Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Клеточная нейробиология - это раздел нейробиологии, занимающийся изучением нейронов на клеточном уровне. Это включает морфологию и физиологические свойства отдельных нейронов. Для изучения активности на клеточном уровне использовались несколько методов, таких как внутриклеточная запись, метод фиксации заплат и фиксации напряжения, фармакология, конфокальная визуализация, молекулярная биология, двухфотонная лазерная сканирующая микроскопия и визуализация Ca 2+ . Клеточная нейробиология изучает различные типы нейронов, функции разных нейронов, влияние нейронов друг на друга и то, как нейроны работают вместе.

Нейроны и глиальные клетки [ править ]

Основные статьи: нейрон и глиальная клетка

Нейроны - это клетки, которые специализируются на приеме, распространении и передаче электрохимических импульсов. Только в человеческом мозге насчитывается более восьмидесяти миллиардов нейронов. Нейроны разнообразны по морфологии и функциям. Таким образом, не все нейроны соответствуют стереотипному двигательному нейрону с дендритами и миелинизированными аксонами, которые проводят потенциалы действия. Некоторые нейроны, такие как фоторецепторные клетки, например, не имеют миелинизированных аксонов, которые проводят потенциалы действия. Другие униполярные нейроны, обнаруженные у беспозвоночных, даже не имеют отличительных отростков, таких как дендриты. Более того, различия, основанные на функциях нейронов и других клеток, таких как сердечные и мышечные клетки, бесполезны. Таким образом, фундаментальное различие между нейроном и ненейронной клеткой зависит от степени.

Другой важный класс клеток нервной системы - глиальные клетки . Эти клетки только недавно начали привлекать внимание нейробиологов из-за того, что они участвуют не только в питании и поддержке нейронов, но и в модуляции синапсов. Например, шванновские клетки, которые представляют собой тип глиальных клеток, обнаруженных в периферической нервной системе, модулируют синаптические связи между пресинаптическими окончаниями замыкательных пластинок моторных нейронов и мышечными волокнами в нервно-мышечных соединениях.

Нейронная функция [ править ]

Одной из характерных черт многих нейронов является возбудимость. Нейроны генерируют электрические импульсы или изменения напряжения двух типов: ступенчатые потенциалы и потенциалы действия. Градиентные потенциалы возникают, когда мембранный потенциал деполяризуется и гиперполяризуется ступенчатым образом относительно количества стимула, который применяется к нейрону. С другой стороны, потенциал действия - это полный или нулевой электрический импульс. Несмотря на то, что они медленнее, чем ступенчатые потенциалы, потенциалы действия имеют то преимущество, что они перемещаются на большие расстояния в аксонах с небольшим декрементом или без него. Большая часть современных знаний о потенциалах действия получена в результате экспериментов с аксонами кальмаров, проведенных сэром Аланом Ллойдом Ходжкином и сэром Эндрю Хаксли .

Потенциал действия [ править ]

«Токовые клещи» - это распространенный метод в электрофизиологии. Это запись токовых клещей на всю клетку, когда нейрон запускает серию потенциалов действия из-за того, что он деполяризуется в результате инъекции тока.

Модель Ходжкина-Хаксли из потенциала действия в кальмара гигантского аксона был основой для большей части текущего понимания ионных основ потенциалов действия. Вкратце, модель утверждает, что генерация потенциала действия определяется двумя ионами: Na + и K + . Потенциал действия можно разделить на несколько последовательных фаз: порог, фаза нарастания, фаза спада, фаза недорега и восстановление. После нескольких локальных градиентных деполяризаций мембранного потенциала достигается порог возбуждения, активируются потенциалозависимые натриевые каналы, что приводит к притоку ионов Na + . Как Na +ионы попадают в клетку, мембранный потенциал еще больше деполяризуется, и активируется больше потенциалзависимых натриевых каналов. Такой процесс также известен как петля положительной обратной связи . Когда фаза нарастания достигает своего пика, потенциал-управляемые каналы Na + инактивируются, тогда как потенциал-управляемые каналы K + активируются, что приводит к общему движению ионов K + наружу , которое переполяризует мембранный потенциал по направлению к мембранному потенциалу покоя. Реполяризация мембранного потенциала продолжается, что приводит к фазе недорега или абсолютному рефрактерному периоду. Фаза недобора возникает из-за того, что в отличие от натриевых каналов, управляемых по напряжению, калиевые каналы с потенциометром инактивируются намного медленнее. Тем не менее, поскольку более ограниченный по напряжению K+ каналы становятся инактивированными, мембранный потенциал восстанавливается до нормального устойчивого состояния покоя.

Структура и формирование синапсов [ править ]

Иллюстрация основных элементов прототипа синапса . Синапсы - это промежутки между нервными клетками . Эти клетки преобразуют свои электрические импульсы в всплески нейрохимических ретрансляторов, называемых нейротрансмиттерами , которые перемещаются через синапсы к рецепторам на дендритах соседних клеток, тем самым инициируя дальнейшие электрические импульсы для перемещения по последним клеткам.

Нейроны общаются друг с другом через синапсы . Синапсы - это специализированные соединения между двумя клетками, находящимися близко друг к другу. В синапсе нейрон, который посылает сигнал, является пресинаптическим нейроном, а целевой клеткой, принимающей этот сигнал, является постсинаптический нейрон или клетка. Синапсы могут быть электрическими или химическими. Электрические синапсы характеризуются образованием щелевых контактов, которые позволяют ионам и другим органическим соединениям мгновенно переходить от одной клетки к другой. [1] Химические синапсы характеризуются пресинаптическим высвобождением нейротрансмиттеров, которые диффундируют через синаптическую щель для связывания с постсинаптическими рецепторами. Нейромедиатор - это химический мессенджер, который синтезируется в самих нейронах и высвобождается этими же нейронами дляобщаются со своими постсинаптическими клетками-мишенями. Рецептор - это трансмембранная белковая молекула, которую связывает нейромедиатор или лекарственное средство. Химические синапсы работают медленнее электрических.

Переносчики нейротрансмиттеров, рецепторы и механизмы передачи сигналов [ править ]

После синтеза нейротрансмиттеров они упаковываются и хранятся в пузырьках. Эти пузырьки объединяются в терминальные бутоны пресинаптического нейрона. Когда происходит изменение напряжения в терминальном бутоне, активируются потенциалозависимые кальциевые каналы, встроенные в мембраны этих бутонов. Они позволяют ионам Ca 2+ диффундировать через эти каналы и связываться с синаптическими пузырьками внутри конечных бутонов. После связывания с Ca 2+ везикулы стыкуются и сливаются с пресинаптической мембраной и высвобождают нейротрансмиттеры в синаптическую щель посредством процесса, известного как экзоцитоз.. Затем нейротрансмиттеры диффундируют через синаптическую щель и связываются с постсинаптическими рецепторами, встроенными в постсинаптическую мембрану другого нейрона. Есть два семейства рецепторов: ионотропные и метаботропные рецепторы. Ионотропные рецепторы представляют собой комбинацию рецептора и ионного канала. Когда ионотропные рецепторы активируются, определенные виды ионов, такие как Na +, попадают в постсинаптический нейрон, который деполяризует постсинаптическую мембрану. Если активировано больше постсинаптических рецепторов того же типа, то больше Na +войдет в постсинаптическую мембрану и деполяризует клетку. С другой стороны, метаботропные рецепторы активируют каскадные системы вторичных мессенджеров, что приводит к открытию ионного канала, расположенного в другом месте на той же постсинаптической мембране. Хотя метаботропные рецепторы медленнее, чем ионотропные рецепторы, которые функционируют как переключатели включения и выключения, они обладают тем преимуществом, что изменяют чувствительность клетки к ионам и другим метаболитам, например гамма-аминомасляная кислота (ингибирующий передатчик), глутаминовая кислота (возбуждающий передатчик), дофамин , норадреналин , адреналин , меланин , серотонин , мелатонин , эндорфины, Динорфины , ноцицептина и вещество P .

Постсинаптические деполяризации могут передавать возбуждающие или тормозные нейротрансмиттеры. Те, которые высвобождают возбуждающие пузырьки, называются возбуждающим постсинаптическим потенциалом ( ВПСП ). В качестве альтернативы ингибирующие везикулы стимулируют постсинаптические рецепторы, позволяя ионам Cl - проникать в клетку или ионам K + выходить из клетки, что приводит к ингибирующему постсинаптическому потенциалу ( IPSP ). Если ВПСП является доминирующим, порог возбуждения в постсинаптическом нейроне может быть достигнут, что приводит к генерации потенциала действия в нейроне (ах), в свою очередь, постсинаптическом по отношению к нему, распространяя сигнал.

Синаптическая пластичность [ править ]

Синаптическая пластичность - это процесс изменения силы синаптических связей. Например, долгосрочные изменения синаптической связи могут привести к тому, что в постсинаптическую мембрану будет встроено больше постсинаптических рецепторов, что приведет к усилению синапса. Также обнаружено, что синаптическая пластичность является нервным механизмом, лежащим в основе обучения и памяти. [2] Основные свойства, активность и регуляция мембранных токов, синаптическая передача и синаптическая пластичность, нейротрансмиссия, нейрорегенсис, синаптогенез и ионные каналы клеток - это еще несколько областей, изучаемых клеточными нейробиологами. [3] [4] Тканевая, клеточная и субклеточная анатомия изучается, чтобы обеспечить понимание умственной отсталости в Центре исследований умственной отсталости MRRC Cellular Neuroscience Core. [5] По темам клеточной нейробиологии публикуются такие журналы, как Frontiers in Cellular Neuroscience и Molecular and Cellular Neuroscience . [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Потенциал действия
  • Микродомены концентрации кальция
  • Клеточная биология
  • Передача сигналов клетки
  • Химический синапс
  • Дендрит
  • Клетки волос
  • IKK2
  • Нейроэндокринология
  • Нейрофармакология
  • Пирамидные клетки
  • Солитонная модель
  • Синаптотропная гипотеза

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Martin, AR, Wallace, BG, Fuchs, PA & Nicholls, JG (2001). От нейрона к мозгу: клеточный и молекулярный подход к функции нервной системы. 4-е изд. Sinauer Associates. ISBN  0-87893-439-1 [ необходима страница ]
  2. ^ Медведь, Марк Ф .; Коннорс, Барри У .; Парадизо, Майкл А. (2006). Неврология: изучение мозга . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 13 . ISBN 9780781760034.
  3. ^ "Клеточная неврология" . Институт неврологии . Университет Орегона. Архивировано из оригинала на 2008-05-13 . Проверено 26 декабря 2008 .
  4. ^ "Клеточная неврология" (pdf) . Исследование клеточной нейробиологии в Университете Виктории . Университет Виктории . Проверено 26 декабря 2008 .
  5. ^ "MRRC Cellular Neuroscience" . Центр исследования умственной отсталости. 2000. Архивировано из оригинала на 2008-10-07 . Проверено 26 декабря 2008 .