Лекция 3. Синапс

1

Опишите общее строение синапса.

Что Вы знаете о разнообразии синапсов?

Строение синапса:

1 – пресинаптическое окончание аксона

2 – пузырьки-везикулы с медиатором

3 – пресинаптическая мембрана

4 – синаптическая щель

5 – постсинаптическая клетка

6 – постсинаптическая мембрана

7 – белки-рецепторы постсинаптической мембраны

Разнообразие:

1.  Центральные (чаще аксо-дендритные и аксо-соматические; реже дендро-дендритные, аксо-аксональные и прочие типы синапсов)
2.  нервно-мышечные;
3.  вегетативные и др.

2

Какие вещества участвуют в процессе синтеза медиатора?

Для СИНТЕЗА необходимы:

(1) вещество-предшественник (или несколько веществ);

(2) белок-фермент (или несколько ферментов);

(3) АТФ.

Синтез происходит в соме либо прямо в пресинаптическом окончании.

3

Образование медиатора может происходить в соме либо в пресинаптическом окончании.

В чем сходство и различие этих ситуаций?

Если синтез идет в соме (Эволюционно это более древний вариант), то далее:

(а) ЭПС переносит медиатор в комплекс Гольджи;

(б) комплекс Гольджи образует везикулы с медиатором;

(в) везикулы по аксону (с опорой на белковые микротру- бочки-«рельсы») переносятся в пресинаптическое окончание, где и накапливаются.

Если синтез идет прямо в пресинаптическом окончании, то далее медиатор «загружается» в пустые везикулы (с помощью особых белков-насосов).

Комплекс Гольджи в этом случае поставляет пустые везикулы. Значительная часть пустых везикул отделяется от пресинаптической мембраны после выброса медиатора.

«Круговорот» везикул» в пресинаптическом окончании.

4

Что такое «экзоцитоз» медиатора и

«круговорот везикул» в пресинаптическом окончании?

Экзоцитоз – выброс медиатора в синаптическую щель. Этот выброс происходит после появления ПД, который вызывает открывание электрочувствительных Са2+каналов (примерно на 2-3 мс).

«Круговорот везикул» - см. вопрос №3

5

По какой причине открываются электрочувствительные Са2+-каналы пресинаптического окончания?

По причине ЭКЗОЦИТОЗА, т.е. выброса медиатора в синаптическую щель. Это происходит после появления ПД, который вызывает открывание электрочувствительных Са2+-каналов (примерно на 2-3 мс).

В результате в пресинаптическое окончание успевает войти несколько сот ионов Са2+ , которые активируют белки, запускающие экзоцитоз. Для экзоцитоза одной везикулы требуется несколько (не < 4-х) ионов Са2+.

6

Какую функцию выполняет Са2+, входящий в пресинаптическое окончание?

Ионы Са2+  активируют белки, запускающие экзоцитоз.

7

Каким образом Са2+ удаляется из пресинаптического окончания и зачем это происходит?

Особые белки-насосы быстро удаляют Са2+ из пресинаптического окончания, иначе выброс медиатора не прекратится.

8

Как влияют на работу синапса хлорид кальция и магнезия?

Почему?

СаCl2 (хлорид кальция) – мягкий стимулятор работы нервных и мышечных клеток, сердца.

Почему: Увеличение концентрации Са2+ в межклеточной среде ведет к  его более активному входу в пресинаптическое окончание и росту выброса медиатора.

MgSO4 (магнезия) тормозит работу синапсов и сердца, снижает тонус сосудов.

Почему: Mg2+ блокирует Са2+-каналы, мешает проникать в пресинаптическое окончание. Добавка Mg2+ в среду ведет к снижению входа Са2+ и падению выброса медиатора.

9

Как изменяет работу синапса и нервной системы в целом токсин бактерии ботулизма?

Бактерия ботулизма – почвенная, анаэробная (не выносит О2). Ее токсин блокирует белки, отвечающие за экзоцитоз; отравление (если бактерия оказалась в консервах) ведет к слепоте, параличам и смерти. Вместе с тем, БОТОКС используют в клинике и косметологии (блокада нервно-мышечных синапсов, снятие спазма мышц).

10

Почему яд каракурта вызывает сначала судороги, а затем паралич?

Каракурт – яд паука «черная вдова»:

токсин представляет собой белок, схожий с постоянно открытым Са2+-каналом.

После укуса паука токсин встраивается в мембрану пресинаптическ.  окончания, вызывая мощный вход Са2+, выброс медиатора и судороги; затем запас медиатора истощается, наступает паралич и остановка дыхания.

11

Что такое «вторичные посредники»?

Какую роль они играют в жизнедеятельности клетки?

Вторичные посредники – это мелкие, способные к быстрому перемещению молекулы или ионы, передающие сигнал внутри клетки. Этим они отличаются от «Первичных посредников» – медиаторов и гормонов, передающих информацию от клетки к клетке.

Вторичный посредник (ВтП) – особое вещество, которое продолжает передачу сигнала внутри клетки.

Типичная реакция нейрона: G-белок активирует фермент, синтезирующий вторичный посредник (ВтП)

Роль – передача сигнала внутри клетки.

12

Назовите два примера веществ – вторичных посредников.

Каковы их функции?

Примеры:

1.  цАМФ – циклическая аденозинмонофосфорная кислота, образуемая из АТФ с помощью фермента аденилатциклазы
2.  ионы Са2+, которые не только переносят положительный заряд, но и влияют на работу двигательных белков, ферментов, насосов и др.
3.  NO – (оксид азота). Способен передавать сигнал не только внутри клетки, но и между клетками, легко преодолевая мембрану, в том числе от постсинаптическог нейрона к пресинаптическому.
4.  цГМФ – гуанозинмонофосфорная кислота
5.  

13

Дайте определение хемочувствительным ионным каналам.

Хемочувствительные ионные каналы – ионные каналы для Na+, K+ либо Cl-

Хемочувствительный канал называют также рецепторуправляемым каналом

14

Что такое ВПСП?

Каковы его параметры и функция?

ВПСП – «возбуждающий постсинаптический потенциал» –

Локальная деполяризация мембраны под действием медиатора.

Открывание Na+-каналов «разрешает» вход Na+ в клетку;

развивается волна деполяризации – ВПСП.

Параметры:

длительность ВПСП: 10-20 мс (иногда 50-100 мс);

амплитуда 5-10 мВ.

Одиночного ВПСП, как правило, не хватает, чтобы достичь порога запуска ПД.

15

Опишите явление временной суммации ВПСП.

Что происходит при пространственной суммации ВПСП?

Одиночного ВПСП, как правило, не хватает, чтобы достичь порога запуска ПД. ПД может быть запущен повторной

стимуляцией одного и того же синапса («временнáя суммация»). Запуск ПД за счет временнóй суммации означает, что сигнал, пришедший по аксону, подтвердил свою значимость и «достоен» передаваться дальше по сети нейронов; он успешно миновал синапс.

Пространственная суммация – заключается в наложении друг на друга ВПСП соседних синапсов в некоторой близлежащей точке постсинаптической мембраны, обладающей потенциал-зависимыми ионными каналами

Ситуация пространственной суммации соответствует логической ячейке по типу «И»: сигнал будет передаваться дальше, если выполнено несколько условий.

16

Охарактеризуйте ТПСП, связанные с выходом К+ и входом Сl-.

В чем состоит их значение?

ТПСП (тормозный постсинаптический потенциал) – локальная гиперполяризация мембраны под действием медиатора.

Открывание К+-каналов «разрешает» выход К+ из клетки; развивается волна гиперполяризации – ТПСП.

Параметры ТПСП близки к ВПСП:

длительностьть 10-20 мс;

амплитуда 5-10 мВ

Открывание не только К+-каналов, но и Cl--каналов ведет к развитию торможения. При открывании Cl--каналов вход Cl- и «обычный» ТПСП в яркой форме наблюдается только в нейронах с ПП на уровне (-60)-(-70) мВ. Такой вход Cl- (как и «обычный» ТПСП) эффективно противодействует запуску ПД.

Их функция – предотвратить передачу «лишних» сигналов.

17

По какому принципу происходит взаимодействие ВПСП и ТПСП на мембране нейрона?

Каков может быть результат этого взаимодействия?

ТПСП взаимодействуют с ВПСП по принципу пространственной суммации, вычитаясь из них и мешая запуску ПД.

Результатом взаимодействия является общее изменение мембранного потенциала нейрона ВПСП и ТПСП всех многочисленных активированных синапсов на теле и дендритах клетки. 

В этой точке мембраны нейрона произойдет запуск ПД, если

всех  ВПСП –  всех ТПСП  порогового стимула

18

В чем состоит функциональное назначение систем инактивации медиаторов?

К чему приведет блокада систем инактивации?

Инактивация – это процесс удаления медиатора с рецептора для предотвращения слишком длительной (сильной) передачи сигнала.

Блокада систем инактивации приведет к сбою в передаче нервных сигналов, что может иметь фатальные последствия.

Пояснение: большинство физиологических процессов важно вовремя запустить, но не менее важно – вовремя остановить. В частности, строго «дозированно» протекает ПД, действие Ca2+ на везикулы,  медиатора на рецептор и т.п.

19

Охарактеризуйте три пути инактивации медиатора.

Путь 1. Фермент обычно расположен на постсинаптической мембране, но может находиться и в синаптической щели; этот способ наиболее быстрый, хотя и не экономный (потеря ценного вещества – медиатора).

Путь 2. «Обратный захват» медиатора особыми белками-насосами  (расположены на пресинаптической мембране).

Наиболее экономно, поскольку затем медиатор может загружаться в везикулу и повторно использоваться.

Путь 3. Захват медиатора белками-насосами, расположенными на мембране глиальной клетки (олигодендроцита).

Медиатор в этом случае разрушается внутри глиальной клетки (так инактивируются медиаторы, синтез которых не представляет для нейронов затруднений).

20

Какой из путей инактивации медиатора самый быстрый и почему?

Путь 1. Фермент обычно расположен на постсинаптической мембране, но может находиться и в синаптической щели; этот способ наиболее быстрый, хотя и не экономный (потеря ценно-го вещества – медиатора).

21

Какой из путей инактивации медиатора называют «самым экономным» и почему?

Путь 2. «Обратный захват» медиатора особыми белками-насосами  (расположены на пресинаптической мембране).

Наиболее экономно, поскольку затем медиатор может загружаться в везикулу и повторно использоваться.

22

Сравните принципы работы ионотропных и метаботропных рецепторов.

Ионотропные рецепторы – рецепторы, открывающие ионные каналы для прохождение ионов в клетку и обратно = «Быстрые рецепторы» – то есть непосредственно «направляющие» движение ионов (пример – работа нервно-мышечных синапсов).

Метаботропные рецепторы «Медленные рецепторы» – Рецепторы, которые действуют опосредованно. То есть они направляют метаболизм (работу ферментов, обмен веществ).

При стимуляции они активизируют фермент, который инициализирует ряд метаболических процессов, открывающих ионные каналы в клеточных мембранах, что позволяет ионам проникать в клетки и из них.

Метаботропные рец-ры эволюционно более древние. Они выполняют функцию передачи сигнала не только в нервной, но и в эндокринной  системе (рецепторы гормонов), а также в иммунной системе (рецепторы цитокинов).

Метаботропные рец-ры, работая медленнее ионотропных, имеют больше возможностей для регуляции и тонкой «подгонки» активности к нуждам клетки (за счет влияния на синтез ВтП, их инактивацию и др.)

23

Охарактеризуйте понятие «агониста рецептора».

В чем состоит принцип действия агонистов?

Агонист: вещество, действующее как медиатор; обычно – сильнее и длительнее. Молекула состоит из ключевой и защитной частей.

Принцип действия: Ключевая часть сходна с ме-диатором и включает рецептор; защитная часть мешает работать системам инактивации.

24

Какую функцию выполняет «защитная» часть молекул агонистов и антагонистов рецепторов?

Защитная часть АГОНИСТА мешает работать системам инактивации.

Защитная часть (неполной ключевой части) АНТАГОНИСТА занимает активный центр рецептора, но не включает его, работая как «сломанный» ключ и мешая медиатору.

Антагонисты и агонисты – вещества, поступающие в организм извне. Многие из них являются токсинами, которые возникли в ходе эволюции растений для защиты от животных. Как следует разбавив их, человек получает лекарства; не разбавив – яды и наркотики.

25

Охарактеризуйте понятие «антагониста рецептора». В чем состоит принцип действия антагонистов?

Антагонист: вещество,противо- действующее эффектам медиато-ра. Молекула состоит защитной части и неполной ключевой

части.

Принцип действия: Последняя из них (неполная ключевая) занимает активный центр рецептора, но не включает его, работая как «сломанный» ключ и мешая медиатору.