Хімічні синапси

Сучасні уявлення щодо механізмів функціонування хімічних синапсів ґрунтуються значною мірою на дослідженнях П. Фатта і Б. Катца на нервово-м'язовому сполученні. Вчені встановили, що синаптичним рецептором для нейромедіатора ацетилхоліну є іонний канал. П. Фатт, Б. Катц та А. й Н. Такеучі дійшли висновку, що при збудженні нервового закінчення й за дії ацетилхоліну на нікотинові рецептори скелетного м'язового волокна активуються канали, проникні для іонів Nа⁺ і К⁺, що викликає деполяризацію - збуджувальний постсинаптичний потенціал (ЗПСП). Потенціал реверсії для струму, який зумовлює ЗПСП, становить приблизно 0 мВ. (Рівноважний потенціал для Nа⁺ становить приблизно +50 мВ, а для К⁺ - –70 мВ.) Було виявлено проникність нікотинових рецепторів також для Са²⁺. У нейрональних нікотинових рецепторів вона є значно вищою, ніж у м'язових. Катц встановив, що ацетилхолін вивільняється з нервового закінчення порціями (квантами) приблизно по 10⁴ молекул. Квант відповідає вмісту синаптичного пухирця. Деполяризація нервового закінчення під час потенціалу дії зумовлює синхронне вивільнення приблизно 100 квантів, що потребує наявності Са²⁺ у позаклітинному середовищі. Нікотиновий рецептор скелетних м'язів сформований чотирма субодиницями α, β, γ і δ, де α-субодиниця повторюється двічі (α₂βγδ). З розробкою Е. Негером і В. Сакманом методу фіксування потенціалу на фрагменті мембрани з'явилася можливість реєстрації струму через поодинокий канал нікотинового рецептора в разі його переходу від закритої до відкритої конформації. За наявності ацетилхоліну канал відкривається на короткий час (1-10 мс). Це викликає появу прямокутного імпульсу вхідного струму, еквівалентного проходженню через канал приблизно 20 000 іонів Nа⁺ за 1 мс.

Перші дослідження з реєстрацією ЗПСП і гіперполяризуючих гальмівних постсинаптичних потенціалів (ГПСП) на мотонейронах спинного мозку було здійснено в лаборторії Дж. Екклса. На рис. 10.4 наведено ЗПСП і ГПСП, зареєстровані на нервових клітинах, показано напрямок струмів, які забезпечують виникнення постсинаптичних потенціалів. Гальмівні нейромедіатори γ-аміномасляна кислота (ГАМК) і гліцин через ГАМК_А і гліцінові рецептори активують канали, проникні для Cl^–, і зумовлюють виникнення ГПСП (рис. 10.4).

Рівноважний потенціал для іонів хлору в нервових клітинах досягає приблизно -60 мВ. Тривалість ЗПСП і ГПСП становить мілісекунди. На рис. 10.5 наведено електричний ланцюг, що ілюструє виникнення постсинаптичного потенціалу.

Головні особливості хімічних синапсів :

1) синтез нейромедіатора у пресинаптичному нервовому закінченні;

2) накопичення нейромедіатора в секреторних пухирцях;

3) регульоване вивільнення нейромедіатора в синаптичну щілину;

4) наявність специфічних рецепторів для нейромедіатора на постсинаптичній мембрані, які зумовлюють відповідний ефект при дії на них нейромедіатора. Аплікація нейромедіатора на синапс імітує наслідки подразнення нерва;

5) наявність механізмів, що припиняють дію вивільненого нейромедіатора.

Рис. 10.4. Збудливий (а) і гальмівний (б) постсинаптичні потенціали.

Схематично зображено напрямки струмів, що зумовлюють їх виникнення.

Найпоширенішим механізмом припинення дії нейромедіатора є його видалення із синаптичної щілини за допомогою транспортування в нервове закінчення й у гліальні клітини. Видалення нейромедіатора ацетилхоліну відбувається за допомогою його розщеплення ферментом холінестеразою. Певну роль у припиненні дії нейромедіатора відіграє процес десенситизації - втрати чутливості рецептора постсинаптичної мембрани до нейромедіатора за тривалої його дії.

Таким чином, синаптичну передачу зумовлено подіями, які відбуваються у пресинаптичній і постсинаптичній структурах. Пресинаптичний нейрон забезпечує виникнення сигналу за допомогою регульованого вивільнення нейромедіатора, а постсинаптична клітина сприймає цей сигнал рецепторами, локалізованими в постсинаптичній структурі. У пресинаптичному нервовому закінченні вивільнення нейромедіатора опосередковано екзоцитозом синаптичних пухирців. Кисле середовище (рН ~ 5,5) у синаптичних пухирцях підтримується АТФазою, що транспортує протони через мембрану пухирців. Накопичення низькомолекулярних нейромедіаторів у пухирцях пов'язане з транспортерами, що використовують енергію електрохімічного градієнта Н⁺. Нервове закінчення можна розглядати як спеціалізований секреторний орган нейрона.

Рис. 10.5. Еквівалентний електричний ланцюг, що ілюструє напрямок струмів і зміну мембранного потенціалу постсинаптичної мембрани при активації збуджувального синапсу.

У гілку, що зображує синаптичну мембрану, введено джерело електрорушійної сили Езпсп, опір Rзпсп і ключ, який вмикає й вимикає гілку. Ділянка ланцюга, що зображує позасинаптичну мембрану, містить джерело електрорушійної сили Ем, опір Rм й електричну ємність См. Vм - мембранний потенціал у місці розташування активованого збуджувального синапсу

До нейромедіаторів належать різні сполуки: ацетилхолін, катехоламіни, серотонін, гістамін, глутамат, аспартат, γ-аміномасляна кислота, гліцин, пурини тощо.

У нервовому закінченні секреторні пухирці зосереджені в резервному пулі, де вони зв'язані із цитоскелетом. Коли потенціал дії поширюється в нервове закінчення, відкриваються Са²⁺-канали, які розміщені переважно в активній зоні плазматичної мембрани нервового закінчення. Відбувається локальне накопичення Са²⁺ в активній зоні біля місця вивільнення нейромедіатора. Його локальна концентрація становить близько 100 мкмоль/л, що зумовлює значне збільшення ймовірності злиття пухирців з плазматичною мембраною та виходу нейромедіатора в синаптичну щілину. Т. Зюдхоф довів, що білок мембрани пухирця синаптотагмін є сенсором, який реагує на підвищення концентрації Са²⁺. На рис. 10.6 наведено цикл синаптичних пухирців (за Т. Зюдхофом), який має кілька етапів: 1) порожні пухирці накопичують нейромедіатор за допомогою активного транспорту за рахунок протонного електрохімічного градієнта, створеного протонною помпою; 2) заповнені синаптичні пухирці переміщуються до активної зони (транслокація); 3) синаптичні пухирці стикуються з активною зоною пресинаптичної плазматичної мембрани; 4) синаптичні пухирці за участю АТФ набувають здатності до злиття пухирця з плазматичною мембраною й до екзоцитозу у відповідь на Са²⁺-сигнал; 5) вхід Са²⁺ через потенціалкеровані канали зумовлює злиття й вивільнення нейромедіатора; 6) порожні синаптичні пухирці вкриваються білком клатрином, що надає їм здатності до ендоцитозу (припускається можлива участь Са²⁺ у цьому процесі); 7) відбуваються втрата клатринової оболонки, створення на мембрані пухирця протонного електрохімічного градієнта й транслокація пухирця. Після ендоцитозу пухирці заповнюються відповідним нейромедіатором з використанням енергії протонного електрохімічного градієнта.

У циклі синаптичного пухирця беруть участь багато регуляторних білків. Дж. Ротман із співавторами запропонували модель, згідно з якою для злиття синаптичних пухирців з плазматичною мембраною необхідна присутність у мембрані пухирців білків-донорів. Білки-рецептори плазматичної мембрани нервового закінчення впізнають і зв'язують ці білки. Клостридіальні бактерії синтезують низку токсинів, що мають назву ботулінум-токсин і тетпанус-токсин. Ці токсини є протеазами. Вони потрапляють у цитозоль нервових закінчень і пригнічують екзоцитоз синаптичних пухирців. Достатньо однієї молекули ботулінум-токсину для отруєння всього нервового закінчення.

Канали, що забезпечують вхід Са²⁺ у нервові закінчення, належать переважно до N-, Р/Q- і R-типів потенціалкерованих Са²⁺-каналів. О-протеїнзалежне пригнічення цих типів каналів є головним механізмом пресинаптичного гальмування (пригнічення синаптичної передачі). Кожен механізм, що впливає на вхід Са²⁺, справляє значний модулюючий вплив на вивільнення нейромедіатора. Активація "великих" Са²⁺-активованих К⁺-каналів, у пресинаптичній терміналі, зменшує (впливає на) амплітуду й тривалість потенціалу дії, що обмежує надходження кальцію й вивільнення нейромедіатора.

Рис. 10.6. Цикл синаптнчного пухирця (за схемою Т. Зюдхофа, 1999)

Роль нейропептидів у синаптичній передачі. Крім невеликих молекул нейромедіаторів, нервові закінчення секретують нейропептиди. Кількість виявлених нейропептидів перевищує кілька десятків. Нейропептиди й молекули нейромедіаторів (такі як ацетилхолін, норадреналін і серотонін) співіснують в окремих нейронах. Наприклад, парасимпатичні холінергічні нейрони містять VIP-подібний пептид (судинно-інтестинальний пептид), а в симпатичних норадренергічних нейронах є нейропептид Y. Обидва пептиди підсилюють дію класичних нейромедіаторів. Екзоцитоз секреторних гранул нервових закінчень, що вмішують нейропептиди, є подібним до екзоцитозу гранул, що містять білковий секрет ендокринних та екзокринних клітин. Модулююча дія нейропептидів, що секретуються нервовими закінченнями, на постсинаптичну клітину є повільнішою й тривалішою, ніж; дія звичайних нейромедіаторів. Секреторні гранули заповнюються нейропептидами в тілі нервової клітини й транспортуються швидким аксонним транспортом у нервові закінчення. Цей процес триває багато годин, і його тривалість залежить від відстані між нервовим закінченням і тілом нервової клітини.

Одним із шляхів оцінки екзоцитозу є виявлення збільшення площі мембрани за рахунок інкорпорації секреторних гранул і везикулярної мембрани у плазматичну мембрану. Такі вимірювання можливі на підставі оцінки збільшення електричної ємності мембрани С_т секреторних клітин, зокрема, нервового походження, таких як хромафіннi клітини. С_т є прямо пропорційною площині мембрани: С_т = Q·S_m / V, де С_т – ємність мембрани, Q - заряд на мембрані, V, S_т - потенціал і площина мембрани, відповідно. Ємність мембрани становить приблизно 1 мкФ/см².

Секрецію нейромедіатора певною мірою можна оцінювати, використовуючи дані вимірювання електричного ефекту, викликаного взаємодією нейромедіатора з рецепторами постсинаптичної мембрани.

Рецептори нейромедіаторів. Традиційно класифікацію рецепторів побудовано на назвах нейромедіаторів. Зокрема, ацетилхолін взаємодіє з двома підродинами ацетилхолінових рецепторів: нікотиновими й мускариновими. Кожна підродина має кілька підтипів. Дденергічні рецептори бувають α- і β-типу, які, у свою чергу, поділяються на підтипи: α1, α2, β1, β2 і βЗ. Розподіл зроблено з урахуванням здатності специфічних агоністів й антагоністів взаємодіяти з рецепторами й викликати відповідний біологічний ефект. Альтернативна класифікація ґрунтується на ефекторних механізмах, з якими зв'язаний рецептор: це іонотропні й метаботропні рецептори.

Іонотропні рецептори. До цієї групи належать рецептори, що зв'язані з іонними каналами. Такий рецепторканальний комплекс складається з певної кількості субодиниць. У разі взаємодії агоніста (нейромедіатора) із цим лігандкерованим іонним каналом відбуваються конформаційні зміни, які зумовлюють відкриття каналу.

L-глутамат і L-аспартат розглядаються як головні збуджувальні нейромедіатори центральної нервової системи ссавців. Синаптичні пухирці активно накопичують глутамат, і його концентрація в них може перевищувати 20 ммоль/л. Аналогічних даних відносно аспартату немає. Активація глутаматних рецепторів забезпечує найбільш швидку збуджувальну синаптичну передачу в мозку. Ідентифіковано три групи іонотропних глутаматних рецепторів: N-метил-D-аспартатні (НМДА), каїнатні (КА) і α-аміно-3-гідрокси-5-метил-4-ізоксазолпропіонатні (АМПА). (У природних умовах ні НМДА, ні КА, ні АМПА не виконують функцію нейромедіаторів.) Наявність цих функціонально виділених класів рецепторів зумовлено наявністю окремих родин генів. Істотною рисою глутаматних рецепторів є те, що вони можуть бути утвореними різними комбінаціями субодиниць, що забезпечує існування в мозку дуже різнобарвної родини глутаматних рецепторів.

Особливу увагу привертають НМДА-рецептори. їхніми агоністами є типові коротколанцюгові дикарбоксильні амінокислоти, такі як глутамат, аспартат і НМДА. Діючи на відповідне місце зв'язування, глутамат виступає найефективнішим агоністом для цього типу рецепторів у мозку ссавців. НМДА, хоча і є високовибірковим агоністом, у 30 разів є менш ефективним, ніж глутамат. Природний нейромедіатор аспартат діє на НМДА-рецептори й не активує АМПА-рецептори і, ймовірно, КА-рецептори. НМДА-рецептори містять локус зв'язування гліцину, який є коагоністом цих рецепторів. НМДА-рецептори належать до найбільш регульованих. Вони мають принаймні шість місць зв'язування ендогенних лігандів, які впливають на ймовірність перебування каналу у відкритому стані. Це два різні місця зв'язування агоністів: одне - для глутамату, а друге - для гліцину. Існує регуляторне місце зв'язування поліаміну. Зазначені місця сприяють активації рецептора. Існують також окремі місця зв'язування Мg²⁺, Zn²⁺ і Н⁺, які пригнічують потік іонів через активований канал. Іонний канал НМДА-рецепторів має властивості, які істотно відрізняють його від інших іонних каналів, керованих нейромедіаторами. Коли негативність мембранного потенціалу перевищує -70 мВ за звичайної позаклітинній концентрації Мg²⁺, іонний канал НМДА-рецепторів, незважаючи на наявність таких коагоністів, як глутамат і гліцин, є заблокованим Мg²⁺. Деполяризація зменшує спорідненість Мg²⁺ з місцем його зв'язування й знімає блокування НМДА-рецептора. У багатьох типах нейронів на постсинаптичній мембрані НМДА- і АМПА-рецептори розташовані поруч. Якщо АМПА-рецепторам властива швидка десенситизація, що обмежує тривалість збуджувального постсинаптичного потенціалу, то НМДА-рецепторам притаманна тривала активація й висока проникність для іонів Nа⁺ і Са²⁺. (Висока проникність для Са²⁺ властива також і деяким АМПА-рецепторам.) Крім деполяризації постсинаптичної мембрани, за тривалої активації НМДА-рецепторів може виникнути шкідливе для нейрона істотне збільшення концентрації Са²⁺ в цитоплазмі, що зумовлює надмірну активацію різних Са²⁺-регульованих ферментів (Са²⁺/кальмодулінзалежної протеїнкінази II, протеїнкінази С, фосфоліпази А₂, фосфоліпази С, що розщеплює мембранний фосфатидилінозитолдифосфат, NO-синтази, численних ендонуклеаз, кальцинейрину). Кальцинейрин - це Са²⁺/кальмодулінзалежна фосфатаза, яка інактивує НМДА-рецептори.

У регулюванні позаклітинної концентрації глутамату важливе значення має механізм поглинання (захоплення) й транспортування глутамату в нейрони й астроцити. Транспортування здійснюється проти градієнта концентрацій за рахунок енергії електрохімічного градієнта Nа⁺. Клоновано чотири представники родини транспортерів глутамату.

Глутаматні рецептори причетні до двох найбільш вивчених виявів синаптичної пластичності: довготривалої потенціації (LТР) і довготривалої депресії (LТD). Вважають, що обидва феномени мають відношення до формування пам'яті. Зростання внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ має значення у феноменах LТР і LТD. Упродовж кількох тижнів можна спостерігати іп vivo (у живому організмі) зміну ефективності синаптичної передачі, що зумовлена LТР. Пресинаптичні (у нервовому закінченні) і постсинаптичні (у клітині-мішені) події мають численні механізми регуляції, що забезпечують пластичність контактів і є основою механізмів пам'яті та навчання в центральній нервовій системі. Значне місце в регуляції синаптичної передачі в центральній нервовій системі посідають нейротрофіни.

Нейротрофіни - це родина невеликих білків, молекулярна маса яких становить приблизно 13 кДа. Біологічно активні форми утворюються при їх димеризації. Нейротрофіни підтримують життєстійкість і фенотипічну специфіку груп нейронів. Вони можуть модулювати ефективність синаптичної передачі й динамічну поведінку нервової системи.

Екситотоксичність. Надмірна активація збуджувальних глутаматних рецепторів, особливо НМДА-рецепторів, відіграє значну роль у патогенезі неврологічних захворювань й зумовлює феномен екситотоксичності, що призводить до вибіркової загибелі нервових клітин унаслідок їх некрозу або апоптозу. Особливо чітко екситотоксичність виявляється за умов патології енергетичного метаболізму внаслідок порушення мозкового кровообігу, гіпоксії, а також у разі епілептоформної активності й деяких нейродегенеративних захворювань. Екситотоксичність зумовлює підвищення внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺, що, у свою чергу, активує низку цитотоксичних процесів. Це, перш за все, Са²⁺-залежна активація фосфоліпази А₂ з вивільненням арахідонової кислоти. Подальший її метаболізм зумовлює продукування цитотоксичних реактивних кисневих сполук (до них належать: супероксидний аніон, пероксид водню, гідроксильний радикал). Са²⁺ активує NO-синтазу й виділення NO. Взаємодія NO із супероксидним аніоном приводить до утворення високореактивного й токсичного пероксинітриту. З підвищенням внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ може збільшуватися продукування реактивних кисневих сполук у мітохондріях. В експериментальних моделях гіпоксії та ішемії мозку антагоністи рецепторів збуджувальних амінокислот виконують нейропротекторну дію. Активність метаботропних глутаматних рецепторів може підсилювати або послаблювати токсичну дію глутамату. Метаботропні глутаматні рецептори в постсинаптичній мембрані модулюють властивості різноманітних лігандкерованих і потенціалкерованих іонних каналів нейронів центральної нервової системи.

Гамааміномасляна кислота (ГАМК) і гліцин як головні швидкодіючі гальмівні нейромедіаторн в центральній нервовій системі (ЦНС). ГАМК - головний гальмівний нейромедіатор у ЦНС ссавців. Гальмівні ГАМК-рецептори було електрофізіологічно й фармакологічно ідентифіковано в усіх відділах мозку. Іонотропні ГАМКА-рецептори - це макромолекулярні комплекси рецептора і Сl-каналу і головна мішень для багатьох нейротропних фармакологічних препаратів, зокрема барбітуратів. Фізіологічні модулятори активності мозку нейроактивні стероїди підсилюють функцію ГАМК_А-рецепторів. Механізми дії барбітуратів зумовлено підвищенням активності гальмівної дії ГАМК_А-рецепторів. Метаботропні ГАМК_Б-рецептори зв'язані з G-білками і також є гальмівними. Порушення сигнальної функції ГАМК спостерігається за таких неврологічних і психіатричних захворювань, як хвороба Хантінгтона, епілепсія, алкоголізм, шизофренія, порушення сну, хвороба Паркінсона.

Гліцинові та ГАМК_А-рецептори належать до однієї надродини генів. Гліцин функціонує як гальмівний нейромедіатор у спинному мозку. Він діє на лігандкерований стрихнінчутливий Сl^–-канал. Але гліцин є збуджувальним комедіатором для НМДА-рецептора.

Метаботропні рецептори, повільна синаптична передача. Нейромедіатори, зокрема, глутамат, ацетилхолін, ГАМК, серотонін та інші, взаємодіють також з метаботропними рецепторами, які викликають повільні синаптичні відповіді. Вони тривають секунди або навіть хвилини.

Таким чином, один пресинаптичний нейрон, що виділяє відповідний медіатор, може привести до різних ефектів на різних клітинах, активуючи іонотропні або метаботропні рецептори. Молекулярне клонування показало, що ці повільні синаптичні відповіді забезпечуються членами надродини рецепторів із сімома трансмембранними доменами, сполученими з G-білком (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Схема мембранного рецептора, сполученого з G-білком (Б. Нестлер, Р. Думан, 1999)

Більшість рецепторів нейропептидів належать саме до такого типу. G-білки сполучають цей клас рецепторів як з ефекторними ензимами, що забезпечують утворення вторинних посередників, так і з іонними каналами. Родина регуляторних білків, відомих як гетеротримерні гуанозинтрифосфатзв'язувальні білки (G-білки), бере участь у трансмембранній сигналізації.

G-білки складаються з трьох субодиниць - α, β і γ. Вони зв'язують активацію різних типів рецепторів плазматичної мембрани з різними внутрішньоклітинними процесами. Більшість типів рецепторів нейромедіаторів і пептидних гормонів належать до надродини G-білок-сполучених рецепторів. Сучасні молекулярно-біологічні дослідження довели наявність великої різноманітності α-, β- і γ-субодиниць гетеротримерних G-білків, що зумовлює існування різних типів G-білків зі специфічною функціональною активністю. G-білки опосередковують різноманітні біологічні ефекти: регулюють активність іонних каналів; аденілілциклази; фосфодіестерази; фосфоінозитидспецифічної фосфоліпази С, яка каталізує гідроліз мембранного фосфоліпіду фосфатидилінозитол-4,5-дифосфату з вивільненням діацилгліцеролу, що залишається в мембрані, та інозитолтрифосфату (ІР₃), який потрапляє в цитозоль; фосфоліпази А₂, яка каталізує гідроліз мембранних фосфоліпідів і виділення арахідонової кислоти. Активність зазначених ферментів забезпечує утворення важливих сигнальних молекул вторинних посередників: циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ); таких метаболітів фосфатидилінозитолу, як діацилгліцерол та інозитолтрифосфат (ІР₃); метаболітів арахідонової кислоти. G-білки також беруть участь у таких внутрішньоклітинних процесах, як транспорт секреторних пухирців і функціонування цитоскелета. Родина трансмембранно розташованих рецепторів, зв'язаних з G-білками, включає не тільки рецептори для невеликих молекул і пептидних нейромедіаторів, а й фоторецептори й нюхові рецептори.

Функціональна активність G-білків пов'язана з їх дисоціацією і реасоціацією. На рис. 10.8 показано, що у стані спокою G-білки існують як гетеротримери, що складаються з α-, β- і γ-субодиниць й зв'язані з гуанозиндифосфатом (ГДФ), й асоційовані з мембранним рецептором. При зв'язуванні ліганду з рецептором відбуваються конформаційні зміни рецептора, що, у свою чергу, зумовлює конформаційні зміни в α-субодиниці G-білка. Це викликає зменшення спорідненості α-субодиниці з ГДФ, відщеплення ГДФ від неї з наступним зв'язуванням гуанозинтрифосфату (ГТФ). Відбувається також відокремлення α-субодиниці від комплексу β- і γ-субодиниць. Таким чином, з'являється вільна, зв'язана з ГТФ α-субодиниця й βγ-комплекс.

На рис. 10.8 показано, що обидві структури є біологічно активними й можуть регулювати функціональну активність іонних каналів та ефекторних внутрішньоклітинних білків. Зв'язана з ГТФ α-субодиниця може також взаємодіяти з рецептором і зменшувати його спорідненість з лігандом. Система повертається до стану спокою, коли ліганд відокремлюється від рецептора і ГТФазна активність α-субодиниці спричинює гідроліз ГТФ до ГДФ. Це викликає реасоціацію α-субодиниці з βγ-комплексом з утворенням гетеротримеру.

Рис. 10.8. Схематичне зображення циклу подій, що відбуваються при активацій метаботропного рецептора нейромедіатора (Б. Нестлер, Р. Думай, 1999):

а, б, в, г - окремі етапи функціонування метаботропного рецептора

Як G-білки, так і вторинні посередники, можуть безпосередньо активувати деякі іонні канали. Прикладом безпосередньої активацій іонного каналу G-білком може бути активація К_ACh-каналу βγ-субодиницями G-білка – G_βγ. Прикладом безпосередньої активації іонних каналів вторинними посередниками (цАМФ і цГМФ) можуть бути іонні канали фоторецепторних і нюхових рецепторних клітин.

Проте частіше вторинні посередники активують інші сигнальні молекули, зокрема протеїнкінази, що регулюють функцію каналів за допомогою фосфорилювання канальних білків або асоційованих з ними регуляторних білків. Діючи через вторинного посередника, нейромедіатор може модифікувати не канальні білки, а активувати молекули, що координують молекулярну відповідь постсинаптичної клітини. Вторинний посередник може забезпечувати модифікацію регуляторних білків та їх транслокацію в ядро, де вони регулюють транскрипцію, і таким чином контролювати експресію генів. Тобто вторинний посередник може ковалентно модифікувати існуючі білки й регулювати синтез нових. В останньому випадку синаптична дія може викликати тривалі структурні зміни в синапсах.

На рис. 10.9 наведено узагальнену схему подій, що відбуваються в синапсі при поширенні потенціалу дії в нервове закінчення (за Р. Хольцем і С. Фішером).

Деполяризація відкриває потенціалкеровані Са²⁺-канали, що приводить до значного збільшення внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ біля активної зони плазматичної мембрани. Здійснюється екзоцитоз синаптичних пухирців, заповнених нейромедіатором. Відбувається взаємодія вивільненого нейромедіатора з рецепторами постсинаптичної мембрани, що безпосередньо зв'язані з іонними каналами або з метаботропними рецепторами. Іонотропні й метаботропні рецептори нейромедіаторів можуть бути присутніми й у пресинаптичній мембрані, їх активація або пригнічує, або підсилює екзоцитоз. Вивільнений нейромедіатор інактивується за допомогою його захоплення й транспортування в нервове закінчення відповідним транспортним білком з використанням енергії електрохімічного градієнта Nа⁺. Такий спосіб інактивації нейромедіатора притаманний, зокрема, допаміну, норадреналіну, глутамату і ГАМК. Інактивація може здійснюватися за допомогою розщеплення нейромедіатора, що властиве ацетилхоліну та пептидам. Інактивація глутамату відбувається також при його поглинанні гліальними клітинами. Мембрана спорожнілих синаптичних пухирців поглинається клатринопосередкованим ендоцитозом. На схемі показано наявність у нервовому закінченні гранул, заповнених нейропептидом. Секреція нейропептиду відбувається поза активною зоною після ритмічної стимуляції нервового закінчення.

Рис. 10.9. Схематичне зображення подій, що відбуваються в синапсі:

1 - вхід кальцію в нервове закінчення через потенціал керований кальцієвий канал;

2 - екзоцитоз-секреція нейромедіатора (NТ);

3 - взаємодія нейромедіатора з іонотропним рецептором постсинаптичної мембрани;

4 - взаємодія нейромедіатора з метаботропним рецептором постсинаптнчної мембрани;

5 - взаємодія нейромедіатора з іонотропним рецептором пресинаптичної мембрани;

6 - транспортний білок, що захоплює нейромедіатор і транспортує в нервове закінчення;

7- розщеплення нейромедіатора (ацетилхоліну або пептиду);

8 - захоплення нейромедіатора гліальною клітиною;

9 - ендоцитоз мембрани синаптичного пухирця, опосередкований клатрнном;

10 - секреторна гранула, заповнена нейропептидом;

11 - вивільнення нейропептиду поза активною зоною (за Р. Хольцем і С. Фішером, 1999)