УЧЕБА и НАУКА / Глутамат. Физиология ЦНС. Семинар2
Курс Физиология Центральной нервной системы (ЦНС) в проекте Открытое образование (раздел курсы МГУ). Дубынин Вячеслав Альбертович.
(страница создана 12.04.2021)
Курс Физиология ЦНС в проекте Открытое образование .
СЕМИНАР 2
Тема 3. ГЛУТАМАТ оценка: 14 из 20
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ЗНАЧЕНИЕ
Глутаминовая кислота входит в состав белков пищи и белков нашего тела попадает в организм с едой - 5-10 г в сутки. Обычная структура: радикал -СН2 -СН2 -СООН.
Это органическое соединение, алифатическая дикарбоновая аминокислота. Относится к группе заменимых аминокислот. В живых организмах входит в состав белков, низкомолекулярных веществ и существует в свободном виде. Играет важную роль в азотистом обмене. Часто обозначается как Glu, есть другие сокращения (Глу, E, GAA, GAG). В водных растворах существует в ионизированном виде, то есть в форме отрицательно заряженного остатка глутамата («глютамата»).
Так как воды в клетке, мягко говоря, много, то в основном, когда мы говорим Глутаминовая кислота это идентично слову Глутамат.
Это главный возбуждающий медиатор (около 40% всех нейронов). Определяет проведение основных потоков информации в ЦНС (сенсорные сигналы, двигательные команды, память). Содержание в организме составляет до 25% от всех аминокислот.
В балансе активации и торможения как основных механизмах деятельности живых систем глутаминовая кислота и ГАМК (Гамма-аминомасляная кислота) – конкуренты и партнёры. (ГАМК – главный тормозный медиатор, около 40% нейронов).
В химических синапсах глутамат запасается в везикулах. Нервный импульс запускает высвобождение глутамата из пресинаптического нейрона. Преодолев синаптическую щель он связывается с постсинаптическими рецепторами, например, с NMDA-рецепторами, и активирует их.
Содержание Глутаминовой кислоты высоко во всех тканях организма. Глутамата много в любой пище. Поэтому трудно поверить, что это медиатор ЦНС. Пищевой глутамат почти не преодолевает ГЭБ, и для выполнения медиаторных функций кислота синтезируется в пресинаптических окончаниях из глутамина.
Глутамат способен влиять на вкусовые клетки-рецепторы языка.
РЕЦЕПТОРЫ
Есть три типа ионотропных и восемь типов метаботропных рецепторов к Glu. Они запускают ВПСП, повышая проводимость Na+. Метаботропные рецепторы действуют через цАМФ и другие вторичные посредники. Ионотропные рецепторы названы по агонистам: NMDA-рецепторы (агонист N-метил-D-аспартат) АМРА-рецепторы (агонист амино-гидрокси-метил- изоксазол-пропионовая кислота) Каинатные рецепторы (агонист каиновая кислота). Рецепторы отличаются по скорости развития ВПСП и способности пропускать ионы Na+ и Ca2+. Ca2+ способен действовать как вторичный посредник.
Наиболее изучены NMDA-рецепторы. Каждый состоит из 4-х белковых молекул.
МЕХАНИЗМЫ ПАМЯТИ
Одним из ключевых моментов в работе мышления является механизм памяти. Он настолько важен, что некоторые нейрофизиологи, например один из самых ее известных популяризаторов Константин Анохин в своих лекциях в рамках проекта Академия, которые мне довелось слушать, неоднократно высказывался в том духе, что в каком-то смысле мы и есть наша память. Я так не думаю – я вижу человека как совокупность всех составляющих его уровней и всех законов, управляющих этими уровнями, до термодинамики и энтропии включительно. Но память действительно весьма значимый фундамент мышления.
В открытом положении NMDA-рецептор свободен для Na+, Са2+, К+. Уникален тем, что может блокироваться ионом Mg2+ («магниевая пробка»). Блокированый рецептор выключен, и ВПСП не возникает. Когда заряд в нейроне выше -30 мВ, Mg2+ удаляется из канала, и рецептор работает. Этот механизм резко усиливает эффективность синапса, создает новый канал для передачи информации. База формирования памяти на уровне клеток - новый «канал» для передачи информации. Это долговременная память, в основе – синтез белков. Но это не специфические «белки памяти», а Glu-рецепторы. Рост их количества позволяет создать новые каналы, причем сама траектория движения сигнала по сети нейронов может быть разной и индивидуально очень вариабельна. В связи с такой организацией памяти мы технически еще очень далеки от того, чтобы считывать информацию с мозга и записывать ее прямо в ЦНС.
Благодаря участию NMDA-рецепторов в синаптической пластичности глутамат вовлечён в такие когнитивные функции, как обучение и память. Так как синаптических окончаний в среднем 2-3 тысячи на нейрон и каждое новое соединение прокладывает сохраняемый путь для информации. В среднем в человеке 85 млрд -100 нейронов. Можно представить сколько этих путей.
Синапсы, практически мгновенно активирующиеся, часты в коре и особенно часты в гиппокампе, связанном с кратковременной памятью. Внутриклеточный Са2+ может запускать цепь химических реакций, активирующих не-NMDA-рецепторы в основном за счет фосфорилирования). В обоих случаях измененное состояние синапса сохраняется от нескольких минут до часов и создает «кратковременную память».
Одна из форм синаптической пластичности, называемая долговременной потенциацией, существует в глутаматергических синапсах гиппокампа, неокортекса и в других частях головного мозга.
Длительные изменения обеспечиваются передачей сигнала посредством ионов Са2+ на ядерную ДНК, активацией генов не-NMDA-рецепторов, синтезом дополнительных белков-рецепторов и их встраиванием в постсинаптическую мембрану. Реакция идет часы-сутки, но зато измененное состояние синапса сохраняется долго («долговременная память»).
Глутамат участвует не только в проведении нервного импульса от нейрона к нейрону. Он используется и в объёмной нейротрансмиссии, когда сигнал передаётся в соседние синапсы путём суммации глутамата, высвобожденного в соседних синапсах. Играет важную роль в регуляции конусов роста и синаптогенеза в процессе развития головного мозга.
Таким образом, индивидуальная память в большинстве ее проявлений – это сформированные в ЦНС новые пути для передачи информации («ассоциации» между нейронами). В основе таких процессов – увеличение эффективности Glu- синапсов по одному из описанных выше механизмов.
АГОНИСТЫ И АНТОГОНИСТЫ. ФАРМАКОЛОГИЯ.
Так как Glu возбуждающий рецептор, то при его усилении возбуждение нарастает. Эффекты судорог наблюдаются при отравлении агонистами Glu, часть из которых является токсинами растений. Домоевая кислота вырабатывается некоторыми одноклеточными водорослями и через пищу способен отравлять птиц, млекопитающих, человека.
Антагонисты Glu. Основные клинические проблемы связаны с избыточной активностью Glu-синапсов. В настоящее время применяют в основном антагонисты NMDA-рецептора (мемантин, кетамин). Мемантин блокирует канал рецептора в его верхней части. Кетамин (калипсол) блокирует канал рецептора в его нижней части. Вызывает кратковременный, но глубокий наркоз в ветеринарии. Ламотриджин ослабляет экзоцитоз Glu.
ИНАКТИВАЦИЯ. ГЛУТАМАТ В НЕЙРОГЛИИ.
Из синаптической щели Glu переносится в глиальные клетки, где превращается в глутамин (Gln) . Глутамин затем может перемещаться в пресинаптическое окончание и вновь становиться Glu в митохондриях и потом упаковка в везикулу. Часть Glu возвращается из синаптической щели прямо в пресинаптическое окончание.
Транспортёры глутамата обнаружены на нейрональных мембранах и мембранах нейроглии. Они быстро удаляют глутамат из внеклеточного пространства.
При повреждении мозга или заболеваниях они могут работать в противоположном направлении, вследствие чего глутамат может накапливаться снаружи клетки. Этот процесс приводит к поступлению большого количества ионов кальция в клетку через каналы NMDA-рецепторов, что вызывает повреждение и даже гибель клетки —эксайтотоксичность. Механизмы клеточной смерти это или повреждение митохондрий избыточно высоким кальцием или соотношением Glu/Ca.
Эксайтотоксичность, обусловленная повышенным высвобождением глутамата или его сниженным обратным захватом, возникает при ишемическом каскаде и ассоциирована с инсультом, а также наблюдается при таких заболеваниях, как боковой амиотрофический склероз, латиризм, аутизм, некоторые формы умственной отсталости, болезнь Альцгеймера
Источники: Лекции Дубынина Вячеслава Альбертовича, Википедия, собственная память.
___________________________________________________
__________ВСЕ КУРСЫ И СЕРТИФИКАТЫ ____________
я получила 5 сертификатов Московского Государственного Университета в проекте Открытое образование, чтобы не писать совсем уже ненаучную ересь, они доступны по ссылкам
Физиология ЦНС (центральной нервной системы) , экзамен - июнь 2018 года сертификат с отличием
Основы астрономии - экзамен - июнь 2018 года, с отличием
Нейрофизиология поведения -экзамен - декабрь 2018 года, с отличием Огромная благодарность куратору курса.(она же куратор Физиологии ЦНС) -Аника Абрамова )
Биофизика - сертификат, экзамен - май 2019 года. Курс сложный, считаю, что не знаю его даже на те баллы, которые получены на экзамене. Просто повезло. Огромная благодарность куратору курса - Эвелина Никельшпарг.. Продолжаю изучать это направление по учебникам.
Язык, культура и межкультурная коммуникация - сертификат - июнь 2019 года, Курс очень простой, но экзамен был в диких условиях, пришлось отвечать на вопрос за секунды, после каждого вопроса система грузилась минутут и это считалось временем ответа, в итоге все вопросы даже не были загружены я их не увидела и все они были помечены как не отвеченные соответственно никакого сертификата с отличием нет. По этому направлению, я думаю, знаю на порядок больше чем в материалах курса.
Физиология растений в который входит биохимия, цитология, генетика, гистология растений(строение тканей) Собственно для меня это четыре курса одновременно. Самый интересный и самый сложный материал из всего пройденного в проекте, самое лучшее его структурирование и оформление.
Сертификат не получала, экзамен вначалебыл мной отложен, а потом так и не сдавался по причине проблем с сердцем (вероятно мне больше нельзя сдавать экзамены, возможно в будущем это изменится). Но все семинары этого курса были сданы на отлично, поэтому приведены в качетстве примера в этой серии страниц
