Понятие химического синапса
Синапс — это специализированная структура, обеспечивающая передачу сигнала от одной клетки к другой: от нейрона к нейрону, от нейрона к мышечному волокну или к клетке внутреннего органа. По способу передачи сигнала синапсы делят на электрические и химические.
В химическом синапсе сигнал передаётся с помощью особого химического вещества — медиатора. Медиаторами могут выступать ацетилхолин, адреналин, норадреналин, серотонин и многие другие соединения. Именно использование медиатора и определяет название синапса.
Строение химического синапса
В составе химического синапса выделяют несколько ключевых структур:
- Пресинаптическая мембрана — мембрана терминали аксона передающего нейрона.
- Синаптическая щель — пространство между двумя мембранами, через которое диффундирует медиатор.
- Постсинаптическая мембрана — мембрана клетки-мишени (нейрона, миоцита, клетки органа).
- Везикулы (визикулы) с медиатором — мембранные органоиды в пресинаптической терминали, содержащие большое количество медиатора.
- Рецепторы на постсинаптической мембране, специфичные к данному медиатору (например, ацетилхолиновые).
Этапы синаптической передачи
- По пресинаптическому волокну распространяется потенциал действия.
- Во время деполяризации открываются потенциалзависимые кальциевые каналы, и Ca²⁺ по градиенту концентрации входит в пресинаптическую терминаль (кальций — преимущественно внеклеточный катион).
- Кальций взаимодействует с белками мембраны везикул, обеспечивая их «отъякоривание» от цитоскелета и движение к пресинаптической мембране.
- Везикула сливается с пресинаптической мембраной — происходит экзоцитоз медиатора в синаптическую щель.
- Медиатор диффундирует через щель и связывается со своим рецептором на постсинаптической мембране.
- Активация рецептора приводит к открытию ионных каналов и входу Na⁺ в клетку, что вызывает деполяризацию постсинаптической мембраны.
Важно: потенциал действия на постсинаптической мембране формируется не сразу. Сначала возникает локальный возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Несколько ВПСП должны суммироваться, и только после достижения критического уровня деполяризации генерируется полноценный потенциал действия.
Типы постсинаптических рецепторов
Рецепторы постсинаптической мембраны делятся на две большие группы:
- Ионотропные рецепторы — трансмембранные белки, совмещающие функцию рецептора и ионного канала. При связывании медиатора белок изменяет конформацию, и в нём открывается канал (например, натриевый). Натрий входит в клетку, мембрана деполяризуется. Передача быстрая.
- Метаботропные рецепторы — трансмембранные белки, сопряжённые с G-белком. Активация рецептора запускает систему вторичных посредников, изменяющих внутриклеточный метаболизм; в итоге также открываются ионные каналы и происходит деполяризация. Передача медленнее, но эффект продолжительнее.
Локализация рецепторов:
- Никотиновый ацетилхолиновый рецептор в нервно-мышечном синапсе — ионотропный.
- Мускариновый ацетилхолиновый рецептор, адренергические, серотониновые и большинство других рецепторов ЦНС — метаботропные.
Утилизация медиатора
После взаимодействия с рецептором медиатор должен быть удалён из синаптической щели, иначе сигнал не сможет прекратиться. Существуют разные механизмы: ферментативное разрушение, обратный захват, диффузия.
На примере ацетилхолина: в области постсинаптической мембраны располагается фермент ацетилхолинэстераза, расщепляющий ацетилхолин на холин и остаток уксусной кислоты. Эти продукты возвращаются в пресинаптическую терминаль, где из них ресинтезируется новый ацетилхолин, повторно загружаемый в везикулы.
Клинико-фармакологическое значение
Знание механизмов синаптической передачи лежит в основе действия многих лекарственных препаратов. Например, ингибиторы ацетилхолинэстеразы уменьшают расщепление ацетилхолина в синаптической щели, продлевая его действие на рецепторы и усиливая холинергическую передачу.
Представитель этой группы — галантамин, применяемый при нейродегенеративных заболеваниях, в частности при болезни Альцгеймера, где требуется пролонгировать активность холинергических синапсов в ЦНС. Аналогичные принципы лежат в основе действия миорелаксантов, симпатомиметиков, антидепрессантов и многих других классов препаратов, влияющих на этапы синаптической передачи.
Ключевые моменты
- Химический синапс передаёт сигнал между клетками с помощью медиатора.
- Структурные элементы: пресинаптическая мембрана, синаптическая щель, постсинаптическая мембрана, везикулы и рецепторы.
- Пусковой фактор экзоцитоза медиатора — вход Ca²⁺ через потенциалзависимые каналы.
- На постсинаптической мембране сначала формируются ВПСП, и только их суммация порождает потенциал действия.
- Ионотропные рецепторы сами являются ионными каналами; метаботропные действуют через G-белок и вторичные посредники.
- Никотиновый АХ-рецептор нервно-мышечного синапса — ионотропный; мускариновый — метаботропный.
- Ацетилхолинэстераза расщепляет ацетилхолин на холин и уксусную кислоту с последующим ресинтезом в пресинапсе.
- Ингибиторы ацетилхолинэстеразы (галантамин) применяются при болезни Альцгеймера для пролонгации холинергической передачи.