Žmogaus smegenys susideda iš 10 12 nervinių ląstelių. Paprasta nervinė ląstelė gauna informaciją iš šimtų ir tūkstančių kitų ląstelių ir perduoda ją šimtams ir tūkstančiams, o jungčių skaičius smegenyse viršija 10 14 - 10 15. Daugiau nei prieš 150 metų R. Dutrochet, C. Ehrenberg ir I. Purkinje morfologiniuose tyrimuose atrastos nervinės ląstelės nenustoja traukti tyrinėtojų dėmesio. Kaip nepriklausomi nervų sistemos elementai, jie buvo atrasti palyginti neseniai – XIX a. Golgi ir Ramón y Cajal panaudojo gana pažangius nervinio audinio dažymo metodus ir nustatė, kad smegenų struktūrose galima išskirti dviejų tipų ląsteles: neuronus ir glia. . Neuromokslininkas ir neuroanatomas Ramonas y Cajalas naudojo Golgi dažymą, kad nustatytų smegenų sritis ir nugaros smegenys. Rezultatas parodė ne tik ypatingą sudėtingumą, bet ir aukštą nervų sistemos tvarkingumo laipsnį. Nuo to laiko atsirado naujų nervinio audinio tyrimo metodų, leidžiančių atlikti subtilią jo struktūros analizę – pavyzdžiui, naudojant historadiochemiją atskleidžiami sudėtingiausi nervinių ląstelių ryšiai, leidžiantys pateikti iš esmės naujas prielaidas. apie neuronų sistemų kūrimą.
Mikrotubulių struktūros yra tokios sudėtingos, kad daugelis mechanizmų dar nėra žinomi. Naujausi ekstremalios skiriamosios gebos tyrimų instrumentai atskleidė, kad šie mechanizmai yra daug sudėtingesni, nei manyta anksčiau. Buvo atrasti signalizacijos keliai, reguliuojantys mikrovamzdelių konstrukcijų statybą, priežiūrą ir remontą.
Yra daug 7 tipų tubulino molekulių, vadinamų α, β, γ, δ, ε ir ζ, versijų. Norint suaktyvinti struktūras, reikalingas trečiasis γ-tubulino tipas. γ-tubulinas jungiasi su kitais dideliais baltymais, sudarydamas žiedo kompleksą, kuris yra struktūrų pradinė vieta.
Turėdama itin sudėtingą struktūrą, nervinė ląstelė yra labiausiai organizuotų fiziologinių reakcijų, kuriomis grindžiamas gyvų organizmų gebėjimas skirtingai reaguoti į pokyčius, substratas. išorinė aplinka. Eikite į funkcijas nervinė ląstelė apima informacijos apie šiuos pokyčius organizme perdavimą ir jos įsiminimą ilgą laiką, išorinio pasaulio įvaizdžio kūrimą ir elgesio organizavimą tinkamiausiu būdu, užtikrinant maksimalią gyvos būtybės sėkmę kovojant už savo. egzistavimas.
Ši kilmė vadinama branduoliu. Konstrukcijos statomos ir nuolat atskiriamos viena nuo kitos, o mikrovamzdeliai juda į naujus regionus, o pasikeitus situacijai ar aplinkai netinkamai statomai konstrukcijai, juda atgal.
Du skirtingi augančio tuščiavidurio vamzdžio galai skiriasi. Teigiamas galas greitai auga ir taip pat greitai nutrūksta. Kitas tipas reguliuoja branduolio susidarymo vietas ir vietą, kur prasideda struktūra. Ši grupė taip pat ardo struktūras. Kita grupė yra varikliai, tokie kaip kinezinas ir dyneinas, kurie sukuria judėjimo ir mechanines jėgas, susijusias su statybinėmis konstrukcijomis. Penktasis – specialūs baltymai, kurie veikia tubulino molekulių lankstymąsi ir modifikuoja struktūras. Ši paskutinė grupė sukuria daug skirtingi tipai unikalios struktūros.
Nervinės ląstelės pagrindinių ir pagalbinių funkcijų tyrimai dabar išsivystė į dideles nepriklausomas neurobiologijos sritis. Jautrių nervų galūnėlių receptorių savybių pobūdis, tarpneuronų sinapsinio nervinių poveikių perdavimo mechanizmai, nervinio impulso atsiradimo ir sklidimo išilgai nervinės ląstelės mechanizmai ir jo procesai, sužadinimo ir susitraukimo jungties pobūdis. sekrecijos procesai, pėdsakų palaikymo nervinėse ląstelėse mechanizmai – visa tai yra kardinalios problemos, kurias reikia išspręsti ir kurios per pastaruosius dešimtmečius sulaukė didelio pasisekimo dėl plačiai paplitusio įgyvendinimo. naujausius metodus struktūrinė, elektrofiziologinė ir biocheminė analizė.
Medžiagos, pažymėtos mikrotubulų transportavimui
Viena iš pagrindinių mikrovamzdelių funkcijų yra reguliuoti visą transportą išilgai labai ilgo aksono, taip pat ląstelės kūną ir dendritus su unikaliais dygliais. Į kiekvieną zoną turi būti siunčiama speciali medžiaga. Ląstelės yra labai mažos, palyginti su žmonėmis – žmogaus dydžio, palyginti su Everestu. Tačiau žiūrint į neuronų skalę, jie gali turėti kelių pėdų ilgio aksonus. Transportas šiuo mastu yra žmogaus, einančio palei Kinijos sieną, judėjimas.
Mikrotubulinės struktūros sudaro visą ląstelę
Neuronas turi siųsti didelis skaičius specifines pažymėtas medžiagas į tam tikras ląstelės vietas ir išilgai aksono. Yra įvairių tipų kanalėlių, skirtų aksonams ir dendritams. Kiekvienam yra specialūs varikliai. Kai neuronas migruoja, jis sukuria procesą į priekį, perkelia branduolį į priekį ir išardo paliktą procesą. Mikrovamzdeliai ir aktino karkasai visa tai nukreipia.
2.1 Dydis ir forma
Neuronų dydžiai gali svyruoti nuo 1 (fotoreceptoriaus dydžio) iki 1000 μm (milžiniško jūrų moliusko Aplysia neurono dydžio) (žr. [Sakharov, 1992]). Neuronų forma taip pat labai įvairi. Neuronų forma ryškiausiai matoma ruošiant visiškai izoliuotų nervinių ląstelių preparatą. Neuronai dažniausiai būna netaisyklingos formos. Yra neuronų, kurie primena „lapą“ arba „gėlę“. Kartais ląstelių paviršius primena smegenis – jame yra „vagos“ ir „vingiai“. Neuronų membranos dryžuotumas padidina jo paviršių daugiau nei 7 kartus.
Šio proceso inkaras yra centrosomas, pagamintas iš centriolių, pagamintų iš specifinių mikrovamzdelių struktūrų. Jis gamina mikrovamzdelių jungtis tiesioginiuose procesuose. Centrosoma yra organizacinis mikrotubulų veikimo centras. Tai organelė, esanti šalia branduolio. Du centrioliai yra apsupti stačiu kampu didelė masė voverė. Ši labai sudėtinga mašina nukreipia ląstelių dalijimąsi, išskirdama visus dalijimosi elementus į daugelį etapų.
Kai centrioliai susijungia, jie tai daro stačiu kampu, o poros juda link priešingų branduolio galų ląstelių dalijimosi metu. Tačiau centrosomos, pagamintos iš centriolių, taip pat yra svarbus būdas, kuriuo neuronas organizuoja plintančią ir nuolat besikeičiančią mikrotubulių struktūrą. Tiesą sakant, centriolė nustato, kur ląstelėje yra branduolys, ir taip pat organizuojasi erdvinė struktūra organelės ląstelėje. Ląstelėse, kuriose yra blakstienų ir žvynelių, centrinė centriolė nustato, kur ji bus.
Nervų ląstelės turi skirtingą kūną ir procesus. Atsižvelgiant į funkcinę procesų paskirtį ir jų skaičių, išskiriamos monopolinės ir daugiapolės ląstelės. Monopolinės ląstelės turi tik vieną procesą – aksoną. Pagal klasikines koncepcijas neuronai turi vieną aksoną, kuriuo iš ląstelės plinta sužadinimas. Remiantis naujausiais rezultatais, gautais atliekant elektrofiziologinius tyrimus naudojant dažus, galinčius plisti iš ląstelės kūno ir dėmėti procesus, neuronai turi daugiau nei vieną aksoną. Daugiapolės (bipolinės) ląstelės turi ne tik aksonus, bet ir dendritus. Dendritai perduoda signalus iš kitų ląstelių į neuroną. Dendritai, priklausomai nuo jų buvimo vietos, gali būti baziniai arba viršūniniai. Kai kurių neuronų dendritinis medis yra itin šakotas, o ant dendritų yra sinapsės – struktūriškai ir funkciškai susidariusios vienos ląstelės kontakto su kita vietos.
Ši centrinė motina dar vadinama baziniu kūnu kaip viso ląstelės mikrotubulinio proceso pradžios taškas. Mikrovamzdeliai sudaro didelę struktūrą, kuri supa visą ląstelės branduolį. Ši ląstelė tęsiasi nuo centrosomos aplink branduolį iki pagrindinio proceso. Šie mikrovamzdeliai skatina neuronų migraciją. Tada kanalėlių struktūra traukia centrosomą su branduoliu link priekinio krašto.
Kai aksonas prasideda ir auga, ląstelės forma tampa poliarinė ir asimetriška. Neuritas auga su mikrovamzdelių ryšuliais ir labai aktyviu aktino augimo kūgiu. Šis sudėtingas procesas apima abiejų mechaninius veiksmus. Kai neuronas tampa specifiniu tipu, mikrovamzdeliai tampa labai specifines formas ir turi palaikyti juos unikaliomis stabilizuojančiomis molekulėmis. Taip yra dėl labai aktyvaus šių stabilizuojančių molekulių pernešimo kinezininiais varikliais. Kaip tai nukreipta, neaišku.
Kurios ląstelės tobulesnės – vienpoliės ar dvipoliės? Unipoliniai neuronai gali būti specifinis bipolinių ląstelių vystymosi etapas. Tuo pačiu metu moliuskų, kurie užima toli nuo viršutinio evoliucijos kopėčių aukšto, neuronai yra vienpoliai. Nauji histologiniai tyrimai parodė, kad net ir žmonėms, vystantis nervų sistemai, kai kurių smegenų struktūrų ląstelės „transformuojasi“ iš vienpolių į dvipolius. Išsamus nervinių ląstelių ontogenezės ir filogenezės tyrimas įtikinamai parodė, kad ląstelės vienpolė struktūra yra antrinis reiškinys ir kad embriono vystymosi metu galima žingsnis po žingsnio atsekti laipsnišką dvipolių nervinių ląstelių formų transformaciją į vienpolies. Vargu ar būtų teisinga dvipolio ar vienpolio nervinės ląstelės struktūros tipą laikyti nervų sistemos struktūros sudėtingumo požymiu.
Gali būti įtraukta centrosoma ir Golgi. Kartkartėmis visas daugelio mikrovamzdelių pluoštas yra pajudinamas mechaninėmis jėgomis iš variklių, todėl forma keičiasi. Kai atsiranda aksonų pažeidimas, mikrovamzdeliai vėl yra labai svarbūs taisymui.
Mikrovamzdeliai atlieka daug skirtingų vaidmenų formuojant ir stabilizuojant sinapses. Ankstesnis straipsnis parodė dinaminius dendritinių spygliuočių pokyčius ir įvairių formų. Tai atsiranda dėl mikrotubulių veiksmų. Šie mikrovamzdeliai atneša medžiagą, skirtą pakeisti stuburo formą naudojant specialius variklius.
Laidininkų procesai suteikia nervų ląstelėms galimybę susijungti į įvairaus sudėtingumo nervų tinklus, o tai yra visų smegenų sistemų kūrimo iš elementarių nervų ląstelių pagrindas. Norint suaktyvinti šį pagrindinį mechanizmą ir jį naudoti, nervų ląstelės turi turėti pagalbinius mechanizmus. Vieno iš jų tikslas – įvairių išorinių poveikių energiją paversti tokia energija, kuri gali įjungti elektrinio sužadinimo procesą. Receptorių nervinėse ląstelėse toks pagalbinis mechanizmas yra specialios jutimo membranos struktūros, leidžiančios keisti jos joninį laidumą veikiant tam tikriems išoriniai veiksniai(mechaninis, cheminis, lengvas). Daugumoje kitų nervinių ląstelių tai yra chemiškai jautrios tų paviršinės membranos sričių, prie kurių greta kitų nervinių ląstelių procesų galai (postsinapsinės sritys) ir kurios gali keisti membranos joninį laidumą sąveikaudamos su chemikalai išskiriamas nervų galūnėlių. Vietinis elektros yra tiesioginis dirgiklis, įjungiantis pagrindinį elektrinio sužadinimo mechanizmą. Antrojo pagalbinio mechanizmo tikslas – nervinį impulsą paversti procesu, leidžiančiu šio signalo atneštą informaciją panaudoti tam tikroms ląstelių veiklos formoms suaktyvinti.
Citoskeleto struktūra ir struktūra
Viename aksonų skerspjūvyje aksonai gali turėti iki 100 mikrotubulų ryšulių. Šiose gardelėse yra daug variantų su skirtingų tipų stabilizuojančiomis molekulėmis, skirtinga orientacija ir daugybe skirtingų susijusių molekulių bei susijusių veiksnių. Jis yra toks sudėtingas, kad daugelis struktūros nesuprantama, nepaisant išsamių tyrimų su elektroniniais mikroskopais ir plonomis pjūviais.
Todėl minuso galai ne visada yra centrosomoje. Pačios pirmosios struktūros prasideda nuo centrosomos, bet tada, kai ji tampa sudėtingesnė ir didesnė visame aksone, atrodo, kad ši kryptis išnyksta, o kiti ją pasiima. Ankstesnėje ataskaitoje buvo aprašytos svarbios ląstelių blakstienos, turinčios daugybę signalizacijos ir judėjimo funkcijų. Šios blakstienos yra labai organizuotos formos mikrovamzdeliais ir kilę iš centrosomos.
2.2 Neuronų spalva
Kitas išorinė charakteristika nervų ląstelės yra jų spalvos. Jis taip pat yra įvairus ir gali rodyti ląstelių funkciją – pavyzdžiui, turi neuroendokrininės ląstelės balta spalva. Geltona, oranžinė ir kartais Ruda spalva neuronai paaiškinami pigmentais, esančiais šiose ląstelėse. Pigmentų pasiskirstymas ląstelėje yra netolygus, todėl jos spalva kinta visame paviršiuje – spalvingiausios sritys dažnai susitelkusios prie aksono kalvos. Matyt, yra tam tikras ryšys tarp ląstelės funkcijos, jos spalvos ir formos. Įdomiausi duomenys apie tai buvo gauti atliekant moliuskų nervų ląstelių tyrimus.
Tačiau dauguma mikrotubulių nėra pritvirtinti prie abiejų galų. Orientacijos yra skirtingos ir paleidžiamos iš skirtingų šaltinių. Dendrituose pliuso ir minuso orientacija yra pusė ir pusė, o aksone ji dažniausiai yra pirmaujanti. Mikrovamzdeliai nuolat plečiasi ir susitraukia tiek aksonuose, tiek dendrituose, net ir subrendusiose aksonų sinapsėse. Atrodo, kad kai kurie yra stabilūs šiose brandžiose situacijose, o kiti – ne. Regionai, kurie yra stabilesni, turi daug daugiau susijusių baltymų ir ryšių.
Mikrovamzdelių struktūrų tipai
Yra įvairių tubulino molekulių, kurios sudaro mikrovamzdelius, o pagrindinis struktūrinis α-tubulinas ir β-tubulinas turi variantų, dėl kurių jis tampa sudėtingesnis. Šie variantai vadinami izoformomis ir juos gamina skirtingi genai, skirtingi baltymo pokyčiai, kai jie gaminami, ir skirtinga struktūra siūlai Vienas iš skirtumų yra aminorūgščių seka molekulės dalyje, kuri išsikiša iš struktūros kaip uodega. skirtingos formos, kurie sudaro modelį ir kodą.
2.3. Sinapsės
Biofizinis ir ląstelių biologinis požiūris į neuronų funkcijų analizę, galimybė identifikuoti ir klonuoti genus, būtinus signalizacijai, atskleidė glaudų ryšį tarp principų, kuriais grindžiamas sinapsinis perdavimas ir ląstelių sąveika. Dėl to buvo užtikrinta konceptuali neurobiologijos ir ląstelių biologijos vienybė.
Atrodo, kad šie sekos skirtumai atlieka skirtingų tipų ląstelių funkcijas. Šių uodegų mutacijos yra susijusios su smegenų ligomis. Taip pat yra specialių chaperono molekulių, kurios padeda tubulino baltymo molekulei susilankstyti. Viena konkreti chaperono mutacija sukelia niokojančią žmogaus ligą su sunkiais vystymosi simptomais.
Tubulino uodegos gali keistis po to, kai jos yra gardelės dalis. Kai kurie iš šių pakeitimų gali padėti išlaikyti konstrukcijos stabilumą laikui bėgant. Jie gali pritraukti specialias molekules, kurios stabilizuoja struktūrą ir sustabdo vamzdelio irimą. Yra daug šių uodegų modifikacijų, įskaitant aminorūgščių pašalinimą, pjūvio pjovimą ir acetilu žymėjimą, fosforilinimą, glicilinimą ir poliglutaminus. Yra specialūs fermentai, kurie veikia su šiomis žymomis konkretiems tikslams.
Paaiškėjus, kad smegenų audinys susideda iš atskirų ląstelių, sujungtų procesų, iškilo klausimas: kaip bendras šių ląstelių darbas užtikrina visų smegenų funkcionavimą? Dešimtmečius klausimas, kaip sužadinimas perduodamas tarp neuronų, t.y., buvo prieštaringas. kaip jis atliekamas: elektrinis ar cheminis. Iki 20-ųjų vidurio. Dauguma mokslininkų pritarė požiūriui, kad raumenų sužadinimas, reguliavimas širdies ritmas ir kiti periferiniai organai – nervuose kylančių cheminių signalų įtakos rezultatas. Anglų farmakologo G. Deilo ir austrų biologo O. Levy eksperimentai buvo laikomi lemiamu cheminio perdavimo hipotezės patvirtinimu.
Modifikacijos pastebimos tam tikrose neuronų dalyse, kurios, matyt, atlieka specifinę funkciją. Atrodo, kad tai dar vienas sudėtingas kodas, kuris dar nesuprantamas. Atrodo, kad kitų funkcijų fermentai veikia mikrotubulų uodegas. Pradinis neurono segmentas organizuoja medžiagos srautą į aksoną, užkertant kelią daugelio baltymų, kurie lieka ląstelės kūne, difuzijai. Tai leidžia kai kurių tipų transportą aksone, o ne kitus. Šis regionas atskleidžia neįprastą kelių mikrotubulių pluoštą, kuris gali būti susijęs su veikimo potencialo pradžia.
Nervų sistemos sudėtingumas vystosi užmezgant ryšius tarp ląstelių ir komplikuojant pačias jungtis. Kiekvienas neuronas turi daug ryšių su tikslinėmis ląstelėmis. Šie taikiniai gali būti įvairių tipų neuronai, neurosekrecinės ląstelės arba raumenų ląstelės. Nervinių ląstelių sąveika daugiausia apsiriboja konkrečiomis vietomis, kur gali atsirasti jungtys – tai sinapsės. Šis terminas kilęs iš graikiško žodžio „pritvirtinti“ ir jį įvedė C. Sherrington 1897 m. O prieš pusę amžiaus C. Bernardas jau buvo pastebėjęs, kad kontaktai, sudarantys neuronus su tikslinėmis ląstelėmis, yra specializuoti ir dėl to , signalų, sklindančių tarp neuronų ir tikslinių ląstelių, pobūdis kažkaip pasikeičia šio kontakto vietoje. Kritiniai morfologiniai sinapsių egzistavimo įrodymai pasirodė vėliau. Juos gavo S. Ramon y Cajal (1911), kuris parodė, kad visos sinapsės susideda iš dviejų elementų – presinapsinės ir postsinapsinės membranos. Ramon y Cajal taip pat numatė trečiojo sinapsės elemento egzistavimą – sinapsinį plyšį (tarpą tarp presinapsinių ir postsinapsinių sinapsės elementų). Bendras šių trijų elementų darbas yra neuronų ir sinapsinės informacijos perdavimo procesų pagrindas. Sudėtingos sinapsinių jungčių formos, susidarančios vystantis smegenims, yra visų nervų ląstelių funkcijų pagrindas – nuo jutiminio suvokimo iki mokymosi ir atminties. Sinapsinio perdavimo defektai yra daugelio nervų sistemos ligų pagrindas.
Mikrotubulų struktūros formavimasis
Jie turi daug kryžminių nuorodų į struktūrą, vadinamą paketu. Atrodo, kad jie taip pat dalyvauja reguliuojant tau molekulės srautą tarp aksono ir ląstelės kūno. Daug įvairių veiksnių, varikliai ir baltymų kompleksai reguliuoja kompleksinę trimatę dinaminę mikrovamzdelių gardelę. γ-tubulinas sudaro sudėtingą kompleksą, kad būtų pradėtas procesas, kuris iš pradžių tampa struktūros kūrimo šablonu. Jis gali prasidėti arba ne prasidėti centrosomoje. Buvo manoma, kad šios necentrosominės struktūros buvo išskirtos iš pradinio komplekso, tačiau tam nėra tikrų įrodymų.
Sinapsinis perdavimas per dauguma smegenų sinapses tarpininkauja cheminių signalų, gaunamų iš presinapsinio terminalo, sąveika su postsinapsiniais receptoriais. Per daugiau nei 100 sinapsių tyrimų metų visi duomenys buvo įvertinti S. Ramono y Cajal pateiktos dinaminės poliarizacijos koncepcijos požiūriu. Pagal visuotinai priimtą požiūrį, sinapsė perduoda informaciją tik viena kryptimi: informacija teka iš presinapsinės į postsinapsinę ląstelę, anterogradiškai nukreiptas informacijos perdavimas yra galutinis susiformavusių neuronų komunikacijų žingsnis.
Kai kurie organizmai turi aktyvias groteles be centrosomų. Pradinė centrosoma atsiskiria po neuronų diferenciacijos. Neseniai aksonuose ir dendrituose buvo aptikta šiek tiek γ-tubulino. Iniciacijos vietos gali būti aptiktos Golgi, plazmos membranoje ir kitose vietose.
Golgi sukuria savo sudėtingą mikrotubulių masyvą, kuris siunčia medžiagą į judančio neurono priekį. Atrodo, kad Golgi turi mechanizmą, leidžiantį paleisti struktūras, susijusias su kitais taikiniais. Pagrindinės Golgi operacijos atliekamos ląstelės kūne, tačiau kai kurie dendritai turi kitus postus, kurie padeda sukurti dendritų formas. Tačiau, atrodo, yra kitų γ-tubulino ir kitų pastolių pradžios šaltinių. Naujos grotelės taip pat gali skirtis nuo esamų.
Naujų rezultatų analizė rodo, kad nemaža dalis informacijos perduodama retrogradiškai – iš postsinapsinio neurono į presinapsinius nervų galūnes. Kai kuriais atvejais buvo nustatytos molekulės, tarpininkaujančios retrogradiniam informacijos perdavimui. Šios medžiagos svyruoja nuo judrių mažų azoto oksido molekulių iki didelių polipeptidų, tokių kaip nervų augimo faktorius. Net jei signalai, perduodantys informaciją retrogradiškai, skiriasi savo molekuline prigimtimi, šių molekulių veikimo principai gali būti panašūs. Dvikryptis perdavimas užtikrinamas ir elektrinėje sinapsėje, kurioje jungiamojo kanalo plyšys sudaro fizinį ryšį tarp dviejų neuronų, nenaudojant neuromediatoriaus, perduodančio signalus iš vieno neurono į kitą. Tai leidžia dviem kryptimis perkelti jonus ir kitas mažas molekules. Tačiau abipusis perdavimas taip pat egzistuoja dendrodendritinėse cheminėse sinapsėse, kur abu elementai turi siųstuvo išleidimo ir atsako mechanizmus. Kadangi sudėtinguose smegenų tinkluose šias perdavimo formas dažnai sunku atskirti, dvikrypčio sinapsinio ryšio atvejų gali būti daug daugiau, nei atrodo šiuo metu.
Buvo rasti specialūs baltymai, kurie jungiasi prie mikrotubulių ir tada pritraukia γ-tubuliną, kad sukurtų kitą karkasą. Specialūs fermentai nupjauna dalį mikrovamzdelių gardelės ir panaudoja jas kuriant naują gardelę. Šią paslaugą teikia trys fermentų šeimos: kataninas, spastinas ir figentinas, kurie yra didelės baltymų struktūras išskiriančių fermentų grupės dalis. Atrodo, kad šie fermentai yra ypač svarbūs kuriant šakas aksone, kad susidarytų daugybė boutonų ir dendritų, kurie sudaro kelis stuburus.
Dvikryptis signalizavimas sinapsėse vaidina svarbų vaidmenį bet kuriame iš trijų pagrindinių neuroninio tinklo funkcijos aspektų: sinapsinio perdavimo, sinapsinio plastiškumo ir sinapsinio brendimo vystymosi metu. Sinapsinis plastiškumas yra smegenų vystymosi ir mokymosi metu užmezgamų ryšių pagrindas. Abiem atvejais reikalingas retrogradinis signalas iš posto į presinapsinę ląstelę, kurios tinklo poveikis yra palaikyti arba sustiprinti aktyvias sinapses. Sinapsinis ansamblis apima koordinuotą baltymų, išsiskiriančių iš pre- ir postsinapsinės ląstelės, veikimą. Pagrindinė baltymų funkcija yra sukelti biocheminius komponentus, reikalingus siųstuvui išleisti iš presinapsinio terminalo, taip pat organizuoti išorinio signalo perdavimo į postsinapsinę ląstelę aparatą.
2.4. Elektrinis jaudrumas
Visos būdingos funkcijos nervų sistema, yra susiję su struktūrinių ir funkcinės savybės, suteikiant galimybę generuoti veikiant išorinis poveikis specialus signalizacijos procesas – nervinis impulsas (kurio pagrindinės savybės yra neslopinamas sklidimas ląstele, galimybė perduoti signalą reikiama kryptimi ir jo pagalba paveikti kitas ląsteles). Nervinės ląstelės gebėjimą generuoti sklindantį nervinį impulsą lemia ypatinga paviršiaus membranos molekulinė struktūra, leidžianti suvokti per ją praeinančio elektrinio lauko pokyčius, beveik akimirksniu pakeisti jo joninį laidumą ir taip sukurti transmembraninį joninį. srovę, kaip varomąją jėgą naudojant nuolat egzistuojantį tarp tarpląstelinės ir tarpląstelinės aplinkos jonų gradientų.
Šis procesų kompleksas, sujungtas bendru pavadinimu „elektrinio sužadinimo mechanizmas“, yra aiški nervinės ląstelės funkcinė charakteristika. Nervinio impulso kryptingo sklidimo galimybę užtikrina nervinėje ląstelėje vykstantys šakojimosi procesai, dažnai besitęsiantys dideliais atstumais nuo jos somos ir jų galūnių srityje turintys mechanizmą signalui perduoti per ląstelę. tarpląstelinis atotrūkis iki vėlesnių ląstelių.
Mikroelektrodų technologijos panaudojimas leido atlikti subtilius matavimus, apibūdinančius pagrindines nervinių ląstelių elektrofiziologines charakteristikas [Kostyuk, Kryshtal, 1981; Ochs, 1974; Chodorovas, 1974]. Matavimai parodė, kad kiekviena nervinė ląstelė turi neigiamą krūvį, kurio reikšmė -40 - -65 mV. Pagrindinis skirtumas tarp nervinės ląstelės ir bet kurios kitos yra tas, kad ji gali greitai pakeisti krūvio kiekį, net į priešingą. Kritinis neuronų depoliarizacijos lygis, kurį pasiekus įvyksta greitas iškrovimas, vadinamas veikimo potencialo (AP) generavimo slenksčiu. Stuburinių ir bestuburių veikimo potencialo trukmė skiriasi - bestuburiams jis yra 0,1 ms, o bestuburiams - 1-2 ms. Laikui bėgant pasiskirstytų veikimo potencialų serija yra erdvinio ir laiko kodavimo pagrindas.
Išorinė neuronų membrana jautri specialių medžiagų, kurios išsiskiria iš presinapsinio terminalo – neurotransmiterių – veikimui. Šiuo metu yra nustatyta apie 100 medžiagų, kurios atlieka šią funkciją. Įjungta lauke Membranose yra specializuotų baltymų molekulių – receptorių, kurie sąveikauja su neurotransmiteriu. Dėl to atsiveria specifinio jonų pralaidumo kanalai – po tarpininko veikimo į ląstelę gali masiškai patekti tik tam tikri jonai. Vystosi vietinė membranos depoliarizacija arba hiperpoliarizacija, kuri vadinama postsinapsiniu potencialu (PSP). PSP gali būti sužadinantis (EPSP) ir slopinantis (IPSP). PSP amplitudė gali siekti 20 mV.
2.5. Širdies stimuliatorius
Vienas iš stebinančių tarpląsteliniu mikroelektrodu užfiksuotų neuronų elektrinio aktyvumo tipų yra širdies stimuliatoriaus potencialas. A. Arvanitaki ir N. Chalazonitis pirmieji aprašė nervinės ląstelės svyruojančius potencialus, nesusijusius su sinapsinės įtakos atsiradimu. Šie svyravimai kai kuriais atvejais gali įgyti tokį dydį, kad viršija kritinį potencialo lygį, reikalingą elektrinio sužadinimo mechanizmui suaktyvinti. Tokių membranos potencialo bangų buvimas ląstelės somoje buvo aptiktas moliuskų neuronuose. Jie buvo laikomi endogeninės kilmės spontaniško ar autoritminio aktyvumo pasireiškimu.
Panašūs ritminiai svyravimai buvo aprašyti daugelyje kitų neuronų tipų. Ilgalaikio ritminio aktyvumo gebėjimas kai kuriose ląstelėse išlieka ilgą laiką po jų visiško atsipalaidavimo. Vadinasi, jis iš tikrųjų pagrįstas endogeniniais procesais, dėl kurių periodiškai keičiasi paviršiaus membranos joninis pralaidumas. Svarbų vaidmenį atlieka membranos joninio pralaidumo pokyčiai, veikiami tam tikrų citoplazminių veiksnių, pavyzdžiui, ciklinės nukleotidų mainų sistemos. Šios sistemos veiklos pokyčiai, veikiant tam tikriems hormonams ar kitokiam ekstrasinapsiniam cheminiam poveikiui somatinei membranai, gali moduliuoti ritminį ląstelės aktyvumą (endogeninė moduliacija).
Membraninio potencialo svyravimų susidarymą gali sukelti sinapsinis ir ekstrasinapsinis poveikis. L. Tautzas ir G.M. Gershenfeldas atrado, kad moliuskų neuronų somatinė membrana, kurios paviršiuje nėra sinapsinių galūnių, yra labai jautri perduodančioms medžiagoms, todėl turi molekulines chemiškai kontroliuojamas struktūras, būdingas postsinapsinei membranai. Ekstrasinapsinis priėmimas rodo širdies stimuliatoriaus aktyvumo moduliavimo galimybę dėl difuzinio išsiskyrusių siųstuvo medžiagų veikimo.
Nusistovėjusi dviejų tipų membraninių struktūrų samprata – elektriškai sužadinamos ir elektra nežadinamos, bet chemiškai sužadinamos – padėjo pagrindą neurono, kaip slenksčio įtaiso, turinčio savybę sumuoti sužadinimo ir slopinimo sinapsinius potencialus, sampratai. Iš esmės naujas dalykas, kurį endogeninio širdies stimuliatoriaus potencialas suteikia neurono veikimui, yra toks: širdies stimuliatoriaus potencialas paverčia neuroną iš sinapsinių potencialų sumatoriaus į generatorių. Idėja apie neuroną kaip valdomą generatorių verčia mus naujai pažvelgti į daugelio neuronų funkcijų organizavimą.
Širdies stimuliatoriaus potencialai tikrąja to žodžio prasme vadinami virpesiais, artimais sinusoidiniams, kurių dažnis yra 0,1–10 Hz ir amplitudė 5–10 mV. Būtent ši endogeninių potencialų, susijusių su aktyviu jonų transportavimu, kategorija sudaro neurono vidinio generatoriaus mechanizmą, užtikrinantį periodinį AP generavimo slenksčio pasiekimą, kai nėra išorinio sužadinimo šaltinio. Pačioje bendras vaizdas neuronas susideda iš elektriškai sužadinamos membranos, chemiškai sužadinamos membranos ir lokuso širdies stimuliatoriaus veiklai generuoti. Būtent širdies stimuliatoriaus potencialas, sąveikaujantis su chemiškai sužadinamąja ir elektriškai sužadinamąja membrana, daro neuroną įtaisu su „įtaisytu“ valdomu generatoriumi.
Jei vietinis potencialas yra ypatingas AP generavimo mechanizmo atvejis, tai širdies stimuliatoriaus potencialas priklauso ypatingai potencialų klasei – aktyviojo jonų transportavimo elektrogeniniam poveikiui. Somatinės membranos elektrinio sužadinimo joninių mechanizmų ypatumai lemia svarbias nervinės ląstelės savybes, pirmiausia jos gebėjimą generuoti ritminius nervinių impulsų iškrovimus. Aktyvaus pernešimo elektrogeninis poveikis atsiranda dėl nesubalansuoto jonų transportavimo įvairiomis kryptimis. Hiperpoliarizacijos pastovus potencialas yra plačiai žinomas dėl aktyvaus natrio jonų pašalinimo, sumuojant Nernsto potencialą [Khodorov, 1974]. Papildomai suaktyvinus aktyvų natrio jonų siurblį, susidaro fazinės lėtos hiperpoliarizacijos bangos (neigiami nukrypimai nuo ramybės būsenos membranos potencialo lygio), dažniausiai atsirandančios po aukšto dažnio AP grupės, dėl ko neurone susikaupia per daug natrio.
Nėra jokių abejonių, kad kai kurie somatinės membranos elektrinio sužadinimo mechanizmo komponentai, būtent elektra valdomi kalcio kanalai, tuo pačiu metu yra veiksnys, susiejantis membranos aktyvumą su citoplazminiais procesais, ypač su protoplazminio transportavimo ir nervų trofizmo procesais. Norint išsamiai išaiškinti šį svarbų klausimą, reikia atlikti tolesnius eksperimentinius tyrimus.
Širdies stimuliatoriaus mechanizmas, kuris yra endogeninės kilmės, gali būti įjungtas ir išjungtas ilgas laikas dėl aferentinio poveikio neuronui. Plastines neurono reakcijas gali užtikrinti sinapsinio perdavimo efektyvumo pokyčiai ir širdies stimuliatoriaus mechanizmo jaudrumas (Sokolov ir Tavkhelidze, 1975).
Širdies stimuliatoriaus potencialas yra kompaktiškas intraneuroninės genetinės informacijos perdavimo būdas. Dėl to susidaro AP, tai suteikia galimybę endogeniniams signalams perduoti kitiems neuronams, įskaitant efektorinius neuronus, kurie užtikrina reakciją. Tai, kad genetinė programa apima širdies stimuliatoriaus potencialo valdymo nuorodą, leidžia neuronui įgyvendinti savo genetinių programų seką. Galiausiai, širdies stimuliatoriaus potencialas vienu ar kitu laipsniu gali būti paveiktas sinapsinės įtakos. Šis kelias leidžia integruoti genetines programas su vykdoma veikla, leidžiant lanksčiai valdyti nuoseklias programas. Plastiški širdies stimuliatoriaus potencialo pokyčiai dar labiau išplečia galimybę paveldimai fiksuotas formas pritaikyti prie kūno poreikių. Šiuo atveju plastiniai pokyčiai vystosi ne genome, o paveldimos programos keliu, pasiekiančiu įgyvendinimą (PD generavimo lygiu).
Žmogaus smegenys susideda iš 10–12 nervinių ląstelių. Paprasta nervinė ląstelė gauna informaciją iš šimtų ir tūkstančių kitų ląstelių ir perduoda ją šimtams ir tūkstančiams, o jungčių skaičius smegenyse viršija 10 14-oje – 10 15-oje. Daugiau nei prieš 150 metų R. Dutrochet, C. Ehrenberg ir I. Purkinje morfologiniuose tyrimuose atrastos nervinės ląstelės nenustoja traukti tyrinėtojų dėmesio. Kaip nepriklausomi nervų sistemos elementai, jie buvo atrasti palyginti neseniai – XIX a. Golgi ir Ramón y Cajal naudojo gana sudėtingus nervinio audinio dažymo metodus ir nustatė, kad smegenų struktūrose galima išskirti dviejų tipų ląsteles: neuronus ir glia. Neurologas ir neuroanatomas Ramonas y Cajalas naudojo Golgi dažymą, kad nustatytų smegenų ir nugaros smegenų sritis. Rezultatas parodė ne tik ypatingą sudėtingumą, bet ir aukštą nervų sistemos tvarkingumo laipsnį. Nuo to laiko atsirado naujų nervinio audinio tyrimo metodų, leidžiančių atlikti subtilią jo struktūros analizę – pavyzdžiui, naudojant historadiochemiją atskleidžiami sudėtingiausi nervinių ląstelių ryšiai, leidžiantys pateikti iš esmės naujas prielaidas. apie neuronų sistemų kūrimą.
Turėdama itin sudėtingą struktūrą, nervinė ląstelė yra labiausiai organizuotų fiziologinių reakcijų, kuriomis grindžiamas gyvų organizmų gebėjimas skirtingai reaguoti į išorinės aplinkos pokyčius, substratas. Nervinės ląstelės funkcijos apima informacijos apie šiuos pokyčius organizme perdavimą ir ilgalaikį saugojimą, išorinio pasaulio įvaizdžio kūrimą ir elgesio organizavimą tinkamiausiu būdu, užtikrinant maksimalią gyvos būtybės sėkmę kovojant už jo egzistavimas.
Ši kilmė vadinama branduoliu. Konstrukcijos statomos ir nuolat atskiriamos viena nuo kitos, o mikrovamzdeliai juda į naujus regionus, o pasikeitus situacijai ar aplinkai netinkamai statomai konstrukcijai, juda atgal.
Du skirtingi augančio tuščiavidurio vamzdžio galai skiriasi. Teigiamas galas greitai auga ir taip pat greitai nutrūksta. Kitas tipas reguliuoja branduolio susidarymo vietas ir vietą, kur prasideda struktūra. Ši grupė taip pat ardo struktūras. Kita grupė yra varikliai, tokie kaip kinezinas ir dyneinas, kurie sukuria judėjimo ir mechanines jėgas, susijusias su statybinėmis konstrukcijomis. Penktasis – specialūs baltymai, kurie veikia tubulino molekulių lankstymąsi ir modifikuoja struktūras. Ši paskutinė grupė sukuria daugybę skirtingų tipų unikalių struktūrų.
Nervinės ląstelės pagrindinių ir pagalbinių funkcijų tyrimai dabar išsivystė į dideles nepriklausomas neurobiologijos sritis. Jautrių nervų galūnėlių receptorių savybių pobūdis, tarpneuronų sinapsinio nervinių poveikių perdavimo mechanizmai, nervinio impulso atsiradimo ir sklidimo išilgai nervinės ląstelės mechanizmai ir jo procesai, sužadinimo ir susitraukimo jungties pobūdis. sekrecijos procesai, pėdsakų palaikymo nervinėse ląstelėse mechanizmai – visa tai kardinalios problemos, kurias reikia išspręsti ir kurios per pastaruosius dešimtmečius sulaukė didžiulio pasisekimo dėl plačiai įdiegtų naujausių struktūrinių, elektrofiziologinių ir biocheminių tyrimų metodų.
Medžiagos, pažymėtos mikrotubulų transportavimui
Viena iš pagrindinių mikrovamzdelių funkcijų yra reguliuoti visą transportą išilgai labai ilgo aksono, taip pat ląstelės kūną ir dendritus su unikaliais dygliais. Į kiekvieną zoną turi būti siunčiama speciali medžiaga. Ląstelės yra labai mažos, palyginti su žmonėmis – žmogaus dydžio, palyginti su Everestu. Tačiau žiūrint į neuronų skalę, jie gali turėti kelių pėdų ilgio aksonus. Transportas šiuo mastu yra žmogaus, einančio palei Kinijos sieną, judėjimas.
Mikrotubulinės struktūros sudaro visą ląstelę
Neuronas turi siųsti didelius kiekius specifinių pažymėtų medžiagų į tam tikras ląstelės vietas ir išilgai aksono. Yra įvairių tipų kanalėlių, skirtų aksonams ir dendritams. Kiekvienam yra specialūs varikliai. Kai neuronas migruoja, jis sukuria procesą į priekį, perkelia branduolį į priekį ir išardo paliktą procesą. Mikrovamzdeliai ir aktino karkasai visa tai nukreipia.
Dydis ir forma
Neuronų dydžiai gali svyruoti nuo 1 (fotoreceptoriaus dydžio) iki 1000 μm (milžiniško jūrų moliusko Aplysia neurono dydžio) (žr. [Sakharov, 1992]). Neuronų forma taip pat labai įvairi. Neuronų forma ryškiausiai matoma ruošiant visiškai izoliuotų nervinių ląstelių preparatą. Neuronai dažniausiai būna netaisyklingos formos. Yra neuronų, kurie primena „lapą“ arba „gėlę“. Kartais ląstelių paviršius primena smegenis – jame yra „vagos“ ir „vingiai“. Neuronų membranos dryžuotumas padidina jo paviršių daugiau nei 7 kartus.
Nervų ląstelės turi skirtingą kūną ir procesus. Atsižvelgiant į funkcinę procesų paskirtį ir jų skaičių, išskiriamos monopolinės ir daugiapolės ląstelės. Monopolinės ląstelės turi tik vieną procesą – aksoną. Pagal klasikines koncepcijas neuronai turi vieną aksoną, kuriuo iš ląstelės plinta sužadinimas. Remiantis naujausiais rezultatais, gautais atliekant elektrofiziologinius tyrimus naudojant dažus, galinčius plisti iš ląstelės kūno ir dėmėti procesus, neuronai turi daugiau nei vieną aksoną. Daugiapolės (bipolinės) ląstelės turi ne tik aksonus, bet ir dendritus. Dendritai perduoda signalus iš kitų ląstelių į neuroną. Dendritai, priklausomai nuo jų buvimo vietos, gali būti baziniai arba viršūniniai. Kai kurių neuronų dendritinis medis yra itin šakotas, o ant dendritų yra sinapsės – struktūriškai ir funkciškai susidariusios vienos ląstelės kontakto su kita vietos.
Ši centrinė motina dar vadinama baziniu kūnu kaip viso ląstelės mikrotubulinio proceso pradžios taškas. Mikrovamzdeliai sudaro didelę struktūrą, kuri supa visą ląstelės branduolį. Ši ląstelė tęsiasi nuo centrosomos aplink branduolį iki pagrindinio proceso. Šie mikrovamzdeliai skatina neuronų migraciją. Tada kanalėlių struktūra traukia centrosomą su branduoliu link priekinio krašto.
Kai aksonas prasideda ir auga, ląstelės forma tampa poliarinė ir asimetriška. Neuritas auga su mikrovamzdelių ryšuliais ir labai aktyviu aktino augimo kūgiu. Šis sudėtingas procesas apima abiejų mechaninius veiksmus. Kai neuronas tampa specifiniu tipu, mikrovamzdeliai įgauna labai specifines formas ir turi išlaikyti juos unikaliomis stabilizuojančiomis molekulėmis. Taip yra dėl labai aktyvaus šių stabilizuojančių molekulių pernešimo kinezininiais varikliais. Kaip tai nukreipta, neaišku.
Kurios ląstelės tobulesnės – vienpoliės ar dvipoliės? Unipoliniai neuronai gali būti specifinis bipolinių ląstelių vystymosi etapas. Tuo pačiu metu moliuskų, kurie užima toli nuo viršutinio evoliucijos kopėčių aukšto, neuronai yra vienpoliai. Nauji histologiniai tyrimai parodė, kad net ir žmonėms, vystantis nervų sistemai, kai kurių smegenų struktūrų ląstelės „transformuojasi“ iš vienpolių į dvipolius. Išsamus nervinių ląstelių ontogenezės ir filogenezės tyrimas įtikinamai parodė, kad ląstelės vienpolė struktūra yra antrinis reiškinys ir kad embriono vystymosi metu galima žingsnis po žingsnio atsekti laipsnišką dvipolių nervinių ląstelių formų transformaciją į vienpolies. Vargu ar būtų teisinga dvipolio ar vienpolio nervinės ląstelės struktūros tipą laikyti nervų sistemos struktūros sudėtingumo požymiu.
Gali būti įtraukta centrosoma ir Golgi. Kartkartėmis visas daugelio mikrovamzdelių pluoštas yra pajudinamas mechaninėmis jėgomis iš variklių, todėl forma keičiasi. Kai atsiranda aksonų pažeidimas, mikrovamzdeliai vėl yra labai svarbūs taisymui.
Mikrovamzdeliai atlieka daug skirtingų vaidmenų formuojant ir stabilizuojant sinapses. Ankstesnis straipsnis parodė dinaminius dendritinių spyglių ir skirtingų formų pokyčius. Tai atsiranda dėl mikrotubulių veiksmų. Šie mikrovamzdeliai atneša medžiagą, skirtą pakeisti stuburo formą naudojant specialius variklius.
Laidininkų procesai suteikia nervų ląstelėms galimybę susijungti į įvairaus sudėtingumo nervų tinklus, o tai yra visų smegenų sistemų kūrimo iš elementarių nervų ląstelių pagrindas. Norint suaktyvinti šį pagrindinį mechanizmą ir jį naudoti, nervų ląstelės turi turėti pagalbinius mechanizmus. Vieno iš jų tikslas – įvairių išorinių poveikių energiją paversti tokia energija, kuri gali įjungti elektrinio sužadinimo procesą. Receptorių nervinėse ląstelėse toks pagalbinis mechanizmas yra specialios sensorinės membranos struktūros, leidžiančios keisti jos joninį laidumą veikiant tam tikriems išoriniams veiksniams (mechaniniams, cheminiams, šviesos). Daugumoje kitų nervinių ląstelių tai yra chemiškai jautrios tų paviršinės membranos sričių struktūros, prie kurių greta yra kitų nervinių ląstelių procesų galūnės (postsinapsinės zonos) ir kurios sąveikaudamos su išsiskiriančiomis cheminėmis medžiagomis gali pakeisti membranos joninį laidumą. pagal nervų galūnes. Dėl tokio pokyčio atsirandanti vietinė elektros srovė yra tiesioginis dirgiklis, įjungiantis pagrindinį elektrinio sužadinimo mechanizmą. Antrojo pagalbinio mechanizmo tikslas – nervinį impulsą paversti procesu, leidžiančiu šio signalo atneštą informaciją panaudoti tam tikroms ląstelių veiklos formoms suaktyvinti.
Citoskeleto struktūra ir struktūra
Viename aksonų skerspjūvyje aksonai gali turėti iki 100 mikrotubulų ryšulių. Šiose gardelėse yra daug variantų su skirtingų tipų stabilizuojančiomis molekulėmis, skirtinga orientacija ir daugybe skirtingų susijusių molekulių bei susijusių veiksnių. Jis yra toks sudėtingas, kad daugelis struktūros nesuprantama, nepaisant išsamių tyrimų su elektroniniais mikroskopais ir plonomis pjūviais.
Todėl minuso galai ne visada yra centrosomoje. Pačios pirmosios struktūros prasideda nuo centrosomos, bet tada, kai ji tampa sudėtingesnė ir didesnė visame aksone, atrodo, kad ši kryptis išnyksta, o kiti ją pasiima. Ankstesnėje ataskaitoje buvo aprašytos svarbios ląstelių blakstienos, turinčios daugybę signalizacijos ir judėjimo funkcijų. Šios blakstienos yra labai organizuotos formos mikrovamzdeliais ir kilę iš centrosomos.
Neuronų spalva
Kita išorinė nervų ląstelių savybė yra jų spalva. Jis taip pat įvairus ir gali rodyti ląstelės funkciją – pavyzdžiui, neuroendokrininės ląstelės yra baltos spalvos. Geltona, oranžinė, o kartais ir ruda neuronų spalva atsiranda dėl šiose ląstelėse esančių pigmentų. Pigmentų pasiskirstymas ląstelėje yra netolygus, todėl jos spalva kinta visame paviršiuje – spalvingiausios sritys dažnai susitelkusios prie aksono kalvos. Matyt, yra tam tikras ryšys tarp ląstelės funkcijos, jos spalvos ir formos. Įdomiausi duomenys apie tai buvo gauti atliekant moliuskų nervų ląstelių tyrimus.
Sinapsės
Biofizinis ir ląstelių biologinis požiūris į neuronų funkcijų analizę, galimybė identifikuoti ir klonuoti genus, būtinus signalizacijai, atskleidė glaudų ryšį tarp principų, kuriais grindžiamas sinapsinis perdavimas ir ląstelių sąveika. Dėl to buvo užtikrinta konceptuali neurobiologijos ir ląstelių biologijos vienybė.
Paaiškėjus, kad smegenų audinys susideda iš atskirų ląstelių, sujungtų procesų, iškilo klausimas: kaip bendras šių ląstelių darbas užtikrina visų smegenų funkcionavimą? Dešimtmečius klausimas, kaip sužadinimas perduodamas tarp neuronų, t.y., buvo prieštaringas. kaip jis atliekamas: elektrinis ar cheminis. Iki 20-ųjų vidurio. Dauguma mokslininkų pritarė požiūriui, kad raumenų stimuliacija, širdies ritmo ir kitų periferinių organų reguliavimas yra nervuose kylančių cheminių signalų įtakos rezultatas. Anglų farmakologo G. Deilo ir austrų biologo O. Levy eksperimentai buvo laikomi lemiamu cheminio perdavimo hipotezės patvirtinimu.
Modifikacijos pastebimos tam tikrose neuronų dalyse, kurios, matyt, atlieka specifinę funkciją. Atrodo, kad tai dar vienas sudėtingas kodas, kuris dar nesuprantamas. Atrodo, kad kitų funkcijų fermentai veikia mikrotubulų uodegas. Pradinis neurono segmentas organizuoja medžiagos srautą į aksoną, užkertant kelią daugelio baltymų, kurie lieka ląstelės kūne, difuzijai. Tai leidžia kai kurių tipų transportą aksone, o ne kitus. Šis regionas atskleidžia neįprastą kelių mikrotubulių pluoštą, kuris gali būti susijęs su veikimo potencialo pradžia.
Nervų sistemos sudėtingumas vystosi užmezgant ryšius tarp ląstelių ir komplikuojant pačias jungtis. Kiekvienas neuronas turi daug ryšių su tikslinėmis ląstelėmis. Šie taikiniai gali būti įvairių tipų neuronai, neurosekrecinės ląstelės arba raumenų ląstelės. Nervinių ląstelių sąveika daugiausia apsiriboja konkrečiomis vietomis, kur gali atsirasti jungtys – tai sinapsės. Šis terminas kilęs iš graikiško žodžio „pritvirtinti“ ir jį įvedė C. Sherrington 1897 m. O prieš pusę amžiaus C. Bernardas jau buvo pastebėjęs, kad kontaktai, sudarantys neuronus su tikslinėmis ląstelėmis, yra specializuoti ir dėl to , signalų, sklindančių tarp neuronų ir tikslinių ląstelių, pobūdis kažkaip pasikeičia šio kontakto vietoje. Kritiniai morfologiniai sinapsių egzistavimo įrodymai pasirodė vėliau. Juos gavo S. Ramon y Cajal (1911), kuris parodė, kad visos sinapsės susideda iš dviejų elementų – presinapsinės ir postsinapsinės membranos. Ramon y Cajal taip pat numatė trečiojo sinapsės elemento egzistavimą – sinapsinį plyšį (tarpą tarp presinapsinių ir postsinapsinių sinapsės elementų). Bendras šių trijų elementų darbas yra neuronų ir sinapsinės informacijos perdavimo procesų pagrindas. Sudėtingos sinapsinių jungčių formos, susidarančios vystantis smegenims, yra visų nervų ląstelių funkcijų pagrindas – nuo jutiminio suvokimo iki mokymosi ir atminties. Sinapsinio perdavimo defektai yra daugelio nervų sistemos ligų pagrindas.
Mikrotubulų struktūros formavimasis
Jie turi daug kryžminių nuorodų į struktūrą, vadinamą paketu. Atrodo, kad jie taip pat dalyvauja reguliuojant tau molekulės srautą tarp aksono ir ląstelės kūno. Daugybė skirtingų veiksnių, variklių ir baltymų kompleksų reguliuoja sudėtingą trimatę dinaminę mikrovamzdelių gardelę. γ-tubulinas sudaro sudėtingą kompleksą, kad būtų pradėtas procesas, kuris iš pradžių tampa struktūros kūrimo šablonu. Jis gali prasidėti arba ne prasidėti centrosomoje. Buvo manoma, kad šios necentrosominės struktūros buvo išskirtos iš pradinio komplekso, tačiau tam nėra tikrų įrodymų.
Sinapsinis perdavimas per daugumą smegenų sinapsių yra susijęs su cheminių signalų iš presinapsinio terminalo sąveika su postsinapsiniais receptoriais. Per daugiau nei 100 sinapsių tyrimų metų visi duomenys buvo įvertinti S. Ramono y Cajal pateiktos dinaminės poliarizacijos koncepcijos požiūriu. Pagal visuotinai priimtą požiūrį, sinapsė perduoda informaciją tik viena kryptimi: informacija teka iš presinapsinės į postsinapsinę ląstelę, anterogradiškai nukreiptas informacijos perdavimas yra galutinis susiformavusių neuronų komunikacijų žingsnis.
Kai kurie organizmai turi aktyvias groteles be centrosomų. Pradinė centrosoma atsiskiria po neuronų diferenciacijos. Neseniai aksonuose ir dendrituose buvo aptikta šiek tiek γ-tubulino. Iniciacijos vietos gali būti aptiktos Golgi, plazmos membranoje ir kitose vietose.
Golgi sukuria savo sudėtingą mikrotubulių masyvą, kuris siunčia medžiagą į judančio neurono priekį. Atrodo, kad Golgi turi mechanizmą, leidžiantį paleisti struktūras, susijusias su kitais taikiniais. Pagrindinės Golgi operacijos atliekamos ląstelės kūne, tačiau kai kurie dendritai turi kitus postus, kurie padeda sukurti dendritų formas. Tačiau, atrodo, yra kitų γ-tubulino ir kitų pastolių pradžios šaltinių. Naujos grotelės taip pat gali skirtis nuo esamų.
Naujų rezultatų analizė rodo, kad nemaža dalis informacijos perduodama retrogradiškai – iš postsinapsinio neurono į presinapsinius nervų galūnes. Kai kuriais atvejais buvo nustatytos molekulės, tarpininkaujančios retrogradiniam informacijos perdavimui. Šios medžiagos svyruoja nuo judrių mažų azoto oksido molekulių iki didelių polipeptidų, tokių kaip nervų augimo faktorius. Net jei signalai, perduodantys informaciją retrogradiškai, skiriasi savo molekuline prigimtimi, šių molekulių veikimo principai gali būti panašūs. Dvikryptis perdavimas užtikrinamas ir elektrinėje sinapsėje, kurioje jungiamojo kanalo plyšys sudaro fizinį ryšį tarp dviejų neuronų, nenaudojant neuromediatoriaus, perduodančio signalus iš vieno neurono į kitą. Tai leidžia dviem kryptimis perkelti jonus ir kitas mažas molekules. Tačiau abipusis perdavimas taip pat egzistuoja dendrodendritinėse cheminėse sinapsėse, kur abu elementai turi siųstuvo išleidimo ir atsako mechanizmus. Kadangi sudėtinguose smegenų tinkluose šias perdavimo formas dažnai sunku atskirti, dvikrypčio sinapsinio ryšio atvejų gali būti daug daugiau, nei atrodo šiuo metu.
Buvo rasti specialūs baltymai, kurie jungiasi prie mikrotubulių ir tada pritraukia γ-tubuliną, kad sukurtų kitą karkasą. Specialūs fermentai nupjauna dalį mikrovamzdelių gardelės ir panaudoja jas kuriant naują gardelę. Šią paslaugą teikia trys fermentų šeimos: kataninas, spastinas ir figentinas, kurie yra didelės baltymų struktūras išskiriančių fermentų grupės dalis. Atrodo, kad šie fermentai yra ypač svarbūs kuriant šakas aksone, kad susidarytų daugybė boutonų ir dendritų, kurie sudaro kelis stuburus.
Dvikryptis signalizavimas sinapsėse vaidina svarbų vaidmenį bet kuriame iš trijų pagrindinių neuroninio tinklo funkcijos aspektų: sinapsinio perdavimo, sinapsinio plastiškumo ir sinapsinio brendimo vystymosi metu. Sinapsinis plastiškumas yra smegenų vystymosi ir mokymosi metu užmezgamų ryšių pagrindas. Abiem atvejais reikalingas retrogradinis signalas iš posto į presinapsinę ląstelę, kurios tinklo poveikis yra palaikyti arba sustiprinti aktyvias sinapses. Sinapsinis ansamblis apima koordinuotą baltymų, išsiskiriančių iš pre- ir postsinapsinės ląstelės, veikimą. Pagrindinė baltymų funkcija yra sukelti biocheminius komponentus, reikalingus siųstuvui išleisti iš presinapsinio terminalo, taip pat organizuoti išorinio signalo perdavimo į postsinapsinę ląstelę aparatą.
Elektrinis jaudrumas
Visos nervų sistemai būdingos funkcijos yra susijusios su nervų ląstelių struktūrinėmis ir funkcinėmis savybėmis, kurios suteikia galimybę, veikiant išoriniam poveikiui, generuoti specialų signalo procesą – nervinį impulsą (kurio pagrindinės savybės yra neslopintos). sklidimas ląstele, gebėjimas perduoti signalą reikiama kryptimi ir jo pagalbos įtaka kitoms ląstelėms). Nervinės ląstelės gebėjimą generuoti sklindantį nervinį impulsą lemia ypatinga paviršiaus membranos molekulinė struktūra, leidžianti suvokti per ją praeinančio elektrinio lauko pokyčius, beveik akimirksniu pakeisti jo joninį laidumą ir taip sukurti transmembraninį joninį. srovę, kaip varomąją jėgą naudojant nuolat egzistuojantį tarp tarpląstelinės ir tarpląstelinės aplinkos jonų gradientų.
Šis procesų kompleksas, sujungtas bendru pavadinimu „elektrinio sužadinimo mechanizmas“, yra aiški nervinės ląstelės funkcinė charakteristika. Nervinio impulso kryptingo sklidimo galimybę užtikrina nervinėje ląstelėje vykstantys šakojimosi procesai, dažnai besitęsiantys dideliais atstumais nuo jos somos ir jų galūnių srityje turintys mechanizmą signalui perduoti per ląstelę. tarpląstelinis atotrūkis iki vėlesnių ląstelių.
Mikroelektrodų technologijos panaudojimas leido atlikti subtilius matavimus, apibūdinančius pagrindines nervinių ląstelių elektrofiziologines charakteristikas [Kostyuk, Kryshtal, 1981; Ochs, 1974; Chodorovas, 1974]. Matavimai parodė, kad kiekviena nervinė ląstelė turi neigiamą krūvį, kurio reikšmė -40 - -65 mV. Pagrindinis skirtumas tarp nervinės ląstelės ir bet kurios kitos yra tas, kad ji gali greitai pakeisti krūvio kiekį, net į priešingą. Kritinis neuronų depoliarizacijos lygis, kurį pasiekus įvyksta greitas iškrovimas, vadinamas veikimo potencialo (AP) generavimo slenksčiu. Stuburinių ir bestuburių veikimo potencialo trukmė skiriasi - bestuburiams jis yra 0,1 ms, o bestuburiams - 1-2 ms. Laikui bėgant pasiskirstytų veikimo potencialų serija yra erdvinio ir laiko kodavimo pagrindas.
Išorinė neuronų membrana jautri specialių medžiagų, kurios išsiskiria iš presinapsinio terminalo – neurotransmiterių – veikimui. Šiuo metu yra nustatyta apie 100 medžiagų, kurios atlieka šią funkciją. Išorinėje membranos pusėje yra specializuotos baltymų molekulės – receptoriai, kurie sąveikauja su neurotransmiteriu. Dėl to atsiveria specifinio jonų pralaidumo kanalai – po tarpininko veikimo į ląstelę gali masiškai patekti tik tam tikri jonai. Vystosi vietinė membranos depoliarizacija arba hiperpoliarizacija, kuri vadinama postsinapsiniu potencialu (PSP). PSP gali būti sužadinantis (EPSP) ir slopinantis (IPSP). PSP amplitudė gali siekti 20 mV.
Širdies stimuliatorius
Vienas iš stebinančių tarpląsteliniu mikroelektrodu užfiksuotų neuronų elektrinio aktyvumo tipų yra širdies stimuliatoriaus potencialas. A. Arvanitaki ir N. Chalazonitis pirmieji aprašė nervinės ląstelės svyruojančius potencialus, nesusijusius su sinapsinės įtakos atsiradimu. Šie svyravimai kai kuriais atvejais gali įgyti tokį dydį, kad viršija kritinį potencialo lygį, reikalingą elektrinio sužadinimo mechanizmui suaktyvinti. Tokių membranos potencialo bangų buvimas ląstelės somoje buvo aptiktas moliuskų neuronuose. Jie buvo laikomi endogeninės kilmės spontaniško ar autoritminio aktyvumo pasireiškimu.
Panašūs ritminiai svyravimai buvo aprašyti daugelyje kitų neuronų tipų. Ilgalaikio ritminio aktyvumo gebėjimas kai kuriose ląstelėse išlieka ilgą laiką po jų visiško atsipalaidavimo. Vadinasi, jis iš tikrųjų pagrįstas endogeniniais procesais, dėl kurių periodiškai keičiasi paviršiaus membranos joninis pralaidumas. Svarbų vaidmenį atlieka membranos joninio pralaidumo pokyčiai, veikiami tam tikrų citoplazminių veiksnių, pavyzdžiui, ciklinės nukleotidų mainų sistemos. Šios sistemos veiklos pokyčiai, veikiant tam tikriems hormonams ar kitokiam ekstrasinapsiniam cheminiam poveikiui somatinei membranai, gali moduliuoti ritminį ląstelės aktyvumą (endogeninė moduliacija).
Membraninio potencialo svyravimų susidarymą gali sukelti sinapsinis ir ekstrasinapsinis poveikis. L. Tautzas ir G.M. Gershenfeldas atrado, kad moliuskų neuronų somatinė membrana, kurios paviršiuje nėra sinapsinių galūnių, yra labai jautri perduodančioms medžiagoms, todėl turi molekulines chemiškai kontroliuojamas struktūras, būdingas postsinapsinei membranai. Ekstrasinapsinis priėmimas rodo širdies stimuliatoriaus aktyvumo moduliavimo galimybę dėl difuzinio išsiskyrusių siųstuvo medžiagų veikimo.
Nusistovėjusi dviejų tipų membraninių struktūrų samprata – elektriškai sužadinamos ir elektra nežadinamos, bet chemiškai sužadinamos – padėjo pagrindą neurono, kaip slenksčio įtaiso, turinčio savybę sumuoti sužadinimo ir slopinimo sinapsinius potencialus, sampratai. Iš esmės naujas dalykas, kurį endogeninio širdies stimuliatoriaus potencialas suteikia neurono veikimui, yra toks: širdies stimuliatoriaus potencialas paverčia neuroną iš sinapsinių potencialų sumatoriaus į generatorių. Idėja apie neuroną kaip valdomą generatorių verčia mus naujai pažvelgti į daugelio neuronų funkcijų organizavimą.
Širdies stimuliatoriaus potencialai tikrąja to žodžio prasme vadinami virpesiais, artimais sinusoidiniams, kurių dažnis yra 0,1–10 Hz ir amplitudė 5–10 mV. Būtent ši endogeninių potencialų, susijusių su aktyviu jonų transportavimu, kategorija sudaro neurono vidinio generatoriaus mechanizmą, užtikrinantį periodinį AP generavimo slenksčio pasiekimą, kai nėra išorinio sužadinimo šaltinio. Bendriausia forma neuronas susideda iš elektriškai sužadinamos membranos, chemiškai sužadinamos membranos ir lokuso širdies stimuliatoriaus veiklai generuoti. Būtent širdies stimuliatoriaus potencialas, sąveikaujantis su chemiškai sužadinamąja ir elektriškai sužadinamąja membrana, daro neuroną įtaisu su „įtaisytu“ valdomu generatoriumi.
Jei vietinis potencialas yra ypatingas AP generavimo mechanizmo atvejis, tai širdies stimuliatoriaus potencialas priklauso ypatingai potencialų klasei – aktyviojo jonų transportavimo elektrogeniniam poveikiui. Somatinės membranos elektrinio sužadinimo joninių mechanizmų ypatumai lemia svarbias nervinės ląstelės savybes, pirmiausia jos gebėjimą generuoti ritminius nervinių impulsų iškrovimus. Aktyvaus pernešimo elektrogeninis poveikis atsiranda dėl nesubalansuoto jonų transportavimo įvairiomis kryptimis. Hiperpoliarizacijos pastovus potencialas yra plačiai žinomas dėl aktyvaus natrio jonų pašalinimo, sumuojant Nernsto potencialą [Khodorov, 1974]. Papildomai suaktyvinus aktyvų natrio jonų siurblį, susidaro fazinės lėtos hiperpoliarizacijos bangos (neigiami nukrypimai nuo ramybės būsenos membranos potencialo lygio), dažniausiai atsirandančios po aukšto dažnio AP grupės, dėl ko neurone susikaupia per daug natrio.
Neabejotina, kad kai kurie somatinės membranos elektrinio sužadinimo mechanizmo komponentai, būtent elektra valdomi kalcio kanalai, tuo pat metu yra veiksnys, susiejantis membranos aktyvumą su citoplazminiais procesais, ypač su protoplazminio transportavimo ir transportavimo procesais. nervų trofizmas. Norint išsamiai išaiškinti šį svarbų klausimą, reikia atlikti tolesnius eksperimentinius tyrimus.
Širdies stimuliatoriaus mechanizmas, būdamas endogeninės kilmės, gali būti aktyvuotas ir inaktyvuotas ilgą laiką dėl aferentinio poveikio neuronui. Plastines neurono reakcijas gali užtikrinti sinapsinio perdavimo efektyvumo pokyčiai ir širdies stimuliatoriaus mechanizmo jaudrumas (Sokolov ir Tavkhelidze, 1975).
Širdies stimuliatoriaus potencialas yra kompaktiškas intraneuroninės genetinės informacijos perdavimo būdas. Dėl to susidaro AP, tai suteikia galimybę endogeniniams signalams perduoti kitiems neuronams, įskaitant efektorinius neuronus, kurie užtikrina reakciją. Tai, kad genetinė programa apima širdies stimuliatoriaus potencialo valdymo nuorodą, leidžia neuronui įgyvendinti savo genetinių programų seką. Galiausiai, širdies stimuliatoriaus potencialas vienu ar kitu laipsniu gali būti paveiktas sinapsinės įtakos. Šis kelias leidžia integruoti genetines programas su vykdoma veikla, leidžiant lanksčiai valdyti nuoseklias programas. Plastiški širdies stimuliatoriaus potencialo pokyčiai dar labiau išplečia galimybę paveldimai fiksuotas formas pritaikyti prie kūno poreikių. Šiuo atveju plastiniai pokyčiai vystosi ne genome, o paveldimos programos keliu, pasiekiančiu įgyvendinimą (PD generavimo lygiu).
Įkeliama...