Глутамінова кислота і мозок mnda- рецептори

Глутамінова кислота (глутамат) - амінокислота, яка забезпечує роботу центральної нервової системи. У головному мозку концентрація глутамату в 80 разів більше, ніж в сироватці крові, і недарма, бо з його допомогою передається до 60% нервових імпульсів. Вона може як утворюватися в самому головному мозку, так і надходити в речовина мозку з крові через гематоенцефалічний бар'єр. Надходить з їжею глутамінова кислота проходить ряд трансформацій, не проникаючи безпосередньо в головний мозок.

У центральній нервовій системі глутамінова кислота виконує такі функції:

Медіаторну - є речовиною-посередником в передачі сигналу з однієї нервової клітини на іншу
Енергетичну - забезпечує нервові клітини енергією, необхідною для роботи
Антитоксичну - пов'язує аміак - отруйна речовина, що утворюється в процесі роботи клітин
Синтетичну - є речовиною-попередником для освіти інших речовин, важливих в роботі нервових клітин, в першу чергу гальмівного нейромедіатора ГАМК - γ-аміномасляної кислоти

Глутамінова кислота - нейромедіатор

Нейромедіатори - речовини, які допомагають проводити сигнал від одного нейрона до іншого через ущелину, яку називають синапсом. За нейрона сигнал біжить у вигляді електричного імпульсу, але щоб подолати синапс електричний сигнал повинен бути перетворений в хімічний. На кінчику нервового відростка, що передає сигнал, запасені хімічні речовини - медіатори або провідники. Коли імпульс досягає закінчення відростка, він звільняє медіатор, який пливе через синаптичну щілину до іншого нервового закінчення, що приймає сигнал, збуджуючи в ньому електричний струм. Звільнений медіатор відразу ж розщеплюється ферментами, а в нервовій клітині він утворюється наново з заготовок, плаваючих в міжклітинному просторі.

Глутамінова кислота - це збудливий нейромедіатор, тобто вона підсилює нервовий імпульс. У центральній нервовій системі є близько мільйона клітин, заточених на прийняття сигналів через глутамат (глутаматергіческіх нейронів). Ці клітини розташовані в корі головного мозку, гіпокампі, чорної субстанції, нюхової цибулини, мозочку, а також в спинному мозку, де приймають сигнали від чутливих закінчень

Глутаматергіческіх система неспецифічна, тобто неможливо виділити конкретну функцію, яку виконує глутамінова кислота, але в той же час вона бере участь в роботі головного мозку в цілому. Глутамінова кислота зв'язує в єдине ціле величезна кількість нейронів (нервових клітин) головного мозку.

Глутамінова кислота бере участь не тільки в класичному проведенні сигналу від нейрона до нейрона, але і в об'ємній нейротрансмиссии, коли імпульс передається відразу на кілька нервових закінчень шляхом сумування глутамату, звільненого з сусідніх клітин, що сприяє формуванню розлитого порушення, інакше кажучи, домінантного вогнища. У нормальних умовах це сприяє концентрації уваги на якомусь одному справі, зосередженості на досягненні мети.

Глутамінова кислота відіграє роль у розвитку нервової системи. Вона сприяє утворенню нових відростків нейронів і встановлення нових зв'язків між ними, тобто бере участь в таких процесах, як навчання і пам'ять.

глутаматние рецептори

В нейронах є два види рецепторів, що реагують на викид глутамату: іонотропние і метаботропние (mGLuR 1-8).

Іонотропние рецептори у відповідь на приєднання ліганду, тобто сигнальної молекули, відкривають «двері» клітини для іонів, тобто заряджених частинок, які змінюють заряд клітини, викликаючи таким чином «потенціал дії», тобто спрямований електричний струм.

Метаботропние рецептори викликають перебудову всередині самої клітини. Ефект при стимуляції іонотропних рецепторів виникає швидко, але тримається недовго, це рецептори негайної відповіді, ефект від стимуляції метаботропних рецепторів виникає через певний час, але тримається довше. Іонотропние активуються на кілька мілісекунд, але часто, метаботропние можуть зберігати активність нейрона від секунд до декількох хвилин.

Група іонотропних рецепторів ділиться на три сімейства: NMDA- рецептори. AMPA-рецептори і каінатние рецептори (рецептори каїнової кислоти).

Група метаботропних рецепторів також ділиться на три групи: I, II, III.

іонотропние рецептори

NMDA-рецептори назвали так оскільки речовиною, вибірково їх збудливим, (селективним агоністом) є N-метил-D-аспартат, тобто аспарагінова кислота, до якої причепився метильний хвіст.

Для AMPA-рецепторів такою речовиною є α - амінометілізоксазолпропіоновая кислота.

Каінатние рецептори вибірково стимулюються каїнової кислотою. Вона міститься в червоних водоростях і використовується в науці для моделювання епілепсії і хвороби Альцгеймера.

За останніми даними δ-рецептори, які розташовані в мозочку ссавців в клітинах Пуркіньє. також стали зараховувати до іонотропних.

Механізм дії всіх іонотропних рецепторів схожий. Найкраще він вивчений на прикладі NMDA-рецепторів.

NMDA-рецептори

NMDA-рецептори регулюють збудливість нервової тканини і впливають на формування нових зв'язків між нейронами (синаптична пластичність).

Двері в клітку, яку представляє собою NMDA-рецептор, має складну структуру: вона складається з чотирьох частин - субодиниць-білків, два з яких є представниками класу NR1, а два інших - представниками класу NR2.

Позаклітинна частина білка NR2 - це замок на двері, який відкривається медіатором. Ключем до замку є глутамат, аспартат і N-метил-D-аспартат. Білок NR1 виконує роль стопора, відсуває стопор амінокислота гліцин. Щоб замок відкрився, до кожної субодиниці повинен підійти свій ключ, тобто рецептор запрацює, коли до нього приєднається відразу дві молекули медіатора і коагоніст Глицин. Це як замок банківського осередку, який відкривається при наявності відразу трьох ключів.

Глутмаміновая і аспарагінова кислоти не є дефіцитними, люди споживають їх у величезних кількостях з їжею, до того ж вони можуть утворюватися в самому організмі, гліцин - начебто теж замінна амінокислота, але для її синтезу необхідна фолієва кислота, а ось її в наших північних широтах ми можемо не добрати, бо міститься вона в свіжої зелені. Згадайте, коли і скільки ви з'їли зеленої травички? Гілочку укропчика на ковбаски? Ось для того, щоб заповнити дефіцит гліцину і продається комерційний препарат під тією ж назвою, який допомагає працювати NMDA-рецепторів і опосередковано, через відкриття іонних каналів, покращує пам'ять, здатність до навчання і інтелект.

Чотири білка формують канал для проведення іонів через клітинну мембрану всередину клітини. Усередині каналу врастопирку варто іон Магнію - отака засувка, що не пускає іони.

При приєднанні медіатора (глутамату або аспартату) і амінокислоти-регулятора (гліцину) канал починає працювати: іон Магнію виходить назовні, засувка відсувається, всередину клітини починають надходити іони Кальцію і натрію, а з клітини в міжклітинний простір виходить Калій.

В результаті спрямованого руху іонів в приймаючому нейроні виникає електричний струм, що призводить до прискорення передачі імпульсів, а значить, головний мозок працює швидше. Після того, як глутамат подіяв, спеціальні клітини-ізолятори нервового волокна, іменовані астроцитами, поглинають його з міжклітинної простору за допомогою транспортного білка GLT1. У астроцитах глутамат захоплює аміак, токсична речовина, яка завжди виділяється при роботі, перетворюється в глутамин і в такому вигляді повертається в нервове закінчення, де він знову готовий до роботи.

У каналі, що проходить через мембрану клітини, є додаткові місця для приєднання регуляторних молекул, які можуть як прискорювати рух заряджених частинок, так і блокувати їх. Анестетик Кетамін працює, як мастило рецепторной двері, полегшуючи проходження іонів через канал.

Внутрішньоклітинна частина NMDA-рецептора є регуляторної, тут постійно снують ферменти, навішуючи на канал додаткові замки із залишків фосфорної кислоти або зрізуючи їх, що уповільнює або прискорює проведення іонів по каналу. Таким чином здійснюється тонка настройка швидкості руху іонів, а значить і швидкості нервових процесів.

Етиловий спирт, що міститься в алкогольних напоях, блокує NMDA-рецептори, тобто виступає, як стопор, не дає їм працювати. У внутрішньоутробному періоді це призводить до загибелі нейронів, що в подальшому може позначитися і на інтелекті, і на пам'яті.

У мозку новонароджених і молодих особин в складі NMDA-рецептора переважає субодиниця, утворена білком NR2B. Канали, що містять цей білок, залишаються у відкритому положенні довше, а нейрони з такими рецепторами швидше реагують на сигнал і триваліша знаходяться в робочому режимі, що формує швидке і довгострокове запам'ятовування. Проте з віком субодиниці NR2B замінюються на NR2C і NR2A, що впливає на здатність до навчання: інформація сприймається важче, пам'ять працює гірше. Однак клітини з NR2B-субодиницями швидко гинуть при перевантаженні рецептора глутамат. який у високих концентраціях отруйний для нервової тканини, а ось білок NR2A захищає нейрони від токсичної дії надлишку глутамата.

NMDA-рецептори не беруть участь у виникненні швидкого і короткочасного порушення, з якими пов'язані рухові автоматизми (наприклад, рефлекс отдергивания), за них відповідальні інші іонотропние рецептори, перш за все AMPA. NMDA-рецептори зайняті іншою роботою: забезпечують посилену і тривалу активацію нейронів, що має значення при навчанні та запам'ятовуванні нової інформації.

Існує гіпотеза, що короткочасна пам'ять - суть іонні структури, тому, чим сильніше сигнал, тим краще короткочасна пам'ять. Іонні структури нестійкі, швидко руйнуються, що призводить до забування, «стирання» інформації з пам'яті.

Найбільша щільність NMDA-рецепторів є в кінцевому мозку, перш за все в гіпокампі, миндалевидном тілі, смугастому тілі, а також в корі великих півкуль. Гіпокамп - зона пам'яті, мигдалеподібне тіло - зона емоцій і пам'яті, пов'язаної з емоційними подіями, смугасте тіло (стриатум) - регулює м'язовий тонус, об'єднує в одне ціле функціонування скелетної мускулатури і внутрішніх органів. Кора головного мозку формує людську особистість і контролює всі процеси, що відбуваються в організмі. Концентрація NMDA-рецепторів вище в асоціативних зонах мозку, тобто тих відділах, які об'єднують різні зони кори між собою, в порівнянні з проекційними зонами, тобто тих, які віддають накази від головного мозку на рухову мускулатуру.

У корі головного мозку NMDA-рецептори зосереджені переважно в наступних зонах:

Збої в роботі NMDA-рецепторів призводять до безлічі важких неврологічних і психічних порушень, таких як епілепсія, аутизм, шизофренія.