Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL, ÚLB)/Biochemie nervových synapsí, neurotransmiterů

Struktura chemické synapse

Chemické synapse jsou pomalým spojením, při procesu uvolňování mediátorů dochází ke zdržení minimálně o 0,5 ms. ^[1] Jsou zpravidla jednosměrné a mohou být jak excitační, tak inhibiční, podle typu uvolňovaného mediátoru. Synapsi tvoří presynaptický útvar a postsynaptický útvar, mezi nimiž je synaptická štěrbina (šířka štěrbiny je obvykle 20−30 nm ^[2], inhibiční synapse okolo 10 nm). Presynaptický útvar je buď zakončením axonu (tzv. terminální buton) nebo se jedná o vyklenutí axoplasmy axonu v jeho průběhu (synapse en passant). Presynaptická část je vakovité rozšíření axonu, které obsahuje synaptické váčky (vezikuly) a velké množství mitochondrií, které produkují ATP nutné při procesu uvolňování neurotransmiteru. Synaptické váčky obsahují molekuly mediátoru a hromadí se u synaptické štěrbiny v tzv. aktivní zóně synapse. Membrána postsynaptického útvaru obsahuje receptory pro mediátor.

Přenos vzruchu v synapsi

Vzruch šířící se po axonu dosáhne presynaptického útvaru, čímž dochází k jeho depolarizaci (akční potenciál). Depolarizace způsobí otevření napěťově řízených Ca²⁺ kanálů v presynaptické membráně a influx Ca²⁺ do buňky. Vápenaté ionty uvolňují vazbu mezi proteiny cytoskeletu buňky a synaptickými váčky. Váčky jsou pomocí transportních proteinů ve své membráně (synaptobrevin, synaptotagmin) přesunovány do aktivní zóny. V aktivní zóně dochází ke splynutí transportních proteinů s proteiny na membráně neuronu (syntaxin, neurotaxin) a vzniká tzv. SNARE komplex. Obsah váčků je exocytózou uvolněn do synaptické štěrbiny (mediátor se uvolňuje v kvantech), probíhá vazba mediátoru na receptor postsynaptické membrány, čímž se v ní otevírají iontové kanály a dochází ke vzniku postsynaptických potenciálů.

Varianty receptorů

Interakce mezi receptorem a iontovým kanálem může být různá. Iontové kanály v postsynaptické membráně, které se otevřou po vazbě mediátoru na receptor, patří mezi chemicky řízené iontové kanály (např. nikotinový acetylcholinový receptor). Receptor je bezprostřední součástí molekuly kanálu. Jiný způsob přenosu je spřažení receptoru s G-proteiny. Aktivuje se signalizační kaskáda přes adenylátcyklázu, druhého posla (cAMP) a proteinkinázu, která fosforylací docílí otevření iontového kanálu.

Odstranění mediátoru

Po interakci mediátoru a receptoru musí být mediátor ze synaptické štěrbiny specifickým mechanismem odstraněn. To se děje nejčastěji dvěma cestami:

přímý rozklad – v synaptické štěrbině se nachází enzymy rozkládající mediátor (např. acetylcholinesteráza);
zpětné vychytávání – mediátor je vychytáván zpět do presynaptického zakončení a vrací se do synaptických vezikul (účast clathrinu a dynaminu) k opětovnému použití (noradrenergní, serotoninergní synapse,…).

Cholinergní synapse

Popsaná jako 1. - Otto Loewi:

nikotinové receptory: součást iontového kanálu; influx Na⁺;
nebo může jít o muskarinové receptory: spřaženy s G-proteiny (metabotropní).

Acetylcholin je rozkládán acetylcholinesterázou - kotvena na presynaptické membráně, představuje regulaci uvolňování acetylcholinu. Následně je cholin reuptake cholinovým transportérem a cholinacetyltransferázou syntetizován znovu do podoby acetylcholinu, který je transportován do vezikul.

Adrenergní synapse

Neurotransmitery, receptory, přenašeče a enzymy v neuroefektorové synapsi. Viz stránka obrázku pro detailní popis.

Ligandem adrenergních synapsí jsou katecholaminy, zejména adrenalin a noradrenalin. Rozlišujeme tyto typy adrenergních receptorů:^[3]

α₁-adrenergní receptory (podtypy α_1A, α_1B a α_1D)
α₂-adrenergní receptory (podtypy α_2A, α_2B a α_2C)
β₁-adrenergní receptory
β₂-adrenergní receptory
β3-adrenergní receptory

Terapeutický význam má však jen dělení na α1, α2, β1 a β2 receptory. Všechny z nich jsou spřaženy G-proteiny.

Takové synapse nalezneme například v neuroefektorových synapsích sympatiku, kde se stýká axon postgangliového neuronu s efektorovou buňkou. S výjimkou potních žláz zde neuron používá jako neurotransmiter noradrenalin (v potních žlázách acetylcholin), který je uvolňován z vezikul do synaptické štěrbiny a váže se na receptory jak na efektorové buňce, tak na α2 receptory na neuronu, čímž zabraňuje dalšímu uvolňování noradrenalinu (zpětnovazebná inhibice).

Podrobnější informace naleznete na stránce Synapse.

Neurotramsitery

[ upravit vložený článek

]

Neurotransmiter je molekula schopná přenášet informace mezi buňkami. Nejčastěji se jedná o nervový vzruch mezi neurony, mezi nervovou a svalovou buňkou.

Syntetizovaný neurotransmiter	Označení neuronu syntetizujícího daný neurotransmiter	Označení jednotlivých seskupení neuronů
Serotonin	B	B₁−B₉
Dopamin	A	A₈−A₁₇
Noradrenalin	A	A₁−A₇
Adrenalin	C	C₁−C₃
Acetylcholin	CH	CH₁−CH₆
Histamin	E	E₁−E₅

Acetylcholin

Je mediátor, který přenáší informace z pregangliových neuronů na postgangliové v systému autonomního nervstva. U parasympatiku se na postgangliových zakončení uvolní znovu acetylcholin. U sympatiku se uvolní z postgangliového zakončení noradrenalin.

Nikotinové receptory

Jsou součástí iontového kanálu. Jednotlivé kanály se od sebe liší strukturou. Svalový typ má dvě podjednotky α₁ a jednu podjednotku β, γ, δ (kterou nacházíme u embryonálního svalu), avšak v dospělosti je γ nahrazena podjednotkou ε. Neuronální typ má α podjednotku a β podjednotku, může nastat také situace, kdy má obě podjednotky α.

neuronální typ;
svalový typ;
gangliový typ.

Muskarinové receptory

Jsou v efektorových orgánech. M₁, M₂, M₃, M₄, M₅

Funkce

kognitivní procesy − paměť a učení (snížené množství ACh = Alzheimer);
důležitost při regulaci bdění a spánku;
motorika;
motivace, při procesu odměňování;
v PNS – činnost kosterního svalstva, modulace přenosu nocicepce;
v ANS – ganglia a parasympatikus.

Katecholaminy

Tyrozin → DOPA → Dopamin → NA (norepinefrin) → A (epinefrin)

Dopamin

Schéma působení dopaminu

Úbytek dopaminergních D2 receptorů

Dopamin je syntetizovaný v jádrech A₈−A₁₇. Místem účinku jsou sympatická ganglia.

Hlavní dopaminergní neurony

A₈, A₉, A₁₀= střední mozek

A₉= Substantia nigra

A₁₁−A₁₅= Mezimozek

A₁₂= Nucleus arcuatus

A₁₇= sítnice

Receptory

D₁-like family − D₁,D₅

zvyšují účinky adenylátcyklázy (↑ cAMP)

D₂-like family − D₂, D₃, D₄

snižují účinky adenylátcyklázy (↓ cAMP)

Funkce

Mají velký význam v motivačním chovaní a adikci. Při neočekávané odměně je výrazná stimulace DA, která zmizí během opakování a učení se, pokud prezentace odměny neevokuje stimulaci DA. Při nedostatku očekávané odměny je snížený DA signál. Dvě fáze podnětu:

fáze podnětu − očekávání příjemného

fáze konzumace − prožívání příjemného stimulu

Dále se uplatňuje v konsolidaci paměťové stopy. Je důležitý při regulaci hypotalamo-hypofyzárního systému a při regulaci motorických funkcí, ale také při přenosu a zpracování nociceptivních signálů.

Poruchy

Typicky se objevuje Parkinsonova choroba a schizofrenie. Dále se vyskytují deprese, látková závislost a poruchy příjmu potravy.

Adrenalin, Noradrenalin

Receptory

Receptory jsou adrenergní, přičemž afinita A a NA je téměř stejná.

α₁

α_1A
α_1B
α_1D

α₂

α_2A
α_2B
α_2C
α_2D

β₁
β₂
β₃

Funkce

Uplatňují se při stresové reakci. Jde o takzvaný eustres, kdy jedinec podá dvojitý výkon a hladina se pohybuje v homeostatických mezích. Taktéž jsou důležité pro pozornost, bdění a spánek.

Synapse

Serotonin

Jako neurotransmiter působí vazokonstrikčně. Ovlivňuje spánek a termoregulaci. Nazýván také hormon štěstí.

Receptory

Receptory pro serotonin jsou převážně metabotropní, spřažené s G proteinem. Může se vázat na velké množství typů receptorů. Informace je dále vedená do všech oblastí CNS.

Funkce

Uplatňují se při bdění a spánku, cirkadiánních rytmech. Taktéž souvisí s bolestí, příjmem potravy a sexuálním chováním. Nedostatek serotoninu je spojený s depresemi, anxietou a migrénou.

Histamin

Jádra jsou označována E₁−E₅. Projikují do spinálních jader a do mozečku. Eferentní dráhy jsou do celé mozkové kůry.

Funkce

Uplatnění při regulaci spánkových cyklů, energetické a endokrinní homeostázy. Při regulaci tělesné teploty a příjmu potravy. Souvisí s regulací sekrece hypotalamo-hypofyzárního systému. Taktéž synaptická plasticita, učení a nociceptivní signály.

Receptor pro GABA

Excitační aminokyseliny

Glutamát

Zasahuje a a nachází se všude v CNS. Jeho receptory jsou metabotropní, kde se nachází první, druhá a třetí skupina glutamátových receptorů a receptory ionotropní, kam patří receptory AMPA, kainát, NMDA. Funkce je uplatněna při motorické koordinaci, paměťových procesech (dlouhodobá potenciace), emočních procesech a přenosech senzorické informace. Zvýšená hladina souvisí s epilepsií, Huntingtonovou choreou, ischemickým poškozením mozku.

Inhibiční aminokyseliny

GABA

Receptory pro GABA jsou ionotropní GABA A a metabotropní GABA B. Jeho významné dráhy vedou do mozečku. Funkce je spojena s monosynaptickými a polysynaptickými přenosy signálu. Přenos nociceptivní informace, presynaptická selekce aferentního toku informací do CNS. Způsobují otevření chloridového kanálu, čímž nastává hyperpolarizace. Snížená hladina GABA je spojená s Huntingtonovou choreou, souvisí s epilepsií a pocitem úzkosti tedy anxietou.

↑ KITTNAR, Otomar a ET AL.. Lékařská fyziologie. 1. vydání. Praha : Grada, 2011. 790 s. s. 76. ISBN 978-80-247-3068-4.
↑ TROJAN, Stanislav a ET AL.. Lékařská fyziologie. 4. vydání. Praha : Grada, 2003. 772 s. s. 65–67. ISBN 80-247-0512-5.
↑ LÜLLMANN, Heinz, Klaus MOHR a Lutz HEIN, et al. Barevný atlas farmakologie : Překlad 5., přepracovaného a rozšířeného vydání. 3. vydání. Praha : Grada Publishing a.s., 2007. ISBN 978-80-247-1672-5.

[Kittnar-1] KITTNAR, Otomar a ET AL.. Lékařská fyziologie. 1. vydání. Praha : Grada, 2011. 790 s. s. 76. ISBN 978-80-247-3068-4.

[Trojan-2] TROJAN, Stanislav a ET AL.. Lékařská fyziologie. 4. vydání. Praha : Grada, 2003. 772 s. s. 65–67. ISBN 80-247-0512-5.

[3] LÜLLMANN, Heinz, Klaus MOHR a Lutz HEIN, et al. Barevný atlas farmakologie : Překlad 5., přepracovaného a rozšířeného vydání. 3. vydání. Praha : Grada Publishing a.s., 2007. ISBN 978-80-247-1672-5.

[1]

[2]

[3]