невронауки

Определение и функции на глутамат (невротрансмитер)

Определение и функции на глутамат (невротрансмитер) / невронауки

на глутамат медиира повечето възбудителни синапси на централната нервна система (ЦНС). Той е основният медиатор на сетивната, моторна, когнитивна, емоционална информация и се намесва в образуването на спомени и тяхното възстановяване, присъства в 80-90% от мозъчните синапси. 

В случай, че това е малко заслуга за всичко това, също се намесва в невропластичността, процесите на обучение и е предшественик на GABA - основният инхибиторен невротрансмитер на CNS-. Какво друго може да бъде поискана за една молекула??

Какво е глутамат?

вероятно е един от най-широко изследваните невротрансмитери в нервната система. През последните години изследването му се увеличава поради връзката му с различни невродегенеративни патологии (като болестта на Алцхаймер), което я прави мощна фармакологична цел при различни заболявания.. 

Заслужава да се спомене, че предвид сложността на нейните рецептори, това е един от най-сложните невротрансмитери, които се изучават..

Процесът на синтез

Процесът на синтез на глутамат започва в цикъла на Кребс или цикъл на трикарбоксилни киселини. Цикълът на Кребс е метаболитен път или, за да разберем, последователност от химични реакции, за да се произведе клетъчно дишане в митохондриите. Метаболичният цикъл може да се разбира като механизъм на часовник, при който всяка предавка изпълнява функция, а простото отказване на парче може да причини разваляне на часовника или да не отбележи добре времето. Циклите в биохимията са едни и същи. Молекула, чрез непрекъснати ензимни реакции - часовник, променя формата и състава си, за да предизвика клетъчна функция. Основният прекурсор на глутамата ще бъде алфа-кетоглутарат, който ще получи аминогрупа чрез трансаминиране, за да стане глутамат..

Заслужава да се спомене и друг доста значителен предшественик: глутамин. Когато клетката освобождава глутамат в извънклетъчното пространство, астроцитите - вид глиални клетки възстановяват този глутамат, който чрез ензим, наречен глутамин синтетаза, ще се превърне в глутамин. след това, астроцитите освобождават глутамин, който се възстановява отново от невроните, за да се трансформират обратно в глутамат. И може би повече от един ще поиска следното: И ако трябва да върнат глутамина обратно към глутамата в неврона, защо астроцитът превръща глутамин в лош глутамат? Е, аз също не знам. Може би астроцитите и невроните не са съгласни или може би неврологията е толкова сложна. Във всеки от случаите исках да прегледам астроцитите, защото тяхното сътрудничество представлява 40% от оборот глутамат, което означава, че по-голямата част от глутамата се възстановява от тези глиални клетки.

Има и други прекурсори и други пътища, по които се възстановява глутаматът, който се освобождава в извънклетъчното пространство. Например, има неврони, които съдържат специфичен глутаматен транспортер -EAAT1 / 2, който директно възстановява глутамата в неврона и позволява на възбуждащия сигнал да свърши. За по-нататъшно изследване на синтеза и метаболизма на глутамата препоръчвам да се чете библиографията.

Глутаматните рецептори

Както обикновено ни учат, всеки невротрансмитер има своите рецептори в постсинаптичната клетка. Рецепторите, разположени в клетъчната мембрана, са протеини, към които се свързва невротрансмитер, хормон, невропептид и т.н., за да предизвикат серия от промени в клетъчния метаболизъм на клетката, в която се намира в рецептора. В невроните обикновено поставяме рецепторите в постсинаптичните клетки, въпреки че в действителност не трябва да бъде така. 

В първото състезание също ни се преподава, че има два вида основни рецептори: йонотропни и метаботропни. Йонотропиците са тези, в които, когато техният лиганд е свързан - "ключът" на рецептора - те отварят канали, които позволяват преминаването на йони в клетката. Метаботропиците, от друга страна, когато лигандът е свързан, предизвикват промени в клетката с помощта на вторични посланици. В този преглед ще говоря за основните типове йонотропни рецептори на глутамат, въпреки че препоръчвам изучаването на библиографията за познаване на метаботропните рецептори. Тук цитирам основните йонотропни рецептори:

  • NMDA приемник.
  • AMPA приемник.
  • Kainado приемник.

NMDA и АМРА рецепторите и тяхната тясна връзка

Смята се, че и двата вида рецептори са макромолекули, образувани от четири трансмембранни домена - тоест, те се формират от четири субединици, които пресичат липидния двуслой на клетъчната мембрана - и двата са глутаматни рецептори, които ще отворят положително заредени катионни канали. Но въпреки това те са значително различни.

Една от техните разлики е прагът, при който те се активират. Първо, АМРА рецепторите се активират много по-бързо; докато NMDA рецепторите не могат да бъдат активирани, докато невронът има мембранен потенциал от около -50mV - неврон при инактивиране обикновено е около -70mV. Второ, стъпалните катиони ще бъдат различни във всеки отделен случай. AMPA рецепторите ще постигнат много по-високи мембранни потенциали от NMDA рецепторите, които ще се слягат много по-скромно. В замяна на това приемниците на NMDA ще постигнат много по-продължителни активирания във времето от тези на AMPA. следователно, тези на АМРА се активират бързо и произвеждат по-силни възбудителни потенциали, но се дезактивират бързо. А тези на NMDA се активират бавно, но успяват да запазят възбуждащите потенциали, които генерират, много по-дълго..

За да го разберем по-добре, нека си представим, че сме войници и че оръжията ни представляват различните приемници. Представете си, че извънклетъчното пространство е окоп. Имаме два вида оръжия: револвер и гранати. Гранатата е проста и бърза за използване: премахвате пръстена, лентите и изчаквате да експлодира. Те имат много разрушителен потенциал, но щом веднъж ги изхвърлим, всичко свърши. Револверът е оръжие, което отнема време да се зареди, защото трябва да махнете барабана и да поставите куршумите един по един. Но след като я заредим, имаме шест изстрела, с които можем да оцелеем за известно време, макар и с много по-малък потенциал от граната. Нашите мозъчни револвери са NMDA приемници и нашите гранати са тези на AMPA.

Излишъкът от глутамат и неговите опасности

Те казват, че в излишък нищо не е добро и в случай на глутамат е изпълнено. след това ще споменем някои патологии и неврологични проблеми, при които е свързан излишък от глутамат.

1. Глутаматните аналози могат да причинят екзотоксичност

Глутамат-аналогични лекарства - тоест, те имат същата функция като глутамат-подобен NMDA - към който NMDA рецепторът носи своето име- може да причини високи дози невродегенеративни ефекти в най-уязвимите области на мозъка като дъгообразното ядро ​​на хипоталамуса. Механизмите, участващи в тази невродегенерация, са разнообразни и включват различни видове глутаматни рецептори.

Някои невротоксини, които можем да погълнем в нашата диета, проявяват невронална смърт чрез излишния глутамат

Различни отрови на някои животни и растения проявяват ефекта си чрез нервните пътища на глутамата. Пример за това е отровата на семената на Cycas Circinalis, отровно растение, което можем да намерим на тихоокеанския остров Гуам. Тази отрова причинява голямо разпространение на амиотрофична латерална склероза на този остров, в който жителите му го поемат ежедневно, смятайки, че е доброкачествена..

3. Глутаматът допринася за смъртта на неврон чрез исхемия

Глутаматът е основният невротрансмитер при остри мозъчни заболявания като сърдечен удар, спиране на сърцето, пред / перинатална хипоксия. При тези събития, при които липсва кислород в мозъчната тъкан, невроните остават в състояние на постоянна деполяризация; поради различни биохимични процеси. Това води до постоянно освобождаване на глутамат от клетките, с последващо продължително активиране на глутаматните рецептори. NMDA рецепторът е особено пропусклив за калций в сравнение с други йонотропни рецептори и излишният калций води до невронална смърт. Следователно, хиперактивността на глутаматергичните рецептори води до невронална смърт поради увеличаване на интраневронния калций..

4. Епилепсия

Връзката между глутамат и епилепсия е добре документирана. Счита се, че епилептичната активност е особено свързана с АМРА рецепторите, въпреки че при епилепсия прогресиращите NMDA рецептори стават важни.

Добър ли е глутаматът? Има лош глутамат?

Обикновено, когато четете този тип текст, в края на краищата се хуманизирате молекулите, като ги етикетирате като „добри“ или „лоши“ - които имат име и се наричат антропоморфизъм, много модерно през средновековието. Реалността е далеч от тези опростени преценки. 

В едно общество, в което сме създали концепция за "здраве", някои от механизмите на природата лесно могат да ни направят неудобни. Проблемът е, че природата не разбира "здравето". Ние сме създали това чрез медицината, фармацевтичната промишленост и психологията. Това е социална концепция и тъй като всяка социална концепция е подчинена на напредъка на обществата, било то човешки или научни. Напредъкът показва, че глутаматът е свързан с голям брой патологии като Алцхаймер или Шизофрения. Това не е лошо око на еволюцията на човешкото същество, а по-скоро биохимично несъответствие на понятието, което природата все още не разбира: човешкото общество в 21-ви век.

И както винаги, защо да изучаваме това? В този случай мисля, че отговорът е много ясен. Поради ролята на глутамата в различни невродегенеративни патологии, тя води до важна, макар и сложна, фармакологична цел. Някои примери за тези заболявания, въпреки че не сме говорили за тях в този преглед, защото мисля, че можете да напишете вписване изключително за това, са болестта на Алцхаймер и шизофрения. Субективно, намирането на нови лекарства за шизофрения е особено интересно поради две основни причини: разпространението на това заболяване и свързаните с това разходи за здраве; и нежеланите ефекти на настоящите антипсихотици, които в много случаи пречат на терапевтичното придържане.

Текст, редактиран и редактиран от Фредерик Муниенте Пеикс

Библиографски препратки:

книги:

  • Siegel, G. (2006). Основна неврохимия. Амстердам: Елзевиер.

статии:

  • Citri, A. & Malenka, R. (2007). Синаптична пластичност: множество форми, функции и механизми, Neuropsychopharmacology, 33 (1), 18-41. http://dx.doi.org/10.1038/sj.npp.1301559
  • Hardingham, G. & Bading, H. (2010). Синаптично спрямо екстрасинаптично NMDA рецепторно сигнализиране: последици за невродегенеративни нарушения. Nature Reviews Neuroscience, 11 (10), 682-696. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2911
  • Hardingham, G. & Bading, H. (2010). Синаптично спрямо екстрасинаптично NMDA рецепторно сигнализиране: последици за невродегенеративни нарушения. Nature Reviews Neuroscience, 11 (10), 682-696. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2911
  • Kerchner, G. & Nicoll, R. (2008). Тихи синапси и появата на постсинаптичен механизъм за LTP. Nature Reviews Neuroscience, 9 (11), 813-825. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2501
  • Papouin, T. & Oliet, S. (2014). Организация, контрол и функция на екстрасинаптични NMDA рецептори. Философски сделки на Кралското общество Б: Биологични науки, 369 (1654), 20130601-20130601. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2013.0601