Медиаторные системы мозга

Содержание 

Введение…………………………………………………………………….с. 2

1. Головной мозг и нервные импульсы………………………………...с. 3 - 4

2. Нейротрансмиттеры и головной мозг………………………………..с. 5 - 7

3. Нейромедиаторы. Их химическая классификация…………………с. 8 -12

Заключение…………………………………………………………………с. 13

Список литературы……………………………………………………с. 14 - 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Головной  мозг человека - орган, координирующий и регулирующий все жизненные функции организма и контролирующий поведение. Все наши мысли, чувства, ощущения, желания и движения связаны с работой мозга, и если он не функционирует, человек переходит в вегетативное состояние: утрачивается способность к каким-либо действиям, ощущениям или реакциям на внешние воздействия.

     Память, способность к воспроизведению  прошлого опыта, одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.

     Медиаторам  – химическим посредникам в синаптической  передаче информации – придается большое значение в обеспечении механизмов долговременной памяти. Основные медиаторные системы головного мозга – холинэргическая и моноаминоэргическая (включает в себя норадреноэргическую, дофаминэргическую и серотонинэргическую) – принимают самое непосредственное участие в обучении и формировании энграмм памяти. 
 
 
 
 
 

1. Головной  мозг и нервные  импульсы  
   

     Центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного и спинного мозга. Она  связана с различными частями  тела периферическими нервами – двигательными и чувствительными.

     Головной  мозг – симметричная структура, как  и большинство других частей тела. При рождении его вес составляет примерно 0,3 кг, тогда как у взрослого  он – 1,5 кг. При внешнем осмотре  мозга внимание, прежде всего, привлекают два больших полушария, скрывающие под собой более глубинные образования. Поверхность полушарий покрыта бороздами и извилинами, увеличивающими поверхность коры (наружного слоя мозга). Сзади помещается мозжечок, поверхность которого более тонко изрезана. Ниже больших полушарий расположен ствол мозга, переходящий в спинной мозг. От ствола и спинного мозга отходят нервы, по которым к мозгу стекается информация от внутренних и наружных рецепторов, а в обратном направлении идут сигналы к мышцам и железам.

     От  головного мозга отходят 12 пар  черепно-мозговых нервов.  
Внутри мозга различают серое вещество, состоящее преимущественно из тел нервных клеток и образующее кору, и белое вещество – нервные волокна, которые формируют проводящие пути (тракты), связывающие между собой различные отделы мозга, а также образуют нервы, выходящие за пределы ЦНС и идущие к различным органам.  
Клетки ЦНС называются нейронами; их функция – обработка информации. В мозгу человека от 5 до 20 млрд. нейронов.

     В состав мозга входят также глиальные клетки, их примерно в 10 раз больше, чем нейронов. Глия заполняет пространство между нейронами, образуя несущий каркас нервной ткани, а также выполняет метаболические и другие функции.

     Нейрон, как и все другие клетки, окружен  полупроницаемой (плазматической) мембраной. От тела клетки отходят два типа отростков – дендриты и аксоны. У большинства нейронов много ветвящихся дендритов, но лишь один аксон. Дендриты обычно очень короткие, тогда как длина аксона колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Тело нейрона содержит ядро и другие органеллы, такие же, как и в других клетках тела.

     Передача  информации в мозгу, как и нервной  системе в целом, осуществляется посредством нервных импульсов. Они распространяются в направлении  от тела клетки к концевому отделу аксона, который может ветвиться, образуя множество окончаний, контактирующих с другими нейронами через узкую щель – синапс; передача импульсов через синапс опосредована химическими веществами – нейромедиаторами.  
Нервный импульс обычно зарождается в дендритах – тонких ветвящихся отростках нейрона, специализирующихся на получении информации от других нейронов и передаче ее телу нейрона. На дендритах и, в меньшем числе, на теле клетки имеются тысячи синапсов; именно через синапсы аксон, несущий информацию от тела нейрона, передает ее дендритам других нейронов.

     В окончании аксона, которое образует пресинаптическую часть синапса, содержатся маленькие пузырьки с нейромедиатором. Когда импульс достигает пресинаптической мембраны, нейромедиатор из пузырька высвобождается в синаптическую щель. Окончание аксона содержит только один тип нейромедиатора, часто в сочетании с одним или несколькими типами нейромодуляторов. 

2. Нейротрансмиттеры и головной мозг  
   

     Нейротрансмиттеры – это химические передатчики сигналов между нейронами и от нейронов на эффекторные (исполнительные) клетки. Именно НТ создают возможность объединения отдельных нейронов в целостный головной мозг и позволяют ему успешно выполнять все его многообразные и жизненно необходимые функции.

     Нейротрансмиттеры делят на нейромедиаторы – прямые передатчики нервного импульса, дающие пусковые эффекты (изменение активности нейрона, сокращение мышцы, секрецию железы), и нейромодуляторы – вещества, модифицирующие эффект нейромедиаторов. Соотношение концентраций и активности нейромедиаторов определяет функциональное состояние большинства постсинаптических клеток. Нейромодуляторы обычно действуют более локально – в определённых зонах мозга.

     Большинство нейротрансмиттеров синтезируются  в нейронах. Затем они транспортируются в особые везикулы (пузырьки) в обмен на накопленные там ионы. Эти везикулы расположены в нервном окончании, нейротрансмиттеры хранятся в них в очень высоких концентрациях. Когда распространяющийся по нерву потенциал действия приходит в зону везикул, он открывает потенциалзависимые каналы, ионы входят в нервные клетки, что приводит к выбросу из них нейротрансмиттеров в синапс. Синапс – это щель шириной 10–50 нм между двумя нейронами или нейроном и другой клеткой.

     Встречаются, но гораздо реже (не у млекопитающих) электрические синапсы шириной всего 2 нм. В головном и спинном мозге нейроны образуют синапсы с большим количеством других нейронов, а в периферической нервной системе – с эффекторными клетками. Первая клетка (это всегда нейрон) называется пресинаптической, вторая – постсинаптической. Очевидно, что нейромедиатор образуется и выделяется в синапс пресинаптическим нейроном; нейромодулятор, вероятно, может образовываться и глией – другим типом клеток нервной системы, выполняющим защитные, поддерживающие и трофические функции; глия может также участвовать в инактивировании нейротрансмиттеров.

     Различают возбуждающие и ингибирующие, или  тормозящие, нейротрансмиттеры, эффекты  первых преобладают в состоянии  бодрствования животных и высокой функциональной активности мозга, вторых – в покое и особенно во время спокойного сна без сновидений.  
По химической структуре нейротрансмиттеры можно разделить на пять классов: 1) аминокислоты, 2) амины и их производные, 3) нейропептиды, 4) нуклеозиды и нуклеотиды, 5) стероиды. Последние два класса пока представлены единичными веществами.

     Все нейротрансмиттеры диффундируют через  синапс и на наружной стороне плазматической мембраны постсинаптической клетки связываются со своими специфическими рецепторами. Образование НТ-рецепторного комплекса изменяет функциональное состояние клетки. Следовательно, эффект нейротрансмиттера не требует его проникновения через мембрану – внутрь клетки поступает не сам нейротрансмиттер, а сигнал, возникающий при связывании нейротрансмиттера с рецептором. Восприятие, преобразование, усиление и передачу сигнала внутрь клетки и затем внутрь её органелл осуществляют сигнал-трансдукторные системы (СТС). Рецепторами нейромедиаторов являются регуляторные субъединицы быстрых ионных (Na +- или Сl – ) каналов – это ионотропные рецепторы.

     Эффекты нейромодуляторов реализуются намного  более сложными СТС, включающими  рецепторы, ГТФ-зависимые G-белки, мембранные ферменты, Са 2+- или К +- каналы, вторые посредники и их белковые рецепторы (чаще всего протеинкиназы) – это метаботропные рецепторы. Разные механизмы реализации сигналов определяют временные различия: нейромедиаторы действуют за время нервного импульса – миллисекунды (быстрые ответы клеток), модуляторы – за секунды или минуты, такие эффекты называют медленными.

     Действие  нейротрансмиттеров в синапсе чаще всего прекращается его быстрой  инактивацией путём Na +- зависимого обратного  захвата пресинаптическим нейроном или глией (аминокислоты, моноамины) с последующим входом в пресинаптические везикулы в обмен на накопленные там ионы. Известна также инактивация путём ферментного метаболизма прямо в синапсе (ацетилхолин разрушается ацетилхолинэстеразой постсинаптической мембраны) или диффузии за пределы синапса (катехоламины). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Нейромедиаторы. Их химическая классификация  

     Передача  нервных импульсов через синапсы  происходит химическим путем – с  помощью нейромедиаторов (нейротрансмиттеров). В настоящее время известны следующие  вещества, выполняющие медиаторные  функции: ацетилхолин, катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин), аминокислоты (гамма-аминомасляная кислота, глутаминовая кислота, глицин), гистамин, нейроактивные пептиды. К числу самых важных нейромедиаторов мозга относятся ацетилхолин, норадреналин, серотонин, дофамин, глутамат, ГАМК, эндорфины и энкефалины.

     Нейромедиаторы - это вещества, которые характеризуются следующими признаками:

1. Накапливаются  в пресинаптической структуре  в достаточной концентрации.  
2. Освобождаются при передаче импульса.  
3. Вызывают после связывания с постсинаптической мембраной изменение скорости метаболических процессов и возникновение электрического импульса.  
4. Имеют систему для инактивации или транпортную систему для удаления из синапса, обладающие к ним высоким сродством.  
Таким образом, нейромедиаторы играют важную роль в функционировании нервной ткани, обеспечивая синаптическую передачу нервного импульса. Их синтез происходит в теле нейронов, а накопление - в особых везикулах, которые постепенно перемещаются с участием систем нейрофиламентов и нейротрубочек к кончикам аксонов.

     Аминокислоты (и их производные). К ним относят  таурин, норадреналин, ДОФАминГАМК, глицин, ацетилхолин, гомоцистеин и некоторые другие (адреналин, серотонин, гистамин, серотонин).

     Таурин. Образуется из аминокислоты цистеина. Сначала происходит окисление серы в SH-группе до остатка серной кислоты (процесс идет в несколько стадий), а затем происходит декарбоксилирование. Таурин - это необычная кислота, в которой нет карбоксильной группы, а имеется остаток серной кислоты. Таурин принимает участие в проведении нервного импульса в процессе зрительного восприятия.

     Ацетилхолин. Для синтеза холина требуются аминокислоты серин, метионин. Этаноламин может быть использован и в готовом виде. Но, как правило, из крови в нервную ткань поступает уже готовый холин. Второй же предшественник этого нейромедиатора - Ацетил-КоА, синтезируется в нервных окончаниях.

     Продукт этой реакции ацетилхолин участвует  в синаптической передаче нервного импульса. Он накапливается в синаптических  пузырьках, образуя комплексы с  отрицательно заряженным белком везикулином. Передача возбуждения с одной  клетки на другую осуществляется с помощью специального синаптического механизма.

     Синапс  – это функциональный контакт  специализированных участков плазматических мембран двух возбудимых клеток. Синапс состоит из пресинаптической мембраны, синаптической щели и постинаптической мембраны. Мембраны клеток в месте контакта имеют утолщения в виде бляшек – нервных окончаний. Нервный импульс, достигший нервного окончания, не в состоянии преодолеть возникшее перед ним препятствие - синаптическую щель. После этого электрический сигнал преобразуется в химический. Пресинаптическая мембрана содержит специальные канальные белки, подобные белкам, формирующим натриевый канал в мембране аксона. Они тоже реагируют на мембранный потенциал, изменяя свою конформацию и формируют канал.

     Катехоламины: норадреналин и дофамин. Адренэргические синапсы встречаются в постганглионарных волокнах, в волокнах симпатической нервной системы, в различных отделах головного мозга. Катехоламины в нервной ткани синтезируются по общему механизму из тирозина. Ключевой фермент синтеза – тирозингидроксилаза, ингибируемая конечными продуктами.

     Норадреналин  – медиатор в постганглионарных  волокнах симпатической и в различных отделах ЦНС.

     Дофамин – медиатор проводящих путей, тела нейронов которого расположены в  отделе мозга, который отвечает за контроль произвольных движений. Поэтому при нарушении дофаминэргической передачи возникает заболевание паркинсонизм.

     Катехоламины, как и ацетилхолин, накапливаются  в синаптических пузырьках и  тоже выделяется в синаптическую  щель при поступлении нервного импульса. Но регуляция в адренэргическом рецепторе происходит иначе. В пресинаптической мембране здесь имеется специальный регуляторный белок - ахромогранин (Мм = 77 кДа), который в ответ на повышение концентрации медиатора в синаптической щели связывает уже выделившийся медиатор и прекращает его дальнейший экзоцитоз. Фермента, разрушающего медиатор, в адренэргических синапсах нет. После передачи импульса молекулы медиатора перекачивается специальной транспортной системой путем активного транспорта с участием АТФ обратно через пресинаптическую мембрану и включается вновь в везикулы. В пресинаптическом нервном окончании излишек медиатора может быть инактивирован моноаминоксидазой, а также катехоламин-О-метилтрансферазой путем метилирования по оксигруппе.

     ГАМК  – тормозной медиатор. Повышает проницаемость постсинаптических  мембран для ионов калия. Это  ведет к изменению мембранного потенциала.

     Пептиды. Имеют в своем составе от трех до нескольких десятков аминокислотных остатков. Функционируют только в высших отделах нервной системы.

     Эти пептиды, как и катехоламины, выполняют  функцию не только нейромедиаторов, но и гормонов. Передают информацию от клетки к клетке по системе циркуляции.

     Сюда  относятся:

1. нейрогипофизарные  гормоны (вазопрессин, либерины, статины). Эти вещества одновременно и гормоны и медиаторы;  
2. гастроинтестинальные пептиды (гастрин, холецистокинин). Гастрин вызывает чувство голода, холецистокинин вызывает чувство насыщения, а также стимулирует сокращение желчного пузыря и функцию поджелудочной железы;  
3. опиатоподобные пептиды (или пептиды обезболивания). Образуются путем реакций ограниченного протеолиза белка-предшественника проопиокортина. Взаимодействуют с теми же рецепторами, что и опиаты (например, морфин), тем самым имитируют их действие. Общее название - эндорфины - вызывают обезболивание. Они легко разрушаются протеиназами, поэтому их фармакологический эффект незначителен;  
4. пептиды сна. Их молекулярная природа не установлена. Известно лишь, что их введение животным вызывает сон;  
5. пептиды памяти (скотофобин). Накапливается в мозге крыс при тренировке на избегание темноты;  
6. пептиды - компоненты ренин-ангиотензиновой системы. Показано, что введение ангиотензина-II в центр жажды головного мозга вызывает появление этого ощущения и стимулирует секрецию антидиуретического гормона.

Образование пептидов происходит в результате реакций  ограниченного протеолиза, разрушаются  также под действием протеина.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение  

     Нейротрансмиттеры – химические передатчики сигналов нейронов – разделяются на нейромедиаторы и нейромодуляторы. Первые прямо передают нервные импульсы, вторые модифицируют действие медиаторов.

     Главные медиаторы головного мозга –  возбуждающие (глутамат, аспартат) и  ингибирующие (ГАМК, глицин) аминокислоты, соотношение их концентраций и активности в основном определяет функциональное состояние большинства нейронов.

     Нейромодуляторы обычно действуют более локально – в определённых зонах мозга  и создают дополнительные вариации, обогащающие спектр физиологического состояния нейронов. В целом множественность нейротрансмиттеров и многообразие их действия, включая как совпадение, так и противоположность эффектов, обеспечивают функционирование самого сложного органа нашего организма – центральной нервной системы, объединение отдельных нейронов в целостный головной мозг и успешное выполнение всех его разнообразных и жизненно необходимых функций.

     Передача  нервных импульсов через синапсы  происходит химическим путем – с  помощью нейромедиаторов (нейротрансмиттеров). В настоящее время известны следующие вещества, выполняющие медиаторные функции: ацетилхолин, катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин), аминокислоты (гамма-аминомасляная кислота, глутаминовая кислота, глицин), гистамин, нейроактивные пептиды. К числу самых важных нейромедиаторов мозга относятся ацетилхолин, норадреналин, серотонин, дофамин, глутамат, ГАМК, эндорфины и энкефалины.  

Список  литературы 

1. Албертс Б. и др. Молекуляpная биология клетки: В 3 т. - М.: Миp, 1994. Т. . - с. 338—393.

2. Биохимия мозга / Под ред. И.П.Ашмарина и др. - СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 1999. - с. 29—56, 179—266, 296—317.

3. Блум Ф., Лейзерсон А., Хофстедтер Л. Мозг, разум и поведение. - М.: Мир, 1988. -  246 с.

4. Иверсен Л. Химия мозга // Мозг / Под ред. П.В.Симонова. - М.: Мир, 1984. - с.141—166.

5. Кулинский В.И. Две стратегии выживания организма // Энциклопедия «Современное естествознание»: В 10 т. М.: Наука; Флинта, 1999. Т. 2: Общая биология. - с. 252–254.

6. Кулинский В.И. Передача и трансдукция гормонального сигнала в разные части клетки // Соросовский Образовательный Журнал. – М., 1997. № 8. - с. 14–19.  
7. Мозг и нейропептиды. Справочно-информационное издание / Сост. О.А.Гомазков.-  М., 1997. - 169 с.

8. Нейрохимия / Под ред. И.П. Ашмарина, П.В. Стукалова. - М.: НИИ биомедхимии РАМН, 1996. - 469 с.  
9. Раевский К.С., Георгиев В.П. Медиаторные аминокислоты: Нейрофармакологические и нейрохимические аспекты. - М.: Медицина, 1986. - 239 с.  
10. Сахаров Д.А. Медиаторы // Общая физиология нервной системы. - Л.: Наука, 1979. - с. 221—227.

11. Сахаров Д.А. Множественность нейротрансмиттеров: функциональное значение // Журн. эвол. биохим. и физиол. М., - 1990. Т. 26. № 5. - с. 733—749.

12. Сергеев П.В., Шимановский Н.Л., Петров В.И. Рецепторы физиологически активных веществ. 2-е изд. - М.; Волгоград, 1999. - 639 с.  
13.Ткачук В.А. Молекулярные механизмы нейроэндокринной регуляции // Соросовский Образовательный Журнал. - М.,1998. № 6. - с. 16–20.

14. Шеперд Г. Нейробиология: В 2 т. - М.: Мир, 1987. Т.1. 454 с; Т. 2. - с. 34—45, 173—176.

15. Экклс Дж. Физиология синапсов. - М.: Мир, 1966. - 395 с.