Синтез, упаковка и катаболизм нейротрансмиттеров

Для химической передачи сигнала нейрон должен синтезировать свой медиатор, концентрировать его в синаптических везикулах и после высвобождения удалять его из синаптической щели, чтобы сигнал прекратился. Эта тема охватывает жизненный цикл молекулы медиатора: биосинтетические ферменты, которые его производят, транспортеры, которые загружают везикулы, а также пути обратного захвата и деградации, которые прекращают его действие и перерабатывают его строительные блоки.

Definition

Синтез, упаковка и катаболизм нейротрансмиттеров — это совокупность биохимических процессов, посредством которых нейрон производит медиатор из предшественников, загружает его в синаптические везикулы через везикулярные транспортеры и после высвобождения удаляет его из синаптической щели с помощью транспортеров обратного захвата или деградационных ферментов.

Scope

Тема охватывает метаболическую сторону химической передачи для классических медиаторов — синтез из пищевых или клеточных предшественников, везикулярную упаковку с помощью транспортеров и инактивацию путем обратного захвата или ферментативного катаболизма. Она рассматривается с точки зрения биохимии и физиологии и не содержит фармакологических дозировок или клинических рекомендаций.

Core questions

• Как синтезируются основные нейротрансмиттеры и из каких предшественников?
• Как медиатор концентрируется внутри синаптических везикул?
• Как прекращается действие медиатора после высвобождения?
• Как компоненты медиатора перерабатываются для повторного использования?

Key concepts

• Лимитирующие биосинтетические ферменты (например, тирозингидроксилаза, глутаматдекарбоксилаза, холинацетилтрансфераза)
• Везикулярные транспортеры (VMAT, VGLUT, VGAT)
• Плазматические мембранные транспортеры обратного захвата (например, транспортеры дофамина, серотонина, норадреналина, ГАМК, глутамата)
• Ферментативный катаболизм (ацетилхолинэстераза, моноаминоксидаза, катехол-О-метилтрансфераза)
• Доступность предшественников и регуляция синтеза
• Прекращение и переработка сигналов медиатора

Mechanisms

Каждый классический медиатор продуцируется характерными ферментами — например, катехоламины из тирозина через тирозингидроксилазу, ГАМК из глутамата через глутаматдекарбоксилазу и ацетилхолин из холина через холинацетилтрансферазу — с лимитирующей стадией, которая регулирует его поступление. Везикулярные транспортеры используют протонный градиент для закачивания медиатора в везикулы против его градиента концентрации, концентрируя квантовый пакет. После высвобождения сигнал прекращается путем обратного захвата в пресинаптический терминал или окружающие клетки через плазматические мембранные транспортеры, или путем ферментативного расщепления в щели, как ацетилхолинэстераза гидролизует ацетилхолин; восстановленные компоненты и продукты распада затем перерабатываются для возобновленного синтеза.

Clinical relevance

Многие широко используемые лекарства действуют на этот метаболический цикл, блокируя транспортеры обратного захвата, ингибируя деградационные ферменты или поставляя предшественники, поэтому транспортеры и метаболизирующие ферменты являются центральными фармакологическими мишенями в неврологии и психиатрии. Эта статья описывает базовую биохимию, которую изменяют такие агенты, и является справочной информацией, а не руководством по назначению.

History

Биохимические пути синтеза и инактивации медиаторов были разработаны в середине двадцатого века, включая отмеченную Нобелевской премией работу Джулиуса Аксельрода по обратному захвату и ферментативному удалению катехоламинов. Позднее молекулярное клонирование везикулярных и плазматических мембранных транспортеров дало подробное представление о том, как медиаторы упаковываются и удаляются.

Key figures

• Julius Axelrod
• Solomon Snyder

Seminal works

• nicoll-1990
• fleckenstein-2007

Frequently asked questions

Как прекращается действие нейротрансмиттера?

Высвобожденный медиатор удаляется из щели либо путем обратного захвата через мембранные транспортеры в пресинаптический терминал или соседние клетки, либо путем ферментативного расщепления, так как ацетилхолинэстераза быстро гидролизует ацетилхолин.

Почему каждый нейротрансмиттер имеет лимитирующую синтетическую стадию?

Единственная медленная ферментативная стадия, такая как тирозингидроксилаза для катехоламинов, устанавливает общую скорость производства, обеспечивая контрольную точку, которую нейрон может регулировать для соответствия предложения медиатора спросу.