Исследование нейромедиаторных механизмов

Влияние гормонов и нейромедиаторов на поведение человека

Исследование нейромедиаторных механизмов

Гормоны и нейромедиаторы оказывают значительное влияние на поведение человека. Зачастую, разница в выработке какого-либо из данных веществ приводит к радикальному изменению поведения личности. Данная статья посвящена разбору влияния основных “поведенческих” гормонов и нейромедиаторов на человека.

Гормоны и нейромедиаторы играют ключевую роль во многих физиологических и биохимических процессах, протекающих в организме человека. Реакции, вызываемые их влиянием, воздействуют на поведение личности.

В связи с недостаточной изученностью механизма влияния гормонов и нейромедиаторов распространена точка зрения о том, что центральное место в поведении личности играет самосознание, самоконтроль.

Человек убежден, что все в жизни зависит от него самого. Инстинкты имеют место быть, но они полностью подчинены человеческой воле. Но так ли это? Настолько ли сильна наша воля?

На человека влияет множество факторов: его воспитание, окружение, восприятие окружающего мира и др. Как считают специалисты, чтобы понять индивидуальное поведение человека, нужно “вычесть” из него восприятие окружающего мира.

Обратим внимание на младенцев. От рождения некоторые их них беспокойны, другие же почти никогда не капризничают, что даже иногда вызывает переживания у родителей. Выше указанные факторы здесь неприменимы: сознание маленького ребенка не сформировано и воздействовать на него пока невозможно.

Большинство персонологов (специалисты, занимающиеся изучением особенностей личности) сегодня уверены, что индивидуальные различия коренятся в биологических процессах и генетической предрасположенности. [1]

В последнее время увеличивается количество исследований, сосредоточенных на изучении наследственных черт личности, результаты которых показывают, что многие качества человека обусловлены генетической предрасположенностью.

Большинство исследователей считают, что именно гормоны и другие биологические активные вещества, интенсивность секреции которых закодирована в ДНК, оказывают ключевое воздействие на поведение человека. [2]

При изучении концентрации нейромедиаторов и гормонов у людей в норме и при патологии, наблюдались видимые различия в поведении.

Рассмотрим влияние нейромедиаторов на поведение человека.

Серотонин

Рис. 1. Серотонин

Серотонин (Рис. 1)– нейромедиатор, обеспечивающий чувство счастья. Большое количество серотонина вырабатывается в ядрах шва головного мозга. [3]

Увеличение концентрации данного вещества создает ощущение подъема настроения.

Есть люди, предрасположенные к более интенсивной выработке серотонина, их называют сангвиниками.

У людей с пониженным уровнем серотонина малейшие проблемы вызывают сильную депрессию. Данное свойство характерно для меланхоликов.

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК)

Рис. 2. Гамма-аминомасляная кислота

ГАМК (Рис. 2)– это тормозной нейромедиатор центральной нервной системы человека

Механизм функционирования нейронов основан на изменении концентрации ионов снаружи мембраны клетки и внутри нее. Изнутри мембрана заряжена отрицательно по отношению к внешней среде.

Чем меньше заряд внутри мембраны, тем менее чувствительной становится клетка.

ГАМК увеличивает проницаемость клеточной мембраны для ионов хлора, которые несут в себе отрицательный заряд, как следствие – снижение возбудимости самого нейрона. [4]

ГАМК обладает успокаивающим эффектом, придавая человеку чувство гармонии и спокойствия.

Дофамин

Рис. 3. Дофамин

Дофамин (Рис. 3)– это нейромедиатор адаптации и удовольствия. [5]

Дофамин способен придавать человеку уверенность в себе, стремление к самосовершенствованию. Доказано, что у людей с низкой самооценкой снижено содержание дофамина.

Когда мы попробовали новый вкусный торт, раздражаются нейроны, расположенные в центре удовольствия в мозгу. Порцией поощрения со стороны нашей нервной системы является выработка дофамина. На положительную реакцию вырабатывается рефлекс. Человек будет стремиться попробовать этот торт снова и снова для того, чтобы вновь получить порцию поощрения в виде удовольствия.

Всем нам знакомо чувство предвкушения. Почему, когда мы думаем о чем-либо приятном, о вкусной еде, например, это вызывается у нас приятное ощущение и еще большее желание?

Дело в том, что выработка дофамина начинается еще в процессе ожидания удовольствия. Это схоже с рефлексом собаки Павлова.

Широко известный эксперимент на крысах, основанный на вживлении им электродов в мозг, раздражающих центр удовольствия. Рычаг, установленный в клетке, активировал электрод. Крысы наступали на рычаг до тех пор, пока не доводили себя до смерти изнеможением. Они не ели и не спали, получая удовольствия от раздражения простым нажатием лапы на рычаг. [6]

Рассмотрим влияние гормонов на поведение человека.

Мелатонин

Рис. 4. Мелатонин

Мелатонин (Рис. 4) – антагонист серотонина, что синтезируется в эпифизе из серотонина. Секреция мелатонина напрямую зависит от общего уровня освещенности: избыток света тормозит его секрецию, а снижение освещенности – повышает синтез мелатонина.

Мелатонин является катализатором синтеза гамма-аминомасляной кислоты, что является тормозным медиатором ЦНС, которая тормозит синтез серотонина. [7]

Мелатонин ответственен за циркадные ритмы – внутренние биологические часы человека, что отвечают за сон и бодрствование. Его основная секреция приходится на период сна человека.

Вы замечали, что “жаворонки” (люди, что просыпаются рано утром и их максимальная активность приходится на первую половину дня) обычно люди активные. Они любят большое количество света в помещениях и прогулки в ясную погоду.

В то время как “совы” (люди, чья активность приходится на вторую половину дня) – любители поспать до обеда. Это обычно люди домашние и усидчивые. Они любят спать с занавешенными шторами.

Именно низкая освещённость и, как следствие, высокая выработка мелатонина являются основными причинами сезонной депрессии.

Мелатонин, вырабатываясь из серотонина, в то же время, сам притупляет его выработку. Этот факт представляет собой воплощение закона и единстве, и борьбе противоположностей.

На этом принципе и устроен механизм саморегуляции сна и бодрствования.

Именно поэтому в состоянии депрессии, люди страдают бессонницей – для того, чтобы погрузиться в сон нужен мелатонин, а без серотонина его никак не получить, а в состоянии депрессии его секреция снижена. [6]

Эндорфины

Рис. 5. Бета – эндорфин

Эндорфины (Рис. 5): данная группа гормонов выделяется после стрессовых ситуаций, обладает сильным обезболивающим, противошоковым и антистрессовым действием. Действуя, как блокаторы, эндорфины понижают чувствительность некоторых отделов центральной нервной системы. Вот почему у людей после стрессовых ситуаций снижен болевой порог.

Но стресс – это не единственная причина, запускающая механизм выработки эндорфинов. Опытным путём установлено, что выброс данных гормонов у человека напрямую связан с ощущением счастья.

Интересно, что эндорфины обладают мощным репаративным действием. Значит, утверждение: “Счастливые люди выздоравливают быстрее” – это научно доказанный факт. Так как выработка эндорфинов напрямую зависит от секреции серотонина. [8] Эйфория – это один из “побочных эффектов” борьбы со стрессом. После успешно преодоленного стресса, организм получает вознаграждение в виде положительных эмоций.

Было установлено, что удовольствие от занятия спортом также имеет эндокринную природу: после перенесенных нагрузок, выброс эндорфинов увеличивается и у человека повышается настроение.[6]

Еще одна интересная особенность эндорфинов – это опиоидная система организма. Наркотические вещества сходны по структуре с эндорфинами и способны связываться с опиоидными рецепторами, вызывая чувство удовольствия. [2]

Однако, при постоянном раздражении клеток, запускается механизм привыкания: организм приспосабливается к высокой концентрации наркотических веществ в крови с помощью уменьшение количества рецепторов на клеточной мембране. Именно поэтому наркоманам для получения желаемого результата необходимо увеличивать дозу употребляемых наркотических веществ.

Адреналин

Рис. 6. Адреналин

Адреналин (Рис. 6) . В состоянии спокойствия, клетки мозгового слоя надпочечников все время вырабатывают небольшое количество адреналина вместе с норадреналином.

В случае воздействия на организм человека какого-либо внешнего либо стрессового фактора, происходит скачок выработки адреналина и норадреналина.

Данные биологически активные вещества помогают человеку успешно справляться со стрессами, придавая уверенности в себе. Однако, есть одно “но”. Адреналин повышает чувство страха и тревоги человека.[9].

Тиреоидные гормоны

Рис. 7. Трийодтиронин

Рис. 8. Тироксин

Тиреоидные гормоны (Рис. 7,8)– это гормоны раздражительности. Если их слишком много, то у человека наблюдается взвинченность, нервное состояние, но при этом, тироксин помогает справиться со стрессом, участвуя в адаптации и в лучшем усвоении новой информации.

Тиреоидные гормоны контролируют распределение Na+ и К+ внутри клетки и во внеклеточном пространстве.

Повышение уровня тетрайодтиронина или трийодтиронина сопровождается повышением уровня Na+ внутри клетки и выходом некоторой части ионов К+ из клетки.

Такое изменение в распределении Na+ и К+ ведет к понижению порога возбудимости нервных клеток, это говорит о том, что нервным клеткам будет нужен раздражитель меньшей силы, чтобы перейти в состояние возбуждения. [10]

Тиреоидные гормоны способны проникать в мозг через гематоэнцефалический барьер и обнаруживаются в сером веществе различных отделах мозга.

Экспериментально доказано, что при гипотиреозе у людей замедляется скорость мыслительных процессов, понижается эмоциональный тонус, снижается память, возможности обучения

При гипертиреоидизме, наоборот, увеличивается скорость и амплитуда рефлекторных реакций, возбудимость, скорость мыслительных процессов, улучшается память и возможности обучения. [2]

Пролактин

Рис. 9. Пролактин.

Основной эффект пролактина (рис 9) – выработка молока в молочных железах.

Экспериментально было установлено, что уровень пролактина влияет на материнскую привязанность: лабораторные макаки, которым вводили ингибиторы пролактина, обособлялись от своих детенышей, предпочитая больше времени проводить в одиночестве.

Установлено, что адреналин является ингибитором выработки окситоцина и пролактина. Поэтому у женщин, испытывающих частый стресс во время беременности и вскармливания, наблюдаются проблемы, связанные с нехваткой молока [11].

Таким образом, все выше указанное подтверждает существенное влияние гормонов и нейромедиаторов на поведение человека, вызывая ярко выраженную перемену эмоционального состояния. Часто поведение людей основываются на импульсивных порывах, что в стрессовых ситуациях является эволюционно выработанной приспособительной реакцией.

Человек, обладая самосознанием, способен подвергать мысленному анализу свою психоэмоциональную реакцию и с помощью высшей нервной деятельности корректировать ее.

Источник: https://novainfo.ru/article/6992

Как работают нейромедиаторы и почему так важно предвкушение удовольствия

Исследование нейромедиаторных механизмов

1960-е были хорошим десятилетием для многих наук, в частности для нейробиологии. Именно тогда в картине того, как устроена и работает нервная система человека, добавился очень важный элемент, а именно — были открыты нейромедиаторы.

О том, что мозг (как и вся нервная система человека) состоит из большого числа клеток, называющихся нейронами, к тому моменту было известно уже давно. Нейроны — довольно необычные клетки.

У каждой из них есть множество отростков, и через них, словно держа друг друга за руки, нервные клетки взаимодействуют между собой и передают нервные импульсы в организме.

Количество этих нейронных связей, называемых также синаптическими, сложно себе представить — у каждой из 100-200 млрд нервных клеток около 10 тысяч отростков — каждая клетка связана в этой сети с каждой через 3-4 «рукопожатия».

Нервный импульс проходит через отростки нейронов как электрический разряд, однако, как выяснили ученые в шестидесятые, одного электричества в ряде случаев оказывается недостаточно.

Между концами отростков есть зазор, и только тогда, когда в синапсе, то есть месте, где встречаются концы отростков, выделяются определенные химические вещества, два нейрона могут пропускать нервные импульсы.

Эти вещества очень специфичны — их довольно много и каждое отвечает за свой определенный набор функций. Они же, к слову, передают нервные импульсы от нейронов к мышечной ткани. Именно эти вещества называются нейромедиаторами.

Окситоцин

Окситоцин — нейромедиатор и гормон, о котором наверняка слышали женщины, имеющие детей: от него зависит частота сокращения матки (это его свойство используют, вводя окситоцин роженицам), выработка грудного молока, а отдельные ученые склонны думать, что косвенным образом он же управляет и эрекцией у мужчин.

Что же касается психофизиологической роли окситоцина, то в организме он отвечает за доверительные и теплые отношения между людьми.

Проведенные исследования показали, что люди, получившие окситоцин, охотнее доверяют окружающим, в том числе незнакомцам.

Сам же нейромедиатор вырабатывается при близком контакте с человеком, при прикосновениях и поглаживаниях. Особенно много его выделяется во время секса.

Отношениями матери и ребенка также, кстати, управляет окситоцин — при контакте с матерью у ребенка снижается чувство тревожности, возникает ощущение счастья и комфорта. Урчащий на руках котенок — отличный пример действия окситоцина.

Используя эти свойства, окситоцин применяют для лечения аутистов — он позволяет им проявлять больше эмоций при взаимодействии с окружающими.

Фенилэтиламин

Фенилэтиламин, строго говоря, не является нейромедиатором — он лишь запускает выработку дофамина и норадреналина — медиатора бодрствования (он повышает давление и сужает сосуды). Кстати, в числе производных воспроизведенного в лаборатории фенилэтиламина — амфетамин и некоторые психоделики.

Но это не все, что можно сказать о фенилэтиламине. В восьмидесятые в США под подписью доктора Либовица вышла работа «Химия любви», в которой объяснялось, как фенилэтиламин управляет романтическими чувствами.

Стоит ему появиться, как в животе начинают порхать бабочки, а логика отключается.

Предполагалось, что так как это вещество содержится еще и в шоколаде, то люди, мечтающие о любовных эмоциях, могут найти утешение в нем.

Гипотеза Либовица про связь влюбленности и фенилэтиламина все еще не доказана, а вот часть про шоколад опровергнута полностью — дело в том, что фенилэтиламин разрушается в организме за считанные минуты, поэтому не успевает оказать никакого действия. Хотя эффекта плацебо, конечно, никто не отменял.

Эндогенные опиаты

Эндорфины (эндогенные, то есть внутренние, морфины) получили свое название за схожесть их действия с опиатами, производимыми в лаборатории — в первую очередь с морфием. Они были открыты в 70-х годах, в процессе изучения механизмов работы иглоукалывания.

Было обнаружено, что при введении в организм блокаторов наркотических обезболивающих, обезболивающий эффект самого иглоукалывания также сходит на нет. Ученые предположили, что организм самостоятельно вырабатывает вещества, близкие по структуре к морфинам.

Эндорфины обладают обезболивающим и антистрессовым действием, снижают аппетит, нормализуют давление и частоту дыхания, ускоряют процессы регенерации в организме. Кроме того, уровень эндорфина в крови повышается в стрессовых ситуациях — он позволяет мобилизовать внутренние ресурсы и не чувствовать боль.

Счастье без конца

Серотонин и дофамин, описанные выше, знамениты еще и тем, что большинство существующих наркотических веществ, а также алкоголь и сигареты, так или иначе увеличивают их выработку и высвобождение.

И в этом же залючается их опасность — на этот счет существует теория, согласно которой при регулярном введении веществ, искусственно вызывающих выработку серотонина или дофамина, организм перестает производить их без «пинка».

Этим и обусловлен абстинентный синдром — действие наркотиков в организме уже закончилось, а выработка нейромедиаторов еще не нормализовалась. Именно так работает механизм формирования зависимости.

Источник: https://theoryandpractice.ru/posts/7248-kak-rabotayut-neyromediatory

Как происходит выделение нейромедиатора

Исследование нейромедиаторных механизмов

Комикс на конкурс «био/мол/текст»: Что происходит с момента синтеза нейромедиатора до связывания его с рецепторами на постсинаптической мембране? Комикс по мотивам Нобелевской лекции Томаса Зюдофа: молекулярный механизм выделения нейромедиатора в картинках. Конечно, это лишь малый фрагмент полной картины распространения импульсов в нервной системе, но зато посмотрите, как он красив!

Синапсы — области контакта между нейронами — бывают химическими и электрическими.

Химический синапс представляет собой непрямой контакт двух клеток: между их мембранами остается узкое пространство — синаптическая щель.

Эффекторная клетка (та, от которой идет импульс), возбуждаясь, выделяет в синаптическую щель молекулы нейромедиатора , которые связываются с рецепторами на мембране воспринимающей клетки и вызывают ее ответ.

На картинке изображен самый распространенный вид синапса — аксо-дендритический.

(А бывают еще аксо-соматические синапсы, когда аксон подходит к телу воспринимающей клетки, аксо-аксональные, и даже дендро-дендритические — их образуют таинственные безаксонные нейроны где-то в глубине обонятельной луковицы, но это совсем редкий и маргинальный случай.

) Еще на картинке виднеются олигодендроциты — глиальные клетки, которые в центральной нервной системе обматывают аксоны слоями миелина — изолирующей липидной мембраны, что препятствует рассеиванию импульса и ускоряет его проведение.

(Олигодендроциты подрисованы просто для приличия; предполагается, что вся рассказанная ниже история происходит где-то в мозге: выбранный мной нейромедиатор выделяется в центральной нервной системе.) Начало аксона — место, где он отходит от тела клетки — называется «аксонный холмик». Именно там возникает потенциал действия, который потом распространяется дальше по аксону в сторону воспринимающей клетки.

Аксон ближе к концу может разделяться на несколько веточек, идущих к разным клеткам. Каждая такая веточка оканчивается аксонной терминалью — зарубежные ученые ласково называют эту структуру «пуговкой» (button) или «бутончиком» (bouton).

В аксонной терминали есть митохондрии, чтобы обеспечивать энергией многочисленные происходящие здесь процессы; почти всегда обнаруживается довольно много везикул — мембранных пузырьков, в которых транспортируются медиаторы и разные другие вещества — например, ферменты.

Так же там есть довольно правильным образом организованный цитоскелет: микротрубочки цитоскелета образуют «рельсы», которые протягиваются в цитоплазме аксона от тела нейрона до самого окончания. Везикулы перемещаются по этим самым «рельсам». Еще в аксонной терминали есть эндосома — мембранная структура, похожая на аппарат Гольджи [7].

Надо сказать, что научное сообщество не пришло к единому мнению, постоянное это образование или временное, которое получается в результате слияния пузырьков; но, так или иначе, от эндосомы могут отпочковываться везикулы, которые используются для транспорта нейромедиаторов.

В электрических синапсах не задействованы нейромедиаторы, а синаптическая щель очень узкая. Цитоплазма двух клеток связана напрямую через специальные белковые каналы — коннексоны. Сигнал в таком синапсе передается путем перехода ионов из одной клетки в другую. Такие синапсы почти не встречаются в нашей нервной системе; они характерны главным образом для беспозвоночных.

Дальше речь пойдет о событиях, происходящих в химическом синапсе, а именно о том, как выделяется медиатор в синаптическую щель.

Маленькие и просто устроенные нейромедиаторы — например, ацетилхолин [4] — образуются из молекул-предшественников прямо в цитоплазме аксонной терминали. Там же они упаковываются в везикулы — мембранные пузырьки, которые могут отделяться от эндосомы или приходить от синаптической щели после высвобождения своего прошлого содержимого.

Медиаторы сложного строения — такие как пептиды — синтезируются в теле нейрона и, уже будучи упакованными в везикулы, транспортируются оттуда до аксонной терминали по микротрубочкам. Здесь в качестве медиатора, вместе с которым читателю предлагается пройти путь до синаптической щели, выбран серотонин [2].

Правда, хороший? Он — маленькая молекула, а значит, синтезируется в цитоплазме недалеко от окончания. Вот он попадает в везикулу, отпочкованную от эндосомы, и к мембране везикулы прикрепляется транспортный белок кинезин, который начинает тащить пузырек за собой, «шагая» по микротрубочке в сторону пресинаптической мембраны.

(У кинезина есть две субъединицы — «ножки», которые по очереди прикрепляются и открепляются от микротрубочки, с каждым разом немного дальше, продвигая его вперед.) В одной везикуле могут быть тысячи молекул нейромедиатора. Раньше считалось, что один нейрон может выделять только один нейромедиатор (принцип Дейла [8]), но сейчас известно, что это не так.

Более того, оказалось, что в везикуле одновременно могут находиться разные нейромедиаторы.

Не вся пресинаптическая мембрана подходит для того, чтобы медиатор выделился, а только области, которые называются «активными зонами».

Только там есть специальные белки, нужные для прикрепления везикулы, а также локализованы потенциал-зависимые кальциевые каналы.

Активные зоны располагаются ровно напротив рецепторных полей на постсинаптической мембране. Вот туда, к одной из активных зон, и держит путь кинезин.

Над активными зонами обычно собирается множество пузырьков, которые ждут своей очереди слиться с пресинаптической мембраной и освободиться от содержимого. У наших героев чудом получается проникнуть к самой активной зоне, и — …

И дальше начинается вот что.

Докинг

Первый этап прикрепления везикулы к пресинаптической мембране называется «docking», или «tethering» — «заякоривание». В мембране везикулы есть такой белок — Rab 3/27, принадлежащий к семейству Rab-ГТФаз, которые занимаются адресованием везикул в мембраны-реципиенты. (Rab — от «rat brain».

В первый раз такие белки были найдены в мозгу крысы.) Rab 3/27 заякорен в липидном бислое мембраны; он включается туда на стадии образования везикулы. Будучи связанным с ГДФ, он неактивен и не может ничего присоединять, а при замене ГДФ на ГТФ активируется и становится способным к формированию связей.

Когда везикула образуется, Rab 3/27 прикрепляется к ней уже в активированной форме.

Когда везикула оказывается в достаточной близости от активной зоны, Rab 3/27 связывается с белками RIM (Rab 3-interacting molecules), которые, в свою очередь, через RIM-BP (RIM-binding proteins) прикрепляются к кальциевым каналам в пресинаптической мембране. Это очень важный момент, потому что ключевым сигналом для выделения нейромедиатора служит поступление ионов кальция в цитоплазму. Кальциевые каналы открываются, когда потенциал действия доходит до аксонной терминали.

И вот, чтобы везикула могла как можно более оперативно выбросить медиатор, когда придет ПД, она прикрепляется к кальциевому каналу такой белковой «веревочкой». Формирование этой «веревочки» и называется докингом. Везикула «причаливает» к пресинаптической мембране, бросая «якорь» около кальциевого канала.

К белковой цепочке из RIM присоединяется еще белок Munc-13 — запомните его, он сыграет свою роль на следующей стадии.

Прайминг

Следующий этап — это прайминг (priming; подготовка везикулы к слиянию). Подготовка заключается в образовании плотного белкового комплекса между мембраной везикулы и пресинаптической мембраной, в результате чего мембранный пузырек крепко прижимается к мембране аксона и становится способным реагировать на увеличение концентрации кальция.

Этот комплекс получил название SNARE — soluble NSF attachment receptor proteins, по названию АТФазы NSF, с которой он может реагировать. Как именно он реагирует и что при этом происходит — парой картинок ниже. Основные три компонента SNARE — синаптобревин, синтаксин и SNAP-25.

Синтаксин заякорен в пресинаптической мембране.

В неактивном состоянии его концевой N-пептид связан с другим участком этой же молекулы — H-abc доменом, то есть неактивный синтаксин как бы замкнут сам на себя.

Еще он на протяжении всей истории остается связанным с белком Munc 18-1. Сначала думали, что Munc 18-1 препятствует сборке комплекса, а потом оказалось, что он необходим для открытия поры в везикуле.

В неактивном состоянии синтаксин связан с Munc 18-1 через SNARE-мотив — участок, которым он потом связывается с белками SNARE. Поэтому это состояние и неактивное — синтаксин не может войти в состав комплекса, потому что нужный для этого участок занят.

Прайминг 1

Munc-13 — тот самый, который висел в белковой цепочке, — инициирует переход синтаксина в активное состояние: синтаксин отделяет N-пептид от самого себя и связывается им с Munc 18-1, а SNARE-мотив при этом освобождается.

После этого он становится способным к образованию комплекса SNARE, что и происходит дальше: он плотно связывается с синаптобревином, который торчит из мембраны везикулы, и с белком SNAP-25.

Munc 18-1 тоже входит в состав комплекса, будучи связанным с синтаксином, поэтому целый комплекс называется SNARE/SM.

Белок, который не входит в состав комплекса, но играет ключевую роль в процессе выделения — это синаптотагмин. Он заякорен в мембране везикулы неподалеку от синаптобревина. Синаптотагмин выполняет роль кальциевого сенсора: у него есть специальные сайты связывания Ca2+, то есть именно синаптотагмин делает возможным выделение нейромедиатора, когда приходит потенциал действия.

Прайминг 2

Для того, чтобы окончательно собрать комплекс, нужен еще белок комплексин. Он присоединяется в желобок между синаптобревином и синтаксином, а функция его заключается в активации синаптотагмина.

Когда комплексин присоединяется к комплексу, синтаптотагмин становится способным связывать кальций. Вот теперь комплекс окончательно собран, все готово, и остается только ждать потенциала действия.

И вот — нейрон возбуждается! В аксонном холмике лавинообразно открываются натриевые каналы, мембрана деполяризуется, ПД бежит по аксону — и в пресинаптической мембране открываются кальциевые каналы.

В цитоплазму заходят ионы Ca2+, синаптотагмин связывает пять штук — одним сайтом три, другим два — и взаимодействует с липидами мембраны так, что открывается пора — сквозная дырочка из везикулы в синаптическую щель.

Также важным фактором при слиянии является давление, создаваемое белковым комплексом — он прижимает везикулу к пресинаптической мембране.

И — ура, нейромедиатор в синаптической щели!

Но что же происходит с SNARE/SM комплексом потом? Когда пора расширяется, белки меняют расположение, поворачиваясь как бы перпендикулярно плоскости мембраны. А вскоре NSF — такая АТФаза — приходит из цитоплазмы вместе со своим кофактором SNAP, и они вызывают распад SNARE/SM комплекса. После этого везикула может отделиться от пресинаптической мембраны, но тут может происходить по-разному:

Описанный выше механизм выброса медиаторов в синапсах, а также роль ионов кальция в этом процессе были установлены Томасом Зюдофом, который тем самым внес решающий вклад в нейробиологию и клеточную биологию.

За данные открытия ему вместе с Джеймсом Ротманом и Рэнди Шекманом присуждена в 2013 году Нобелевская премия по физиологии и медицине — «за открытие системы везикулярного транспорта — основной транспортной системы в наших клетках» [9].

  1. Дофаминовые болезни;
  2. Серотониновые сети;
  3. Тайны голубого пятна;
  4. Молекула здравого ума;
  5. Спокоен как GABA;
  6. Очень нервное возбуждение;
  7. Экзосома — механизм координации и взаимопомощи клеток организма;
  8. Фармаколог, понявший нейроны: Генри Дейл;
  9. Нобелевская премия по физиологии и медицине (2013): везикулярный транспорт;
  10. Thomas C. Südhof. (2014). The Molecular Machinery of Neurotransmitter Release (Nobel Lecture). Angew. Chem. Int. Ed.. 53, 12696-12717;
  11. Thomas C. Südhof. (2013). Neurotransmitter Release: The Last Millisecond in the Life of a Synaptic Vesicle. Neuron. 80, 675-690;
  12. Sebastian Jähne, Silvio O. Rizzoli, Martin S. Helm. (2015). The structure and function of presynaptic endosomes. Experimental Cell Research. 335, 172-179;
  13. Ege T Kavalali, Erik M Jorgensen. (2013). Visualizing presynaptic function. Nat Neurosci. 17, 10-16;
  14. Natalia L. Kononenko, Volker Haucke. (2015). Molecular Mechanisms of Presynaptic Membrane Retrieval and Synaptic Vesicle Reformation. Neuron. 85, 484-496;
  15. Juan S Bonifacino, Benjamin S Glick. (2004). The Mechanisms of Vesicle Budding and Fusion. Cell. 116, 153-166;
  16. Jeffrey P Bombardier, Mary Munson. (2015). Three steps forward, two steps back: mechanistic insights into the assembly and disassembly of the SNARE complex. Current Opinion in Chemical Biology. 29, 66-71;
  17. Purves D., Augustine G.J., Fitzpatrick D., Katz L.C., LaMantia A.-S., McNamara J.O., Williams S.M. Neuroscience (2nd Edition). Sunderland (MA): Sinauer Associates, 2001;
  18. Plopper G., Sharp D., Sikorski E. Lewin’s Cells (3rd Edition). Burlington: Jones & Bartlett Learning, 2013.

Источник: https://biomolecula.ru/articles/kak-proiskhodit-vydelenie-neiromediatora

Нейромедиаторная конкретизация мотивационной сферы

Исследование нейромедиаторных механизмов

Назад                                                 .                                                 Вперед

Правка 2008-03-16

Версия 2004-09-16

4. Конкретизация физико-химическогоуровня мотивационной сферы кратким представлением функций нейромедиаторов

В 1970 годах в исследовании биохимии высшей нервнойдеятельности произошла революция.

В эти годы был открыт ряд процессовуправления в коре головного мозга: генерация клетками головного мозга и нейроклеткамиряда других органов – специальных веществ, выполняющих функцию сохранения,поддержания и использования информации.

Эти вещества обозначаются терминами «нейромедиаторы»(передатчики или neuriotransmitters)и «нейромодуляторы» (усилители или ингибиторы – средства торможения связи, илиобобщенно, регуляторы).

Первые сообщения о том, что творческий процесс у человекаподдерживается или сопровождается выделением в центральной нервной системевеществ опиоидного характера – эндорфинов и энкефалинов – не мог остаться безвнимания в работе, посвященной потребности в творчестве. Этого вполнедостаточно, чтобы предположить возможность формирования и существованиябиологических потребностей (или подкрепления) творчества и проявить интерес кэтой области хотя бы на самом общем уровне, какой позволяет высшее даже техническоеобразование.

Мы не будем вторгаться в сложную сферу биохимии организма,отметив поверхностно только практическую, или скажем, инженерную, сторонурезультатов биохимических исследований. Для читателей технического ирационального склада, имеющего опыт работы с компьютером и локальными сетями,значение новации можно «смоделировать» в виде схемы из трех частей.

В первой мы излагаем самое общее представление о нейроннойсвязи.

Во второй мы связываем эти знания с теорией потребностей имотивации на макроуровне и предлагаем гипотезу метапотребностей с учетом нейромедиаторногомеханизма межнейронной связи.

В третьей части показываем новое значение и звучаниеизвестных прежних утверждений и фактов в свете полученных результатов ипредположений.

Четвертая часть объясняет значение ранее казавшихсянеясными некоторые природные явления и даже предрассудки, имеющие определеннуюкак выясняется почву.

Предваряя вопросчитателя – а зачем все это мы читаем, сразу предупрежу, что эксурсом внейрофизиологию мы углубляемся в механизм связи между нейронами, в порядкеосуществления которой (связи) и возможно будет увидеть (правда в порядкегипотезы) то, что нас так волнует в части приобретенных индивидуальнопотребностей – 1) запоминание долговременное; 2) реализацию связыванияинформации между объектами запоминания, т.н. ассоциативную связь, 3)осуществление памяти – вспоминание и 4) самое существенное, в некоторых случая(именно в метапотребностях) самопроизвольное вспоминание того, что нам хотелосьбы повторить.

Центральная нервная система и синаптическаянейромедиаторная связь

Центральнаянервная система (ЦНС) состоит из развитой нервной ткани – сети множестваклеток, именуемых нейронами. Их функция – обработкаинформации, включая, вероятно, и хранение памяти в больших нейронных комплексах,и принятие «решений» через взаимодействие таких комплексов. Количество нейроновдостигает от 5 до 20 млрд. нейронов.

Нейроны или, что более вероятно, соединения между ними механизмыорганизации соединений являются носителями информации, а сами хранение,передача и анализ информация и многообразное управления организмом в целомосуществляется системой, передач почти мгновенных электрических(электрохимических) взаимодействий между нейронами как между собой, так и междунейронами, мышцами тела и различными органами ощущений – рецепторами.

Нейроны делят на три группы. Это локальные нейроны, исполняющие функцииобщего т. н. «неспецифического» мышления. Это далее сенсорные нейроны, которые связываются с внешними специфическими(зрение, слух и.п.) системами восприятия через рецепторы (датчики) этих органов.

И это двигательные нейроны, которыепередают управляющие импульсы от центральной нервной системы на органы движения.Мозг содержит и другие нервные клетки – глиальные, ихна порядок больше нейронов.

Глия образует структуру нервной ткани как каркас, ивыполняет, в частности, функции энергоснабжения (метаболические) нейронов.

Нейрон, как и вседругие клетки, окружен полупроницаемой (плазматической, т.е. жидкостной,биологической) мембраной. От тела нейрона отходят два типа отростков – дендриты (их сотни и тысячи у одногонейрона) и аксон (один).

У большинства нейронов много ветвящихся дендритов,обеспечивающих входную информацию, но лишь один аксон, выводящий выводнойимпульс на другие нейроны. Дендриты обычно коротки, а длина аксона можетсоставлять от нескольких сантиметров до нескольких метров. Это не удивительно,если учесть, что у некоторых растений длина молекулы ДНК в хромосоме составляетдо 40 м.

Тело нейрона содержит ядро и другие органеллы (биохимические разнойсложности белковые блоки), такие же, как и в других клетках тела.

Морфологическая связь между нейронами.Как же связаны между собою нейроны? Резко выступающая часть нейрона – аксон,его концевой отдел – может ветвиться. Он выходит на дендрит нейрона-соседа или насамо тело нейрона-получателя.

При этом аксон образует множество окончаний,контактирующих с дендритом следующего нейрона через узкую щель – «синапс»(по-гречески – «соединение»); окончания аксона образуют т. н. «концевуюпластинку» или пресинаптическую мембрану – краевую оболочку нейрона-отправителя.У дендрита нейрона-получателя образуется постсинаптическая мембрана.

И  между пресинаптической мембраной (аксона)нейрона-отправителя и постсинаптической мембраной (дендрита) нейрона-получателяимеется т. н. «межсинаптическая щель».

Синапсы –места связи – могут находиться в разных точках, на телах дендритов или на ихвыступах, на теле нейрона и на концах аксона.

Надендритах и, в меньшем числе, на теле клетки нейрона имеются тысячи синапсов –соединений от внешних нейронов; именно через синапсы аксон, несущий информациюот тела нейрона-отправителя, передает импульс дендритам других нейронов.

Синапсы бывают разных принципов действия – электрического (как простейшие поструктуре, по большей части для беспозвоночных и низших животных – шириной до 3нм, т.е. 3*Е10-9 м), химического происхождения  (преобладающие для млекопитающих – ширина до50 нм) и смешанные.

Мы будемрассматривать наиболее важные синапсы химического принципа. Они  обеспечивают:

–   одностороннеепроведение сигнала;

–   усилениеили торможение (ослабление) сигнала;

–   конвергенциюразличных сигналов на одной постсинаптической клетке;

–   пластичностьпередачи сигналов (обучение, память и т. д.).

Итак, нейроны – связаны через синусные пространства –межсинаптические щели. Синусы электрохимическим способом могут обеспечитьодностороннюю проводимость кратковременного электрического сигнала. Такимобразом, связь в межсинаптической щели осуществляется с помощью импульсов электрохимическогопроисхождения.

Электроимпульсныйхарактер связи. А теперь обратимся квопросу о происхождении импульсов. Общая информация об их зарождении такова.

Передачаинформации в мозге, как и в нервной системе в целом, осуществляется посредствомнервных импульсов или кратковременных потенциалов «действия» (электрическогопроисхождения или хемогенных, т.е.

электрических импульсов, производимых наоснове высвобождения потенциала в результате химической реакции).

Нервный импульс обычно зарождается в дендритахнейрона-получателя, специализирующихся на получении информации от другихнейронов, часто сенсорных,  и припередаче импульса телу нейрона.

Химическая основапередачи импульса через синапс. Вокончании аксона, которое образует пресинаптическую часть синапса, содержатсямаленькие пузырьки (т.н. «везикулы») с нейромедиатором. Нейроннаятеория, разработанная Рамон-и-Кахалом, знаменитым испанским гистологом,подтверждена биохимически. Ее выводы таковы.

Нейрон, егоаксон синтезируют особое вещество нейромедиатор. Он создается в особыхпузырьках или везикулах в теленейрона, которые являются специальными оболочками, не дающими медиатору начатьдействовать немедленно и не там, где это необходимо.

Везикулы заполняютсямолекулами медиатора и постепенно транспортируются вдоль аксона к нервномуокончанию – пресинаптической мембране – месту их будущего применения. Там они накапливаютсяи хранятся прикрепившись к пресинаптической мембране. В одном окончании аксонамогут быть тысячи везикул, каждая размером 40-200 нм. Везикула содержит от 10тыс. до 100 тыс. молекул медиатора.

Под воздействием нервного импульса,приходящего в нервное окончание, эти пузырьки-везикулы, разрываются и изливаютсвоё содержимое в межсинаптическую щель.

О составемедиаторов и модуляторов в аксоне. Окончаниеаксона может содержать несколько типов нейромедиатора, часто в сочетании содним или несколькими типами нейромодуляторов.

Нейромедиатор, выделившийся изпресинаптической мембраны аксона, позволяет обеспечить передачу потенциаладействия на рецепторы дендритов постсинаптического нейрона.

Мозг используетразнообразные нейромедиаторы, каждый из которых связывается со своим особымрецептором.

Таковы выводы теории.

О метаболизме медиаторов. Мы можем еще подробнее остановиться назарождении и жизненном цикле медиаторов, которые используются при проведенииимпульса. Наша тема требует внимательного отношения к данным о появлении ифункциях (метаболизме) медиаторов, в частности и об их формировании.

 Пузырьки (везикулы) – один из стандартныхспособов хранения и транспортирования активных биологических веществ не тольков нейронах, но в любой внутриклеточной среде, с целью сохранить их активностьдо необходимого момента активации.

В нейроне везикулы с медиаторами имеютчетыре фазы своей жизни: зарождение (биогенез), транспортирование (например, изцентра нейрона к концу аксона) и созревание, выделение из везикул (экзоцитоз) вмомент прохождения импульса по аксону и для передачи к нейрону получателю и ихбыстрое уничтожение (преобразование) или  их быстрый сбор, изъятие измежсинаптической щели и восстановление (регенерацию) обратно в везикулы(эндоцитоз). Следует сказать, что для любого инженера, знакомого с электроникойтакая функциональность, обеспечивающая импульсный характер передачи и на оченькороткое время является просто откровением, впечатляет не только выявленнымрезультатом как творением природы, но и самим фактом и результатомисследования, указывая на сложность труда исследования..

Биогенез нейромедиатора состоит из двух этапов – образования в теленейрона из специальной генерирующей белки ткани (эндоплазматического ретикулума) пузырьков (везикул),которые затем объединяются специальным внутриклеточным процессом («Гольджи») в«транспортный пакет» – секреторную гранулу-везикулу. На втором этапе ведетсяпередача этих гранул (мембранных образований) по аксону в пресинаптическоеокончание.

Созревание везикул-синаптических пузырьков происходит впресинаптическом окончании и включает два процесса: регенеративное заполнениепузырька местным медиатором (т. н.

эндоцитоз или сбор и возврат уже рассеянныхв щели молекул медиатора) и прикрепление пузырька к стенкам аксона и к пресинаптическоймембране.

В заполнении пузырька участвуют, в частности, специфическиебелки-переносчики медиаторов.

–  Экзоцитоз, т.е. рабочее излучение материала извезикул, идет под воздействием электрохимического импульса, катящегося поаксону и под влиянием выделенных ионов кальция (из глии под воздействиемимпульса). Такое выделение обеспечивается тремя последовательными реакциями:

–  образованием контакта между мембраной пузырька ипресинаптической мембраной;

–  сцеплением, во время которого белки, участвующиев излучении (экзоцитозе), выстраиваются в определенном порядке и активируются;

–  слиянием двух мембран (мембраны везикулы имембраны стенки аксона или пресинаптической мембраны), т. е. образованием жидкостногоэлектропроводимого контакта.

Источник: http://www.sergeychet.narod.ru/socio/motiv/M4.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.