Bardzo nerwowe podniecenie. Glutaminian: wzmocnij neuroprzekaźnik kwasu glutaminowego w mózgu

Mediatory aminokwasowe dzielą się na dwie grupy:

stymulująco kwaśny(glutaminian i asparaginian)

neutralny hamujący(GABA, glicyna, β-alanina i tauryna).

GABA

Przekaźnik hamujący GABA. Występuje w istocie szarej mózgu, komórkach Purkinjego móżdżku i wielu interneuronach hamujących, takich jak prążkowie, rdzeń kręgowy i kora mózgowa.

GABA powstaje i ulega zniszczeniu w boczniku GABA cyklu TCA.

Hamowanie polega na tym, że otwiera kanały chlorkowe, powoduje hiperpolaryzację i hamuje pobudliwość błony postsynaptycznej komórki efektorowej.

Jeśli usunie się hamujący wpływ neuronów GABAergicznych, prowadzi to do niekontrolowanej aktywności połączeń nerwowych związanych z tym przekaźnikiem. Antagoniści GABA, tacy jak pikrotoksyna i bikukulina, są zatem silnymi środkami wywołującymi drgawki.

Substancjami wzmacniającymi hamujące działanie GABA są leki rozkurczające i uspokajające.

Na funkcjonowanie synaps reaktywnych GABA wpływają różne substancje:

Pochodne hydrazyny hamują syntezę GABA.

Antagoniści GABA: bicyklofosforany, norbornan.

Presynaptyczne blokery uwalniania GABA: tetanotoksyna.

Glicyna

Glicyna jest głównym neuroprzekaźnikiem hamującym rdzenia kręgowego i pnia mózgu. Otwiera kanały chlorkowe, powoduje hiperpolaryzację i hamuje pobudliwość błony postsynaptycznej.

glutaminian

glutaminian- główny nadajnik pobudzający ośrodkowego układu nerwowego. Występuje w wysokich stężeniach w tkance nerwowej (10 mM) (i więcej w neuronach niż w glejach). Bezpośrednim źródłem glutaminianu w tkance mózgowej jest redukcyjna aminacja i transaminacja kwasu α-ketoglutarowego.

Zidentyfikowano pięć receptorów glutaminianu.

Receptory NMDA, AMPA i kainianowe związane z kanałami Ca2+. Pod wpływem glutaminianu receptory otwierają kanały Ca 2+ i uwalniają Ca 2+ z przestrzeni międzykomórkowej do neuroplazmy.

ACPD - receptory aktywują układ trifosforanu inozytolu. Pod wpływem glutaminianu uwalniają Ca 2+ z EPS do neuroplazmy.

Aktywacja Receptory L-AP4 prowadzi do zwiększonej hydrolizy cGMP i blokady napływających prądów jonowych.

Glutaminian odgrywa ważną rolę w plastyczności synaptycznej i ekscytotoksyczności oraz bierze udział w rozwoju długotrwałego wzmocnienia, procesu leżącego u podstaw niektórych form uczenia się.

Enkefaliny i inne neuropeptydy

Endorfiny, dynorfiny i enkefaliny – neuroprzekaźniki o charakterze peptydowym, które zlokalizowane są w rdzeniu kręgowym (obszarze odpowiedzialnym za przewodzenie sygnałów bólowych), w małych interneuronach. Wysokie stężenia enkefalin występują w układzie limbicznym (części biorącej udział w regulacji emocji).

Wśród enkefalin, Spotkał- I Leu-enkefalina .

Znaleziono trzech poprzedników : proopiomelanokortyna, proenkefalina i prodynorfina.

Proopiomelanokortyna zawiera 1 kopię ACTH, β-lipotropinę, β-endorfinę, Met-enkefalin. β-lipotropina , polipeptyd przysadki mózgowej, jest prekursorem Met-enkefaliny.

Prodynorfina , polipeptyd podwzgórza, zawiera trzy kopie leu-enkefaliny i po jednej β-neodynorfiny i dynorfiny. Dynorfina, polipeptyd przysadkowy, jest prekursorem leu-enkefaliny.

Proenkefalina zawiera 4 kopie Met-enkefaliny, jedną kopię Leu-enkefaliny.

Endorfiny, dynorfiny i enkefaliny działają na receptory opioidowe. Receptory te są również wrażliwe na morfinę i jej pochodne. Morfina - alkaloid wyizolowany z mlecznego soku z niedojrzałych strąków maku.

Istnieją trzy typy receptory opioidowe δ, μ i χ .

receptory χ wiążą jedynie dynorfinę, zlokalizowane są głównie w rdzeniu kręgowym, gdzie uczestniczą w regulacji przekazywania sygnałów bólowych.

Z Receptory δ i μ enkefaliny wiążą.

Opiaty mają działanie przeciwbólowe i euforyczne. Opiaty hamują uwalnianie substancji P, związku, który wydaje się działać jako neuroprzekaźnik w szlaku bólu.

Szczególnie dużą gęstość receptorów stwierdzono w układzie limbicznym, najstarszym ewolucyjnie dziale odpowiedzialnym za pobudzenie emocjonalne, w którym zlokalizowane są euforyczne i emocjonalne składniki przeciwbólowego działania opiatów.

Glutaminian w mózgu jest niezbędnym neuroprzekaźnikiem dla synaps pobudzających. Synapsy wykorzystujące glutaminian jako przekaźnik znajdują się w około 50% neuronów OUN. Najczęściej występują w przodomózgowiu (telenzefalonie) i hipokampie. Kanały bramkowane receptorami, dla których glutaminian służy jako ligand, są pobudzające, dlatego te synapsy stanowią najważniejsze pobudzające wejścia systemów mózgowych do kory mózgowej. Uczestniczą w procesach uczenia się. Glutaminian jest zatem najważniejszym przekaźnikiem ośrodkowego układu nerwowego. Dlatego jako środek znieczulający stosuje się na przykład lek farmakologiczny ketaminę, będący antagonistą glutaminianu (tabela 21.2).

Uwalnianie glutaminianu zachodzi w taki sam sposób jak ACh, w zależności od stężenia jonów Ca2+ w obszarze presynaptycznym. Zakończenie transferu synaptycznego następuje jednak nie poprzez jego enzymatyczną destrukcję w szczelinie synaptycznej, lecz poprzez mechanizm wychwytu zwrotnego przekaźnika przez zakończenie nerwu presynaptycznego. Ponadto astroglej jest w to również zaangażowany. Glutaminian bezpośrednio otwiera niespecyficzny kanał jonowy dla kationów.

Istnieją co najmniej trzy główne typy receptorów postsynaptycznych, z których każdy ma wiele podtypów. Różnią się one zdolnością wiązania egzogennych agonistów (Tabela 21.2). Jeden typ wiąże się z N-metylo-D-asparaginianem (NMDA) i dlatego nazywany jest receptorem NMDA. Niektóre synapsy wyposażone w tego typu receptory posiadają dodatkowy mechanizm w porównaniu do zwykłych synaps. Znajdujący się w płynie pozakomórkowym Mg2+ oddziałuje na nie jako niekonkurencyjny bloker kanału jonowego związanego z tym receptorem (ryc. 21.9). Zatem zwolnienie nadajnika nie daje żadnego efektu. Innym typem jest receptor kwasu alfa-amino-3-hydroksy-5-metylo-4-izoksazolopropionowego (AMPA). Jeśli potencjał błonowy komórki postsynaptycznej zostanie nieznacznie zdepolaryzowany na skutek synaps pobudzających zawierających receptor AMPA, wówczas wiązanie Mg2+ z receptorem NMDA maleje. Mg2+ uwalnia następnie kanał jonowy związany z receptorem NMDA, a jony sodu mogą przedostać się do komórki, powodując silną depolaryzację. Jednak przez ten sam kanał jonowy do komórki mogą dodatkowo przedostawać się jony Ca2+, które poprzez wtórne systemy przekaźnikowe i aktywację specyficznych białek przyczyniają się do długotrwałego wzmocnienia (długoterminowego wzmocnienia). Stwarza to podstawę dla procesów uczenia się.

Spadek aktywności synaptycznej (długotrwała depresja) jest możliwy dzięki podobnemu mechanizmowi. Ponieważ informacje przekazywane przez synapsę NMDA są skuteczne tylko wtedy, gdy jednocześnie aktywowane są inne synapsy, które depolaryzują błonę komórkową, takie neurony postsynaptyczne mogą pełnić „funkcje logiczne”. Tlenek azotu NO negatywnie wpływa na synapsy NMDA jako przekaźnik wsteczny regionu presynaptycznego. Występuje dodatkowo w obszarze postsynaptycznym, jeśli syntaza NO jest aktywowana przez dopływający prąd jonów Ca2+ podczas depolaryzacji.

Nadmierne pobudzenie wielu synaps NMDA może nieodwracalnie uszkodzić komórki postsynaptyczne (tzw. ekscytotoksyczność – cytotoksyczność charakterystyczna dla neuroprzekaźników pobudzających, takich jak glutaminian i asparaginian), prawdopodobnie na skutek wpływu znacznego napływu jonów Ca2+. Oczywiście odczulanie receptorów tego typu następuje bardzo powoli. Ekscytotoksyczność wzmacnia wiele

Struktura artykułu:

Wiele osób pragnie poprawić funkcjonowanie swojego mózgu i ucieka się w tym celu do stosowania leków nootropowych. Poznaj właściwości i zasady stosowania glutaminianu.

Organizm ludzki to bardzo złożony mechanizm. Prawdopodobnie zauważyłeś, że niektórzy ludzie potrafią myśleć szybko, a inni wolniej. Wpływ na to ma wiele czynników, ale wpływ mogą mieć dwa. Mówimy teraz o neuroprzekaźnikach GABA (hamujący) i glutaminianie (pobudzający). Choć ich działanie na organizm jest odwrotne, do syntezy tych substancji wykorzystuje się kwas glutaminowy.

Obecnie glutaminian jest aktywnie wykorzystywany w Przemysł spożywczy. Prawdopodobnie w niektórych produktach spotkałeś się z nazwą „glutaminian sodu”. Substancja ta oszukuje mózg, aby powiedział mu, że jedzenie smakuje dobrze.

Mechanizm glutaminianu

Jeśli w kilku słowach porozmawiamy o mechanizmie działania substancji, to glutaminian przyspiesza proces przekazywania informacji pomiędzy komórkami system nerwowy. Dzięki temu człowiek może szybciej działać i podejmować decyzje. W mózgu znajdują się miliony łańcuchów komórek nerwowych, które nieustannie wymieniają informacje. Należy zaznaczyć, że każdy z tych łańcuchów odpowiada za jakiś proces.

Na przykład coś widziałeś i na tej podstawie podejmujesz odpowiednią decyzję. Pierwszą reakcją na tę sytuację jest siatkówka i nerw wzrokowy. Sygnały przekazywane są następnie do kory mózgowej i dalej wzdłuż łańcucha do narządów ruchu. Glutaminian można porównać do magnesu depolaryzującego komórki układu nerwowego. Im aktywniej zmienia się ich polaryzacja, tym szybciej sygnał jest przesyłany.

Glutaminian oddziałuje na struktury komórkowe na jeden z dwóch szlaków – metabotropowy lub jonotropowy. Pierwszy jest wolniejszy, ale efekt utrzymuje się dłużej.

Prawdopodobnie wiesz, że neuroprzekaźniki są syntetyzowane przez neuron, a następnie działają na odpowiednie receptory tego drugiego. Receptory można porównać do drzwi otwierających neuroprzekaźnikowi drogę do drugiego neuronu. Glutaminian może oddziaływać z następującymi typami receptorów:

• NMDA - w spoczynku receptory są „zamykane” za pomocą jonu magnezu. Gdy tylko cząsteczka glutaminianu pojawi się w szczelinie synaptycznej, „drzwi” otwierają się i następuje depolaryzacja jonów. W rezultacie sód dostaje się do neuronu, a potas i wapń go opuszczają. Proces ten w dużej mierze determinuje poziom inteligencji człowieka.
• AMPA – dziś naukowcy aktywnie pracują nad stworzeniem leków nootropowych, które mogą aktywnie oddziaływać z tymi receptorami.
• Kokaina – naukowcy nie odkryli jeszcze wszystkich tajemnic tego typu receptorów. Dokładnie ustalono, że ich liczba jest mniejsza w porównaniu z dwoma opisanymi powyżej. Jednakże receptory kokainowe są podobne do AMPA pod względem zdolności do przenoszenia jonów potasu i sodu. Receptory te są zatem w stanie przyspieszyć proces przesyłania danych. Ale jednocześnie tempo depolaryzacji neuronu postsynaptycznego jest niskie.

Teraz przyjrzeliśmy się jonotropowemu szlakowi neuroprzekaźnika. Aby aktywować metabotropowy glutaminian, działa na receptory mGlu. Jak powiedzieliśmy powyżej, mają inny mechanizm działania i mają dłuższy potencjał.

Pozytywne i negatywne właściwości glutaminianu

Wśród pozytywnych właściwości neuroprzekaźnika należy zauważyć, że zwiększa się szybkość myślenia, człowiek szybciej zapamiętuje informacje, a także ma czas, aby zrobić więcej w krótkim czasie. Wśród negatywnych aspektów należy pamiętać o wzroście impulsywności, pojawieniu się uczucia niepokoju, a także ekscytoksyczności.

Jak zwiększyć stężenie glutaminianu?

Ponieważ syntetyzowany jest z kwasu glutaminowego, należy w pierwszej kolejności zwiększyć ilość tego surowca w organizmie. Produkty spożywcze obejmują mięso, ryby i sery. Pamiętaj jednak, że ten sam kwas glutaminowy wykorzystywany jest również do syntezy GABA, a to, co dokładnie ma zostać zsyntetyzowane w określonym momencie, decyduje sam organizm. Na razie naukowcy są pewni tylko jednego naturalny sposób zwiększenie stężenia glutaminianu – stres i wkuwanie.

Najczęstszym przekaźnikiem pobudzającym w mózgu i rdzeniu kręgowym jest aminokwas L-glutaminian. Znaczącym przykładem neuronów pobudzających wykorzystujących glutaminian jako przekaźnik są wszystkie neurony rozciągające się od kory mózgowej do istoty białej mózgu, niezależnie od ich kierunku w innych częściach kory mózgowej, pnia mózgu lub rdzenia kręgowego. Glutaminian syntetyzowany jest z α-ketoglutaranu, który służy również jako substrat do tworzenia GABA.

GABA jest najczęstszym przekaźnikiem hamującym w rdzeniu kręgowym i mózgu, uczestniczącym w funkcjonowaniu około jednej trzeciej wszystkich synaps w układzie nerwowym. Miliony neuronów GABAergicznych stanowią większość substancji jądra ogoniastego i soczewkowatego, a także występują w dużych ilościach w istocie szarej okołoprzewodowej, podwzgórzu i hipokampie. Ponadto GABA pełni funkcję przekaźnika w dużych komórkach Purkiniego, które są jedynymi komórkami wyłaniającymi się z kory móżdżku. Aksony komórek Purkiniego schodzą do jądra zębatego i innych jąder móżdżku. GABA jest syntetyzowany z glutaminianu pod działaniem enzymu dekarboksylazy glutaminianowej.

Trzecim neuroprzekaźnikiem aminokwasowym jest glicyna. Glicyna bierze udział w syntezie białek we wszystkich tkankach organizmu i jest najprostszym aminokwasem syntetyzowanym z seryny podczas katabolizmu glukozy. Neuroprzekaźnik ten działa hamująco przede wszystkim na synapsy neuronów asocjacyjnych w pniu mózgu i rdzeniu kręgowym.

A) glutaminian. Glutaminian działa jako neuroprzekaźnik zarówno na receptorach jonotropowych, jak i metabotropowych. Do receptorów jonotropowych zalicza się receptory AMPA, kainianowe i NMDA, które swoją nazwę zawdzięczają aktywującym je syntetycznym agonistom: odpowiednio kwasowi amino-metyloizoksazolo-propionowemu, kainianowi i N-metylo-D-asparaginianowi. Receptory kainowe rzadko występują w izolacji; najczęściej są one połączone z receptorami AMPA i wchodzą w skład receptorów kainianowych AMPA (AMPA-K).

Jonotropowe receptory glutaminianu. Po aktywacji receptorów AMPA-K na błonie postsynaptycznej duża ilość jonów Na+ natychmiast dostaje się do komórki, a niewielka ilość jonów K+ opuszcza komórkę, co prowadzi do powstania wczesnego składnika EPSP docelowego neuronu, który depolaryzuje błonę komórki docelowej od -65 mV do -50 mV. Proces ten prowadzi do elektrostatycznego „wypychania” kationów magnezu (Mg 2+), które w stanie spoczynku „zamykają” kanał jonowy receptora NMDA. Jony Na+ przechodzą przez kanał jonowy i powstaje potencjał czynnościowy.

Należy pamiętać, że jony Ca 2+ wnikają również do komórki i dzięki długiemu okresowi depolaryzacji, którego czas trwania sięga 500 ms od wystąpienia pojedynczego potencjału czynnościowego, aktywują enzymy zależne od Ca 2+, które mogą zmienić strukturę komórki docelowej, a nawet liczbę jej kontaktów synaptycznych. Zjawisko plastyczności synaptycznej w odpowiedzi na aktywację receptora można wyraźnie zaobserwować w badaniach eksperymentalnych na hodowanych skrawkach hipokampa szczura. Zjawisko to uważane jest za główny mechanizm rozwoju pamięci krótkotrwałej. Na przykład przeciwbólowa ketamina, która blokuje kanały NMDA, oprócz swojego głównego działania, zakłóca tworzenie pamięci.

Cechą charakterystyczną wielokrotnie powtarzanej aktywacji receptorów NMDA jest długotrwałe nasilenie, objawiające się pojawieniem się EPSP o wartościach przekraczających wartości normalne nawet po kilku dniach (patrz niżej – długotrwała depresja).

Rolę receptorów NMDA w rozwoju zjawiska ekscytotoksyczności glutaminianu potwierdza rozwój udarów niedokrwiennych u zwierząt doświadczalnych. Uważa się, że przyczyną śmierci dużej liczby neuronów było nadmierne wejście jonów Ca 2+ do komórki podczas następujących zdarzeń: niedokrwienie > nadmierne wejście jonów Ca 2+ do komórki > aktywacja Ca 2+ zależne proteazy i lipazy > niszczenie białek i lipidów > śmierć komórki. Podanie antagonisty receptora NMDA bezpośrednio po pierwszym udarze może zmniejszyć nasilenie niedokrwiennego uszkodzenia mózgu.

Metabotropowe receptory glutaminianu Istnieje ponad 100 różnych metabotropowych receptorów glutaminianu. Wszystkie receptory metabotropowe są białkami błony wewnętrznej, z których większość znajduje się na błonach postsynaptycznych i ma działanie pobudzające. Niektóre receptory metabotropowe są zlokalizowane na błonie presynaptycznej i są autoreceptorami hamującymi.

B) GABA. Receptory GABA mogą być jonotropowe lub metabotropowe.

1. Jonotropowe receptory GABA. Receptory zwane GABA A znajdują się w dużych ilościach w płacie limbicznym mózgu. Każdy receptor jest powiązany z kanałem chlorkowym. Kiedy receptory GABA A są aktywowane, kanały chlorkowe otwierają się, a jony Cl- przepływają zgodnie z gradientem stężeń od szczeliny synaptycznej do cytozolu. Przyczyną hiperpolaryzacji, przy której osiągane są wartości -70 mV i poniżej, jest sumowanie kolejnych IPSP.

Działanie uspokajających leków nasennych, kwasu barbiturowego i benzodiazepiny (na przykład diazepamu), realizowane jest poprzez aktywację receptorów GABA A. Podobny efekt etanolu (utrata kontroli zachowanie społeczne pod wpływem etanolu następuje w wyniku odhamowania docelowych neuronów pobudzających, które w stanie normalnym są „hamowane” pod wpływem wpływów GABAergicznych). Mechanizm działania niektórych wziewnych środków znieczulających obejmuje również wiązanie z receptorem, co powoduje, że kanały jonowe pozostają otwarte przez dłuższy czas.

Głównym antagonistą zajmującym miejsce aktywne receptora jest drgawkowa bikukulina. Inny środek drgawkowy, pikrotoksyna, wiąże się z podjednostkami białek, które w stanie aktywnym zamykają kanał jonowy.

2. Metabotropowe receptory GABA. Receptory metabotropowe, zwane GABA B, są równomiernie rozmieszczone we wszystkich strukturach mózgu, występują także w obwodowych splotach nerwów autonomicznych. Pomimo faktu, że duża liczba białek G tych receptorów pełni funkcję wtórnych przekaźników, znaczna część białek G wpływa na specjalny rodzaj postsynaptycznych kanałów potasowych - kanały GIRK (sprzężone z białkiem G kanały potasowe prostujące do wewnątrz). Po przyłączeniu mediatora podjednostka β zostaje oddzielona, ​​co „wypycha” jony K+ przez kanał GIRK, co prowadzi do powstania IPSP.

Odpowiedź tego typu receptorów na docelowy neuron jest wolniejsza i słabsza w porównaniu do jonoforezy GABA A, a do ich aktywacji wymagana jest stymulacja o wyższej częstotliwości. W związku z tym uważa się, że receptory GABA A znajdują się nie w zewnętrznej warstwie szczeliny synaptycznej, ale pozasynaptycznie. Założenie to można potwierdzić obecnością innego typu kanałów skierowanych pozasynaptycznie. Te kanały wapniowe są również zależne od napięcia i biorą udział w dostarczaniu komórce ilości jonów Ca 2+ niezbędnej do ruchu pęcherzyków synaptycznych przez błonę presynaptyczną. Po aktywacji miejsca wiązania liganda G-Ca 2+ kanały wapniowe zamykają się, co prowadzi do zmniejszenia wpływu potencjału czynnościowego, a także do zahamowania neuronu źródłowego (źródła wzbudzenia) i innych sąsiadujących neuronów glutaminergicznych.

W niektórych przypadkach w leczeniu chorób związanych z nadmiernym odruchowym napięciem mięśniowym (spastyczność mięśni) stosuje się wstrzyknięcia leku zwiotczającego mięśnie, baklofenu (agonisty GABA B) do przestrzeni podpajęczynówkowej otaczającej rdzeń kręgowy. Baklofen przenika do rdzenia kręgowego i hamuje uwalnianie glutaminianu z zakończeń nerwów czuciowych, głównie poprzez ograniczenie przedostawania się dużych ilości jonów Ca 2+ do komórki, co następuje pod wpływem potencjałów czynnościowych o nadmiernej częstotliwości.

3. Wychwyt zwrotny glutaminianu i GABA. Wychwyt zwrotny glutaminianu i GABA zachodzi na dwa sposoby. Lewa strona każdego rysunku pokazuje, że niektóre cząsteczki przekaźnikowe są wychwytywane ze szczeliny synaptycznej przez białka transportujące przez błonę i umieszczane z powrotem w pęcherzykach synaptycznych. Prawa część rysunków przedstawia wychwytywanie cząsteczek mediatora przez sąsiednie astrocyty. W astrocycie glutaminian przekształca się w glutaminę pod wpływem syntetazy glutaminy. W procesie późniejszego transportu do pieczęci synaptycznej glutaminian zostaje uzupełniony pod działaniem glutaminazy i umieszczony w pęcherzyku synaptycznym. GABA przekształca się w glutaminian pod wpływem transaminazy GABA. Podczas transportu glutaminian pod wpływem syntetazy glutaminy przekształca się w glutaminę.

Wracając do obszaru zagęszczenia synaptycznego, glutamina pod działaniem glutaminazy przekształca się w glutaminian, z którego pod działaniem dekarboksylazy glutaminianowej syntetyzuje się GABA, którego cząsteczki umieszczane są w pęcherzykach synaptycznych.

Blokowanie enzymu dekarboksylazy glutaminianowej leży u podstaw dobrze znanej choroby autoimmunologicznej – zespołu „sztywnej osoby”.

G) Glicyna. Glicyna jest syntetyzowana z seryny podczas katabolizmu glukozy. Główną funkcją tego neuroprzekaźnika jest dostarczanie negatywnego sprzężenia zwrotnego neuronom ruchowym w pniu mózgu i rdzeniu kręgowym. Kiedy glicyna jest inaktywowana (na przykład podczas zatrucia strychniną), pojawiają się bolesne drgawki.

Odzyskanie. W obszarze zagęszczenia synaptycznego, za pomocą białek transportujących aksonów, glicyna jest szybko wychwytywana ponownie, a następnie umieszczana w pęcherzykach synaptycznych.

glutaminian

Fizjolog Wiaczesław Dubynin o przekazie sensorycznym, receptorach NMDA i właściwościach kwasu glutaminowego.

Funkcjonowanie mózgu opiera się na interakcji komórek nerwowych, które komunikują się ze sobą za pomocą substancji zwanych neuroprzekaźnikami. Mediatorów jest całkiem sporo np. acetylocholina, noradrenalina. Jednym z najważniejszych i być może najważniejszym mediatorów jest kwas glutaminowy lub glutaminian. Jeśli spojrzeć na budowę naszego mózgu i z jakich substancji korzystają różne komórki nerwowe, glutaminian jest wydzielany przez około 40% neuronów, czyli jest to bardzo duża część komórek nerwowych.

Za pomocą uwalniania glutaminianu w naszym mózgu, mózgu i rdzeniu kręgowym przekazywane są główne przepływy informacji: wszystko, co dotyczy zmysłów (wzrok i słuch), pamięci, ruchu, aż dotrze do mięśni – wszystko to jest przekazywane przez uwalnianie kwasu glutaminowego. Dlatego oczywiście ten mediator zasługuje specjalna uwaga i jest bardzo aktywnie badany.

Pod względem struktury chemicznej glutaminian jest dość prostą cząsteczką. Jest to aminokwas i aminokwas spożywczy, to znaczy podobne cząsteczki otrzymujemy po prostu jako część białek, które zjadamy. Trzeba jednak powiedzieć, że glutaminian z diety (z mleka, chleba czy mięsa) praktycznie nie przenika do mózgu. Komórki nerwowe syntetyzują tę substancję bezpośrednio na zakończeniach aksonów, bezpośrednio w strukturach wchodzących w skład synaps, „lokalnie” i dalej ją wydzielają w celu przekazania informacji.

Wytwarzanie glutaminianu jest bardzo proste. Materiałem wyjściowym jest kwas α-ketoglutarowy. Jest to cząsteczka bardzo powszechna, powstaje podczas utleniania glukozy, jest jej dużo we wszystkich komórkach, we wszystkich mitochondriach. I wtedy wystarczy przeszczepić na ten kwas α-ketoglutarowy dowolną grupę aminową wziętą z dowolnego aminokwasu i otrzymamy glutaminian, kwas glutaminowy. Kwas glutaminowy można również syntetyzować z glutaminy. Jest to również aminokwas spożywczy; glutaminian i glutamina bardzo łatwo ulegają wzajemnemu przekształceniu. Na przykład, gdy glutaminian spełnił swoją funkcję w synapsie i przekazał sygnał, zostaje następnie zniszczony, tworząc glutaminę.

Glutaminian jest przekaźnikiem pobudzającym, czyli zawsze znajduje się w naszym układzie nerwowym, w synapsach, powodując pobudzenie nerwowe i dalszą transmisję sygnału. Tym różni się glutaminian np. od acetylocholiny czy noradrenaliny, gdyż acetylocholina i norepinefryna mogą w jednych synapsach powodować pobudzenie, a w innych hamowanie, mają bardziej złożony algorytm działania. A glutaminian w tym sensie jest prostszy i bardziej zrozumiały, chociaż w ogóle nie znajdziesz takiej prostoty, ponieważ istnieje około 10 rodzajów receptorów dla glutaminianu, czyli wrażliwych białek, na które działa ta cząsteczka, i różne receptory sygnał glutaminianowy jest przesyłany z różnymi prędkościami i różnymi parametrami.

Odkryto ewolucję roślin cała linia toksyny działające na receptory glutaminianu. Ogólnie rzecz biorąc, jest całkiem jasne, dlaczego rośliny tego potrzebują. Rośliny z reguły nie są zjadane przez zwierzęta, dlatego ewolucja stworzyła pewne ochronne, toksyczne struktury, które powstrzymują zwierzęta roślinożerne. Najsilniejsze toksyny roślinne kojarzone są z algami i to właśnie toksyny alg mogą bardzo silnie oddziaływać na receptory glutaminianu w mózgu i powodować całkowite pobudzenie i drgawki. Okazuje się, że superaktywacja synaps glutaminianowych to bardzo silne pobudzenie mózgu, stan konwulsyjny. Prawdopodobnie najsłynniejszą cząsteczką z tej serii jest kwas domoikowy, syntetyzowana jest przez glony jednokomórkowe - są takie glony, żyją w zachodniej części Pacyfik, na wybrzeżu, na przykład Kanada, Kalifornia, Meksyk. Zatrucie toksyną tych alg jest bardzo, bardzo niebezpieczne. A do tego zatrucia czasami dochodzi, bo zooplankton, wszelkiego rodzaju małe skorupiaki czy np. małże żywią się glonami jednokomórkowymi, filtrując wodę, wciągają te komórki glonów i wtedy w niektórych małżach czy ostrygach jest ich zbyt duże stężenie kwasu domoikowego i możesz zostać poważnie zatruty.

Odnotowano nawet śmierć ludzi. To prawda, że ​​\u200b\u200bsą izolowane, ale mimo to mówi to o sile tej toksyny. A zatrucie kwasem domoikowym jest bardzo typowe w przypadku ptaków. Jeśli niektóre ptaki morskie, które ponownie zjadają małe ryby żywiące się zooplanktonem, otrzymają za dużo kwasu domoikowego, następuje charakterystyczna psychoza: niektóre mewy lub pelikany przestają bać się dużych obiektów, a wręcz przeciwnie, atakują je, to znaczy stać się agresywnym. Na początku lat 60. miała miejsce epidemia takich zatruć, a doniesienia prasowe o tej epidemii „ptasiej psychozy” zainspirowały Daphne Du Maurier do napisania powieści Ptaki, a następnie Alfred Hitchcock nakręcił klasyczny thriller Ptaki. W którym widać tysiące bardzo agresywnych mew dręczących głównych bohaterów filmu. Oczywiście w rzeczywistości takich globalnych zatruć nie było, niemniej jednak kwas domoikowy powoduje bardzo charakterystyczne skutki, a on i podobne mu cząsteczki są oczywiście bardzo niebezpieczne dla funkcjonowania mózgu.

Jemy kwas glutaminowy i podobny glutaminian w dużych ilościach po prostu z białkami spożywczymi. Nasze białka, które wchodzą w skład różnych produkty żywieniowe, zawierają 20 aminokwasów. Do tej dwudziestki zalicza się glutaminian i kwas glutaminowy. Co więcej, są to najczęstsze aminokwasy, jeśli spojrzeć na strukturę białek ogółem. Dzięki temu w trakcie normalnego jedzenia zjadamy od 5 do 10 gramów glutaminianu i glutaminy dziennie. Kiedyś bardzo trudno było uwierzyć, że glutaminian pełni w mózgu funkcję neuroprzekaźnika, bo okazało się, że substancja, którą dosłownie spożywamy w ogromnych dawkach, spełnia tak subtelne funkcje w mózgu. Była taka niespójność logiczna. Ale potem zdaliśmy sobie sprawę, że tak naprawdę glutaminian z diety praktycznie nie przenika do mózgu. Musimy za to podziękować strukturze zwanej barierą krew-mózg, czyli specjalne komórki otaczają wszystkie naczynia włosowate, wszystkie małe naczynia, które przenikają do mózgu i dość ściśle kontrolują ruch substancje chemiczne z krwi do układu nerwowego. Gdyby nie to, to jakiś kotlet czy bułka, którą zjedliśmy, wywołałby u nas drgawki, a tego oczywiście nikt nie chce. Dlatego glutaminian z diety prawie nie przenika do mózgu i rzeczywiście jest syntetyzowany w celu pełnienia funkcji mediatora bezpośrednio w synapsach. Jeśli jednak zjesz dużo glutaminianu na raz, to wtedy mała ilość nadal przenika do mózgu. Może wtedy pojawić się lekkie podekscytowanie, którego działanie jest porównywalne z filiżanką mocnej kawy. Ten efekt stosowania dużych dawek glutaminianu w diecie jest znany i występuje dość często, jeśli dana osoba stosuje glutaminian w dużych ilościach jako suplement diety.

Chodzi o to, że nasz układu smakowego bardzo wrażliwy na glutaminian. Ponownie wynika to z faktu, że w białkach jest dużo glutaminianu. Okazuje się, że ewolucja układu smakowego, dostrojenie się do analizy chemicznej żywności, wyodrębnia glutaminian jako oznakę białka w żywności, czyli musimy jeść białko, ponieważ białko jest głównym materiał konstrukcyjny nasze ciało. W ten sam sposób nasz system smakowy nauczył się bardzo dobrze wykrywać glukozę, ponieważ glukoza i podobne monosacharydy są głównym źródłem energii, a białko jest głównym materiałem budulcowym. Dlatego układ smakowy jest dostrojony tak, aby identyfikować glutaminian jako sygnał dotyczący pokarmu białkowego, a oprócz smaków kwaśnego, słodkiego, słonego i gorzkiego mamy wrażliwe komórki na języku, które reagują specyficznie na glutaminian. A glutaminian jest również dobrze znanym tak zwanym dodatkiem smakowym. Nazywanie go wzmacniaczem smaku nie jest do końca słuszne, ponieważ glutaminian ma swój własny smak, który jest równie ważny jak gorzki, kwaśny, słodki i słony.

Trzeba powiedzieć, że istnienie smaku glutaminianowego jest znane od ponad stu lat. Japońscy fizjolodzy odkryli ten efekt dzięki temu, że glutaminian (w postaci sos sojowy lub sos, z którego jest zrobiony wodorost) był używany przez bardzo długi czas. W związku z tym pojawiło się pytanie: dlaczego są tak smaczne i dlaczego ten smak tak bardzo różni się od standardowych smaków? Następnie odkryto receptory glutaminianu i wtedy glutaminian zaczęto stosować praktycznie w czysta forma(E620, E621 – glutaminian sodu), w celu dodania do szerokiej gamy produktów spożywczych. Czasem zdarza się, że za wszystkie grzechy śmiertelne obwinia się glutaminian i nazywa się go „kolejną białą śmiercią”: sól, cukier i glutaminian to biała śmierć. To oczywiście mocno przesadzone, bo powtarzam jeszcze raz: w ciągu dnia, przy normalnym jedzeniu, zjadamy od 5 do 10 gramów glutaminianu i kwasu glutaminowego. Dlatego jeśli dodasz do jedzenia odrobinę glutaminianu, aby uzyskać ten mięsisty smak, nie ma w tym nic złego, choć oczywiście nadmiar nie jest zdrowy.

Rzeczywiście istnieje wiele receptorów dla glutaminianu (około 10 typów receptorów), które przewodzą sygnały glutaminianu z różną szybkością. A te receptory są badane przede wszystkim z punktu widzenia analizy mechanizmów pamięci. Kiedy w naszym mózgu i korze mózgowej pojawia się pamięć, tak naprawdę oznacza to, że synapsy zaczynają aktywniej działać pomiędzy komórkami nerwowymi przekazującymi pewien rodzaj przepływu informacji. Głównym mechanizmem aktywacji synaps jest zwiększenie wydajności receptorów glutaminianowych. Analizując różne receptory glutaminianu, widzimy, że różne receptory w różny sposób zmieniają swoją skuteczność. Prawdopodobnie najlepiej zbadane są tzw. receptory NMDA. Jest to akronim oznaczający N-metylo-D-asparaginian. Receptor ten reaguje na glutaminian i NMDA. Receptor NMDA charakteryzuje się tym, że może być blokowany przez jon magnezu, a jeśli do receptora przyłączy się jon magnezu, to receptor ten nie działa. Oznacza to, że otrzymujesz synapsę, która ma receptory, ale te receptory są wyłączone. Jeśli przez sieć neuronową przejdzie jakiś silny, znaczący sygnał, wówczas jony magnezu (zwane także czopami magnezowymi) zostają odłączone od receptora NMDA, a synapsa dosłownie natychmiast zaczyna działać wielokrotnie wydajniej. Na poziomie przekazu informacji oznacza to właśnie zapisanie określonego śladu pamięciowego. W naszym mózgu istnieje struktura zwana hipokampem, takich synaps z receptorami NMDA jest po prostu mnóstwo, a hipokamp jest chyba najlepiej zbadaną strukturą z punktu widzenia mechanizmów pamięci.

Ale w przypadku receptorów NMDA pojawienie się i odejście czopa magnezowego jest mechanizmem pamięci krótkotrwałej, ponieważ czop może zniknąć, a potem powrócić – wtedy o czymś zapomnimy. Jeśli powstaje pamięć długoterminowa, wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane i działają tam inne typy receptorów glutaminianu, które są w stanie przekazywać sygnał z błony komórki nerwowej bezpośrednio do jądrowego DNA. Po otrzymaniu tego sygnału jądrowy DNA uruchamia syntezę dodatkowych receptorów w kwasie glutaminowym, a receptory te integrują się z błonami synaptycznymi, a synapsa zaczyna działać wydajniej. Ale nie dzieje się to już natychmiastowo, jak w przypadku wybicia zatyczki magnezowej, ale wymaga kilku godzin i wymaga powtórzeń. Ale jeśli tak się stało, to wydarzyło się to poważnie i na długi czas, i to jest podstawa naszej pamięci długotrwałej.

Oczywiście farmakolodzy wykorzystują do oddziaływania receptory glutaminianu różne funkcje mózgu, głównie w celu zmniejszenia pobudzenia układu nerwowego. Bardzo dobrze znanym narkotykiem jest ketamina. Działa jako substancja znieczulająca. Ketamina poza tym znana jest jako cząsteczka o działaniu narkotycznym, gdyż przy wybudzaniu ze znieczulenia dość często pojawiają się halucynacje, dlatego też ketamina zaliczana jest również do leku o działaniu halucynogennym, psychodelicznym i jest bardzo trudna w stosowaniu. Ale w farmakologii często się to zdarza: substancja, która jest niezbędna medycyna, ma troche skutki uboczne, co ostatecznie prowadzi do konieczności ścisłej kontroli dystrybucji i stosowania tej substancji.

Inną cząsteczką bardzo dobrze znaną w związku z glutaminianem jest memantyna, substancja, która może dość łagodnie blokować receptory NMDA i ostatecznie zmniejszać aktywność kory mózgowej w różnych obszarach. Memantynę stosuje się w dość szerokim zakresie sytuacji. Jego nazwa apteczna to „Akatinol”. Stosowana jest w celu obniżenia ogólnego poziomu pobudzenia, w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia napadów padaczkowych, a być może najbardziej aktywne zastosowanie memantyny ma miejsce w sytuacjach neurodegeneracyjnych i choroby Alzheimera.