Давайте снова представим, что наш мозг похож на большой город, в котором живут миллионы людей. Как и люди в городе, клетки мозга (нейроны) должны общаться друг с другом, чтобы город жил активной и здоровой жизнью. В наших предыдущих статьях мы говорили о том, как нейроны посылают друг другу сообщения с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Но как эти сообщения принимаются? Вот тут-то и приходят на помощь клеточные рецепторы!
Можно представить, что клеточные рецепторы — это маленькие замочные скважины на поверхности нейрона. Каждый нейротрансмиттер подобен уникальному ключу, который может входить только в определенные замочные скважины. Когда нужный ключ (нейротрансмиттер) находит нужную замочную скважину (рецептор), он передает сообщение, которое говорит нейрону, что делать. Это очень важная часть работы нашего мозга.
Вообще, в нашем организме существует множество типов рецепторов, и не все они представлены в клеточной форме. Однако, поскольку мы продолжаем разговор о нейротрансмиссии, в этой статье мы сосредоточимся на них и рассмотрим два основных типа клеточных рецепторов. Эти два типа называются ионотропными рецепторами и метаботропными рецепторами.
Ионотропные рецепторы
Ионотропные рецепторы подобны дверям, которые можно открыть очень быстро. Когда нужный ключ нейромедиатора находит соответствующую замочную скважину ионотропного рецептора, дверь распахивается, позволяя заряженным частицам, называемым ионами, входить или выходить из нейрона. Это быстрое движение ионов может вызвать повышение или снижение активности нейрона в зависимости от типа движущихся ионов. Таким образом передается сообщение.
Поскольку ионотропные рецепторы реагируют быстро, они помогают нашему мозгу быстро реагировать на происходящее вокруг нас. Например, когда вы прикасаетесь к чему-то горячему, ионотропные рецепторы помогают быстро послать в мозг сообщение о необходимости убрать руку.
Метаботропные рецепторы
Метаботропные рецепторы, с другой стороны, похожи на двери другого типа, как многоуровневые двери в сейфовое отделение в банке, с очень сложным механическим устройством. Они открываются медленнее и передают информацию более замысловатым образом. Когда ключ нейротрансмиттера попадает в замочную скважину метаботропного рецептора, он не сразу открывает дверь для ионов. Вместо этого он запускает цепную реакцию внутри клетки, которая в конечном итоге может привести или не привести к открытию или закрытию ионных каналов.
Метаботропные рецепторы участвуют в более долгосрочных изменениях в мозге. Они помогают нашему мозгу узнавать новое и запоминать его надолго. Например, когда вы учитесь ездить на велосипеде, метаботропные рецепторы заняты тем, что помогают вашему мозгу запомнить новые навыки, которые вы осваиваете. Это связано с таким явлением как нейропластичность, о которой мы поговорим в одной из следующих статей в этой серии.
Структура рецепторов
Клеточные рецепторы могут выглядеть как простые замочные скважины, но на самом деле они довольно сложны. Они состоят из белков, которые складываются в замысловатые и уникальные формы, чтобы создать уникальное отверстие для каждого нейротрансмиттерного ключа (которые на языке нейробиологии называются лигандами, от лат. ligare «связывать»). Именно это гарантирует, что только правильный ключ сможет «открыть дверь» и передать нужное сообщение.
На молекулярном уровне, когда нейротрансмиттер связывается с соответствующим рецептором, он вызывает изменение формы рецептора. Это изменение формы запускает открытие ионных каналов в ионотропных рецепторах или цепную реакцию в метаботропных рецепторах. Это похоже на то, как если вставить ключ в замок и повернуть его, внутренний механизм замка приходит в движение и отпирает дверь.
Специфичность нейротрансмиттеров
Каждый нейротрансмиттер имеет свой собственный набор рецепторов, что делает их уникальными в своей функции. Это означает, что не только разные нейротрансмиттеры могут посылать нейронам разные сообщения, но и то, что одни и те же нейротрансмиттеры, воздействуя на рецепторы разных типов (и в разной локализации) — могут воздействовать по-разному. Например, воздействуя на один рецептор, нейротрансмиттер может сказать нейрону, чтобы он стал более активным, а воздействуя на другой — чтобы он стал менее активным.
Такая специфичность позволяет нашему мозгу управлять очень широким и сложным спектром деятельности, от таких базовых функций, как дыхание и сон, до более сложных задач, таких как обучение и решение проблем.
Ацетилхолиновые рецепторы
В качестве примера рассмотрим ацетилхолиновые рецепторы. Ацетилхолин — это нейротрансмиттер, который играет ключевую роль во многих важных функциях, от движение мышц, включая управление сердцебиением и дыханием, до внимания, памяти, обучения и даже контроль REM-фазы сна, во время которой мы видим яркие сновидения. Существует два основных типа ацетилхолиновых рецепторов: никотиновые и мускариновые.
Никотиновые рецепторы — это ионотропные рецепторы, то есть они быстро открывают ионные каналы, когда с ними связывается ацетилхолин. Эти рецепторы, к примеру, находятся в наших мышцах и помогают контролировать движение мышц. Когда ацетилхолин связывается с никотиновым рецептором, он заставляет мышечную клетку становиться более активной, что приводит к мгновенному сокращению мышцы.
Мускариновые рецепторы, с другой стороны, являются метаботропными рецепторами. Когда ацетилхолин связывается с мускариновым рецептором, он запускает медленную цепную реакцию внутри клетки, которая может иметь различные эффекты в зависимости от конкретного подтипа и расположения мускаринового рецептора. Эти рецепторы находятся во многих частях мозга и помогают регулировать в том числе такие функции как обучение и память.
Фармакология и ацетилхолиновые рецепторы
Никотиновый рецептор получил свое название от никотина, вещества, содержащегося в табаке. На заре фармакологии ученые обнаружили, что никотин оказывает на организм такое же действие, как и ацетилхолин. Они поняли, что никотин способен связываться со специфическими рецепторами, которые мы теперь называем никотиновыми, и имитировать действие ацетилхолина. Секрет в том, что никотин очень похож на ацетилхолин в одной части своей молекулярной структуры и поэтому для рецептора они неотличимы. Именно поэтому никотиновый рецептор ацетилхолина и был назван в честь никотина. Аналогично мускариновый рецептор назван в честь мускарина, токсина, содержащегося в мухоморах. Он тоже похож на ацетилхолин в одной из частей своей химической формулы.
Другие вещества также могут влиять на ацетилхолиновые рецепторы, как активирующим образом (агонисты), так и деактивирующим (антагонисты).
Например, некоторые лекарства, известные как ингибиторы холинэстеразы, используются для лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Но эти препараты не воздействуют на рецепторы, а блокируют фермент, расщепляющий ацетилхолин, что позволяет ему дольше оставаться активным в мозге. Это может помочь улучшить память и когнитивные функции у людей с болезнью Альцгеймера. А также используется учеными для стимуляции осознанных сновидений в лабораторных условиях с целью исследовать устройство сна и работу сознания.
И наоборот, некоторые токсины могут блокировать холинергическую систему, что в том числе может приводить к вредным и даже летальным последствиям. Например, ботулотоксин (который в небольших количествах используется в косметических целях под названием ботокс) может блокировать высвобождение ацетилхолина, вызывая паралич мышц, вплоть до остановки дыхания.
Аналогичные процессы могут происходить и с другим рецепторами и лигандами. Например, многие лекарства, как и наркотики, являются просто похожими на те или иные нейротрансмиттеры и поэтому воздействуют на те или иные рецепторы, которые оказываются не в состоянии отличить, где настоящий нейротрансмиттер, а где нечто на него похожее, с необходимым структурным блоком («ключом»), идеально походящим для данного рецептора («замочной скважины»).
Об этом мы подробнее поговорим в следующих статьях в этой серии.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели увлекательный мир клеточных рецепторов и их решающую роль в обеспечении связи наших нейронов друг с другом. От быстрой реакции ионотропных рецепторов до более медленного и длительного воздействия метаботропных рецепторов — эти крошечные замочные скважины обеспечивают нашему мозгу возможность обрабатывать широкий спектр информации и контролировать множество различных функций.
Продолжая узнавать больше о нейротрансмиссии и различных типах рецепторов в нашем мозге, мы получаем более глубокое понимание принципов его работы, что помогает разрабатывать новые методы лечения различных неврологических заболеваний, а также приоткрывает завесу тайны над процессами, стоящими в основе регуляции сна, настроения, мышления и сознания.
В следующий раз, когда вы будете учиться чему-то новому или просто реагировать на окружающую обстановку, вспомните об удивительных крошечных клеточных рецепторах, которые незаметно трудятся в нашем мозге за кулисами сознания, делая нашу жизнь во всем разнообразии её восприятий — возможной.
См. также:
— «Нейротрансмиттеры (принципы работы, жизненный цикл, баланс)»
https://osnauka.ru/nejrotransmittery-printsipy-raboty-zhiznennyj-tsikl-balans/
— «Нейроны: крошечные супергерои (строение, принципы работы, типы)»
https://osnauka.ru/nejrony-kroshechnye-supergeroi-stroenie-printsipy-raboty-tipy/
— «Строение и функции клеток»
https://osnauka.ru/stroenie-i-funktsii-kletok/
— «10 шагов к углубленному изучению нейробиологии без специального высшего образования»
https://osnauka.ru/10-shagov-k-uglublennomu-izucheniyu-nejrobiologii-bez-spetsialnogo-vysshego-obrazovaniya/
