Что значит рецепторная функция
Что значит рецепторная функция
• Рецепторы содержат домен, связывающий лиганд и эффекторный домен
• Модульный принцип организации рецептора позволяет использовать для самых разнообразных сигналов ограниченное число регуляторных механизмов
• Клетка может экспрессировать различные рецепторы для одного и того же лиганда
• В зависимости от эффекторного домена рецептора, один и тот же лиганд может по-разному действовать на клетку
Рецепторы обеспечивают реакцию клетки на огромное количество внеклеточных информационных молекул; поэтому клетка должна экспрессировать много разнообразных рецепторов, каждый из которых способен связываться со своим лигандом.
Вместе с тем, каждый рецептор должен быть способен инициировать ответную реакцию клетки. Таким образом, рецепторы содержат два функциональных домена: домен, связывающий лиганд, и эффекторный домен. Иногда они соответствуют определенным структурным доменам в молекулах белков.
Разделение связывающей и эффекторной функций позволяет рецепторам различных лигандов, посредством нескольких эффекторных доменов, генерировать ограниченное число эволюционно-консервативных внутриклеточных сигналов.
Фактически существует лишь ограниченное число семейств рецепторов, близких друг к другу по своему строению и сигнальным функциям.
Доменная природа рецепторов обеспечивает их другие полезные характеристики. Например, клетка может регулировать свою способность реагировать на внешний сигнал, изменяя интенсивность синтеза, деградацию рецептора, или его активность.
Наряду с этим, природа клеточного ответа обычно определяется рецептором и его эффекторным доменом, а не физико-химическими свойствами лиганда. Рисунок ниже иллюстрирует положение, согласно которому лиганд может связываться более чем с одним типом рецепторов и обеспечивать несколько типов ответа клетки и несколько разных лигандов могут действовать одинаковым образом, связываясь с функционально-близкими рецепторами.
Например, нейромедиатор ацетилхолин связывается с двумя классами рецепторов. К одному классу относятся ионные каналы, представители другого регулируют G-белки. Аналогичным образом стероидные гормоны связываются с ядерными рецепторами, которые ассоциируют с хроматином и регулируют транскрипцию, и с другими рецепторами на плазматической мембране.
Наоборот, когда множество лигандов связывается с рецепторами одного биохимического класса, они генерируют аналогичный клеточный ответ.
Например, достаточно часто клетка экспрессирует несколько разных рецепторов, стимулирующих образование внутриклеточных сигнальных молекул цАМФ.
Рецепторы состоят из двух функциональных доменов, домена, связывающего лиганд (LBD), и эффекторного домена (ED).
Такая структура предполагает, что два рецептора, реагирующие с разными лигандами (в середине),
могут инициировать одинаковый ответ за счет активации сходных эффекторных доменов.
Возможно также, что клетка экспрессирует две изоформы рецептора (слева),
которые узнают один и тот же лиганд и обеспечивают развитие различных ответных реакций за счет различных эффекторных доменов.
Не исключено, что может образоваться искусственный химерный рецептор, обладающий новыми свойствами.
Влияние рецептора на клетку также будет в существенной степени зависеть от ее биологии и состояния в каждый данный момент времени.
В зависимости от специфики внешнего сигнала, домен связывания лиганда и эффекторный домен могут разобщаться. Например, родопсины млекопитающих и беспозвоночных передают сигналы через различные эффекторные G-белки (G1 и Gq соответственно).
Другим примером служит калмодулин, небольшой регуляторный белок млекопитающих, связывающий кальций. У растений он представлен отдельным доменом в составе больших белков.
Двухдоменная природа рецепторов позволяет клетке независимо регулировать связывание лиганда и ответ на него. Сродство лиганда к рецептору и/или способность связанного лиганда генерировать сигнал может измениться за счет его ковалентной модификации или при аллостерической регуляции.
Рецепторы можно классифицировать в зависимости или от природы связываемого ими лиганда, или характера генерируемого сигнала. Сигнал на выходе, который определяется эффекторным доменом, обычно лучше всего коррелирует с общим характером и последовательностью событий его передачи.
Однако особенно ценной для понимания организации эндокринной и нервной системы и для классификации многочисленных физиологических реакций, связанных с применением лекарств, оказывается фармакологическая классификация рецепторов в соответствии с их специфичностью к лигандам.
Экспрессии рецептора, который обычно в клетке отсутствует, часто оказывается достаточно для того, чтобы она приобрела чувствительность к соответствующему лиганду. Такая чувствительность развивается часто, и клетка экспрессирует другие компоненты, необходимые для дальнейшей передачи сигнала от рецептора.
Природа ответной реации клетки определяется ее биологией. В эксперименте реакцию клетки на то или иное соединение можно индуцировать с помощью кДНК, кодирующей рецептор. Например, рецепторы клеток млекопитающих могут экспрессироваться в дрожжах, и последние приобретают чувствительность к соответствующим лигандам.
Таким образом, пользуясь этой моделью, можно обнаруживать новые химические соединения (лекарственные средства), активирующие рецепторы.
Наконец, можно создавать химерные рецепторы путем слияния домена, связывающего лиганд от одного рецептора, с эффекторным доменом другого. Подобные химерные рецепторы при присоединении лиганда могут обеспечивать принципиально новый характер ответа.
За счет генетической модификации домена, связывающего лиганд, можно создать рецепторы, чувствительные к новым лигандам. Таким образом, исследователи могут управлять функциями клетки и ее чувствительностью к совершенно чужеродным химическим соединениям.
Рецепторы группируются в относительно небольшую группу семейств,
которые характеризуются общими механизмами действия и общностью структуры.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Биология клетки/Часть 1. Клетка как она есть/6/8
У любых клеток есть мембранные белки-рецепторы. Это трансмембранные белки, пересекающие липидный бислой один или несколько раз. В состав многих из них входят олигосахариды (такие рецепторы правильнее называть гликопротеидами).
Такие белки присутствуют не только на наружной мембране, но и на многих внутриклеточных мембранах. Например, рианодиновые рецепторы и рецепторы инозитолтрифосфата есть на мембране эндоплазматического ретикулума.
Мембранные рецепторы связывают сигнальное вещество (лиганд) и при этом изменяют свою конформацию. Часть из них одновременно являются ионными каналами; при связывании лиганда канал может открываться или закрываться. Такие белки называются ионотропные рецепторы. Другие рецепторы при связывании лиганда запускают какую-нибудь химическую реакцию на внутренней стороне мембраны (так что они являются одновременно ферментами или регуляторными белками); такие белки называются метаботропные рецепторы.
Рецепторная функция белка
Трансмембранные рецепторы — мембранные белки, которые размещаются и работают не только во внешней клеточной мембране, но и в мембранах компартментов и органелл клетки. Связывание с сигнальной молекулой (гормоном или медиатором) происходит с одной стороны от мембраны, а клеточный ответ формируется на другой стороне от мембраны. Таким образом, они играют уникальную и важную роль в межклеточных связях и передаче сигнала.
Многие трансмембранные рецепторы состоят из двух или нескольких субъединиц, которые действуют в совокупности и могут диссоциировать при связывании с лигандом или менять свою конформацию и переходить на следующую стадию цикла активации. Зачастую они классифицируются на основе их молекулярной структуры. Полипептидные цепи простейших из этих рецепторов пересекают липидный бислой лишь один раз, между тем как многие — семь раз (например, ).
Содержание
Строение
Внеклеточный домен
Внеклеточный домен — это участок рецептора, который находится вне клетки или органоида. Если полипептидная цепь рецептора пересекает клетку несколько раз, то внешний домен может состоять из нескольких петель. Основная функция рецептора состоит в том, чтобы опознавать гормон (хотя некоторые рецепторы также способны реагировать на изменение мембранного потенциала), и во многих случаях гормон связывается именно с этим доменом.
Трансмембранный домен
Некоторые рецепторы являются также и белковыми каналами. Трансмембранный домен в основном состоит из трансмембранных α-спиралей. В некоторых рецепторах, таких как никотиновый ацетилхолиновый рецептор, трансмембранный домен формирует мембранную пору или ионный канал. После активации внеклеточного домена (связывания с гормоном) канал может пропускать ионы. У других рецепторов после связывания гормона трансмембранный домен меняет свою конформацию, что оказывает внутриклеточное воздействие.
Внутриклеточный домен
Внутриклеточный, или цитоплазматический, домен взаимодействует с внутренней частью клетки или органоида, ретранслируя полученный сигнал. Существуют два принципиально разных пути такого взаимодействия:
Класификация
Классифицируют ионотропные и метаботропные трансмембранные рецепторы. Примером рецептора второго типа являются
Регуляция
В клетке существует несколько путей регуляции активности трансмембранных рецепторов, наиболее важными способами являются фосфорилирование и интернализация рецепторов.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Рецепторная функция белка» в других словарях:
Белки — У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения). Белки (протеины, полипептиды[1]) высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа аминокислот. В живых организмах… … Википедия
Протеин — Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия
Протеины — Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия
Медицина — I Медицина Медицина система научных знаний и практической деятельности, целями которой являются укрепление и сохранение здоровья, продление жизни людей, предупреждение и лечение болезней человека. Для выполнения этих задач М. изучает строение и… … Медицинская энциклопедия
Клетка — I Клетка (cytus) основная структурно функциональная единица, определяющая строение, жизнедеятельность, развитие и размножение животных и растительных организмов за исключением вирусов; элементарная живая система, способная к обмену веществ с… … Медицинская энциклопедия
PTPRC — Обозначения … Википедия
Т и В лимфоциты ( по материалам статьи R Luz Elena Cano and H. Damaris E. Lopera.)
Лимфоциты Т и В (клетки Т и В) участвуют в приобретенном или антиген-специфическом иммунном ответе, учитывая, что они являются единственными клетками в организме, способными распознавать и реагировать специфически на каждый антигенный эпитоп. Клетки В обладают способностью превращаться в плазматические клетки и отвечают за выработку антител (Abs). Таким образом, гуморальный иммунитет зависит от B-клеток, а клеточный иммунитет зависит от T-клеток. В настоящей заметке процессы онтогенеза суммированы для каждого типа лимфоцитов вместе с их основными характеристиками, различными субпопуляциями, описанными до настоящего времени, механизмами сигнализации, используемыми для их активации, и их основными функциями на основе иммунологического профиля, который они представляют.
Онтогенез
Процесс развития и созревания Т-клеток у млекопитающих начинается с гемопоэтических стволовых клеток (HSC) в печени плода, а затем в костном мозге, где HSC дифференцируются в мультипотентные предшественники. Подмножество мультипотентных предшественников инициирует транскрипцию генов 1 и 2, активирующих рекомбинацию (RAG 1 и RAG2), и становится мультипотентными предшественниками с лимфоидным праймером, а затем общими лимфоидными предшественниками (CLP). Лишь небольшое подмножество плюрипотентных клеток мигрирует в тимус и дифференцируется в ранние предшественники тимуса (ETP). Тимус не содержит самообновляющихся предшественников; и, следовательно, длительный тимопоэз зависит от набора предшественников, оседающих тимусом, на протяжении всей жизни человека. Эти предшественники должны войти в тимус, чтобы постепенно перепрограммироваться в полностью зрелые и функциональные Т-клетки. Различные этапы развития Т-клеток, координируются с миграцией развивающихся тимоцитов к специфическим нишам в тимусе, которые обеспечивают необходимые специфичные для стадии факторы, необходимые для дальнейшей дифференцировки.
CD4+ Т клетки
Если Т-клетка экспрессирует CD4, она превращается в Т-хелперную клетку (Th), которая выполняет двойную функцию: продуцирует цитокины и стимулирует В-клетки для генерации Abs. До недавнего времени были идентифицированы только четыре различных фенотипа: Th1, Th2, Th17 и T-регуляторные клетки (Treg), каждая из которых секретирует свой профиль цитокинов. Однако в последние несколько лет были обнаружены новые подмножества T-хелперов, такие как Th9, Th22 и фолликулярные хелперы (Tfh).
Среди всех подмножеств T-хелперных клеток Tfh экспрессирует TCR с наибольшим сродством к Ag и наибольшему количеству костимулирующих молекул, таких как ICOS и CD40L. Кроме того, они экспрессируют фактор транскрипции BCL-6 и цитокины, такие как IL-21, IL-4 и IL-10, которые индуцируют дифференцировку B-клеток и продукцию Ab.
Клиническая значимость этих клеток показана у пациентов с мутациями гена FOXP3, у которых развивается иммунодефицит, связанный с хромосомой X, которая проявляется плюриландландриальными и кишечными проявлениями, известными как IPEX. Эта аутоиммунная полиорганная болезнь требует трансплантации костного мозга в раннем детстве/
Цитотоксические T-клетки также высвобождают IFN-γ и TNF-α, которые важны для защиты от вирусных инфекций и для контроля пролиферации опухолевых клеток
Первые стадии развития B-клеток происходят в сложных микроокружениях, созданных стромальными клетками костного мозга, известными как «ниши», из которых происходят стимулы и факторы, необходимые для запуска ряда клеточных сигналов. Они, в свою очередь, активируют факторы транскрипции, которые индуцируют или репрессируют экспрессию различных генов-мишеней, которые модулируют выживание, пролиферацию и дифференцировку клеток. IL-7 имеет решающее значение для развития B-клеток и вырабатывается клетками стромы.
Во время дифференцировки В-клеток изначально происходит процесс рекомбинации генов, который кодирует сегменты V ( переменная ), D ( разнообразие ) и J ( соединение ) тяжелой цепи (цепь H) вместе с генами для сегменты V и J легкой цепи (цепь L) мембраносвязанного иммуноглобулина (mIg). Этот процесс рекомбинации инициируется комплексом белков RAG1-RAG2, которые генерируют разрыв двойной цепи ДНК между сегментами генов и специфическими сайтами узнавания, которые также известны как « сигнальные последовательности рекомбинации ». Этот процесс приводит к генерации B-клеток, которые экспрессируют широкий репертуар mIg. Это формирует B-клеточный рецептор (BCR), который способен распознавать более 5 × 1013 разных Аг.
Сигнальные механизмы
Передача сигналов, создаваемая сигналосомой, активирует множество сигнальных каскадов, которые участвуют в других киназах, GTPases и факторах транскрипции, таких как NF-kB, Bcl6, NF-AT, FoxO, Jun и ATF-2 и т. д.
Активация всех этих механизмов приводит к изменениям клеточного метаболизма, экспрессии генов и организации цитоскелета клетки. Результат ответа определяется различными факторами или условиями, такими как: состояние созревания B-клеток, природа Ag, величина и длительность передачи сигналов через BCR и сигналы других рецепторов, таких как CD40, рецептор IL-21 и BAFF-R. Таким образом, многие другие трансмембранные белки, такие как CD45, CD19, CD22, PIR-B и Fc γRIIB1 (CD32), модулируют специфические элементы сигнальной BCR. Во время естественныхпроцессы, B-клетки также активируются APC, которые захватывают и представляют антигенные фракции на своих клеточных поверхностях. Этот тип активации B-клеток такими Ags, ассоциированными с клеточной мембраной, также требует реорганизации цитоскелета B-клеток. Таким образом, следует ожидать, что сложность передачи сигналов, опосредованной BCR, позволяет осуществлять разнообразные биологические эффекты, включая выживание, толерантность или апоптоз клеток, а также пролиферацию и дифференцировку в продуцирующих Ab клетках или B-клетках памяти.
Ко-рецепторы BCR
Костимулирующие молекулы
Другим важным аспектом в активации B-клеток является присутствие молекул, которые положительно или отрицательно регулируют процесс. Вместе они известны как костимулирующие молекулы, и некоторые из них описаны следующим образом.
Молекулы адгезии
Зрелые B-клетки можно разделить на несколько подмножеств в зависимости от их местоположения, фенотипа клеточной поверхности, Ag-специфичности и путей активации.
Фолликулярные B-клетки (FoB) или B-2. Они генерируются непосредственно в костном мозге и достигают фолликулы вторичных лимфоидных органов и кровообращения. Они считаются покоящимися (наивными) клетками и составляют наибольшую субпопуляцию В-клеток. На их дифференциацию влияют самые разные факторы, включая хемокины, передачу сигналов BCR и некоторые Ags. Они участвуют в T-зависимых (TD) иммунных реакциях, поскольку они могут использовать BCR для поглощения Ag, обработки его и представления его специфичным для Ag T-клеткам).
B1 B Клетки. Это первые B-клетки, которые сформировались в печени плода. Они подразделяются на B1a и B1b с первым, экспрессирующим гликопротеин мембраны CD5, который отсутствует во втором. Оба экспрессирующих маркера CD9 и CD45RA участвуют в иммунных реакциях типа TI, обнаруживаются в брюшной и плевральной полостях и являются основным источником циркулирующего Abs. Как и в случае с MZB, B-1 быстро реагирует на специфические для Ag стимулы и трансформируется в плазматические клетки. Наблюдалось увеличение их числа в экспериментальных исследованиях и у людей с аутоиммунными заболеваниями.
Плазматические или Ab-секреторные клетки. Они отличаются от активированной B-клетки, которая в присутствии IL-2 и IL-10 перестает экспрессировать поверхностные молекулы, такие как молекулы CD19, CD20, CD22, HLA класса II и их BCR. Эти клетки также теряют способность делиться. В то же время они претерпевают ряд клеточных модификаций, например, увеличение их цитоплазмы из-за усиленного роста эндоплазматического ретикулума, который необходим для того, чтобы содержать большое количество рибосом для надежной продукции Abs. Они также перестают экспрессировать CXCR5 и CXCR7 и увеличивают CXCR4, что приводит к потере контакта с DC и заставляет клетки T FH мигрировать из GC в медуллярные шнуры ганглиев.
В целом, мы можем сказать, что эти врожденные иммунные клетки могут стимулировать и помогать ответу Abs на процессы как TD, так и TI. Для первых, эти клетки используют вспомогательные сигналы для B-клеток в GC и в центральных лимфоидных участках, таких как костный мозг. Вдобавок к этому ответы типа TTI имеют место на поверхности слизистых оболочек и в краевой зоне селезенки, вызывая быстрый ответ от естественного Abs.
Традиционно, гуморальный иммунный ответ, опосредованный Abs, классифицируется на основании того, получают ли B-клетки помощь от T-клеток, т. е. являются ли они ответами TD или TI тимуса.
Терапия
Учитывая ускоренные темпы новых открытий в биологии В-клеток, лучшее понимание клеточных и молекулярных механизмов, вовлеченных в развитие, дифференцировку и функционирование этих клеток, выявит потенциальные терапевтические мишени и позволит разработать методы лечения анти-В-клеток, которые может разрешить клеточные изменения, ответственные за различные патологии.
Уже известно, что B-клетки играют фундаментальную роль в патогенезе RA путем продуцирования аутоантител и секреции хемокинов / цитокинов, и что они могут служить в качестве Ag-презентирующих клеток. Таким образом, некоторые рецепторы, костимулирующие молекулы, части сигнального каскада и провоспалительные медиаторы B-клеток считаются перспективными молекулами-мишенями для лечения RA, SLE, множественной миеломы и других заболеваний
Литература
Anderson G, Takahama Y. Thymic epithelial cells: working class heroes for T cell development and repertoire selection. Trends Immunol. 2012;33:256–63.
Bhandoola A, Sambandam A. From stem cell to T cell: one route or many? Nat Rev Immunol. 2006;6:117–26
Bousso P. T Cell activation by dendritic cells in the lymph node: lessons from the movies. Nat Rev Immunol. 2008;8:675–84.
Cyster JG. Homing of antibody secreting cells. Immunol Rev. 2003;194:48–60
Lloyd CM, Hessel EM. Functions of T cells in asthma: more than just T(H)2 cells. Nat Rev Immunol. 2010;10:838–48
Kato A, Hulse KE, Tan BK, Schleimer RP. B-lymphocyte lineage cells and the respiratory system. J Allergy Clin Immunol. 2013;131:933–57
. King C. New insights into the differentiation and function of T follicular helper cells. Nat Rev Immunol. 2009;9:757–66.
Kurosaki T. B-lymphocyte biology. Immunol Rev. 2010;237:5–9.
Mauri C, Bosma A. Immune regulatory function of B cells. Annu Rev Immunol. 2012;30:221–41
Pieper K, Grimbacher B, Eibel H. B Cell biology and development. J Allergy Clin Immunol. 2013;131:959–71.
Townsend MJ, Monroe JG, Chan AC. B Cell targeted therapies in human autoimmune diseases: an updated perspective. Im-munol Rev. 2010;237:264–83.
Turner SJ, Doherty PC, McCluskey J, Rossjohn J. Structural determinants of T Cell receptor bias in immunity. Nat Rev Immu-nol. 2006;6:883–94.
von Boehmer H, Melchers F. Checkpoints in lymphocyte development and autoimmune disease. Nat Immunol. 2010;11:14–20.
Cox MA, Kahan SM, Zajac AJ. Anti-viral CD8 T cells and the cytokines that they love. Virology. 2013;435:157–69
Girard JP, Moussion C, Forster R. HEVs, lymphatics and homeostatic immune cell trafficking in lymph nodes. Nat Rev Immunol. 2012;12:762–73.
Vinuesa CG, Chang PP. Innate B cell helpers reveal novel types of antibody responses. Nat Immunol. 2013;14:119–26
Что значит рецепторная функция
Цитоархитектоника головного мозга человека организована таким образом, что более чем 10 млрд. нервных клеток, занимая относительно небольшое пространство и будучи сформированными в специализированные структуры, обеспечивают специфические функции мозга, связанные с восприятием, переработкой и проведением информации, в соответствии с которой осуществляется взаимодействие организма с внешней средой на основе высокой нейрональной специфичности и пластичности.
Основной структурной единицей нервной системы является нейрон. Различные типы нейронов дифференцируются по величине и форме тела клетки, а также по длине и степени ветвистости ее отростков.
Клеточное тело по своим размерам варьирует очень широко — от 5 до 100 мкм в диаметре. Оно содержит следующие органеллы: ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум (гладкий и шероховатый), расположенные на цистернах эндоплазматического ретикулума и в свободном пространстве рибосомы и полисомы, комплекс Гольджи и различные внутриклеточные включения (гранулы гликогена, липидные капли, скопления частиц пигмента в особых нейронах и др.), везикулы, а также лизосомы. Группы параллельно расположенных цистерн шероховатого эндоплазматического ретикулума в виде ограниченных мембраной удлиненных цистерн с прикрепленными к ним рибосомами образуют субстанцию (тельца) Ниссля (тигроидное вещество). В цитоплазме имеются также нейрофиламенты и нейротрубочки (рис. 3).
Все перечисленные ультраструктурные органеллы клетки несут определенные функции. Ядро является субстратом основных генетических процессов в клетке. Митохондрии обеспечивают энергетический обмен — в них происходит окислительное фосфорилирование, приводящее к продукции энергии в виде молекул АТФ. Эндоплазматический ретикулум с прикрепленными на его цистернах рибосомами, а также свободно расположенные рибосомы и их комплексы (полисомы) имеют отношение к белковому обмену и синтетическим процессам в клетке. Лизосомам приписывается обменно-выделительная роль. Нейротрубочки и нейрофиламенты обеспечивают транспорт внутриклеточных веществ, имеющих отношение к проведению нервного импульса. Долгое время считали, что комплекс Гольджи, состоящий из параллельно расположенных цистерн и скоплений пузырьков на их концах, выполняет неопределенные обменно-выделительные функции. Хотя об этом комплексе известно далеко не все, привлекают к себе накопленные многими исследователями данные, свидетельствующие о том, что он играет главную роль в процессах обновления клеточной мембраны и ее генетически обусловленной специализации. Известно, что в комплексе Гольджи может происходить первичная сборка специализированных участков мембраны (рецепторов), которые в виде пузырьков транспортируются к наружной клеточной оболочке и встраиваются в нее. Такие исследования были обобщены А.А.Милохиным (1983).
От тела нейрона отходят основной отросток — аксон и многочисленные ветвящиеся отростки — дендриты. Длина аксонов различных нейронов колеблется от 1 мм до почти 1 м (нервное волокно). Вблизи окончания аксон разделяется на терминали, на которых расположены синапсы, контактирующие с телом и дендритами других нейронов. Синапсы вместе с нейрофиламентами и нейротрубочками являются субстратом проведения нервного импульса.
Рис. 3. Основные ультраструктурные компоненты нейрона.
Л — лизосомы; ШЭР — шероховатый эндоплазматический ретикулум (цистерны с прикрепленными рибосомами); М — митохондрии; НФ — нейрофиламенты; НТ — нейротрубочки; P — рибосомы; П — полисомы (комплексы рибосом); КГ — комплекс Гольджи; Я — ядро; ЦЭР — цистерны эндоплазматического ретикулума; ЛГ — липидные гранулы; ЛФ — липофусцин.
Кроме нейронов, в ткани мозга имеются различные виды глиальных клеток — астроглия, олигодендроглия, микроглия. Астроглия играет большую роль в обеспечении функции нейрона и формировании реакции мозговой ткани на вредоносные воздействия (инфекция, интоксикация и др.) — принимает участие в воспалительных процессах и ликвидации их последствий (заместительный глиоз). Олигодендроглия, как известно, обеспечивает миелинизацию нервного волокна и регулирует водный обмен (дренажная глия). Функции микроглии не до конца изучены, но ее значение подчеркивается размножением этих клеток при некоторых специфических процессах (участие в формировании сенильных бляшек; существует предположение о выработке микроглиальными клетками амилоидных фибрилл и т.п.).
Особые клеточные структуры характерны для желудочковых поверхностей головного мозга и его сосудистого сплетения. Желудочковая поверхность мозга покрыта клетками эпендимы с многочисленными микроворсинками и ресничками, принимающими участие в ликворообращении; сосудистое сплетение представлено «гроздьями» ворсинок, состоящих из капилляров, покрытых эпителиальными клетками. Их основная функция связана с обменом веществ между кровью и цереброспинальной жидкостью.
Типичный синапс состоит из пресинаптической терминали, постсинаптической области и расположенной между ними синаптической щели. Пресинаптическая терминаль является окончанием аксона. Она содержит нейрофиламенты, нейротрубочки, митохондрии и синаптические пузырьки, скопления которых видны около пресинаптической мембраны. Через последнюю переносятся содержащиеся в пузырьках нейротрансмиттеры. Постсинапс характеризуется наличием постсинаптического утолщения. Постсинаптическое утолщение представлено мембраной клетки с расположенными на ней рецепторами, входящими в структуру самой мембраны. Синапс представлен на рис. 4, а его электронно-микроскопическая картина на рис. 5.
Синапс может быть расположен на теле (соме) клетки — аксосоматический синапс, на дендрите — аксодендритный, на шипике дендрита — аксошипиковый (рис. 6) и на аксоне другой клетки — аксо-аксональный. Аксошипиковые синапсы несколько отличаются по своему строению от типичного синапса, что определяется строением шипика, имеющего в составе постсинапса особый шипиковый аппарат.
Взаимодействие пресинапса и постсинапса обеспечивается благодаря переносу нейротрансмиттера через синаптическую щель. Выделяясь из пресинапса, нейротрансмиттер (медиатор) может связываться с рецептором постсинаптической мембраны, инактивироваться в синаптической щели и частично вновь захватываться пресинаптической мембраной (процесс обратного захвата — reuptake ). Если рецептор постсинаптической мембраны заблокирован, то возможны оба последних процесса, а также избыточное накопление медиатора и связанное с этим развитие гиперчувствительности рецепторов (см. рис. 4).
Более подробно эти процессы рассматриваются в разделе «Нейрохимические системы мозга».
Рецепторы нейронов — это белковые структуры, расположенные на внешней поверхности мембраны клеток. Они способны «распознавать» и связывать биологически активные вещества — нейротрансмиттеры, различные эндогенные вещества, а также экзогенные соединения, в том числе психофармакологические средства. Соединения, которые могут связывать рецепторы, называются лигандами. Лиганды бывают эндогенными и экзогенными.
Распознавание лиганда рецептором обеспечивается специальными структурными элементами, или сайтами. Специфичность связывания лиганда происходит благодаря структурному соответствию молекул лиганда и рецептора, когда они подходят друг к другу по типу «ключ к замку». Реакция связывания является моментом запуска каскада внутриклеточных реакций, приводящих к изменению функционального состояния нейрона. В зависимости от «силы» и «прочности» связывания лиганда с рецептором употребляют понятие аффинности (сродства) лиганда по отношению к рецептору.
При связывании рецептора с лигандом может происходить как активация, так и блокада рецептора. В связи с этим говорят об агонистах и антагонистах рецепторов, а также о частичных агонистах (рис. 7).
Максимальную эффективность в отношении активации рецептора имеет полный агонист, минимальную (практически нулевую) — антагонист. Между ними находятся вещества, называемые частичными агонистами. Последние действуют значительно мягче, чем полные агонисты. Частичные агонисты, кроме того, занимая определенное пространственное положение в молекуле рецептора, могут предотвращать избыточное действие полного агониста, т.е. действуют частично как антагонисты. В этом случае употребляют понятие агонист/антагонист.
Высокой аффинностью могут обладать как агонисты, так и антагонисты рецептора. Агонист активирует рецептор, вызывая соответствующий физиологический эффект, в то время как антагонист, связываясь с рецептором, блокирует его и предотвращает развитие физиологического эффекта, выявляемого агонистами. Примером антагонистов могут служить нейролептики, которые предотвращают эффекты дофамина на уровне дофаминового рецептора.
При связывании лиганда с рецептором происходит изменение конфигурации последнего (рис. 7).
Многие вещества, как эндогенные, так и экзогенные, реагируют не с одним, а с несколькими типами рецепторов — «семейством» их, которое подразделяется на отдельные типы. Примером могут служить многие нейротрансмиттеры, реагирующие с несколькими типами специфических рецепторов (например, Д1—Д5-типы дофаминовых рецепторов). Существование нескольких рецепторов к одному лиганду носит название гетерогенности рецепторов.
Представление о функции рецепторов было бы неполным, если не представить внутриклеточные процессы, развивающиеся после связывания рецептора соответствующим веществом, и механизмы, обеспечивающие трансформацию внешнего сигнала в процессы, приводящие к появлению нервного импульса. Связывание лиганда с рецептором может приводить либо непосредственно к открытию (или закрытию) соответствующих ионных каналов (см. рис. 7), либо к активации вторичных мессенджерных систем (в качестве первичного мессенджера рассматривается вещество, реагирующее с рецептором).
Позднее были открыты и другие вторичные мессенджеры. Сейчас выделяют среди них 3 класса: 1) циклические нуклеотиды (цАМФ, циклический гуанозинмонофосфат — цГМФ); 2) ионы кальция (Са 2+ ); 3) метаболиты фосфолипидов — инозитол-1,4,5-трифосфат (1Р 3 ), диглицерин (ДАГ), арахидоновую кислоту. В отличие от других вторичных мессенджеров Са 2+ транспортируется в нейрон из внутриклеточного пространства.