Нейромедиаторы глутамат и ГАМК

Нейромедиаторы глутамат и ГАМК

Глутамат и гамма-аминомасляная кислота

НейронНейромедиаторы глутамат и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) являются двумя наиболее распространенными нейромедиаторами в мозге. Девяносто процентов нейронов коры используют глутаматосновной возбуждающий медиатор, увеличивающий вероятность развития аксонного потенциала действия на постсинаптическом нейроне при высвобождении в синаптическую щель.

В человеческом мозге глутамат чаще всего используется крупными пирамидными нейронами коры и более глубоких структур мозга. Также этот медиатор нередко используется в модифицируемых синапсах, обусловливая обучение.

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), в противоположность глутамату, является основным тормозным медиатором коры головного мозга. Ингибирующие синапсы снижают вероятность прохождения потенциала действия по аксону постсинаптического нейрона.

ГАМК распространена во вставочных нейронах, окружающих пирамидальные клетки. Полагают, что в этом случае она служит для регуляции непрерывной возбуждающей активности коры.

Для функционирования мозга не требуется постоянной активности всех возбуждающих синапсов. Нейромедиаторы, в этом случае в мозге образовались бы петли положительной обратной связи, усиливающиеся с каждым циклом. Кора будет перегружена, как в случае эпилептических припадков.

Избыток глутамата токсичен и ведет к явлению, называемому эксайтотоксичностью. Большая часть ущерба от припадков происходит не непосредственно от них, а от избыточного высобождения глутамата.

Это похоже на взрыв бака с горючим в горящем автомобиле: взрыв наносит гораздо больше ущерба, чем пламя, его вызвавшее. Нейромедиаторы полезны строго в определенных количествах.

Глутамат (Glu) также отлично подходит для рассмотрения процесса образования нейрмедиаторов из существовавших молекул. Глутамин является одной из аминокислот, которые организм животных получает с пищей. Мозг, в первую очередь, использует глутамин для передачи возбуждающего сигнала.

Нейромедиаторы глутамат. Мы можем чувствовать вкус глутамата в пище, как было установлено японскими учеными в 1907 г. при исследовании соевого соуса. Вкус глутамата – пятый базовый вкус, помимо четырех основных, к которому у нас имеются отдельные рецепторы; он носит название умами. Вкус глутамата помогает определить съедобность и свежесть пищи – особенность, крайне необходимая для охотников и собирателей первобытного мира.

Мы можем рассмотреть показанную на рисунке ниже систему из трех клеток как линию производства определенных количеств нейромедиатора глутамата, транспортировки их в синапс с использованием везикулярного транспорта и выброса их в синаптическую щель. Небольшая овальная органелла в верху клетки – митохондрия, производящая большую часть клеточного АТФ.

Сторение.

Вся эта система питается глюкозой и кислородом, диффундирующими через мембраны из капилляра справа. Глюкоза используется для получения энергии, также для синтеза нейромедиатора глутамата.

Нейрон
Глутаматергическая сигнализация требует участия трех клеток. Три клетки работают вместе для обеспечения работы глутаматергической сигнализации. Обратите внимание на кровеносный капилляр, обеспечивающий астроцит и нейроны глюкозой и кислородом.

Глюкоза также является одним из промежуточных метаболитов при синтезе глутамата. Vm – мембранный потенциал верхнего нейрона, на котором показаны несколько спайков, обусловливающих высвобождение медиатора в синаптическую щель, PGK – фосфоглицераткиназа.

Заметьте, что постсинаптическая клетка имеет два типа рецепторов глутамата. Метаботропные рецепторы используют для ответа метаболических путей клетки. Ионотропные рецепторы активируют ионные каналы: натриевые, калиевые и кальциевые.

Астроцит.

В середине схемы также важен для работы всей системы. Он захватывает глюкозу, разлагает ее и превращает АДФ в АТФ в своих митохондриях, направляет глутамин в пресинаптическую клетку, где из него синтезируется глутамат, и захватывает избыточный глутамат, диффундирующий из синаптической щели.

Последнее очень важно, поскольку глутамат, при длительном нахождении вне клетки, токсичен. Токсичность глутамата, как полагают, становится причиной серьезных заблеваний мозга. (Такие расстройства также называют эксайтотоксичностью, поскольку глутамат является основным возбуждающим медиатором мозга).

Глутаматергическая сигнализация крайне точна по времени, ее нейромедиатор может быстро удаляться из внеклеточного пространства; она также не оставляет токсичных соединений во внеклеточной среде. В то же время практически все биохимические процессы, особенно окислительные, производят некоторое количество токсичных веществ и могут быть очень вредными при длительном функционировании.

ГАМК: основной тормозный медиатор

Возбуждающие нейроны необходимы для работы мозга, однако если бы в нервной системе были только они, то в мозге быстро произошла бы перегрузка, поскольку каждый глутаматергический нейрон возбуждал бы остальные. Тормозные нейроны балансируют возбуждающие для поддержания требуемого уровня активности. Возбуждающие и тормозные нейроны взаимодействуют, создавая регулярные ритмы – наиболее важную часть межрегиональной сигнализации в мозге.

Глутаматный метаболический путь производит также основной тормозный нейромедиатор – ГАМК (гамма-аминомасляную кислоту). Если в синаптическую щель высвобождается ГАМК, то вероятность прохождения потенциала действия по аксону постсинаптического нейрона снижается.

Эффект ГАМК заключается в гиперполяризации, а не деполяризации мембраны. И снижении вероятности прохождения ПД. Даже в случае одновременного получения клеткой возбуждающего сигнала. Таким образом достигается баланс между возбуждающими и тормозными сигналами, приходящими к клетке с интервалами примерно в 10 мс, который и обусловливает ее текущую активность.

Нейромедиаторы глутамат

Нейромедиаторы

Нейромедиаторы

ГАМК-ергический синапс. Обратите внимание, что для производства ГАМК используется глутамин и его производные.

Транспортер – это особая белковая молекула, транспортирующая молекулы медиатора обратно в клетку для повторного использования. Ауторецепторы принимают участие в саморегуляции синапса. GAT– переносчик ГАМК, GAD – глутаматдекарбоксилаза, VIAAT – везикулярный транспортер тормозных медиаторов, Gin – глутамин, Glu – глутаминовая кислота.

Пирамидные нейроны коры обладают по большей части возбуждающей активностью, как олигодендроциты – тормозной. Таким образом, волны возбуждения, непрерывно проходящие по всему мозгу, локально ингибируются ГАМК-секретирующими клетками. Такие клетки называют ГАМК-ергическими, как возбуждающие носят название глутаматергических.

Нейрон
Все контуры в коре включают как возбуждающие, так и тормозные нейроны. Пирамидные клетки на этой схеме выделены голубым, а тормозные интернейроны – красным. Зеленым помечен вход из-за пределов системы (пример, из зрительного тракта), возбуждающий кортикальные нейроны.

«Гладкие» нейроны, обозначенные на схеме S1, также являются возбуждающими. Микроконтуры такого типа распространены в коре и определяют различия между одинаковыми с анатомической точки зрения областями мозга.

Ингибирование необходимо для регуляции возбуждающих нейронов и создания барьеров на пути прохождения волны возбуждения. Для предотвращения перегрузки мозга возбуждением существует множество ГАМК-ергичеких синапсов, регулирующих уровни возбуждения.

ГАМК используется в подавляющем большинстве быстрых тормозных синапсов практически в любой части мозга. Большинство транквилизаторов усиливают ГАМК-ергическую активность мозга.

Расслабляющий эффект спиртного также основан на его влиянии на ГАМК-опосредованные процессы. Также ГАМК имеет, помимо торможения, еще и другие функции.

Биохимические пути клеток используют достаточно ограниченный набор веществ, отобранный и сохраняемый эволюцией. Человек по многим биохимическим характеристикам сходен с широким рядом животных. Имеет он, определенные отличия.

Как мы увидим, эти различия обусловлены в большинстве своей активностью. Высокоуровневой регуляторной ДНК. Не ДНК, непосредственно экспрессирующейся в белки. Мы не отличаемся от большинства животных по химическому составу. Отличия главным образом заключается. В более высокоуровневой организации генома, опосредую щей рост. И функционирование обширного неокортекса, и особенно переднего мозга. Человек – новая мелодия, сложенная из нот жизни.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Related Post

НейромодуляторыНейромодуляторы

Нейромедиаторы и нейромодуляторы Нейромодуляция отличается от опосредованной медатором передачи сигнала тем, что вещество, осуществляющее ее, широко распространено во многих частях мозга. При этом одно и то же вещество может выполнять

НейроныНейроны

Нейроны Люди изучают нейроны вот уже два века, и те упрощения, которые мы будем здесь использовать, основаны на огромном количестве информации. Однако, как и любое другое упрощение, оно может в

Нейроны мозга и глиальные клеткиНейроны мозга и глиальные клетки

Нейроны и глиальные клетки мозга Все живые клетки имеют некоторые общие фундаментальные свойства и структуры: ядро, содержащее генетическую информацию, окисление глюкозы и избавление от токсинов, двухслойную липидную мембрану. Все клетки