6. Строение синапса. Классификация синапсов: электрические, химические, смешанные. Свойства эфапсов: особенности электрической передачи возбуждения, коннексоны.

Возбуждение с одной клетки на другую передается с помощью синапса (синаптическая бляшка, пресинаптическая мембрана, синаптическая щель, постсинаптическая мембрана). Термин и понятие был введен Ч. Шеррингтоном.

Синапс – морфофункциональное образование ЦНС, которое обеспечивает передачу сигнала с нейрона на другой нейрон или с нейрона на эффекторную клетку.

Электрические синапсы.

Представляет собой щелевидное образование с ионными мостиками-каналами между двумя контактирующими клетками. Петли тока, в частности при наличии ПД, почти беспрепятственно перескакивают через такой щелевидный контакт и возбуждают, т.е.индуцируют генерацию ПД второй клетки. В целом, такие синапсы (они называются эфапсами) обеспечивают очень быструю передачу возбуждения. Но с помощью них нельзя обеспечить одностороннее проведение, т.к. большая часть таких синапсов обладает двусторонней проводимостью. Кроме того, с их помощью нельзя заставить эффекторную клетку (кот. управляется через данный синапс) тормозить свою активность.

Представляют собой небольшие тубулярные белковые структуры, так называемые оконные соединения, через которые ионы свободно движутся от одной клетки к другой. Через подобные соединения передаются потенциалы действия, например, между гладкомышечными клетками. В электрическом синапсе импульсы передаются в двух направлениях.

Химические синапсы.

По строению представляют собой окончания аксона (терминальные синапсы) или его варикозную часть (проходящие синапсы), которая заполнена химическим веществом – медиатором. В синапсе различают пресинаптический элемент, который ограничен пресинаптической мембраной, постсинаптический элемент, который ограничен постсинаптической мембраной, а также внесинаптическую область и синаптическую щель, величина которой 50 нм.

В хим.синапсе первый нейрон синтезирует субстанции, которые называются нейротрансмиттером или медиатором. Медиатор действует на рецепторы мембраны следующего нейрона, вызывая его возбуждение либо торможение, либо изменяя его возбудимость. Наиболее известные медиаторы – ацетилхолин, норадреналин, гистамин, глицин, серотонин, глютамат. Нейрон, кот. секретирует медиатор – пресинаптический, нейрон, на который воздействует медиатор – постсинаптическим.

Свойства эфапсов (электрические синапсы). Морфологически представляют собой слияние, или сближение, участков мембран. В последнем случае синаптическая щель не сплошная, а прерывается мостиками полного контакта. Эти мостики образуют повторяющуюся ячеистую струк­туру синапса, причем ячейки ограничены участками сближенных мембран, расстояние между которыми в синапсах млекопитающих 0,15—0,20 нм. В участках слияния мембран находятся каналы, через которые клетки могут обмениваться некоторыми продуктами. Кроме описанных ячеистых синапсов, среди электрических синапсов различают другие — в форме сплошной щели; площадь каждого из них достигает 1000 мкм, как, например, между нейронами реснич­ного ганглия.

 Электрические синапсы обладают односторонним проведением возбуждения. Это легко доказать при регистрировании электриче­ского потенциала на синапсе: при раздражении афферентных путей мембрана синапса деполяризуется, а при раздражении эфферентных волокон — гиперполяризуется. Оказалось, что синапсы нейронов с одинаковой функцией обладают двусторонним проведением возбуж­дения (например, синапсы между двумя чувствительными клетка­ми), а синапсы между разнофункциональными нейронами (сенсор­ные и моторные) обладают односторонним проведением. Функции электрических синапсов заключаются прежде всего в обеспечении срочных реакций организма. Этим, видимо, объясняется располо­жение их у животных в структурах, обеспечивающих реакцию бегства, спасения от опасности и т. д.

Электрический синапс сравнительно мало утомляем, устойчив к изменениям внешней и внутренней среды. Видимо, эти качества наряду с быстродействием обеспечивают высокую надежность его работы.

В электрическом синапсе клетки соединяются высокопроницаемыми контактами с помощью особых коннексонов (каждый коннексон состоит из шести белковых субъединиц — коннексинов). Коннексо́ны — «двойные» поры, получающиеся за счёт совмещения друг с другом пор, принадлежащих контактирующим мембранам двух клеток. Участвуют в формировании щелевых контактов. Коннексоны найдены практически во всех видах клеток.

Коннексоны образуют в мембранах контактирующих клеток сквозные непрерывные каналы, проходящие сразу через две мембраны в зоне щелевых контактов. Служат для взаимного обмена веществами между этими клетками. Через коннексоны передаются электрические сигналы, аминокислоты и небольшие молекулы управляющих веществ: цАМФ, InsP3, аденозин, АДФ и АТФ. Они состоят из 6 белковых субъединиц (коннексинов), живущих всего несколько часов. Коннексины — политопные интегральныемембранные белки, 4 раза прошивающие мембрану, имеющие две внеклеточные петли (EL-1 и EL-2), цитоплазматическую петлю (CL) с N-концом (AT) и C-концом (CT), вдающимися в цитоплазму.

Свойства. Коннексоны являются «неспецифически-управляемыми» каналами. Их состояние регулируется pH, электрическим потенциалом, ионами Ca²⁺, фосфорилированием и другими факторами. Так, каналы коннексонов перекрываются при попадании в клетку Ca²⁺ при повреждении.

Функции.Через коннексоны соединяется внутренняя среда соседствующих клеток.

7. Стадии химической синаптической передачи возбуждения на примере ацетилхолинового синапса. Классификация медиаторов по эффекту действия и химической природе. Строение рецепторов и их классификация.

Особенности работы ацетилхолинового синапса.

АХ: ацетил – CoA – в митохондриях любой клетки; холин – в печени.

1. Синтез медиатора происходит в синаптической бляшке.

2. Медиатор хранится в синаптических везикулах (пузырьках), в 1 везикуле – несколько десятков тыс. молекул медиаторов – квант.

3. Выделения медиатора в синаптическую щель происходит путем экзоцитоза. Важную роль играют иона кальция, которые входят внутрь синаптической бляшки при деполяризации пресинаптической мембраны. Синаптическая везикула сливается с пресинаптической мембраной и медиатор оказывается в синаптической щели.

4. Медиатор связывается со специфическим белком-рецептором постсинаптической мембраны. В результате изменяется ионная проводимость постсинаптической мембраны. При этом, если откроются натриевые каналы, произойдет процесс деполяризации; если калиевые или хлорные каналы – гиперполяризация.

Эффект взаимодействия медиатора и рецептора определяется свойствами рецепторного белка.

Медиатор – это группа химических веществ, которая принимает участие в передаче возбуждения или торможения в химических синапсах с пресинаптической на постсинаптическую мембрану.

Химическая классификация.

1. Сложные эфиры – ацетилхолин (АХ).

2. Биогенные амины:

1) катехоламины (дофамин, норадреналин (НА), адреналин (А));

2) серотонин;

3) гистамин.

3. Аминокислоты:

1) гаммааминомасляная кислота (ГАМК);

2) глютаминовая кислота;

3) глицин;

4) аргинин.

4. Пептиды:

1) опиоидные пептиды:

а) метэнкефалин;

б) энкефалины;

в) лейэнкефалины;

2) вещество «P»;

3) вазоактивный интестинальный пептид;

4) соматостатин.

5. Пуриновые соединения: АТФ.

6. Вещества с минимальной молекулярной массой:

1) NO;

2) CO.

Функциональная классификация.

1. Возбуждающие медиаторы:

1) АХ;

2) глютаминовая кислота;

3) аспарагиновая кислота.

2. Тормозящие медиаторы, вызывающие гиперполяризацию постсинаптической мембраны, после чего возникает тормозной постсинаптический потенциал, который генерирует процесс торможения:

1) ГАМК;

2) глицин;

3) вещество «P»;

4) дофамин;

5) серотонин;

6) АТФ.

Рецепторы – это белковые структуры, которые являются интегральными белками плазматической мембраны, они синтезируются в эндоплазматическом ретикулюме клетки, после чего попадают (встраиваются) в постсинаптическую мембрану, пройдя предварительно "сортировку" в аппарате Гольджи.

Классификация рецепторов.

На постсинаптической мембране расположены белки-рецепторы, которые разделяются на два класса:

1. Ионотропные – представляют собой единый комплекс белкового ионного канала и рецептора медиатора.

2. Метаботропные представляют собой белок-рецептор, активирующий внутриклеточные биохимические реакции.

8. Миниатюрный потенциал концевой пластинки, ВПСП и механизмы возбуждения постсинаптической мембраны: пространственная и временная суммации. Постсинаптическое и пресинаптическое торможение. Вторичные мессенеджеры и биохимические реакции постсинаптической цитоплазмы.

Передача сигнала с отростка одной нервной клетки на отросток или тело другой нервной клетки возможна двумя способами: электрическим и химическим. Электрическим способом сигнал передается через тесные контакты между мембранами. Химический способ передачи информации между нервными клетками осуществляют синапсы. Периферические синапсы образованы окончаниями эфферентных нервов и мембраной эффектора. Чаще всего это синапсы между двигательным нервом и скелетной мышцей, которые называют нервно-мышечными синапсами, а благодаря форме – концевой пластинкой. Медиатор (ацетилхолин) выделяется спонтанно единичными квантами и постоянно генерирует миниатюрные потенциалы концевой пластинки (Потенциал Концевой Пластинки Миниатюрный (МПКП; син. миниатюрный потенциал) потенциал концевой пластинки, возникающий при спонтанном выделении ацетилхолина, содержащегося в одном пресинаптическом пузырьке). Нервные импульсы усиливают освобождение медиатора из пресинатптического окончания. Образуемый на постсинаптической мембране медиатор-рецепторный комплекс активирует хемочувствительные рецепторуправляемые натриевые каналы, вызывает натриевый ток внутрь клетки, деполяризацию и формирование потенциала, называемого потенциалом концевой пластинки (ПКП), являющегося аналогом ВПСП центральных синапсов. ПКП нервно-мышечных синапсов имеет высокую амплитуду, всегда превышающую критический уровень деполяризации мембраны, поэтому каждый ПКП может генерировать потенциалы действия в мышечной клетке. Это связано с большой поверхностью. Постсинаптической мембраны.

Постсинаптические потенциалы. Возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Возбуждающие медиаторы (ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин, глутаминовая кислота, вещество Р) и модуляторы синаптической передачи формируют медиатор-рецепторный комплекс, который активирует Na⁺-каналы мембраны (вероятно и кальциевые каналы) и вызывает за счет поступления натрия внутрь клетки деполяризацию мембраны. Одновременно уменьшается выход из клетки ионов калия. В создании критического уровня деполяризации мембраны участвуют несколько возбуждающих синапсов. Поэтому отдельные ВПСП суммируются, увеличивают амплитуду ВПСП. Суммация амплитуды ВПСП возникает при увеличении числа рядом расположенных активных синапсов (пространственная суммация), либо при увеличении количества приходящих к синапсу в единицу времени нервных импульсов (временная суммация) за счет возрастания числа выбрасываемых квантов медиатора в синаптическую щель.

ВПСП, возникающие в разных участках мембраны нейрона и на его дендритах, распространяются к аксонному холмику, где суммируются, деполяризуя мембрану до критического уровня, и вызывают генерацию потенциалов действия.

Тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП). Тормозные медиаторы (аминокислота глицин, γ-аминомасляная кислота (ГАМК), ацетилхолин, биогенные амины) в тормозных синапсах активируют калиевые каналы либо каналы для хлора. В результате увеличивается выход ионов калия наружу или ионы хлора входят внутрь клетки. Возникает гиперполяризация мембраны. В результате ТПСП уровень мембранного потенциала удаляется от критического уровня деполяризации и возбуждение становится либо вообще невозможным, либо для возбуждения требуется суммация значительно больших по амплитуде ВПСП.

Некоторые яды (стрихнин, столбнячный токсин), блокируя тормозные синапсы в нервной системе, вызывают безудержное возбуждение многочисленных рефлекторных аппаратов, что проявляется в виде судорог. Описанный механизм наиболее распространен в нервной системе и называется постсинаптическим (торможение возникает на постсинаптической мембране).

Менее распространен пресинаптический тип торможения. Этот механизм торможения осуществляется в аксо-аксональных синапсах. Тормозной медиатор (ГАМК) активирует хлорные каналы (при наличии градиента концентрации ионы хлора выходят наружу) постсинаптической мембраны. Это деполяризует мембрану аксона и ведет к инактивации Na⁺ -проводимости аксона. Возникает блок проведения нервного импульса к пресинаптической терминали аксона и тем самым ограничивает поступление нервных импульсов к нейрону.

Постсинаптическое и пресинаптическое торможение называют первичным. Вторичным называют торможение, возникающее в результате избыточного поступления импульсов и формирования деполяризации мембраны нейрона, приводящей к инактивации натриевых каналов, а также при следовой гиперполяризации мембраны после возбуждения.

Вторичные мессенджеры, или посредники, это внутриклеточные вещества, концентрация которых строго контролируется гормонами, нейромедиаторами и другими внеклеточными сигналами. Такие вещества образуются из доступных субстратов и имеют короткий биохимический полупериод. Наиболее важными вторичными мессенджерами являются цАМФ (сAMP), цГТФ (cGTP), Са²⁺, инозит-1,4,5-трифосфат [ИФ₃ (lnsP₃)], диацилглицерин [ДАГ (DAG)] и монооксид азота (NO).