Физиология человека и животных Лекция 4 Физиология возбудимых клеток Пути передачи сигнала

Разнообразие синапсов в ЦНС По знаку: -возбуждающие -тормозные По механизму передачи: -канальный (прямой) -метаботропный (непрямой) По расположению: -аксо-соматические -аксо-дендритные -аксо-аксональные

Характерно наличие нескольких модулирующих сайтов: Для медиаторов Для катионов (Zn, Mg) 4 субъединицы Фенил- циклидин, др психомиметики кетамин и др. анестетики Канальный возбуждающий рецептор (на примере глутаматного Са+ канала)

Пластичность Метаболическая регуляция возбудимости Ионная Регуляция возбудимости Аплизия Следствие: память Патология: эпилепсия

Канальный тормозный рецептор (на примере Cl- канала ГАМК-А) Торможение- род возбуждения, препятствующий другому возбуждению. Всегда локально. открыл Сеченов (1863) 5 субъединиц, относится к тому же семейству, что и н-ХР Сюда же относится и рецептор к глицину

Вещества- модуляторы активности Cl- каналов ГАМК рецептор b-карболины: уменьшают время открытия Cl- канала Барбитураты: увеличивают чувствительность рецептора Пикротоксин: блокада рецептора Глициновый рецептор Стрихнин: блокирует рецептор глицина Столбнячный токсин (палочка-анаэроб): блокирует выброс глицина из синапса

Метаботропные синапсы G-белки влияют на: 2а. цАМФ 2б. фосфолипиды Механизм действия рецепторов на внутриклеточные процессы: 1. Собственная тирозинкиназная активность 2. Через G-белок: 2а2б1 Gs-активирует синтез цАМФ Gi-тормозит синтез цАФМ Gq-активирует фосфолипазу С 7 трансмембранных доменов, между доменом 5 и 6 – центр связывания с G-белком, красные а.к.- области фосфорилирования Действие через вторичные посредники

Возбуждающий метаботропный Gs- рецептор Этапы работы метаботропного Gs синапса: 1.Медиатор связывается с рецептором 2.Изменение конформации рецептора 3.Связывание рецептора с Gs-белком 4.Активация Gs-белка (расщепление на субъединицы) а - субъединица меняет ГДФ на ГТФ 6а. Активация - субъединицей аденилатциклазы 7а. Синтез цАМФ из АТФ (вторичный мессинджер) 8а. Активация протеинкиназы А 9а. Фосфорилирование ферментов или каналов клетки 5б. Фосфорилирование каналов субъединицами 6б.активация Са тока Аденилатциклаза Gi-белок тормозит синтез цАМФ

Передача сигнала через G-белок

Амплификация сигнала в метаботропном синапсе

Действие бактериальных токсинов дифтерия

Фософолипазный путь 1.Активация рецептора 2. Связывание рецептора с Gq-белком 3. Активация Gq-белка (расщепление на субъединицы) 4. a- субъединица меняет ГДФ на ГТФ 5. Активация a- субъединицей фосфолипазы С 6. Расщепление фосфатидилинозитола дифосфата (PIP2) до инозитолтрифосфата (IP3) и диацилглицерола (DAG) 7а. IP3 активирует Са+каналы на ЭПР 8а. Регуляция активности белков (протеинкиназ) 7б. DAG активирует протеинкиназу С 8б. Регуляция активности белков аб IP3 работает в цитоплазме DAG- в мембране

Тирозинкиназный путь Более характерен для гормонов (инсулин), факторов роста. 1.Активация рецепторов (часто это - образование димеров) 2.Рецептор фосфорилирует белки JAK или RAS по тирозиновым остаткам 3. Сигнальный каскад киназ (МАР или STAT) движется в ядро 4. Транскрипция генов, клеточный ответ

Вторичные посредники Первичные посредники- медиаторы (передача сигнала между клетками Вторичные посредники- Передают сигнал внутри клетки 1.Са 2.цАМФ, цГМФ 3.IP3 4.DAG 5.NO

NO (нитроксид) как посредник смешанного типа Расслабление мышцы Опыты со стенкой кровеносного сосуда (2000 Nobel Prize) 1.Продольное натяжение эндотелия сосуда 2.Синтез NO-синтазой нитроксида 3.Диффузия NO в гладкую мышцу 4.Активация гуанилатциклазы 5.Синтез цГМФ 6.Расслабление гл. мышцы 7.Увеличение кровотока т.о. синтез и эффект посредника в разных клетках Синтез из аргинина Есть в мозжечке, эндотелии ЖКТ и сосудов, снижает активность тромбоцитов (сердечные гликозиды, но причина некрозов).

Многообразие внутриклеточных каскадов в клетке Слева направо: Цитоплазматический и ядерный пути для стероидов Мембранный цАМФ путь Мембранный ИФ3 путь Тирозинкиназный путь Мембранный и цитоплазматический цГМФ путь

Основные медиаторы: 1. Ацетилхолин 2. Дофамин 3. Норадреналин 4. Серотонин 5. Глутамат 6. ГАМК 7. Глицин 8. SP 9. Опиоиды 10. Нитроксид (NO) 11. Пурины (АТФ, Аденозин) и др. катехоламины биогенные амины Принцип Дейла: нейрон представляет собой единую метаболическую систему и выделяет один и тот же медиатор во всех терминалях. аминокислоты Нейропептиды (десятки) Обычно выделяться несколько медиаторов совместно, либо медиатор и несколько модуляторов. Роль модуляторов: Изменяют выброс медиатора Изменяют чувствительность рецепторов

Требования к веществу для отнесения его к классу «медиаторы» 1. Вещество и его предшественники должны обнаруживаться в теле нейрона, окончаниях и везикулах (в больших концентрациях) 2. В нейроне должна быть система синтеза вещества 3. Вещество должно выбрасываться в щель при ПД путем Са++ зависимого экзоцитоза 4. В щели должна быть система инактивации вещества 5. На постсинаптической мембране должны быть рецепторы (в высокой плотности), имеющие специфические блокаторы 6. Идентичность эффектов аппликации вещества на синапс и стимуляции нейрона, его содержащего 7. Вещество не должно проходить ГЭБ Модуляторы: в наличии только часть свойств (нет собственных эффектов, высвобождаются не из нейронов, не инициируется ПД) Нейрогормоны: вещество секретируется в кровь

Ацетилхолин Синтез из холина и ацетила-КоА в ЦНС (кора, таламус, хвостатое ядро, ретикулярная формация), вегетативных ганглиях мотонейронах. Рецепторы: Н (никотиновые): Н1- мышечные, Н2- нейронные. Действие на катионный канал, Блокируются Д-тубокурарином. М (мускариновые): М1,М2,М5 – действие на ИФ3 путь М2 – действие на Gi (открытие К+ канала) Блокатор – атропин (беладона) Роль: движение, мнестические процессы (старческое слабоумие)

Дофамин Синтез из ДОФА (источник - тирозин) тирозингидроксилазой в ЦНС (черная субстанция В-Л покрышка, гипоталамус), вне ЦНС (иммунн. клетки, ЖКТ) Рецепторы: Д1: увеличивают синтез цАМФ (Gs) Д2: подавляют синтез цАМФ (Gi) Агонист: бромкриптин ( алкалоид спорыньи: тормозит синтез пролактина, лечение бесплодия ) Блокатор- галоперидол (антипсихотик) Синтез из аминокислот в ядре, далее аксонный транспорт Большую роль играет механизм обратного захвата Роль: контроль произвольных движений (паркинсонизм), пищевое поведение, положительные эмоции (шизофрения )

Норадреналин Синтез из дофамина дофамин-в-гидроксилазой в ЦНС (голубое пятно ок.1000 нейонов), симпатических нервах (напр. пот) Рецепторы: ИФ3 – путь, агонист: фенилэфрин, блокатор: празосин Gi белок, агонист: клонидин, блокатор: йохимбин Gs белок, агонист: изопротеренол, блокатор: пропранолол Синтез из аминокислот в ядре, далее аксонный транспорт Большую роль играет механизм обратного захвата (кокаин) Роль: обучение, эмоции, настроение, подавление боли бодрствование (МДП) Антагонисты нейролептики с седативным эффектом (резерпин, аминазин), Агонисты (амфетамин) психостимуляторы.

Для катехоламинов показана общая система регуляции синтеза и инактивации Расщепление: МАО (А и Б), КОМТ. Мягкие блокаторы и модуляторы- антидепрессанты (прозак), сильные (CS2) вызывают гиперактивацию

Серотонин (5-НТ) Синтез из 5- окситриптофана (источник- триптофан) в ЦНС (ядра шва), мозговом слое надпочечников, ЖКТ Рецепторы: 5НТ1: Gi белок 5НТ2: ИФ3-путь 5НТ3 катионный канал 5НТ4-7 Gs белок Блокаторы: ципрогептадин Роль: терморегуляция, сон, циркадные ритмы, тревожность, депрессия и агрессия, сенсорное восприятие (LSD=ДЛК диэтиламид лизергиновой к-ты из спорыньи; синестезия )

Глутамат Синтез из глюкозы (цикл Кребса) в коре, гиппокампе, стриатуме, гипоталамусе, таламусе и др. Инактивация: захват глутамата глией в синаптической щели Рецепторы: NMDA, AMPA: Са канал mGluR1-5: ИФ3 путь Антагонист: кетамин (наркоз) Агонист: каинат Роль: основной возбуждающий медиатор ЦНС, память (эпилепсия) Распад глутамата до ГАМК

ГАМК Синтез из глутатмата В коpе, черной субстанции, гиппокампе, стриатуме, мозжечке, спинном мозге, и обонятельной луковице (до 30% нейронов) Рецепторы: ГАМКа, ГАМКс: Cl- канал ГАМКб: Gi-белок Роль: моторная и эмоциональная активность (анксиолитическая - модулятор дофаминеpгических нейpонов ), сон, память (эпилепсия) Агонисты: мусцимол (а), бензодиазепины, барбитураты, баклофен (б). Антагонисты: бикукулин (а), пикротоксин (а и с), пенициллин. Инактивация: обратный захват

Глицин Синтез из ацетил-КОА в спинном мозге,(клетки Реншоу) мосте, продолговатом мозге, гиппокампе Рецепторы: GlyR: анионный канал агонист: таурин, антагонист: стрихнин Роль: регуляция рефлекторной деятельности

Субстсанция П (SP) Белковый синтез (11 а.к.) в спинномозговых ганглиях, стенках полых органов (болевой вход в спинной мозг). Часто бывает модулятором (при Д, НА) (5НТ+SP – угнетающее действие на выброс 5НТ, 5НТ стимулирует секрецию SP) Рецептор: Gs- белок Роль: восприятие болевого сигнала, сокращение гладких мышц Пептидные медиаторы (признано около 10 видов)

Опиоидные пептиды (группа из 13 шт) b-эндорфин H-Y-G-G-F-L-M-T-S-E-K-S-Q-T- P-L-V-T-L-F-K-N-A-I-V-K-N- A-H-K-K-G-Q-OH Синтез: В соме на рибосомах в ЭПР предшественники, (далее распад, гликозилирование, S-S мостики), в АГ (фосфорилирование, сульфатирование), далее медленный аксонный транспорт. В ЦНС (ствол, гипоталамус, кора) Рецепторы: Gi белок : торможение Са тока Агонист: морфин Антагонист: налоксон Роль: система положительного подкрепления, сон, обезболивание Действуют в концентрациях (в 1000 раз ниже, чем низкомолекулярные медиаторы)

Гистамин Синтез из гистидина в заднем гипоталамусе, волокна – по всему мозгу, характерен несинаптический выброс медиатора Рецепторы: Н1: ИФ3 путь (+) Н2: Gs-белок Н3: Gi-белок (пресинаптический) Роль: регуляция общего метаболизма - повышает уровень бодрствования, мышечная активность, пищевое и половое поведение (антигистаминовые препараты) Кроме медиаторной роли выполняет функцию расширения сосудов,фактора воспаления, секреции желудочного сока