Кіріспе
Нейротрансмиссия (лат. transmissio "өткізу, кесіп өту" transmittere "өткізу, жіберу") – нейротрансмиттерлер деп аталатын сигнал молекулаларының нейронның аксон терминалы (пресинаптикалық нейрон) арқылы босатылуы және басқа нейронның (постсинаптикалық нейрон) дендриттеріндегі рецепторлармен байланысып, олармен қысқа қашықтықта әрекеттесуі. Осыған ұқсас процесс ретроградты нейротрансмиссияда жүзеге асады, онда постсинаптикалық нейронның дендриттері ретроградты нейротрансмиттерлерді (мысалы, эндоканнабиноидтар; жасушаішілік кальций деңгейінің өсуіне жауап ретінде синтезделеді) шығарады, олар пресинаптикалық нейронның аксон терминалында орналасқан рецепторлар арқылы сигнал береді, негізінен ГАМК-ергіш және глутаматергіш синапстар арқылы. Нейротрансмиссия бірнеше факторлармен реттеледі: нейротрансмиттердің болуы және синтезделу жылдамдығы, осы нейротрансмиттердің босатылуы, постсинаптикалық жасушаның бастапқы белсенділігі, нейротрансмиттердің байланысуы үшін қолжетімді постсинаптикалық рецепторлардың саны, сондай-ақ ферменттермен немесе пресинаптикалық қайта сіңірумен нейротрансмиттердің алынуы немесе деактивациясы. Шекті әрекет потенциалына немесе градуированный электр потенциалына жауап ретінде пресинаптикалық терминалда нейротрансмиттер босатылады. Босатылған нейротрансмиттер синапс арқылы қозғалып, постсинаптикалық нейронның рецепторларымен байланысады. Нейротрансмиттерлердің байланысуы постсинаптикалық нейронға тежегіш немесе қоздырғыш әсер ете алады. Нейротрансмиттерлердің постсинаптикалық нейрондағы рецепторларға байланысуы қысқа мерзімді өзгерістерге, мысалы, постсинаптикалық потенциалдар деп аталатын мембраналық потенциалдағы өзгерістерге немесе сигналдық каскадтардың белсендірілуі арқылы ұзақ мерзімді өзгерістерге әкелуі мүмкін. Нейрондар жүйке импульстерінің (әрекет потенциалдарының) өтуі арқылы күрделі биологиялық жүйке желілерін құрайды. Нейрондар бір-біріне жанаспайды (электрлік синапс арқылы саңылауды қоспағанда); оның орнына нейрондар синапстар деп аталатын жақын байланыс нүктелерінде өзара әрекеттеседі. Нейрон өз ақпаратын әрекет потенциалы арқылы жеткізеді. Жүйке импульсі синапсқа жеткенде, ол басқа (постсинаптикалық) нейронға әсер ететін нейротрансмиттерлердің босатылуына себеп болуы мүмкін. Постсинаптикалық нейрон көптеген қосымша нейрондардан, қоздырғыштардан да, тежегіштерден де кіріс алады. Қоздырғыш және тежегіш әсерлер жиынтықталады, егер жалпы әсер тежегіш болса, нейронның "ату" ықтималдығы төмендейді (яғни, әрекет потенциалын тудыру), ал егер жалпы әсер қоздырғыш болса, нейронның ату ықтималдығы артады. Нейронның атуы оның мембраналық потенциалының шекті потенциалдан қаншалықты алыс екендігіне байланысты, өйткені кернеуге тәуелді натрий арналары жеткілікті белсендіріледі, сондықтан ішкі натрий тогы барлық сыртқы токтардан асып түседі. Қоздырғыш кіріс нейронды шекке жақындатады, ал тежегіш кіріс нейронды шектен алыстатады. Әрекет потенциалы – "барлығы немесе ешқайсысы жоқ" құбылысы; мембраналары шекке жетпеген нейрондар атуға қабілетсіз, ал жеткендері міндетті түрде атуға мәжбүр. Әрекет потенциалы басталғаннан кейін (әдетте аксон төбелісінде) аксон бойымен таралады, бұл синаптық түйіннен нейротрансмиттерлердің босатылуына және ақпараттың тағы бір іргелес нейронға берілуіне әкеледі.
Neurotransmission (Latin: transmissio "passage, crossing" from transmittere "send, let through") is the process by which signaling molecules called neurotransmitters are released by the axon terminal of a neuron (the presynaptic neuron), and bind to and react with the receptors on the dendrites of another neuron (the postsynaptic neuron) a short distance away. A similar process occurs in retrograde neurotransmission, where the dendrites of the postsynaptic neuron release retrograde neurotransmitters (e. g., endocannabinoids; synthesized in response to a rise in intracellular calcium levels) that signal through receptors that are located on the axon terminal of the presynaptic neuron, mainly at GABAergic and glutamatergic synapses. Neurotransmission is regulated by several different factors: the availability and rate of synthesis of the neurotransmitter, the release of that neurotransmitter, the baseline activity of the postsynaptic cell, the number of available postsynaptic receptors for the neurotransmitter to bind to, and the subsequent removal or deactivation of the neurotransmitter by enzymes or presynaptic reuptake. In response to a threshold action potential or graded electrical potential, a neurotransmitter is released at the presynaptic terminal. The released neurotransmitter may then move across the synapse to be detected by and bind with receptors in the postsynaptic neuron. Binding of neurotransmitters may influence the postsynaptic neuron in either an inhibitory or excitatory way. The binding of neurotransmitters to receptors in the postsynaptic neuron can trigger either short term changes, such as changes in the membrane potential called postsynaptic potentials, or longer term changes by the activation of signaling cascades. Neurons form complex biological neural networks through which nerve impulses (action potentials) travel. Neurons do not touch each other (except in the case of an electrical synapse through a gap junction); instead, neurons interact at close contact points called synapses. A neuron transports its information by way of an action potential. When the nerve impulse arrives at the synapse, it may cause the release of neurotransmitters, which influence another (postsynaptic) neuron. The postsynaptic neuron may receive inputs from many additional neurons, both excitatory and inhibitory. The excitatory and inhibitory influences are summed, and if the net effect is inhibitory, the neuron will be less likely to "fire" (i. e., generate an action potential), and if the net effect is excitatory, the neuron will be more likely to fire. How likely a neuron is to fire depends on how far its membrane potential is from the threshold potential, the voltage at which an action potential is triggered because enough voltage dependent sodium channels are activated so that the net inward sodium current exceeds all outward currents. Excitatory inputs bring a neuron closer to threshold, while inhibitory inputs bring the neuron farther from threshold. An action potential is an "all or none" event; neurons whose membranes have not reached threshold will not fire, while those that do must fire. Once the action potential is initiated (traditionally at the axon hillock), it will propagate along the axon, leading to release of neurotransmitters at the synaptic bouton to pass along information to yet another adjacent neuron.
Синапстегі нейротрансмиссияның кезеңдері
Нейротрансмиттердің синтезі. Бұл клетка денесінде, аксонда немесе аксон ұшында жүзеге асуы мүмкін. Нейротрансмиттер аксон ұшындағы сақтау түйіршіктерінде немесе везикулаларда сақталады. Әрекеттік потенциал кезінде кальций аксон ұшына еніп, нейротрансмиттердің синаптық кеңістікке босатылуына себеп болады. Босатылғаннан кейін, нейротрансмиттер постсинаптикалық мембранадағы рецептормен байланысып, оны белсендіреді. Нейротрансмиттердің деактивациясы. Нейротрансмиттер ферменттер арқылы жойылады немесе қайдан шыққан болса, сол терминалға қайта сіңіріліп, қайта пайдаланылады немесе ыдырайды және жойылады.
Жалпы сипаттама
Нейротрансмиттерлер өздігінен көпіршіктерге жиналады және пресинаптикалық әсер ету потенциалына тәуелсіз, жеке кванттық пакеттерде босатылады. Бұл баяу босатылу байқалады және постсинаптикалық нейронға микроингибиторлық немесе микроэкцитациялық әсер етеді. Әрекеттік потенциал бұл процесті қысқаша күшейтеді. Нейротрансмиттерлерді қамтитын көпіршіктер белсенді орындардың маңында жиналады, ал босатылғаннан кейін үш ұсынылған механизмнің бірі арқылы қайта пайдаланылуы мүмкін. Бірінші ұсынылған механизм көпіршіктің ішінара ашылуы және кейін қайта жабылуымен байланысты. Екінші екі механизм көпіршіктің мембранамен толық бірігуімен, содан кейін қайта пайдаланумен немесе эндосомаға қайта жөнелтумен байланысты. Көпіршіктердің бірігуі негізінен кальций арналарының жанындағы микродомендердегі кальций концентрациясымен шақырылады, бұл нейротрансмиттердің тек микросекундтар бойы босатылуына мүмкіндік береді, ал кальцийдің қалыпты концентрациясына оралу бірнеше жүз микросекундты алады. Көпіршік экзоцитозы SNARE деп аталатын белок кешенімен жүзеге асырылады деп есептеледі, ол ботулинистік токсиндердің нысанасы болып табылады. Босатылғаннан кейін нейротрансмиттер синапсқа еніп, рецепторлармен кездеседі. Нейротрансмиттер рецепторлары ионотроптық немесе G-белокпен байланысқан болуы мүмкін. Ионотроптық рецепторлар лигандпен әсерлескенде иондардың өтуіне мүмкіндік береді. Басты модель иондық қалауын үйлестіруге мүмкіндік беретін көптеген суббірліктерден тұратын рецепторды қамтиды. G-белокпен байланысқан рецепторлар, сондай-ақ метаботроптық рецепторлар деп те аталады, лигандпен байланысқанда конформациялық өзгерістерге ұшырап, жасуша ішіндегі жауапты тудырады. Нейротрансмиттер әрекетін тоқтату әдетте тасымалдаушы арқылы жүзеге асырылады, бірақ ферменттік деактивация да мүмкін.
Қорытынды
Әрбір нейрон көптеген басқа нейрондармен байланысып, олардан көптеген импульстер алады. Жиынтықтау – бұл аксон төбешігіндегі осы импульстердің қосылуы. Егер нейрон тек қоздырғыш импульстерді қабылдаса, ол әрекет потенциалын тудырады. Егер нейрон қоздырғыш және тежегіш импульстерді тең мөлшерде алса, тежегіш әсер қоздыруды жояды және нерв импульсі сол жерде тоқтайды. Әрекет потенциалының пайда болуы нейротрансмиттерлердің босатылу ықтималдығы мен үлгісіне, сондай-ақ постсинаптикалық рецепторлардың сезімталдығына пропорционалды. Ғарыштық жиынтықтау дегеніміз, нейронның әртүрлі жерлерінен алынған импульстердің әсерлері жиналып, бірдей уақытта түскенде нейронды оқуға мүмкіндік береді, тіпті әрбір импульс жеке-жеке оқу үшін жеткіліксіз болса да. Уақытша жиынтықтау дегеніміз, импульстер бір жерге жақын уақыт аралығында түскенде олардың әсерлері жиналып, нейронды оқуға мүмкіндік береді, тіпті әрбір импульс жеке-жеке оқу үшін жеткіліксіз болса да.
Ынтымақтастық және айырмашылық
Нейротрансмиссия ақпараттың жинақталуын және таралуын қамтиды. Біріншіден, бір нейрон көптеген басқа нейрондардың әсеріне түседі, нәтижесінде кіріс ағыны жинақталады. Нейрон оянғанда, сигнал көптеген басқа нейрондарға жіберіледі, нәтижесінде шығыс ағыны таралады. Осы нейрон көптеген басқа нейрондарға әсер етеді.
Бірлескен тарату
Котрансмиссия – бір жүйке терминалынан бірнеше нейротрансмиттер түрлерінің босатылуы. Нерв терминалында нейротрансмиттерлер 35–50 нм мембранамен қапталған, синаптық везикулалар деп аталатын көпіршіктерде орналасады. Нейротрансмиттерлерді босату үшін синаптық везикулалар 10–15 нм мөлшеріндегі, шыны тәрізді липопротеин құрылымдарының негізінде орналасқан пресинаптық мембранадағы порсомалар деп аталатын арнайы құрылымдарға уақытша жабысып, бірігеді. Нейронның порсомалық протеомы зерттелді, бұл молекулалық архитектураны және механизмнің толық құрамын анықтады. Жақында жүргізілген көптеген зерттеулер, нейрондардың көпшілігі, тіпті барлығы, бірнеше түрлі химиялық хабаршыларды босататынын көрсетті. Котрансмиссия постсинаптық рецепторларда күрделірек әсерлерге мүмкіндік береді, соның салдарынан нейрондар арасында күрделірек байланыс орнатуға болады. Қазіргі заманғы нейроғылымда нейрондар көбінесе олардың котрансмиттеріне сәйкес жіктеледі. Мысалы, стриатальды "GABAергиялық нейрондар" негізгі котрансмиттер ретінде опиоидты пептидтерді немесе субстанция P-ні пайдаланады. Кейбір нейрондар бір уақытта кем дегенде екі нейротрансмиттерді босата алады, ал екіншісі котрансмиттер болып табылады, бұл ингибиторлық интернейрондардың болмауы жағдайында мағыналы кодтау үшін қажетті тұрақтандырушы теріс кері байланысты қамтамасыз етеді. Мысалдар:
ГАМК–глициннің бірге босатылуы. Допамин–глутаматтың бірге босатылуы. Ацетилхолин (АХ)–глутаматтың бірге босатылуы. АХ–вазоактивті ішек пептидінің (VIP) бірге босатылуы. АХ–кальцитонин геніне байланысты пептидтің (CGRP) бірге босатылуы. Глутамат–динорфиннің бірге босатылуы (гиппокампта). Норадреналин мен АТФ симпатикалық котрансмиттерлер болып табылады. Эндоканнабиноид анандамид және каннабиноид WIN 55,212 2 симпатикалық жүйке стимуляциясына жалпы жауапты өзгерте алатыны және преюнкциялық CB1 рецепторлары симпатоингибиторлық әрекетті ортадастатынын анықталды. Осылайша, каннабиноидтар симпатикалық нейротрансмиссияның норадренергиялық және пуринергиялық компоненттерін тежеуі мүмкін. Бір ерекше котрансмиттерлер жұбы – ГАМК және глутамат, олар вентральды тегментальді аймақтан (ВТА), ішкі глобус паллидусынан және супрамаммилярлық ядроден шығатын нейрондардың бірдей аксондық терминалдарынан босатылады. Алғашқы екеуі габенулаға проекциялайды, ал супрамаммилярлық ядроден шығатын проекциялар гиппокамптың тісті гирусын нысаналайтыны белгілі.
GABA–glycine co release. Dopamine–glutamate co release. Acetylcholine (ACh)–glutamate co release. ACh–vasoactive intestinal peptide (VIP) co release. ACh–calcitonin gene related peptide (CGRP) co release. Glutamate–dynorphin co release (in hippocampus). Noradrenaline and ATP are sympathetic co transmitters. It is found that the endocannabinoid anadamide and the cannabinoid WIN 55,212 2 can modify the overall response to sympathetic nerve stimulation, and indicate that prejunctional CB1 receptors mediate the sympatho inhibitory action. Thus cannabinoids can inhibit both the noradrenergic and purinergic components of sympathetic neurotransmission. One unusual pair of co transmitters is GABA and glutamate which are released from the same axon terminals of neurons originating from the ventral tegmental area (VTA), internal globus pallidus, and supramammillary nucleus. The former two project to the habenula whereas the projections from the supramammillary nucleus are known to target the dentate gyrus of the hippocampus.