Полудесмосома, или гемидесмосома.
Аналогичные десмосомам структуры образуются и в месте контакта клетки с внеклеточным матриксом. В этом случае они носят название гемидесмосом. Как и десмосомы, гемидесмосомы прикрепляют промежуточные филаменты, однако основным адгезионным рецептором в данном случае является альфа-6 бета-4-интегрин, прикрепляющий ламинин к базальной ламине. Остальные белки, составляющие гемидесмосому, также уникальны, хотя и отчасти гомологичны десмосомальным белкам.
6.3. Коммуникационные соединения (сommunicating junctions).
Синапс.
Передача импульса в нервной системе происходит в несколько этапов:
· проведение по нервному волокну электрического импульса;
· процесс химической передачи в синапсе с помощью нейромедиатора (либо процесс в электрическом синапсе);
· проведение электрического импульса по следующему нервному волокну, либо реакция мышечной (сокращение миоцита) или железистой ткани (экзоцитоз секрета).
С физиологической и биохимической точки зрения второй этап является наиболее сложным. Он представляет собой цепь процессов, суть которых сводится к преобразованию электрического сигнала в химический, а затем – химического в электрический. Нейронная теория, разработанная Рамон-и-Кахалом, знаменитым испанским гистологом, подтверждена биохимически. Нейрон, его аксон и окончания синтезируют медиатор, который хранится в особых пузырьках, видимых с помощью электронного микроскопа. Эти пузырьки, под воздействием нервного импульса, приходящего в нервное окончание, разрываются и изливают своё содержимое в синаптическую щель. Пузырьки образуются в теле нейрона, заполняются молекулами медиатора и транспортируются вдоль аксона к нервному окончанию.
|
|
|
Химическими посредниками в процессе передачи нервного импульса являются биологически активные вещества, выделяемые нервными окончаниями. Эти вещества называются нейромедиаторы (синоним – нейротрансмиттер). Сначала были открыты адреналин и ацетилхолин. В настоящее время открыто более 30 медиаторов, среди которых норадреналин, серотонин, мелатонин, гистамин, дофамин, октопамин, АТФ, ГАМК, глицин, глутамат, аспартат, эндорфины, энкефалины, вазопрессин, окситоцин, вещество P.
§ Процесс химической передачи.
Процесс химической передачи проходит ряд этапов: синтез медиатора, его накопление, высвобождение, взаимодействие с рецептором и прекращение действия медиатора. Каждый из этих этапов детально охарактеризован, и найдены препараты, которые избирательно усиливают или блокируют конкретный этап. Эти исследования позволили проникнуть в механизм действия психотропных лекарственных средств, а также выявить связь некоторых нервных и психических болезней со специфическими нарушениями синаптических механизмов:
|
|
|
1. Синтез молекул медиатора в нервных окончаниях. Каждый нейрон обычно обладает только таким биохимическим "аппаратом", какой ему нужен для синтеза медиаторов, которые выделяются из всех окончаний его аксона. Молекулы медиатора синтезируются путём соединения предшественников или их изменений в результате ряда ферментативных реакций. Может быть один этап ферментативного катализа (ацетилхолин) или до трёх этапов (адреналин). Многие этапы синтеза можно блокировать фармакологическими агентами, что лежит в основе действия многих лекарств, влияющих на нервную систему.
2. После выработки молекул медиатора они накапливаются и хранятся в окончании аксона в маленьких мешочках, связанных с мембраной. В одном окончании могут быть тысячи синаптических пузырьков, каждый из которых содержит от 10 тыс. до 100 тыс. молекул медиатора.
3. Высвобождение Приход нервного импульса в окончание аксона вызывает высвобождение множества молекул медиатора из окончания в синаптическую щель. Нервный импульс запускает выход медиатора, повышая проницаемость нервного окончания для ионов Ca2+, которые устремляются в него и активируют механизм высвобождения молекул.
|
|
|
4. Взаимодействие с рецептором. Вышедшие молекулы медиатора быстро проходят через наполненную жидкостью щель между окончанием аксона и мембраной воспринимающего нейрона. Здесь они взаимодействуют со специфическими рецепторами постсинаптической мембраны. Рецепторы фактически представляют собой крупные белковые молекулы, погружённые в полужидкую матрицу клеточной мембраны: части их торчат над и под мембраной подобно айсбергам. Выходящий на поверхность участок рецепторного блока и молекула медиатора имеют одинаковые очертания, они соответствуют друг другу как ключ и замок. Существует 2 основных типа медиаторных рецепторов: быстро действующие – осуществляют передачу, регулируя проницаемость ионной поры, и медленно действующие, которые вызывают образование второго посредника, который в свою очередь опосредует эффекты, производимые медиатором в постсинаптическом нейроне.
5. Окончательное действие. Взаимодействие медиатора с его рецептором меняет трёхмерную форму рецепторного белка, инициируя этим определённую последовательность событий. Это взаимодействие может вызвать возбуждение или торможение нейрона, сокращение миоцита, а также образование и выделение гормона клеткой железы. Во всех этих случаях рецептор "переводит сообщение, закодированное в молекулярной структуре медиатора, в специфическую физиологическую реакцию. Как только молекула медиатора свяжется со своим рецептором, она должна быть инактивированна во избежание слишком длительного её действия и нарушения точного контроля передачи.
|
|
|
§ Механизмы рецепции на молекулярном уровне.
1. Ацетилхолин взаимодействует с рецепторным белком в постсинаптической мембране. АХ является лигандом, когда имеют ввиду, что он связывается с определенным участком белка. И это вызывает изменение проницаемости мембраны. Реакция мембраны может быть либо быстрая либо медленная. Действие АХ обрывается гидролизом, наступающем под действием фермента ацетилхолинэстеразы, с обратным захватом холина (80%) в пресинаптическое окончание.
2. ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) может связываться с 2 типами мембранных рецепторов – с высоким и низким сродством. Эти рецепторы в свою очередь контролируют ионофор (канал проводимости) для ионов Cl-, которые движутся во время ГАМК-эргических ТПСП. Бензодиазепиновые препараты вызывают угнетение ГАМК-эргических синапсов и, благодаря этому, используются для лечения тревожных состояний и страха. ГАМК удаляется из щели путем захвата пресинаптическим окончанием, а также клетками глии. Глия играет важную роль как в захвате так и в метаболизме ГАМК.
3. Молекула медиатора связывается с мембранным белком, при этом имеется механизм очищения щели и для обратного захвата (50%). Однако последующая реакция в постсинаптическом окончании более сложна.
Рецепторный белок аденилатциклаза активирует внутренний рецептор – протеинкиназу, что приводит к фосфорилированию белка. Завершается этот процесс изменением ионной проводимости мембраны.
§ Типы синапсов.
Синапсы на типичном нейроне в головном мозгу являются либо возбуждающими либо тормозными, в зависимости от типа выделяющегося в них медиатора. Они различаются морфологически под электронным микроскопом: для возбуждающих синапсов характерны сферические пузырьки и сплошное утолщение постсинаптической мембраны (1-ый тип), а для тормозных – уплощённые пузырьки и несплошное утолщение мембраны (2-й тип). Синапсы можно также классифицировать по их расположению на поверхности воспринимающего нейрона – на теле клетки, на стволе или "шипике" дендрита, или на аксоне. Понятие синапс было введено в конце XIX века Ч. Шеррингтоном, который под этим термином понимал структуру, которая опосредует передачу сигнала от окончания аксона нервной клетки к эффектору – нейрону, мышечному волокну, секреторной клетке.
В зависимости от способа передачи выделяют химические, электрические и смешанные синапсы. В электрических синапсах потенциал действия пресинаптических окончаний обеспечивает деполяризацию постсинаптической мембраны. Морфологическую основу электрической передачи составляет высокопроводящий ("низкоомный") щелевой контакт, для которого характерны тесное соприкосновение пре- и постсинаптической мембран (ширина синаптической щели 2-4 нм), большая площадь контакта этих мембран, наличие ультраструктур, снижающих электрическое сопротивление в области контакта.
Для электрической синаптической передачи характерны:
· отсутствие синаптической задержки;
· проведение сигнала в обоих направлениях;
· независимость передачи сигнала от потенциала пресинаптической мембраны;
· устойчивость к изменениям концентраций концентрации Ca2+ и Mg2+, низкой температуре, некоторым фармакологическим воздействиям.
Наиболее распространены электрические синапсы у беспозвоночных и низших позвоночных. Электрические синапсы находятся между нервными клетками, однотипными по структуре и функциям.
В химическом синапсе нервный импульс вызывает освобождение из пресинаптических окончаний химического посредника – нейромедиатора, который диффундирует через синаптическую щель (шириной в 10-50 нм) и вступает во взаимодействие с белками-рецепторами постсинаптической мембраны, в результате чего генерируется постсинаптический потенциал. Химические синапсы являются преобладающими у млекопитающих.
Для химической передачи характерны:
· одностороннее проведение сигнала;
· усиление сигнала;
· конвергенция многих сигналов на одной постсинаптической клетке;
· пластичность передачи сигналов (обучение, память и т. д.).
Существует 2 типа химических синапсов:
1. Тип I. Синаптическая щель шириной около 30 нм, сравнительно большая зона контакта (1-2 мкм в поперечнике), заметное накопление плотного матрикса под постсинаптической мембраной. Характерны большие везикулы (диаметр 30-60 нм).
2. Тип II. Синаптическая щель шириной около 20 нм, сравнительно небольшая зона контакта (менее 1 мкм), уплотнения мембран выражены умеренно и симметричны. Характерны небольшие везикулы (диаметр 10-30 нм).
§ Синаптические пузырьки.
Синаптические пузырьки выполняют две важные функции – хранение медиатора и его высвобождение. Их жизненный цикл можно разделить на 4 стадии: биогенез, созревание, экзоцитоз-эндоцитоз и деградация.
Биогенез состоит из 2 этапов – образования в соме нейрона пустых синаптических пузырьков и аксонного транспорта этих мембранных образований в пресинаптическое окончание. Интегральные мембранные белки образуются в ЭР и далее поступают в аппарат Гольджи. Мембранные образования направляются в пресинаптическое окончание посредством системы быстрого аксонного транспорта, с участием белков микротрубочек – кинезинов.
Созревание синаптических пузырьков происходит в пресинаптическом окончании и включает 2 процесса: заполнение пузырька медиатором и прикрепление его к цитоскелету. В заполнении пузырька участвуют: электрогенный протонный насос, создающий градиент, ионные каналы (для Na+, K+ и Cl-), переносчики электронов и специфические белки-переносчики медиаторов. Также для созревания синаптических пузырьков необходимо их прикрепление к актиновым нитям цитоскелета и друг к другу, что осуществляет синапсин I, белок, соединенный с поверхностью пузырька.
Экзоцитоз обеспечивается тремя последовательными реакциями:
1. образованием контакта между мембраной пузырька и пресинаптической мембраной;
2. сцеплением, во время которого белки, участвующие в экзоциотозе, выстраиваются в определенном порядке и активируются;
3. слиянием двух мембран, т. е. образованием трансмембранной гидрофильной поры.
В процессе экзоцитоза задействованы белки мембраны синаптического пузырька: синаптобревин (VAMP), синаптотагмин (p65), поверхностный белок rab3, регулирующий стыковку и сцепление и обладающий свойствами ГТФ-азы, синаптофизин, образующий трансмембранную пору (вероятно). Также участвуют в экзоцитозе и белки пресинаптической мембраны. Это синтаксины (HPC-1) 1 A и 1В, способные взаимодействовать с синаптотагмином пузырьков, белок GAP-3 (нейромодулин) – регулятор секреции и SNAP-25, определяющий специфичность перемещений пузырька.
В процессе экзоцитоза, вероятно, сначала образуется комплекс вышеуказанных белков, а затем происходят конформационные изменения белков, способствующие слиянию мембран. Образуется пора, через которую содержимое пузырька поступает в синаптическую щель.
За экзоцитозом следует эндоцитоз синаптических пузырьков. Предполагается, что оно происходит путем встраивания мембраны пузырька в пресинаптическую мембрану с последующим отпочковыванием мембранного материала в цитоплазму и образованием так называемых окаймленных (покрытых клатрином) пузырьков.
После некоторого (пока неизвестного) количества циклов экзоцитоза-эндоцитоза мембранные компоненты синаптических пузырьков подвергаются деградации. Интегральные белки сначала возвращаются в тело нейрона в результате ретроградного аксонного транспорта, а поверхностные белки (синапсин I) метаболизируются в нервном окончании.
6.3.2. Щелевые контакты (gap junсtions).
Щелевые контакты опосредуют электрическое и химическое сопряжение клеток, контактирующих друг с другом. В районе щелевого контакта мембраны соседних клеток разделены тонкой щелью постоянной ширины (2-4 нм), которая перекрывается каналоформирующими белками, что позволяет малым молекулам (с молекулярной массой не более 1000) напрямую переходить из цитоплазмы одной клетки в цитоплазму другой (электрическое и метаболическое сопряжение).
Электрическое сопряжение нервных клеток, опосредованное щелевыми контактами, позволяет потенциалу действия быстро распространяться от клетки к клетке без задержки, происходящей в химических синапсах. Электрическое сопряжение, опосредованное щелевыми контактами, синхронизирует сокращения клеток сердечной мышцы и гладкомышечных клеток, ответственных за перистальтические движения тонкого кишечника. Однако щелевые контакты присутствуют и в тканях, не содержащих электрически возбудимых клеток. Предполагается, что обмен метаболитами, ионами, внутриклеточными медиаторами (сАМР, кальций), опосредованный щелевыми контактами, может быть механизмом координирования активностей таких отдельных клеток, сглаживания случайных колебаний внутриклеточных концентраций и распространения от клетки к клетке ответа на действие внеклеточных сигнальных молекул.
Электрическое сопряжение клеток посредством щелевых контактов наблюдается в эмбриогенезе. На ранних стадиях развития большинство клеток эмбриона электрически сопряжено друг с другом. Однако по мере дифференцировки специфических групп клеток, как правило, происходит их сопряжение от окружающей ткани (например, формирующейся нервной трубки от вышележащей эктодермы). В то же время клетки внутри каждой группы остаются сопряженными друг с другом, следуя по сходному пути развития координированным образом.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 320; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!