Надходження електричного імпульсу до пресинаптичного пухирця вмикає процес синаптичної передачі, першим етапом якої є входження іонів Са2+ ззовні до пресинапсу через спеціалізовані кальцієві канали, що локалізовані біля синаптичної щілини. Са2+ за допомогою невідомого поки що повністю механізму активує везикули, які сукупчені біля МПВ, а ті вивільняють медіатор в синаптичну щілину. Іони Са2+, після активації ними везикул з медіатором, миттєво (за час порядку кількох мікросекунд) деактивуються завдяки депонуванню в мітохондріях та везикулах пресинапсу.
Рис.1 Схема процесу передачі нервового сигналу в хімічному синапсі
Молекули медіатора, що вивільняються з пресинапсу, зв'язуються з рецепторами на постсинаптичній мембрані, в результаті чого в рецепторних макромолекулах відкриваються іонні канали (у випадку канальних рецепторів, що є найбільш розповсюдженим їхнім типом; при роботі рецепторів інших типів механізм передачі сигналу відрізняється). Іони, що починають надходити всередину постсинаптичної клітини через відкриті канали, змінюють заряд її мембрани, що призводить до часткової деполярізації мембрани і, як наслідок, провокування генерації постсинаптичною клітиною потенціалу дії (у випадку впливу на постсинаптичну клітину збуджувальних синапсів), або гіперполярізації мембрани і, таким чином, блокування генерації потенціалу дії (у випадку впливу гальмівних синапсів).
2.2.1 Квантово-везикулярна гіпотеза
Найбільш поширена до останнього часу в якості пояснення механізму вивільнення медіатора з пресинапса гіпотеза квантово-везикулярного екзоцитозу (КВЕ) має на увазі, що «пакет», або квант медіатору міститься в одній везикулі і вивільняється при екзоцитозі (при цьому мембрана везикули зливається з клітинною пресинаптичною мембраною). Це довгий час було превалюючою гіпотезою — незважаючи на той факт, що кореляція між рівнем вивільнення медіатора (або постсинаптичними потенціалами) та кількістю везикул в пресинапсі відсутня. Окрім того, гіпотеза КВЕ має і інші істотні недоліки.
Фізіологічним підґрунтям саме квантованого вивільнення медіатора має бути однакова кількість цього медіатора в кожній везикулі. Гіпотеза КВЕ в класичному вигляді не пристосована до опису ефектів квантів різного розміру (або різної кількості медіатора) що можуть бути вивільнені при одному акті екзоцитозу. При цьому треба прийняти до уваги, що в одному і тому ж пресинаптичному бутоні можуть спостерігатись везикули різного розміру; окрім того, не знайдено кореляції між розміром везикули та кількістю медіатора в ній (тобто його концентрація в везикулах теж може бути різною). Більш того, в денервованому нервово-м'язевому з'єднанні (або нервово-м'язевому синапсі) шванівські клітини генерують більшу кількість мініатюрних постсинаптичних потенціалів, аніж спостерігається в синапсі до денервації, незважаючи на повну відсутність пресинаптичних везикул в цих клітинах, локалізованих в районі пресинаптичного бутону.
2.2.2. Гіпотеза пороцитозу
Існують істотні експериментальні підтвердження про те, що медіатор секретується в синаптичну щілину завдяки синхронній активації гексагональних груп МПВ (див. вище) та приєднаних до них везикул [3], що стало підґрунтям для формулювання гіпотези пороцитозу. Ця гіпотеза базується на спостереженні, що приєднані до МПВ везикули при надходженні потенціалу дії синхронно скорочуються і при цьому секретують в синаптичну щілину щоразу однакову кількість медіатора, вивільняючи тільки частину вмісту кожної з шести везикул. Сам по собі термін «пороцитоз» походить від грецьких слів poro (що означає пори) та cytosis (описує перенос хімічних субстанцій через плазматичну мембрану клітини).
Більшість експериментальних даних щодо функціонування моносинаптичних міжклітинних з'єднань отримано завдяки дослідженням ізольованих нервово-м'язевих контактів. Як і в міжнейронних, в нервово-м'язевих синапсах МПВ формують впорядковані гексагональні структури. Кожна з таких гексагональних структур може бути визначена як «синаптомер» — тобто структура, яка є елементарною одиницею в процесі секреції медіатора. Синаптомер містить, окрім власне порових заглиблень, протеїнові нитчаті структури, які утримують везикули лінійно впорядкованими; існування аналогічних структур доведено і для синапсів в центральній нервовій системі (ЦНС).