Нейро-биология Том 1 - Шеперд Г.
Скачать (прямая ссылка):
Метаболические пути
Мы видели, что морфологически синапсы характеризуются определенной общей тонкой структурой, а физиологически — некоторыми общими последовательностями процессов. Такое сходство удивительно, если принять во внимание разнообразие химических веществ, которые могут функционировать как медиаторы.
На схемах 9.6 и 9.7 представлено большинство веществ, которые были идентифицированы в нервной системе как медиаторы, и показаны их главные метаболические пути и этапы синтеза. На рис. 9.6 начало пути наверху; показано, что метаболизм начинается с веществ, поступающих с кровотоком. Для нервных клеток это является критическим фактором из-за так называемого гематоэнцефалического барьера. Этот барьер в мозге позвоночных образуют плотные контакты между эндотелиальными клетками капилляров, которые изолируют мозг (за исключением определенных областей) от веществ, циркулирующих в кровотоке. К веществам, которые могут преодолевать этот барьер, относятся ионы, глюкоза, незаменимые аминокислоты и жирные кислоты. Центральная роль глюкозы в энергетическом обмене и в синтезе аминокислот и белков отражена на схеме (рис. 9.6). Мы еще вернемся к этому далее.
На нашей схеме представлены основные катогорни медиаторов: ацетилхолин, катехоламины, аминокислоты и пептиды. В прямоугольниках указаны различные отдельные типы молекул. Тут можно сделать несколько обобщений. Все медиатор-ные соединения — это низкомолекулярные водорастворимые (ди-польные) амины или аминокислоты и родственные им вещества. Ацетилхолин и катехоламины синтезируются из циркулирующих в крови предшественников, тогда как аминокислоты и пептиды
9. Медиаторы и модуляторы
215
Кровоток
Рис. 9.6. Перечень медиаторов и родственных им соединений, а также некоторые пути их транспорта из кровотока и метаболизма внутри нервных клеток (Cooper et al., 1982, с изменениями).
в конечном счете образуются из глюкозы. Поразительным свидетельством консерватизма природы является то, что, несмотря на различие циркуляторных систем и метаболических путей, беспозвоночные и позвоночные в равной степени используют большинство тех медиаторов, которые изображены на рис. 9.6.
На схеме также указаны типы синаптических действий (возбуждение или торможение), которые связаны с конкретными
216
У/. Клеточные механизмы
Соединение
Ацетилхолин
(АХ)
Дофамин
(ДА)
Норадреналин
(НА)
Серотонин
(5-ГОТ)
Г амма-амиио-
Структура
H3G-C-0-(CHa)sN (СН3) Н О N Н,
ни он
hov^y^NH2
нс^
ко. _шг
W
масляная кислота НгМ-'СН,)3-С-ОН (ГАМК) + ‘О
Глицин H,N-CHj-C-OH
( Gly )
Синтез
ХАТ
ддк
дзг
АКДК
ГДК
9
Инактивация
АХЭ
Обратный захват 1ИАО,КОМТ
Обратной эзхэат
v.AOj-v :мт
Обратный злхеэт МАО
Обратный захват ГАМК-Т
Рис. 9/7. Структура молекул главных медиаторных соединений, способы их синтеза и инактивации. Синтез: ХАТ — холинацетилтрансфераза; ДДК — до-фадекарбоксилаза; ДВГ — дофамин-В-гидроксилаза; АКДК — декарбоксилаза ароматических аминокислот; ГДК—глутаматдекарбоксилаза. Инактивация: АХЭ — ацетилхолинэстераза; МАО — моноаминоксидаза, КОМТ — катехол-о-метилтрансфераза; ГАМК-Т — ГАМК-трансаминаза. (Mountcastle, 1980, с изменениями.)
веществами. Хотя многие думают, что данный медиатор везде оказывает одно и то же специфическое действие, можно видеть, что это не всегда справедливо. Например, ацетилхолин оказывает тормозное действие на сердце, но мы видели, что в нерв* йо-мышечном соединении его действие является возбуждающим. Поэтому на схеме для ацетилхолина рядом с прямоугольником указаны оба действия. Из этого и других примеров можно вывести важный принцип синаптической организации, заключающийся в том, что данный медиатор, вообще говоря, нельзя связать только с одним специфическим постсинаптическим действием. Другими словами, нервная система часто использует одно и то же вещество для разных целей, и наоборот, одна и та же функция (например, возбуждение) может обеспечиваться различными веществами. Эта гибкая связь между медиаторным веществом и его физиологическим действием может рассматриваться как биохимическая предпосылка гибких отношений, которые существуют между структурой и функцией отростков нейрона.
Принцип Дейла
Хотя нервная система в целом может использовать различные вещества в разных синапсах, из этого не обязательно следует, что то же самое имеет место в индивидуальном нейроне. Метаболическое единство нейрона, по-видимому, требует, чтобы во всех окончаниях выделялся один и тот же медиатор. Это
9. Медиаторы и модуляторы
217
принцип (или закон) Дейла, и поскольку его легко понять неправильно, полезно процитировать оригинальную формулировку. В своем обзоре синаптической передачи в вегетативной нервной системе много лет назад (в 1935 г.) Дейл писал:
...«явление регенерации, по-видимому, указывает на то, что природа химической функции, независимо от того, является она холинэргической или адренэргической, специфична для каждого отдельного нейрона и неизменна. Когда мы имеем дело с двумя различными окончаниями одного и того же сенсорного нейрона, одним периферическим и имеющим отношение к расширению сосудов, а другим — в некотором центральном синапсе, можем ли мы предположить, что, открыв и идентифицировав химический медиатор рефлекторного расширения, мы получили указание на природу процесса передачи в центральном синапсе? Такая возможность ценна хотя бы как стимул к последующим экспериментам.»
