معلومة

لماذا يؤدي فتح قنوات الكالسيوم إلى إطلاق النواقل العصبية؟


أنا أفهم أن فتح قنوات الكالسيوم يؤدي إلى إطلاق ناقل عصبي مخزن في الحبيبات ، ولكن ما هو الأمر بالنسبة لتدفق الأيونات الموجبة الذي يجعل الحويصلات تندمج مع غشاء الخلية؟ هل تحمل الحويصلة نفسها شحنة أو تدرج تركيز؟


Synaptotagmin هو بروتين جزء من آلية إطلاق المشبك. إنه يربط الكالسيوم على وجه التحديد ، مما يؤدي إلى تغيير في التكوين يشجع على اندماج الحويصلة مع الغشاء ، وبالتالي فإن آلية الإطلاق النهائية ليست عن طريق الجهد أو الشحن ولكن عن طريق الكالسيوم نفسه.


دور الناقلات العصبية

إيمي مورين ، LCSW ، هي رئيسة تحرير Verywell Mind. هي أيضًا معالج نفسي ومؤلف ذائع الصيت عالميًا ومضيف برنامج The Verywell Mind Podcast.

الناقل العصبي هو ناقل كيميائي يحمل الإشارات ويعززها ويوازنها بين الخلايا العصبية (المعروفة أيضًا باسم الخلايا العصبية) والخلايا المستهدفة في جميع أنحاء الجسم. قد تكون هذه الخلايا المستهدفة في الغدد أو العضلات أو الخلايا العصبية الأخرى.

تعمل المليارات من جزيئات الناقل العصبي باستمرار للحفاظ على عمل أدمغتنا ، وإدارة كل شيء من تنفسنا إلى نبضات قلبنا إلى مستويات التعلم والتركيز لدينا. يمكن أن تؤثر أيضًا على مجموعة متنوعة من الوظائف النفسية مثل الخوف والمزاج والسرور والفرح.


محتويات

تتشكل قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي كمركب من عدة وحدات فرعية مختلفة: α1، α2δ ، β1-4و γ. α1 تشكل الوحدة الفرعية المسام الموصلة للأيونات في حين أن الوحدات الفرعية المرتبطة لها وظائف عديدة بما في ذلك تعديل البوابة. [6]

هناك عدة أنواع مختلفة من قنوات الكالسيوم ذات الجهد العالي (HVGCCs). إنها متجانسة من الناحية الهيكلية بين الأنواع المختلفة ، فكلها متشابهة ، ولكنها ليست متطابقة هيكليًا. في المختبر ، من الممكن تمييزهم عن طريق دراسة أدوارهم الفسيولوجية و / أو تثبيطهم بواسطة سموم معينة. تشمل قنوات الكالسيوم ذات الجهد العالي القناة العصبية من النوع N المحظورة بواسطة ω-conotoxin GVIA ، القناة من النوع R (تعني R صمقاومة للحاصرات والسموم الأخرى ، باستثناء SNX-482) المشاركة في عمليات محددة بشكل سيئ في الدماغ ، والقناة من النوع P / Q وثيقة الصلة المحظورة بواسطة ω-agatoxins ، والقنوات من النوع L الحساسة للداي هيدروبيريدين المسؤولة عن الإثارة- اقتران الانقباض للعضلات الهيكلية والملساء والقلبية وإفراز الهرمونات في خلايا الغدد الصماء.

النوع الحالي حساسية 1،4-ديهيدروبيريدين (DHP) حساسية البيتا-كونوتوكسين (ω-CTX) حساسية ω-agatoxin (ω-AGA)
نوع L. كتل مقاومة مقاومة
نوع N. مقاومة كتل مقاومة
P / Q- نوع مقاومة مقاومة كتل
نوع R مقاومة مقاومة مقاومة

يمكن العثور على مرجع للجدول في Dunlap و Luebke و Turner (1995). [7]

Α1 تحرير الوحدة الفرعية

190 كيلو دالتون في الكتلة الجزيئية) هي الوحدة الفرعية الأساسية اللازمة لعمل القناة في HVGCC ، وتتكون من أربعة مجالات متماثلة I-IV مميزة تحتوي على ستة حلزونات α عبر الغشاء لكل منها. α1 تشكل الوحدة الفرعية المسام الانتقائي Ca 2+ ، والتي تحتوي على آلات استشعار الجهد ومواقع ربط الأدوية / السموم. ما مجموعه عشرة ألفا1 الوحدات الفرعية التي تم تحديدها في البشر: [1] α1 تحتوي الوحدة الفرعية على 4 نطاقات متجانسة (المسمى I-IV) ، كل منها يحتوي على 6 حلزونات عبر الغشاء (S1 – S6). هذا الترتيب مشابه لـ homo-tetramer يتكون من وحدات فرعية أحادية المجال من قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي (التي تحتوي أيضًا على 6 حلزونات TM). يتم أيضًا مشاركة بنية المجال المكون من 4 نطاقات (والعديد من المواقع التنظيمية الرئيسية ، مثل يد EF ومجال الذكاء في الطرف C) بواسطة قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ، والتي يُعتقد أنها مرتبطة تطوريًا بـ VGCCs. [8] تصطف الحلزونات عبر الغشاء من المجالات الأربعة لتشكيل الحلزونات S5 و S6 المناسبة للقناة التي يُعتقد أنها تبطن سطح المسام الداخلي ، بينما تلعب الحلزونات S1-4 دورًا في استشعار الجهد والبوابة (على وجه الخصوص S4). [9] تخضع VGCCs للتثبيط السريع ، والذي يعتقد أنه يتكون من مكونين: بوابات الجهد (VGI) وبوابة الكالسيوم (CGI). [10] تتميز هذه باستخدام إما Ba 2+ أو Ca 2+ كحامل شحن في حل التسجيل الخارجي (في المختبر). يُعزى مكون CGI إلى ارتباط Ca 2+ - بروتين إشارة ربط كالمودولين (CaM) بموقع واحد على الأقل على القناة ، حيث تلغي طفرات Ca 2 + null CaM CGI في قنوات من النوع L. لا تعرض جميع القنوات نفس الخصائص التنظيمية ولا تزال التفاصيل المحددة لهذه الآليات غير معروفة إلى حد كبير.

نوع الجهد االكهربى α1 الوحدة الفرعية (اسم الجين) الوحدات الفرعية المرتبطة غالبا ما توجد في
قناة الكالسيوم من النوع L (مستقبلات DHP طويلة الأمد "AKA") HVA (الجهد العالي المنشط) كاليفورنياالخامس1.1 (CACNA1S)
كاليفورنياالخامس1.2 (CACNA1C) كاليفورنياالخامس1.3 (CACNA1D)
كاليفورنياالخامس1.4 (CACNA1F)
α2δ ، β ، γ العضلات الهيكلية والعضلات الملساء والعظام (بانيات العظم) والخلايا العضلية البطينية ** (المسؤولة عن إمكانية العمل لفترات طويلة في خلايا القلب وتسمى أيضًا مستقبلات DHP) والتشعبات والعمود الفقري الشجيري في الخلايا العصبية القشرية
قناة الكالسيوم من النوع P ("Purkinje") / قناة الكالسيوم من النوع Q HVA (الجهد العالي المنشط) كاليفورنياالخامس2.1 (CACNA1A) α2δ ، β ، ربما γ العصبونات العصبية في المخيخ / الخلايا الحبيبية المخيخية
قناة الكالسيوم من النوع N ("عصبية" / "غير L") HVA (الجهد العالي المنشط) كاليفورنياالخامس2.2 (CACNA1B) α2δ / β1، β3، β4، ربما γ في جميع أنحاء الدماغ والجهاز العصبي المحيطي.
قناة الكالسيوم من النوع R ("المتبقي") تفعيل الجهد المتوسط كاليفورنياالخامس2.3 (CACNA1E) α2δ ، β ، ربما γ الخلايا الحبيبية المخيخية والخلايا العصبية الأخرى
قناة الكالسيوم من النوع T ("عابرة") تفعيل الجهد المنخفض كاليفورنياالخامس3.1 (CACNA1G)
كاليفورنياالخامس3.2 (CACNA1H)
كاليفورنياالخامس3.3 (CACNA1I)
الخلايا العصبية ، الخلايا التي لها نشاط منظم ضربات القلب ، العظام (الخلايا العظمية)

Α2δ تحرير الوحدة الفرعية

α2δ يشكل الجين وحدتين فرعيتين: α2 و δ (كلاهما نتاج نفس الجين). ترتبط ببعضها البعض عبر رابطة ثاني كبريتيد ولها وزن جزيئي مشترك يبلغ 170 كيلو دالتون. α2 هي الوحدة الفرعية خارج الخلية glycosylated التي تتفاعل أكثر مع α1 الوحدة الفرعية. تحتوي الوحدة الفرعية على منطقة غشاء مفردة ذات جزء قصير داخل الخلايا ، والذي يعمل على تثبيت البروتين في غشاء البلازما. هناك 4 α2δ الجينات:

التعبير المشترك لـ α2δ يعزز مستوى التعبير عن α1 الوحدة الفرعية ويسبب زيادة في السعة الحالية ، وتنشيط أسرع وحركية تعطيل وتغيير الاستقطاب المفرط في اعتماد الجهد على التعطيل. لوحظ بعض هذه التأثيرات في غياب الوحدة الفرعية بيتا ، بينما في حالات أخرى ، يكون التعبير المشترك عن بيتا مطلوبًا.

α2δ-1 و α2الوحدات الفرعية δ-2 هي موقع ربط gabapentinoids. تشتمل فئة الأدوية هذه على نوعين من الأدوية المضادة للاختلاج ، وهما جابابنتين (نيورونتين) وبريجابالين (ليريكا) ، اللذان يستخدمان أيضًا في علاج آلام الأعصاب المزمنة. α2δ الوحدة الفرعية هي أيضًا موقع ربط للمثبط المركزي و phenibut مزيل القلق ، بالإضافة إلى الإجراءات في الأهداف الأخرى. [11]

Β تحرير الوحدة الفرعية

الوحدة الفرعية β داخل الخلايا (55 كيلو دالتون) عبارة عن بروتين شبيه بـ MAGUK داخل الخلايا (Membrane-Associated Guanylate Kinase) يحتوي على مجال guanylate kinase (GK) ومجال SH3 (src homology 3). يرتبط مجال غوانيلات كيناز للوحدة الفرعية بـ α1 الحلقة السيتوبلازمية للوحدة الفرعية I-II وتنظم نشاط HVGCC. هناك أربعة جينات معروفة للوحدة الفرعية:

من المفترض أن الوحدة الفرعية العصاري الخلوي لها دور رئيسي في استقرار α النهائي1 تشكيل الوحدة الفرعية وإيصالها إلى غشاء الخلية من خلال قدرتها على إخفاء إشارة الاحتفاظ بالشبكة الإندوبلازمية في α1 الوحدة الفرعية. يتم احتواء فرامل الاحتفاظ الإندوبلازمية في الحلقة I – II في α1 الوحدة الفرعية التي تصبح ملثمة عندما ترتبط الوحدة الفرعية. [12] لذلك ، تعمل الوحدة الفرعية β مبدئيًا لتنظيم كثافة التيار من خلال التحكم في كمية α1 يتم التعبير عن الوحدة الفرعية في غشاء الخلية.

بالإضافة إلى دور التهريب هذا ، فإن الوحدة الفرعية لها وظائف مهمة إضافية لتنظيم حركيات التنشيط والتثبيط ، وفرط الاستقطاب في الاعتماد على الجهد لتنشيط α1 مسام الوحدة الفرعية ، بحيث يمر تيار أكثر لإزالة الاستقطاب الأصغر. β للوحدة الفرعية تأثيرات على حركية القلب ألفا1ج في Xenopus laevis البويضات المعبر عنها بالاشتراك مع β الوحدات الفرعية. تعمل الوحدة الفرعية β كمغير مهم للخصائص الكهربية للقناة.

حتى وقت قريب جدًا ، كان التفاعل بين منطقة 18 من الأحماض الأمينية المحفوظة للغاية على الرابط داخل الخلايا α1 بين المجالين الأول والثاني (مجال تفاعل ألفا ، AID) ومنطقة على مجال GK للوحدة الفرعية β (ربط مجال تفاعل ألفا Pocket) هو المسؤول الوحيد عن التأثيرات التنظيمية للوحدة الفرعية. في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف أن المجال SH3 للوحدة الفرعية يعطي أيضًا تأثيرات تنظيمية إضافية على وظيفة القناة ، مما يفتح إمكانية وجود تفاعلات تنظيمية متعددة للوحدة الفرعية مع α1 مسام الوحدة الفرعية. علاوة على ذلك ، لا يبدو أن تسلسل AID يحتوي على إشارة الاحتفاظ بالشبكة الإندوبلازمية ، وقد يكون هذا موجودًا في مناطق أخرى من I-II α1 رابط الوحدة الفرعية.

Γ تحرير الوحدة الفرعية

من المعروف أن الوحدة الفرعية γ1 مرتبطة بمجمعات VGCC للعضلات الهيكلية ، لكن الأدلة غير حاسمة فيما يتعلق بالأنواع الفرعية الأخرى لقناة الكالسيوم. يتكون البروتين السكري للوحدة الفرعية γ (33 كيلو دالتون) من أربعة حلزونات عبر الغشاء. لا تؤثر الوحدة الفرعية 1 على الاتجار ، وفي معظم الأحيان ، ليست مطلوبة لتنظيم مجمع القناة. ومع ذلك ، γ2، γ3، γ4 و γ8 ترتبط أيضًا بمستقبلات الغلوتامات AMPA.

هناك 8 جينات لوحدات جاما الفرعية:

فسيولوجيا العضلات تحرير

عندما يتم إزالة استقطاب خلية العضلات الملساء ، فإنها تتسبب في فتح قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي (النوع L). [13] [14] قد يحدث نزع الاستقطاب عن طريق تمدد الخلية ، أو ربط ناهض مستقبلاتها المقترنة بالبروتين G (GPCR) ، أو تحفيز الجهاز العصبي اللاإرادي. يؤدي فتح قناة الكالسيوم من النوع L إلى تدفق Ca 2+ خارج الخلية ، والذي يرتبط بعد ذلك بالكالموديولين. ينشط جزيء الكالودولين المنشط كيناز سلسلة خفيفة من الميوسين (MLCK) ، الذي يفسفر الميوسين في خيوط سميكة. الميوسين الفسفوري قادر على تكوين جسور متقاطعة مع خيوط رقيقة من الأكتين ، وتتقلص ألياف العضلات الملساء (أي الخلية) عبر آلية الخيوط المنزلقة. (انظر المرجع [13] للحصول على رسم توضيحي لسلسلة الإشارات التي تتضمن قنوات الكالسيوم من النوع L في العضلات الملساء).

يتم إثراء قنوات الكالسيوم من النوع L أيضًا في الأنابيب التائية لخلايا العضلات المخططة ، أي الألياف العضلية الهيكلية والقلبية. عندما يتم إزالة استقطاب هذه الخلايا ، تفتح قنوات الكالسيوم من النوع L كما هو الحال في العضلات الملساء. في العضلات الهيكلية ، فإن الفتح الفعلي للقناة ، والذي يكون بوابات ميكانيكيًا لقناة إطلاق الكالسيوم (مستقبلات ريانودين ، أو RYR) في الشبكة الساركوبلازمية (SR) ، يتسبب في فتح RYR. في عضلة القلب ، يسمح فتح قناة الكالسيوم من النوع L بتدفق الكالسيوم إلى الخلية. يرتبط الكالسيوم بقنوات إطلاق الكالسيوم (RYRs) في SR ، وتفتح هذه الظاهرة تسمى "إطلاق الكالسيوم الناجم عن الكالسيوم" ، أو CICR. ومع ذلك ، يتم فتح RYRs ، إما من خلال البوابات الميكانيكية أو CICR ، يتم تحرير Ca 2+ من SR وهو قادر على الارتباط بالتروبونين C على خيوط الأكتين. ثم تنقبض العضلات من خلال آلية الخيوط المنزلقة ، مما يؤدي إلى تقصير الأورام اللحمية وتقلص العضلات.

التغييرات في التعبير أثناء التطوير تحرير

في وقت مبكر من التطور ، هناك قدر كبير من التعبير عن قنوات الكالسيوم من النوع T. أثناء نضج الجهاز العصبي ، يصبح التعبير عن التيارات من النوع N أو L أكثر وضوحًا. [15] ونتيجة لذلك ، تعبر الخلايا العصبية الناضجة عن المزيد من قنوات الكالسيوم التي لن يتم تنشيطها إلا عندما تكون الخلية خالية من الاستقطاب بشكل كبير. يمكن أن تلعب مستويات التعبير المختلفة لقنوات تنشيط الجهد المنخفض (LVA) وقنوات تنشيط الجهد العالي (HVA) دورًا مهمًا في تمايز الخلايا العصبية. في تطوير الخلايا العصبية الشوكية Xenopus ، تحمل قنوات الكالسيوم LVA عابرًا للكالسيوم قد يكون ضروريًا للخلايا العصبية لتبني النمط الظاهري GABAergic وكذلك ثمرة العملية. [16]

ترتبط الأجسام المضادة لقنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربي بمتلازمة الوهن العضلي لامبرت-إيتون ، كما أنها متورطة في التنكس المخيخي الأباعد الورمي. [17]

ترتبط قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي أيضًا بارتفاع الحرارة الخبيث [18] ومتلازمة تيموثي. [19]

طفرات CACNA1C الجين ، مع تعدد الأشكال أحادي النوكليوتيدات في الإنترون الثالث من الجين Cav1.2 ، [20] مرتبط بمجموعة متنوعة من متلازمة QT الطويلة تسمى متلازمة تيموثي [21] وأيضًا بمتلازمة بروغادا. [22] أظهرت التحليلات الجينية واسعة النطاق إمكانية ذلك CACNA1C يرتبط بالاضطراب ثنائي القطب [23] وبالتالي أيضًا مع مرض انفصام الشخصية. [24] [25] [26] أيضًا ، أ CACNA1C ارتبط أليل الخطر بخلل في اتصال الدماغ لدى المرضى الذين يعانون من اضطراب ثنائي القطب ، بينما ليس فقط أو بدرجة طفيفة ، في أقاربهم غير المتأثرين أو الضوابط الصحية. [27]


عندما ترتبط الناقلات العصبية بمستقبلاتها ، القنوات الأيونية في استجابة الخلايا العصبية أو الخلايا العضلية المفتوحة. يؤدي التدفق الناتج من أيونات الصوديوم إلى تعطيل يستريح المحتملة من الخلية المستهدفة. يكون التأثير عابرًا فقط إذا ظلت إمكانات الغشاء سلبية. ومع ذلك ، إذا دخلت أيونات Na + كافية إلى الخلية ، يصبح الغشاء غير مستقطب. إذا واجهت الخلية فرط الاستقطاب، مترجم عكس قطبية الغشاء الطبيعي (قل من & ndash70 mV إلى + 65mV أو أكثر) سيؤدي إلى إنشاء ملف إمكانات العمل. ينتقل جهد الفعل هذا مثل التيار على طول غشاء الخلية العصبية أو غشاء الخلية العضلية ، مما يؤدي في النهاية إلى استجابة فسيولوجية ، على سبيل المثال ، إثارة الخلية العصبية التالية في مسار عصبي أو تقلص الخلية العضلية. ال مشبك التصحيح يكتشف الجهاز تدفق أيون معين وأي تغيير ناتج في فرق الجهد عبر الغشاء. مبادئ قياس التصحيح - المشبك موضحة أدناه.

في المثال أعلاه ، يؤدي إغلاق المفتاح الموجود على مصدر الطاقة إلى إرسال شحنة كهربائية إلى الخلية ، مما يؤدي إلى الانفتاح القناة الأيونية ذات الجهد الكهربائي. في هذه الحالة ، يكتشف مستشعر البوتاسيوم في الجهاز تدفق أيونات K + عبر القناة وخارج الخلية. في الوقت نفسه ، يسجل مقياس الفولت التغيير الناتج في إمكانات الغشاء.

بالإضافة إلى القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي ، يمكن لجهاز التثبيت التصحيح قياس تدفق الأيونات من خلالها القنوات الأيونية الترابطية و القنوات الأيونية ميكانيكيا.

القنوات السابقة هي بوابات مستقبلات أيون التي تفتح عندما تربط جزيء المستجيب. القنوات الأيونية ميكانيكياً كشف المادية الضغط أو ضغط عصبى مما يؤدي إلى تشوه الغشاء الموضعي ، مما يؤدي إلى فتح القناة.

أخيرًا ، تحافظ الخلايا على تركيز عالٍ داخل الخلايا من أيونات K + ، مما يتسبب في تسرب أيونات K + ببطء من الخلية ، وهي ظاهرة يمكن اكتشافها بواسطة مشبك التصحيح. إن وجود الأيونات السالبة (Clions ، الأيونات العضوية) داخل الخلية يحد من التسرب. يؤدي هذا إلى إنشاء الجزء الداخلي الكهربية للخلية بالنسبة إلى خارج الخلية ، أي إمكانية الراحة عبر غشاء البلازما الخاص بها. تم استخدام تقنية patch-clamp لربط تدفق الأيونات والتغيرات في إمكانات الغشاء عندما تندلع عصبون ، مما يتسبب في جهد فعل في خلية مستجيبة.

يتم وصف هذا الارتباط في الصفحة التالية. في الرسم التوضيحي ، اتبع فتح وإغلاق القنوات الأيونية وتدفق الأيونات. ينتج جهد الفعل (في الواقع أي تحول من إمكانات الراحة) عن الانتشار الميسر لأيونات معينة داخل الخلية أو خارجها من خلال قنوات أيونية مسورة (خضراء ، أعلاه) والتي يجب أن تفتح وتغلق بالتسلسل. سلوكان مختلفان القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي موضحة في الرسم البياني. يفتح التحفيز الكهربائي قنوات Na +. تندفع أيونات الصوديوم إلى الخلية ، مما يقلل من إمكانات الغشاء من حالة الراحة إلى الصفر ، أو حتى يجعل السيتوبلازم أكثر إيجابية من السائل خارج الخلية. إذا كان الانعكاس في القطبية مرتفعًا بدرجة كافية ، يتم فتح K + الفولتية وتندفع أيونات البوتاسيوم إلى الخلية ، مما يؤدي إلى استعادة إمكانات الراحة للخلية.

يمكن للخلية أن تستمر في الاستجابة للمنبهات ذات إمكانات الفعل طالما أن هناك ما يكفي من الصوديوم خارج الخلية و K داخل الخلية. في حين أن النقل النشط لـ Na + و K + غير مطلوب لإعادة تأسيس إمكانات الراحة ، فسيكون من الضروري في النهاية استعادة توازن الأيونات في الخلية. إذا اشتعلت العصب أو الخلية العضلية عدة مرات (أو حتى إذا كانت تسرب الأيونات فقط) ، فإن [+ K] داخل الخلية و [+ Na] خارج الخلية سوف ينخفضان إلى نقطة حيث لا يمكن للخلية أن تولد جهد فعل عندما حفز. في النهاية ، دور مضخات Na + / K + المعتمدة على ATP هي استعادة توازن Na +: K + المناسب عبر غشاء الخلية المستجيب. كما رأينا ، تتبادل كل دورة ضخ 3 أيونات Na + من الفضاء داخل الخلايا لـ 2 K + أيونات من الفضاء خارج الخلية. المضخة لها تأثيران:

  • يعيد تركيزات Na + في الفضاء خارج الخلية بالنسبة إلى السيتوبلازم.
  • يستعيد تركيزات K + في السيتوبلازم بالنسبة إلى الفضاء خارج الخلية.

جنبًا إلى جنب مع التركيزات الأعلى للأيونات السالبة في العصارة الخلوية ، فإن التبادل غير المتكافئ لـ Na + لأيونات K + يحافظ على إمكانات الراحة للخلية على المدى الطويل ويضمن بقاء الخلايا العصبية والعضلية قابلة للإثارة. بعد ذلك ، سوف نلقي نظرة فاحصة على دور كليهما يجند بوابات و الجهد بوابات القنوات الأيونية في النقل العصبي.

القنوات الأيونية في النقل العصبي

تؤدي إمكانات العمل إلى فتح وإغلاق منظم ومتسلسل الجهد االكهربى- و يجند بوابات القنوات على طول المحور العصبي. في الرابط أدناه ، يمكنك رؤية التدوير المتسلسل للقنوات ذات بوابات الجهد التي تنشر جهد فعل محلي (إزالة الاستقطاب من الغشاء) على طول محور عصبي باتجاه المشبك.

عندما يصل نزع الاستقطاب المنتشر إلى المشبك ، فإن القنوات الأيونية المسورة إما تفتح أو تغلق في الخلية العصبية والخلية المستجيبة. يتم توضيح تعاون قنوات الجهد والربط في تقاطع عصبي عضلي أدناه.

كما ترون من الرسم التوضيحي ، بعد إطلاق خلية عصبية ، نبضة كهربائية (منطقة متحركة من فرط الاستقطاب) ينتقل أسفل المحور العصبي إلى نهاية العصب. في نهاية العصب ، يحفز فرق شحنة السفر (الجهد الكهربائي) عبر غشاء الخلية نوعًا محددًا من الكالسيوم Ca ++ قناة الجهد الكهربائي لفتح. ثم تتدفق أيونات Ca ++ إلى الخلية لأنها بتركيزات أعلى في شق متشابك من السيتوبلازم.

تتسبب أيونات Ca 2 + في الخلية في اندماج الحويصلات المشبكية مع الغشاء في نهاية العصب ، مما يؤدي إلى إطلاق الناقلات العصبية في الشق المشبكي. بعد ذلك ، ترتبط الناقلات العصبية بمستقبل على غشاء البلازما الخلوي المستجيب. هذا المستقبل هو قناة ligand مسورة (وتسمى أيضًا أ قناة كيميائية). عند ربط ligand الناقل العصبي ، تفتح القناة. يؤدي الانتشار السريع لأيونات الصوديوم في الخلية إلى إمكانية فعلية تؤدي إلى الاستجابة الخلوية ، وفي هذه الحالة تقلص العضلات. لقد رأينا بالفعل أن قنوات K + تشارك في استعادة إمكانات الغشاء بعد جهد فعل ، ودور مضخة الصوديوم / البوتاسيوم في استعادة توازن Na + / K + الخلوي.


تحكم جهاز الإرسال العصبي في سر CRF-ACTH

ملخص الناشر

النواقل العصبية المشاركة في السيطرة على إفراز CRF هي النورادرينالين ، γ -aminobutyrate ، والسيروتونين. المركبات التي تؤثر على إفراز الهرمون الموجه لقشر الكبريت من الغدة النخامية الأمامية هي بروموكريبتين والمادة P (SP). أظهر Makara & amp Stark (1974) أن مضادات مستقبلات GABA ، والبيكروتوكسين ، والبيكوكولين هي منبهات قوية لإفراز CEP في الجسم الحي عند إعطائه في البطين الثالث من الجرذان مع ما تحت المهاد القاعدي الإنسي المعزول جراحيًا (MBH). لقد كان السيروتونين متورطًا في التحكم في إفراز CRF لفترة طويلة ، ولكن هناك آراء متباينة حول ما إذا كانت آثاره مثيرة أو مثبطة. يحتوي البروموكريبتين على هيكل مثير للاهتمام يشتمل على جزء مرتبط بحمض الليسرجيك وجزء دوري مشتق من ثلاثي الببتيد ، ومن بين أعماله المهمة تحفيز مستقبلات الدوبامين. بروموكريبتين بجرعات تتراوح من 100 fg / ml إلى 1 ng / ml يحفز إطلاق ACTH من شظايا الغدة النخامية الأمامية في المختبر ولكنه يثبط نشاط إفراز الـ ACTH لـ CEP المنطلق من منطقة ما تحت المهاد بواسطة 5-HT. يوجد SP في منطقة ما تحت المهاد بتركيزات عالية نسبيًا وتوجد نهايات عصبية موجبة SP بكميات أعلى في نوى ما قبل البصري الإنسي ، والظهر ، والبطني ، والنواة المقوسة.


2014 التواصل العصبي

  • عندما يصل جهد الفعل إلى الطرف المشبكي ، ينتج عن إزالة الاستقطاب الناتج عن تنشيط قنوات Ca 2+ ذات الجهد الكهربائي ، والتي تقع بالقرب من المناطق النشطة
    • لا يتم ضمان إطلاق الناقل العصبي مع كل جهد فعل
      • يمكن أن يختلف احتمال الإطلاق (المقاس على مقياس من 0 = لا يحدث أبدًا إلى 1 = يحدث دائمًا) - عادة من حوالي 0.5 في مشابك الجهاز العصبي المركزي إلى 0.8 عند التقاطع العصبي العضلي إلى 0.95 في بعض المشابك في الجهاز السمعي
      • تعتبر المشابك ذات الاحتمالية العالية للإفراج آمنة
      • تركيز الكالسيوم 2+ المجاني في العصارة الخلوية (= التركيز داخل الخلايا المستخدم في معادلة نرنست) منخفض للغاية ، لأن الشبكة الإندوبلازمية والميتوكوندريا تحبس الكالسيوم بشكل نشط 2+
      • كمية الكالسيوم 2+ التي تدخل المحطة تعتمد بشكل كبير على سعة وشكل جهد الفعل (استثناء & اقتباس آخر & مثل فكرة أن جميع إمكانات العمل تتساوى!)
        • تقضي نقاط الوصول قصيرة المدة وقتًا أقل فوق عتبة الجهد لتنشيط قنوات Ca 2+ ذات الجهد الكهربائي ، مما يؤدي إلى فتح عدد أقل من القنوات ، ودخول أقل من الكالسيوم 2+
        • يتم تعطيل قنوات Ca 2+ ذات البوابات الموجودة في المحطات المحورية بطريقة مشابهة لقنوات Na + ذات الجهد الكهربائي الموجودة في المحاور - & gt العلاقة بين إمكانات الراحة الطرفية وعتبة قناة Ca 2+ ذات الجهد الكهربائي تحدد العدد من القنوات المعطلة
          • بعبارة أخرى ، سيؤدي الاستقطاب المفرط للمحور العصبي إلى تقليل احتمالية حدوث AP ، ولكنه سيزيد من كمية الناقل العصبي الذي يتم إطلاقه عند حدوث AP
          • متلازمة LE هي أحد أمراض المناعة الذاتية النادرة حيث تدمر الأجسام المضادة نوعًا فرعيًا معينًا من قنوات Ca 2+ ذات الجهد الكهربي ، مما يؤدي إلى ضعف العضلات بسبب انخفاض في إطلاق الناقل العصبي الناتج عن الكالسيوم في الأعصاب التي تعصب عضلات الهيكل العظمي (لا تستطيع الأجسام المضادة عبور الدم- حاجز الدماغ ، لذلك لا يتأثر النقل العصبي في الجهاز العصبي المركزي)
          • إحدى سمات متلازمة L-E هي اتساع تقلص العضلات يزيد مع التحفيز المتكرر ، لأن تركيز Ca 2+ يتراكم داخل طرف العصب قبل المشبكي مع التحفيز المتكرر ، مما يزيد من إطلاق الناقل العصبي ، مما يؤدي في النهاية إلى إطالة وتقوية تقلص العضلات
          • ديامينوبيريدين مانع القناة K + يستخدم لعلاج متلازمة L-E لأنه يطيل من جهد الفعل عن طريق إبطاء عودة الاستقطاب وبالتالي زيادة كمية Ca 2+ التي تدخل المحطة
          • يأتي توكسين البوتولينوم في عدة أشكال ، لكنها تدمر جميعًا مكونات جهاز الإرساء (SNAP-25 و synaptobrevin و syntaxin) اللازمة لدمج الحويصلة في الخلايا العصبية التي تستخدم الأسيتيل كولين كناقل عصبي ، وبالتالي منع تقلص العضلات
            • توكسين البوتولينوم مهم سريريًا لسببين:
              1. عندما تنتج أثناء الإصابة بالبكتيريا اللاهوائية كلوستريديوم البوتولينوم (عادة بسبب التسمم الغذائي) ، يمكن أن يؤدي إلى توقف تنفسي قاتل عن طريق منع إطلاق الناقل العصبي بواسطة الخلايا العصبية التي تغذي الحجاب الحاجز ، مما يؤدي إلى شلل رخو.
              2. عند الجرعات المنخفضة ، يتم استخدامه كعلاج للعديد من الحالات ، بما في ذلك الطعن وسلس البول ، بالإضافة إلى محو التجاعيد (التي تسبب تقلصات العضلات).
            • الكزاز توكسين مصنوع بواسطة كلوستريديوم الكزازية، وهي بكتيريا لاهوائية توجد على نطاق واسع في التربة وفي الجهاز الهضمي
            • يتم نقل السم بشكل رجعي ، عبر المشابك العصبية حتى يتم تناوله بواسطة المحطات المشبكية للأعصاب الداخلية حيث يمنع إطلاق الناقلات العصبية المثبطة
            • نتيجة الحصار المثبط هو أن الخلايا العصبية الحركية تصبح مفرطة النشاط ، مما يتسبب في تماس عضلي حاد لا يتوقف وينتج عنه شلل تشنجي
              • العلامة الأولى هي الكزاز ، يليها تصلب في الرقبة وصعوبة البلع ، ثم تصلب عضلات البطن.
                • أسوأ الحالات يمكن إجراؤها على opisthotonos (وضعيات غير طبيعية ، بما في ذلك تقوس الظهر) ، والموت

                ماذا تفعل المشابك العصبية

                عندما تصل إشارة عصبية إلى نهاية الخلية العصبية ، لا يمكنها ببساطة أن تستمر إلى الخلية التالية. بدلاً من ذلك ، يجب أن يؤدي إلى إطلاق النواقل العصبية التي يمكنها بعد ذلك نقل النبضة عبر المشبك إلى العصبون التالي.

                بمجرد أن يؤدي الدافع العصبي إلى إطلاق النواقل العصبية ، فإن هذه النواقل الكيميائية تعبر الفجوة المشبكية الصغيرة ويتم امتصاصها بواسطة المستقبلات الموجودة على سطح الخلية التالية.

                تعمل هذه المستقبلات مثل القفل ، بينما تعمل الناقلات العصبية مثل المفاتيح. قد تثير الناقلات العصبية أو تثبط الخلايا العصبية التي ترتبط بها.

                فكر في الإشارة العصبية مثل التيار الكهربائي ، والخلايا العصبية مثل الأسلاك. ستكون نقاط الاشتباك العصبي هي المنافذ أو مربعات التوصيل التي تربط التيار بمصباح (أو أي جهاز كهربائي آخر من اختيارك) ، مما يسمح للمصباح بالإضاءة.


                ما هو بالضبط دور الكالسيوم في المشبك؟

                في المشبك الكلاسيكي ، يتمثل الدور الرئيسي للكالسيوم في إطلاق مواد كيميائية (تسمى الناقلات العصبية) من الخلايا العصبية قبل المشبكية. كيف يتم تثبيت الكالسيوم بشكل جيد ويتم تحقيقه من خلال قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي الموجودة على غشاء الطرف قبل المشبكي. تفتح هذه القنوات استجابةً لإزالة الاستقطاب من الغشاء ، وهو نوع الإشارة التي يحملها جهد فعل.

                تسير العملية برمتها على النحو التالي: عندما يصل جهد فعل إلى طرف ما قبل المشبكي ، فإنه يزيل استقطاب الغشاء بما يكفي لفتح قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي. إن تدرج الكالسيوم عبر الغشاء هو أنه عندما تنفتح هذه القنوات ، يتم إنتاج تيار كالسيوم داخلي ، مع دخول الكالسيوم بسرعة إلى الخلية. يرتبط الكالسيوم بسرعة ببروتين داخل الخلايا قبل المشبكي يسمى سينابتوتاغمين synaptotagmin. يعتبر Synaptotagmin مستشعرًا للكالسيوم يطلق مجموعة من الأحداث المصب. في النهاية ، يؤدي تنشيط synaptotagmin إلى اندماج حويصلات الناقل العصبي مع الغشاء قبل المشبكي. تندمج هذه الحويصلات مع الغشاء من خلال التفاعلات بين الأفخاخ v و t (يرمز الحرفان "v" و "t" إلى "الحويصلي" و "الهدف" ، على التوالي) مما يتسبب في إطلاق الناقلات العصبية في الفراغ بين ما قبل المشبكي وما بعد المشبكي. طرفية. تنتشر الجزيئات الفردية للناقل العصبي عبر هذا الفضاء ، والتي تسمى الشق المشبكي ، وترتبط في النهاية بالمستقبلات الموجودة على غشاء الخلية بعد المشبكي.

                نظرًا لأن الكالسيوم يؤدي إلى تحويل إشارة كهربائية (جهد الفعل) إلى إشارة كيميائية (إطلاق النواقل العصبية) ، يمكن اعتبار الكالسيوم بمثابة محفز للتنقل الكهروكيميائي (يعني المصطلح حرفياً تحويل المعلومات الكهربائية إلى معلومات كيميائية).

                لاحظ أن دور الكالسيوم لا يقتصر على طرف ما قبل المشبكي الكثير من الظواهر المشبكية الأخرى تعتمد على الكالسيوم. على سبيل المثال ، في نقاط الاشتباك العصبي المتخصصة بين الخلايا العصبية وخلايا العضلات (تسمى الوصل العصبي العضلي) ، يؤدي ارتباط الناقل العصبي أستيل كولين بالخلية العضلية إلى ارتفاع الكالسيوم داخل الخلية العضلية ، مما يؤدي في النهاية إلى تقلص العضلات. مثال آخر يحدث في الدماغ ويتضمن مستقبلات ما بعد المشبكي تسمى مستقبلات NMDA. يؤدي تنشيط هذا المستقبل أيضًا إلى زيادة الكالسيوم داخل الخلايا في الخلية ما بعد المشبكي مما يساهم في عدد من الظواهر المثيرة للاهتمام ، لا سيما التعلم والذاكرة.


                لماذا يؤدي فتح قنوات الكالسيوم إلى إطلاق النواقل العصبية؟ - مادة الاحياء

                اقتران الإثارة والتقلص هو الرابط (التحويل) بين جهد الفعل المتولد في غمد الليف العضلي وبداية تقلص العضلات. إن محفز إطلاق الكالسيوم من الشبكة الساركوبلازمية إلى الساركوبلازم هو إشارة عصبية. يتم التحكم في كل ليف عضلي هيكلي بواسطة عصبون حركي ، والذي ينقل إشارات من الدماغ أو الحبل الشوكي إلى العضلات. تسمى منطقة غمد الليف العضلي على الألياف العضلية التي تتفاعل مع الخلايا العصبية باللوحة الطرفية الحركية. يُطلق على نهاية محور العصبون اسم الطرف المشبكي ، ولا يتصل فعليًا بلوحة نهاية المحرك. تفصل مساحة صغيرة تسمى الشق المشبكي الطرف المشبكي عن لوحة نهاية المحرك. تنتقل الإشارات الكهربائية على طول محور العصبون ، الذي يتفرع عبر العضلات ويتصل بألياف عضلية فردية عند تقاطع عصبي عضلي.

                تتطلب قدرة الخلايا على الاتصال كهربائيًا أن تنفق الخلايا الطاقة لإنشاء تدرج كهربائي عبر أغشية الخلايا. يتم نقل تدرج الشحنة هذا بواسطة الأيونات ، والتي يتم توزيعها بشكل تفاضلي عبر الغشاء. كل أيون له تأثير كهربائي وتأثير تركيز. مثلما يختلط الحليب في النهاية مع القهوة دون الحاجة إلى التحريك ، توزع الأيونات نفسها بالتساوي ، إذا سمح لها بذلك. في هذه الحالة ، لا يُسمح لهم بالعودة إلى حالة مختلطة بشكل متساوٍ.

                يستخدم ATPase الصوديوم والبوتاسيوم الطاقة الخلوية لتحريك أيونات K + داخل الخلية وأيونات الصوديوم في الخارج. هذا وحده يتراكم شحنة كهربائية صغيرة ، لكنه يتراكم بتدرج تركيز كبير. يوجد الكثير من K + في الخلية والكثير من Na + خارج الخلية. يستطيع البوتاسيوم مغادرة الخلية عبر قنوات K + المفتوحة بنسبة 90٪ من الوقت ، وهو يفعل ذلك. ومع ذلك ، نادرًا ما يتم فتح قنوات Na ، لذلك تظل Na + خارج الخلية. عندما تغادر K + الخلية ، تخضع لتدرج تركيزها ، فإن ذلك يترك شحنة سالبة خلفها. لذلك في حالة السكون ، يوجد تدرج تركيز كبير لـ Na + لدخول الخلية ، وهناك تراكم للشحنات السالبة المتروكة في الخلية. هذا هو غشاء الراحة المحتملة. تعني الإمكانات في هذا السياق فصل الشحنة الكهربائية القادرة على القيام بالعمل. يقاس بالفولت ، تمامًا مثل البطارية. ومع ذلك ، فإن إمكانات الغشاء أصغر بكثير (0.07 فولت) لذلك ، يتم التعبير عن القيمة الصغيرة بالميليفولت (mV) أو 70 mV. نظرًا لأن الجزء الداخلي للخلية سلبي مقارنة بالخارج ، فإن علامة الطرح تشير إلى زيادة الشحنات السالبة داخل الخلية ، 70 mV.

                إذا قام حدث ما بتغيير نفاذية الغشاء إلى أيونات الصوديوم ، فسوف يدخلون الخلية. سيؤدي ذلك إلى تغيير الجهد. هذا حدث كهربائي ، يسمى جهد الفعل ، والذي يمكن استخدامه كإشارة خلوية. يحدث الاتصال بين الأعصاب والعضلات من خلال الناقلات العصبية. تتسبب إمكانات عمل الخلايا العصبية في إطلاق النواقل العصبية من الطرف المشبكي إلى الشق المشبكي ، حيث يمكن أن تنتشر عبر الشق المشبكي وترتبط بجزيء مستقبل على لوحة نهاية المحرك. تمتلك الصفيحة الطرفية الحركية ثنيات موصلة - طيات في غمد الليف العضلي التي تخلق مساحة كبيرة للناقل العصبي ليرتبط بالمستقبلات. المستقبلات هي في الواقع قنوات صوديوم تفتح للسماح بمرور Na + إلى الخلية عندما تتلقى إشارة ناقل عصبي.

                الأسيتيل كولين (ACh) هو ناقل عصبي تطلقه الخلايا العصبية الحركية التي ترتبط بمستقبلات في لوحة نهاية المحرك. يحدث إطلاق الناقل العصبي عندما ينتقل جهد الفعل إلى أسفل محور العصبون الحركي ، مما يؤدي إلى تغيير نفاذية الغشاء الطرفي المشبكي وتدفق الكالسيوم. The Ca 2+ ions allow synaptic vesicles to move to and bind with the presynaptic membrane (on the neuron), and release neurotransmitter from the vesicles into the synaptic cleft. Once released by the synaptic terminal, ACh diffuses across the synaptic cleft to the motor end plate, where it binds with ACh receptors. As a neurotransmitter binds, these ion channels open, and Na + ions cross the membrane into the muscle cell. This reduces the voltage difference between the inside and outside of the cell, which is called depolarization. As ACh binds at the motor end plate, this depolarization is called an end-plate potential. The depolarization then spreads along the sarcolemma, creating an action potential as sodium channels adjacent to the initial depolarization site sense the change in voltage and open. The action potential moves across the entire cell, creating a wave of depolarization.

                ACh is broken down by the enzyme acetylcholinesterase (AChE) into acetyl and choline. AChE resides in the synaptic cleft, breaking down ACh so that it does not remain bound to ACh receptors, which would cause unwanted extended muscle contraction (Figure 1).

                Figure 1. This diagram shows excitation-contraction coupling in a skeletal muscle contraction. The sarcoplasmic reticulum is a specialized endoplasmic reticulum found in muscle cells.

                After depolarization, the membrane returns to its resting state. This is called repolarization, during which voltage-gated sodium channels close. Potassium channels continue at 90% conductance. Because the plasma membrane sodium–potassium ATPase always transports ions, the resting state (negatively charged inside relative to the outside) is restored. The period immediately following the transmission of an impulse in a nerve or muscle, in which a neuron or muscle cell regains its ability to transmit another impulse, is called the refractory period. During the refractory period, the membrane cannot generate another action potential. The refractory period allows the voltage-sensitive ion channels to return to their resting configurations. The sodium potassium ATPase continually moves Na + back out of the cell and K + back into the cell, and the K + leaks out leaving negative charge behind. Very quickly, the membrane repolarizes, so that it can again be depolarized.

                سؤال الممارسة

                The deadly nerve gas Sarin irreversibly inhibits acetycholinesterase. What effect would Sarin have on muscle contraction?


                ملخص

                By altering neurotransmission, drugs can produce effects that make people want to use them repeatedly and induce health problems that can be long lasting and profound. Some important effects are shared by all drugs that cause dependence and addiction, most prominently disruption of the dopamine neurotransmitter system that results in initial pleasurable feelings and, with repeated use, potential functional and structural changes to neurons. There are also drug-specific effects: Each drug disrupts particular neurotransmitters in particular ways, and some have toxic effects on specific types of neurons.

                Scientists use a wide variety of experimental tools and techniques to study drugs' effects on neurotransmission, and their consequences, in both animals and people. Their findings enhance our understanding of the experiences of drug users and the plight of people who are addicted, point the way to new behavioral and medication treatments, and provide potential bases for prevention strategies and monitoring progress in treatment.


                شاهد الفيديو: إطلاق النواقل العصبیة. الأحیاء. فسیولوجیا الجھاز العصبي المتقدمة (كانون الثاني 2022).