Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.2: Синтез та зберігання нейромедіаторів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    72262

    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Для того, щоб молекулу називали нейромедіатором, потрібно виконати кілька критеріїв. По-перше, передавач повинен бути синтезований всередині пресинаптичного нейрона. По-друге, передавач повинен бути звільнений пресинаптичним нейроном у відповідь на стимуляцію. По-третє, коли постсинаптичний нейрон обробляється передавачем дослідником, молекула повинна викликати такий же ефект у постсинаптичному нейроні, як і коли він звільняється пресинаптичним нейроном.

    Існує дві основні категорії нейромедіаторів: передавачі малих молекул та пептидні передавачі. Синтез і зберігання цих нейромедіаторних груп відрізняються. Нейромедіатори з малими молекулами синтезуються і зберігаються в терміналі для швидкого вивільнення. Нейропептиди синтезуються в організмі клітини і повинні транспортуватися до терміналу, що може призвести до більш повільного вивільнення. Крім того, нейрон зазвичай синтезує і вивільняє лише один тип нейромедіатора малої молекули, але може синтезувати та вивільняти більше одного нейропептиду.

    Малі молекули передавачі

    Малі молекули передавачі можна розділити на дві основні групи: амінокислотні нейромедіатори та біогенні аміни, також звані моноамінами. Крім того, що діють як нейромедіатори, амінокислоти глутамат і гліцин використовуються для синтезу білків у всіх типах клітин по всьому тілу. ГАМК (Аміномасляна кислота) є метаболітом глутамату, але не використовується в синтезі білка в організмі. До біогенних амінів відносяться серотонін і гістамін, а підгрупа катехоламінів дофамін, норадреналін та адреналін. Ацетилхолін не вписується ні в один поділ, але все ще вважається невеликою молекулою нейромедіатора.

    Ілюстровані хімічні структури маломолекулярних нейромедіаторів. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.1. Маломолекулярні нейромедіатори можна поділити на групи, засновані на хімічній структурі. Амінокислотні передавачі включають глутамат, ГАМК та гліцин. Біогенні аміни включають серотонін і гістамін, а катехоламіни, підгрупу біогенних амінів, включають дофамін, норадреналін та адреналін. Ацетилхолін не вписується в групу. «Нейромедіатори з малими молекулами» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    Синтез і зберігання малих молекул передавачів

    Більшість маломолекулярних нейромедіаторів синтезуються ферментами, які розташовані в цитоплазмі (виняток становить норадреналін, див. Нижче). Це означає, що невеликі молекулярні нейромедіатори можуть бути синтезовані та упаковані для зберігання в пресинаптичному терміналі за допомогою ферментів, присутніх в терміналі.

    ацетилхолін

    Ацетилхолін найбільш відомий своєю роллю в нервово-м'язовому з'єднанні, синапсі між руховим нейроном і м'язовим волокном. У пресинаптичному терміналі ацетилхолін синтезується з ацетилкоферменту А (ацетил КоА) і холіну через фермент холіну ацетилтрансферази. Рівень активності ферментів є кроком, що обмежує швидкість в шляху синтезу. Ацетилхолін упакований у везикули для зберігання в терміналі через везикулярний транспортер ацетилхоліну (VACHT).

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання ацетилхоліну. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.2. Ацетилхолін синтезується з ацетил КоА і холіну холіну ацетилтрансферазою, кроком обмеження швидкості в шляху. Потім ацетилхолін упаковується в везикули везикулярним транспортером ацетилхоліну. «Синтез ацетилхоліну» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Зазначення Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    глутамат

    Глутамат є амінокислотним передавачем і є основним збуджуючим нейромедіатором у мозку. У пресинаптичному терміналі глютамін перетворюється в глутамат через фермент глутаміназу, який є кроком, що обмежує швидкість в шляху синтезу. Глутамат упакований у везикули для зберігання через везикулярний транспортер глутамату.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання глутамату. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.3. Глютамат синтезується з глютамина глутаміназою, кроком, що обмежує швидкість на шляху. Потім глутамат упаковується в везикули везикулярним транспортером глутамату. «Синтез глутамату» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    ГАБА

    Потім глутамат використовується для синтезу ГАМК, іншого передавача амінокислот та первинного інгібіторного нейромедіатора в мозку. У пресинаптичному терміналі глутамат перетворюється в ГАМК за допомогою ферменту декарбоксилази глутамінової кислоти, яка, як і інші шляхи синтезу, є кроком, що обмежує швидкість. ГАМК упаковується в везикули для зберігання в терміналі через везикулярний інгібіторний транспортер амінокислот.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання ГАМК. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.4. ГАМК синтезується з глутамату декарбоксилазою глутамінової кислоти, кроком обмеження швидкості на шляху. ГАМК потім упаковується в везикули везикулярним інгібіторним амінокислотним транспортером. «Синтез GABA» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    Гліцин

    Гліцин - ще один інгібуючий амінокислотний нейромедіатор, але на відміну від ГАМК, він частіше зустрічається в спинному мозку, ніж у головному мозку. Серингідроксиметилтрансфераза перетворює амінокислоту серин в гліцин в пресинаптичному терміналі. Крок обмеження швидкості для синтезу гліцину відбувається раніше на шляху до синтезу серину. Гліцин упакований у везикули везикулярним інгібіторним амінокислотним транспортером, як ГАМК.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання гліцину. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.5. Гліцин синтезується з серину серингидроксиметилтрансферазою. Потім гліцин упаковується в везикули везикулярним інгібіторним амінокислотним транспортером. «Синтез гліцину» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    Дофамін

    Дофамін, передавач катехоламіну, відіграє багато ролей у нервовій системі, але він найвідоміший своєю роллю у винагороді та русі. У пресинаптичному терміналі амінокислота тирозин перетворюється в ДОПА за допомогою тирозингідроксилази, яка є кроком обмеження швидкості синтезу всіх катехоламінів. Потім DOPA перетворюється на дофамін за допомогою DOPA декарбоксилази. Дофамін упаковується в синаптичні везикули везикулярним транспортером моноаміну.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання дофаміну. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.6. Дофамін синтезується в двоетапний процес. Тирозин перетворюється в ДОПА тирозингідроксилазою, кроком обмеження швидкості в шляху. Потім дофамін синтезується з ДОПА шляхом DOPA декарбоксилази. Потім дофамін упаковується в везикули везикулярним транспортером моноаміну. «Синтез дофаміну» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    норадреналін

    У нейронів, які вивільняють норадреналін, який є іншим передавачем катехоламіну, після того, як дофамін упаковується в синаптичні везикули, мембранно-зв'язаний фермент під назвою дофамін бета-гідроксилаза перетворює дофамін в норадреналін. Тому, на відміну від інших маломолекулярних нейромедіаторів, норадреналін синтезується всередині бульбашок, а не в цитоплазмі. Як і дофамін, кроком обмеження швидкості цього шляху синтезу є активність тирозингідроксилази.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання норадреналіну. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.7. Норадреналін синтезується з дофаміну дофаміновою бета-гідроксилазою після упаковки в везикули. «Синтез норадреналіну» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    адреналін

    Адреналін, який також називають адреналіном, є катехоламіном, але його часто вважають гормоном замість нейромедіатора. Адреналін в першу чергу виділяється мозком надниркових залоз в кровообіг; він використовується як нейромедіатор лише в невеликій кількості нейронів. Адреналін синтезується з норадреналіну в цитоплазмі ферментом фенілетаноламін-N-метилтрансферазою, тому синтез адреналіну вимагає норадреналіну для виходу з везикул, де він був синтезований. Після синтезу в цитоплазмі адреналін переупаковується в везикули через везикулярний транспортер моноаміну.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання адреналіну. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.8. Адреналін синтезується з норадреналіну фенілетаноламін-N-метилтрансферазою в цитоплазмі. Потім адреналін упаковують у везикули везикулярним транспортером моноаміну. «Синтез адреналіну» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    серотонін

    Серотонін, біогенний амінний нейромедіатор, відомий своєю роллю в настрої. Триптофан перетворюється в 5-гідрокситриптофан триптофангідроксилазою. Це також крок, що обмежує швидкість шляху синтезу. Потім ароматична L-амінокислота декарбоксилаза перетворює 5-гідрокситриптофан в серотонін. Серотонін упаковується в везикули везикулярним транспортером моноаміну, подібним до інших моноамінових нейромедіаторів: дофаміну та адреналіну.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання серотоніну. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.9. Серотонін синтезується в двоетапний процес. Триптофан перетворюється в 5-гідрокситриптофан триптофангідроксилазою, кроком обмеження швидкості на шляху. Потім серотонін синтезується з 5-гідрокситриптофану ароматичною L-амінокислотною декарбоксилазою. Потім серотонін упаковується в везикули везикулярним транспортером моноаміну. «Синтез серотоніну' Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    Гістамін

    Нарешті, гістамін є ще одним біогенним передавачем аміну, який синтезується з гістидину за допомогою дії гістадиндекарбоксилази, кроку обмеження швидкості шляху. Як і інші моноамінові нейромедіатори, він упаковується в синаптичні везикули через везикулярний транспортер моноаміну.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання гістаміну. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.10. Гістамін синтезується з гістадину гістадиндекарбоксилазою, кроком обмеження швидкості в шляху. Потім гістамін упаковується в везикули везикулярним транспортером моноаміну. «Синтез гістаміну» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Поширення На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    Синтез і зберігання нейропептидів

    Нейропептиди - це коротка низка амінокислот і, як відомо, мають широкий спектр ефектів від емоцій до сприйняття болю. На відміну від маломолекулярних нейромедіаторів, нейропептиди синтезуються в організмі клітини і транспортуються до аксонового терміналу. Як і інші білки, нейропептиди синтезуються з мРНК в пептидні ланцюги, виготовлені з амінокислот. У більшості випадків більша молекула-попередника, яка називається препропептидом, перекладається в вихідну послідовність амінокислот в грубому ендоплазматичному ретикулумі. Препропептид обробляється далі до стадії пропептиду. Решта обробка і упаковка кінцевого нейропептиду в бульбашку відбувається в апараті Гольджі. Пептиди упаковані в везикули, які значно більші, ніж бульбашки, які зберігають малі передавачі молекул. Потім ці великі бульбашки повинні рухатися від соми до терміналу.

    Ілюстрований шлях синтезу та зберігання нейропептидів. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.11. Синтез нейропептидів відбувається в організмі клітини. Кожен нейропептид кодується геном на ДНК, розташованої в ядрі. мРНК перекладається в амінокислотну послідовність для молекули попередника, яка називається препропептидом в грубому ендоплазматичному ретикулумі. Подальша обробка і упаковка нейропептиду в везикули відбувається в апараті Гольджі. «Нейропептидний синтез» Кейсі Хенлі ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Зазначення Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна.

    Аксональний транспорт

    Упаковані пептиди потрібно транспортувати до пресинаптичних терміналів для випуску в синаптичну щілину. Органели, везикули та білки можуть переміщуватися з тіла клітини до терміналу за допомогою антероградного транспорту або від терміналу до тіла клітини за допомогою ретроградного транспорту. Антероградний транспорт може бути як швидким, так і повільним.

    Упаковані нейропептиди транспортуються до синаптичних терміналів за допомогою швидких антероградних аксональних транспортних механізмів.

    Ілюстрований нейрон, що показує напрямок антероградного та ретроградного транспорту. Деталі в підписі.
    Малюнок 9.12. Клітинні компоненти повинні мати можливість переміщатися по всій клітині, щоб мати належне функціонування. Антероградний транспорт переміщує компоненти з тіла клітини до терміналу. Ретроградний транспорт переміщує компоненти від терміналу до тіла клітини. «Аксональний транспорт» Кейсі Хенлі ліцензується на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства Некомерційна Частка На Тих Самих Умовах (CC BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна Ліцензія.

    Ключові виноси

    • Невеликі молекули нейромедіаторів синтезуються і упаковуються в везикули в пресинаптичному терміналі.
    • Нейропептидні трансмітери синтезуються і упаковуються в везикули в організмі клітини і транспортуються до терміналу за допомогою швидкого аксонального транспорту
    • Кожна невелика молекула нейромедіатора має крок обмеження швидкості, який контролює швидкість синтезу.
    • Нейропептиди покладаються на аксональні транспортні механізми для переміщення від соми до терміналу

    Перевірте себе

    Інтерактивний елемент H5P був виключений з цієї версії тексту. Ви можете переглянути його онлайн тут:
    https://openbooks.lib.msu.edu/neuroscience/?p=328#h5p-9

    Відео-версія уроку

    Мініатюра вбудованого елемента «Глава 9 - Синтез нейромедіаторів»

    Елемент YouTube був виключений з цієї версії тексту. Ви можете переглянути його онлайн тут: https://openbooks.lib.msu.edu/neuroscience/?p=328