Реферат: Особенности строения нервной системы

--PAGE_BREAK--Повышение белка S‑100 в сыворотке крови и СМЖ при нарушениях мозгового кровообращения обусловлено активацией микроглии. Было показано, что в ранней фазе церебрального инфаркта микроглиальные клетки в периинфарктной зоне экспрессируют белки семейства S‑100 и активно пролиферируют, причем белки экспрессируются не более трех дней после инфаркта. Это говорит о том, что активация постоянной популяции микроглии является ранним ответом мозговой ткани на ишемию и может быть использована как ранний маркер повреждения.
Свободные аминокислоты нервной системы
Аминокислоты являются для нервной ткани источником синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как специфические белки, пептиды, нейромедиаторы, гормоны, витамины, биологически активные амины и др. Существенна также их энергетическая значимость, поскольку аминокислоты глутаминовой группы связаны с циклом трикарбоновых кислот.
Состав пула свободных аминокислот при нормальных физиологических условиях достаточно стабилен и характерен для мозга. Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34 мкмоль на <metricconverter tabindex=«0» productid=«1 г» w:st=«on»>1 г ткани, что превышает их содержание, как в плазме крови, так и в спинномозговой жидкости. Высокая концентрация – 75% фонда всех свободных аминокислот – приходится на дикарбоновые кислоты и их производные: глутаминовую кислоту, глутамин, аспарагиновую, N‑ацетиласпарагиновую и γ-аминомасляную (ГАМК) кислоты, причем ГАМК и N‑ацетиласпарагиновая кислоты локализованы почти исключительно в нервной ткани [2].
Постоянство качественного и количественного состава аминокислот в метаболических фондах мозга обеспечивается такими взаимосвязанными процессами, как поступление аминокислот из циркулирующей крови, отток их из мозга в кровь и участие в реакциях внутриклеточного метаболизма. В организме все эти процессы сбалансированы слаженным функционированием гомеостатических механизмов гематоэнцефалического барьера и мембранным транспортом аминокислот [3].
Системы активного транспорта аминокислот в мозг и из него энергозависимы. Изучение конкурентных отношений в транспорте аминокислот выявило наличие восьми типов транспортных систем, которые существуют для аминокислот с родственной структурой и зависят от ионного заряда и размеров их молекул.
Для мембранного транспорта аминокислот характерен ряд особенностей:
-                   перенос аминокислот часто происходит против высоких концентрационных градиентов;
-                   этот процесс энергозависим:
-                   на него влияют температура и рН среды;
-                   он ингибируется анаэробным состоянием клеток;
-                   перенос аминокислот связан с активным мембранным транспортом ионов, например он Na+-зависим;
-                   обнаружено конкурентное торможение мембранного транспорта одних аминокислот другими [3, 6].
Особенно велика специфичность и мощность транспортных систем для аминокислот, выполняющих роль медиаторов (глицин, ГАМК, таурин, глутаминовая кислота и др.). Эти системы не только обеспечивают пластические и энергетические нужды клетки, но и служат также для специфического быстрого снижения концентрации тормозных нейромедиаторов (глицин, ГАМК) в зоне синаптической щели.
Понятие о функциональном континууме
Речь идет о химических соединениях пептидной природы, выполняющих в организме роль регуляторов разнообразных физиологических функций. Каких функций? Они логично и последовательно связаны между собой. Первая – организация коммуникации между разными клетками посредством специализированного химического сигнала. Вторая – обеспечение «настроя» клетки, которая реагирует на воздействия того или иного рода. Это так называемая модуляция функции нервной или другой клетки организма. Третья – участие в реализации отдельной физиологической реакции или сложного акта.
Сегодня мы можем говорить о классе универсальных химических регуляторов, значимость которых простирается от влияния на функции отдельных групп клеток до управления работой целых систем и органов, включая сложные акты поведения. Так, в суммарной сводке, где выбраны сведения только для семи нейропептидов с наибольшим «индексом цитируемости» в современной научной литературе, видно, что различные по своему химическому строению вещества связаны между собой множественными функциональными отношениями: как регуляторы, они причастны к большому спектру различных физиологических проявлений и как следствие – к заболеваниям различной природы и тяжести.
Попытаемся показать причины постулируемой «универсальности» нейропептидов, которые находятся сегодня в центре внимания широкого круга специалистов – от химиков и зоологов до клиницистов различного профиля.
Второй постулат: пептиды построены как комбинации аминокислот – основных «кирпичиков» биологического мира.
Начнем с базовых определений биологии. Их три: Структура. Энергитическое обеспечение. Регуляция.
В природе существуют такие структуры, которые оказались на редкость удачными в организации систем любой сложности. Одна из них – аминокислота. Это минимально сложное органическое соединение, одновременно и кислота, и основание, потому что в него с двух концов вмонтированы амидная и карбоксильная группы. Они помогают аминокислотам соединяться друг с другом, образуя относительно прочные и в то же время лабильные структуры. Известно около 150 аминокислот. Живая природа использует только 20 из них. Однако представьте, какое количество комбинаций можно сделать лишь из 20 исходных единиц! Из них созданы все белки, которые составляют основу любого организма – структурные, каталитические (ферменты), регуляторные. В результате серии последовательных химических реакций, осуществляемых с помощью специальных ферментов (пептидаз), в клетках образуются олигопептиды, которые обладают высокой биологической активностью и которые были классифицированы как регуляторы разнообразных физиологических процессов.
Таких физиологически значимых пептидов было открыто несколько сотен. Но основной «костяк» – не более 40–50, остальные – их комбинации, дополнения. Как правило, регуляторные пептиды – это молекулы с различным набором аминокислот: большинство из них – до 30, больше не надо. Есть какой-то энтропийный уровень, оптимальный для выполнения регуляторной миссии. Однако все более углубленное исследование соотношения структуры и функции показывает, что части целой пептидной молекулы, ее фрагменты, также могут обладать физиологической активностью, подчас еще большей или качественно инвертированной.
Третий постулат: нейропептиды синтезируются в мозге (впрочем, в других органах тоже).
Существует сложный биохимический процесс биосинтеза пептидов в клетке: экспрессия («возбуждение») соответствующих генов, образование особой рибонуклеиновой кислоты, считывание, как с конвейера, ленты аминокислотных «кирпичиков», образующих белковую молекулу, далее разрезание этих белков на блоки определенной структуры.
Все это – точно прослеженные биохимические процессы, изученные для большинства физиологически значимых пептидов. Более того, тонкая генно – биохимическая «кухня» работает в строгой приуроченности к функции органа и к определенному ритму его деятельности. Вот здесь – в «привязке» к работе органа, в соответствии его функциональной «ритмике» – главное содержание регуляторной роли нейропептидов.
Понятие «нейропептиды» появилось 30 лет назад, когда в мозге открыли вещества, влияющие на центральные функции высших организмов. Они были названы эндорфинами и энкефалинами и дали начало изучению большой и значимой группы опиоидов, список которых пополняется и поныне. Нейропептиды оказались как бы над группами других, «периферических», пептидов, регулирующих работу сердца, почек, кишечника. Выяснилась также причастность к работе мозга ранее известных пептидных гормонов и их фрагментов – АКТГ, соматостатина, окситоцина. Со временем в мозге открывались новые и новые нейропептиды, влияющие на все многообразие его функций.
Обмен нейропептидов. Роль ферментов обмена нейропептидов
Уровень нейропептидов определяется соотношением скоростей их синтеза и деградации.
Нейропептиды синтезируются в организме на рибосомах гранулярного эндоплазматического ретикулума в виде высокомолекулярных неактивных предшественников (препропептидов. В состав последних могут входить аминокислотная последовательность как одного, так и нескольких нейропептидов. Известно много белков, содержащих в своей структуре последовательности нейропептидов: предшественник гонадотропин-рилизинг-фактора, проопиомеланокортин, препроэнкефалин А, продинорфин (препроэнкефалин В) и другие.
Все препропептиды содержат на N‑конце сигнальную последовательность из 15–20 остатков гидрофобных аминокислот. Нейропептиды, входящие в состав предшественника, как правило, ограничены с C- и N‑концов парами остатков основных аминокислот – аргинина и лизина.
Сигнальная последовательность препропептидов необходима для взаимодействия с рецепторами эндоплазматического ретикулума и переноса предшественника нейропептида в просвет ретикулума. В цистернах эндоплазматического ретикулума под действием сигнальной эндопептидазы происходит отщепление сигнальной последовательности, а также N‑гликозилирование и формирование характерной для полипептида третичной структуры, которая препятствует обратному выходу белка в цитоплазму. Посттрансляционная модификация, включающая гликозилирование, амидирование, ацетилирование или сульфирование, предотвращает нарушение процессинга и образование нетипичных пептидов.
Для получения активных форм, полипептиды подвергаются посттрансляционному процессингу, одним из основных механизмов которого является ограниченный протеолиз.
Процессинг биологически активных пептидов осуществляется при передвижении молекул пропептидов по гранулярному эндоплазматическому ретикулуму, комплексу Гольджи и в секреторных везикулах. Секреторные везикулы содержат полный набор ферментов, необходимых для процессинга и специальные системы поддержания pH внутри везикул.
Процессинг нейропептидов внутри секреторных везикул включает в себя эндо- и экзопротеолитические реакции. Эндопротеолиз осуществляется при действии трипсиноподобных протеиназ (проопиомеланокортин-превращающего фермента, продинорфин-превращающего фермента, тиоловой прогормонконвертазы, субтилизиновых эндопептидаз семейства фурина, PC1, PC2, PC3 и PC4). В результате происходит расщепление пропептидов по парам остатков основных аминокислот.
Продукт, образовавшийся после действия эндопептидаз, далее подвергается экзопротеолизу с участием аминопептидазо-В- и / или карбоксипептидазо-В-подобных ферментов. В результате происходит удаление «лишних» N- и / или С-концевых остатков основных аминокислот.
Известно, что в различных тканях из одного белкового предшественника образуются различные нейропептиды. Так из проопиомеланокортина в аденогипофизе образуются преимущественно АКТГ, β-липотропин и β-эндорфин. В промежуточной доле гипофиза они подвергаются дальнейшему расщеплению с образованием α-меланоцитстимулирующего гормона и фрагментов β-эндорфина. Тканевая специфичность, по-видимому, может быть связана с различным набором ферментов в разных тканях и / или с различными способами регуляции их активности. Поэтому представляет интерес изучение ферментов процессинга со сходной (но не идентичной) субстратной специфичностью. Такие исследования интересны не только для выяснения вопросов, связанных с функционированием данных ферментов, но и для понимания механизмов образования различных нейропептидов из одних и тех же предшественников в разных тканях.
Синаптическая передача – основные положения
Синaпс – специализированный контакт между нервными клетками (или нервными и другими возбудимыми клетками), обеспечивающий передачу возбуждения с сохранением его информационной значимости. С помощью синапсов нервные клетки объединяются в нервные сети, которые осуществляют обработку информации. Взаимосвязь между нервной системой и периферическими органами и тканями также осуществляется при помощи синапсов.
Классификация синапсов По морфологическому принципу синапсы подразделяют на:
• нейро-мышечные (аксон нейрона контактирует с мышечной клеткой);
• нейро-секреторные (аксон нейрона контактирует с секреторной клеткой);
• нейро-нейрональные (аксон нейрона контактирует с другим нейроном):
• аксо-соматические (с телом другого нейрона),
• аксо-аксональные (с аксоном другого нейрона),
• аксо-дендритические (с дендритом другого нейрон).
По способу передачи возбуждения синапсы подразделяют на:
• электрические (возбуждение передается при помощи электрического тока);
• химические (возбуждение передается при помощи химического вещества):
• адренергические (возбуждение передается при помощи норадреналина),
• холинергические (возбуждение передается при помощи ацетилхолина),
• пептидергические, NO – ергические, пуринергические и т.п.
По физиологическому эффекту синапсы подразделяют на:
• возбуждающие (деполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают возбуждение постсинаптической клетки);
• тормозные (гиперполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают торможение постсинаптической клетки).
Ультраструктура синапсов Все синапсы имеют общий план строения Конечная часть аксона (синаптическое окончание), подходя к иннервируемой клетке, теряет миелиновую оболочку и образует на конце небольшое утолщение (синаптическую бляшку). Ту часть мембраны аксона, которая контактирует с иннервируемой клеткой, называют пресинаптической мембраной. Синаптическая щель – узкое пространство между пресинаптической мембраной и мембраной иннервируемой клетки, которое является непосредственным продолжением межклеточного пространства. Постсинаптическая мембрана – участок мембраны иннервируемой клетки, контактирующий с пресинаптической мембраной через синаптическую щель.
Особенности ультраструктуры электрического синапса
• узкая (около 5 нм) синаптическая щель;
• наличие поперечных канальцев, соединяющих пресинаптическую и постсинаптическую мембрану.
Особенности ультраструктуры химического синапса
• широкая (20–50 нм) синаптическая щель;
• наличие в синаптической бляшке синаптических пузырьков (везикул), заполненных химическим веществом, при помощи которого передается возбуждение;
• в постсинаптической мембране имеются многочисленные хемочувствительные каналы (в возбуждающем синапсе – для Nа+, в тормозном – для Cl – и К +), но отсутствуют потенциалчувствительные каналы.
Основные нейромедиаторные системы
Медиаторы: 1) возбуждения – ацетилхолин, адреналин, норадреналин (все они их тирозина), серотонин (из триптофана). 2) тормозные – ГАМК, глицин, ацетилхолин из АцКоА и холина. Основные возбуждающие медиаторы в мозге – глутамат и аспартат. При освобождении в синапс они через ионотропные рецепторы открывают Na‑каналы, происходит быстрый вход Na в постсинаптическую мембрану. Происходит деполяризация мембраны, что приводит к возбуждению нейрона. Серотонин – играет роль в развитии патологических состояний – эффективное расстройство и шизофрения. При его недостатке наблюдаются нарушение сна, раздражение, агрессия. Адаптация к стрессу включает систему ГАМК, увеличивается содержание ГАМК и он связывается с фосфолипидными компонентами постсинаптических мембран и ингибируют выработка АХ. ГАМК и глицин открывают каналы пропускающие Cl возникают тормозные постсинаптические потенциалы. Медиаторы высших отделов нс: 1) Дофамин – осуществляет контроль движений. Болезнь Паркинсона – нарушение дофаминергической передачи и концентрация дофамина падает и составляет 5–15% от нормы, вырабатывается в таламусе. При шизофрении концентрация увеличивается. Нейромедиаторы – нейропептиды, их несколько сотен, содержат от 2 до 50 а/к остатков и каждая имеет определенный комплекс биологической активности. Тиролиберин – активность эмоционального поведения, бодрствование, дых центра. Холецистокинин – мощный ингибитор пищедобывательного центра. Эндозепин 6 – вызывает беспокойство. Люлиберин – отвечает за половое поведение. Коннекторы – поведенческие пептиды – скотофобин. Аплоидные пептиды – обладает повышенной чувствительностью к морфиновым рецепторам – эндорфины и энкефалины. Они обладают значительным эффектом.
    продолжение
--PAGE_BREAK--