Tổng hợp, đóng gói và dị hóa chất dẫn truyền thần kinh

Để một tế bào thần kinh truyền tín hiệu hóa học, nó phải tạo ra chất dẫn truyền của mình, tập trung nó vào các túi thần kinh, và sau khi giải phóng, loại bỏ nó khỏi khe khớp thần kinh để tín hiệu kết thúc. Chủ đề này bao gồm vòng đời của phân tử chất dẫn truyền: các enzyme sinh tổng hợp tạo ra nó, các chất vận chuyển nạp các túi, và các con đường tái hấp thu và thoái hóa chấm dứt hoạt động của nó và tái chế các khối xây dựng của nó.

Definition

Tổng hợp, đóng gói và dị hóa chất dẫn truyền thần kinh là tập hợp các quá trình sinh hóa mà qua đó một tế bào thần kinh tạo ra một chất dẫn truyền từ các tiền chất, nạp nó vào các túi thần kinh thông qua các chất vận chuyển túi, và sau khi giải phóng, loại bỏ nó khỏi khe khớp thần kinh bằng các chất vận chuyển tái hấp thu hoặc các enzyme phân hủy.

Scope

Chủ đề này khảo sát khía cạnh trao đổi chất của quá trình truyền hóa học đối với các chất dẫn truyền cổ điển — tổng hợp từ tiền chất trong chế độ ăn uống hoặc tế bào, đóng gói vào túi bởi các chất vận chuyển, và bất hoạt bằng cách tái hấp thu hoặc dị hóa enzyme. Nó được trình bày dưới dạng hóa sinh và sinh lý học và không đưa ra liều lượng dược lý hoặc khuyến nghị lâm sàng.

Core questions

• Các chất dẫn truyền thần kinh chính được tổng hợp như thế nào và từ những tiền chất nào?
• Chất dẫn truyền được tập trung bên trong các túi thần kinh như thế nào?
• Hoạt động của chất dẫn truyền được chấm dứt như thế nào sau khi giải phóng?
• Các thành phần chất dẫn truyền được tái chế để tái sử dụng như thế nào?

Key concepts

• Các enzyme sinh tổng hợp giới hạn tốc độ (ví dụ: tyrosine hydroxylase, glutamic acid decarboxylase, choline acetyltransferase)
• Các chất vận chuyển túi (VMAT, VGLUT, VGAT)
• Các chất vận chuyển tái hấp thu màng plasma (ví dụ: chất vận chuyển dopamine, serotonin, norepinephrine, GABA, glutamate)
• Dị hóa enzyme (acetylcholinesterase, monoamine oxidase, catechol-O-methyltransferase)
• Sự sẵn có của tiền chất và điều hòa tổng hợp
• Chấm dứt và tái chế tín hiệu chất dẫn truyền

Mechanisms

Mỗi chất dẫn truyền cổ điển được tạo ra bởi các enzyme đặc trưng — ví dụ, catecholamine từ tyrosine thông qua tyrosine hydroxylase, GABA từ glutamate thông qua glutamic acid decarboxylase, và acetylcholine từ choline thông qua choline acetyltransferase — với một bước giới hạn tốc độ điều hòa nguồn cung. Các chất vận chuyển túi sử dụng gradient proton để bơm chất dẫn truyền vào các túi chống lại gradient nồng độ của nó, tập trung gói lượng tử. Sau khi giải phóng, tín hiệu được chấm dứt bằng cách tái hấp thu vào đầu tận cùng tiền khớp thần kinh hoặc các tế bào xung quanh thông qua các chất vận chuyển màng plasma, hoặc bằng cách phân hủy enzyme trong khe khớp thần kinh, như acetylcholinesterase thủy phân acetylcholine; các thành phần được phục hồi và các sản phẩm phân hủy sau đó được tái chế để tổng hợp lại.

Clinical relevance

Nhiều loại thuốc được sử dụng rộng rãi tác động lên chu trình trao đổi chất này bằng cách chặn các chất vận chuyển tái hấp thu, ức chế các enzyme phân hủy, hoặc cung cấp các tiền chất, đó là lý do tại sao các chất vận chuyển và enzyme chuyển hóa là các mục tiêu dược lý trung tâm trong thần kinh học và tâm thần học. Mục này mô tả hóa sinh cơ bản mà các tác nhân đó điều chỉnh và là tài liệu tham khảo chứ không phải hướng dẫn kê đơn.

History

Các con đường sinh hóa của quá trình tổng hợp và bất hoạt chất dẫn truyền đã được nghiên cứu trong suốt giữa thế kỷ XX, bao gồm công trình được công nhận bằng giải Nobel của Julius Axelrod về tái hấp thu và loại bỏ enzyme catecholamine. Sau đó, việc nhân bản phân tử các chất vận chuyển túi và màng plasma đã cung cấp một mô tả chi tiết về cách các chất dẫn truyền được đóng gói và loại bỏ.

Key figures

• Julius Axelrod
• Solomon Snyder

Seminal works

• nicoll-1990
• fleckenstein-2007

Frequently asked questions

Hoạt động của chất dẫn truyền thần kinh được chấm dứt như thế nào?

Chất dẫn truyền được giải phóng được loại bỏ khỏi khe khớp thần kinh bằng cách tái hấp thu thông qua các chất vận chuyển màng vào đầu tận cùng tiền khớp thần kinh hoặc các tế bào lân cận, hoặc bằng cách phân hủy enzyme, như acetylcholinesterase nhanh chóng thủy phân acetylcholine.

Tại sao mỗi chất dẫn truyền thần kinh có một bước tổng hợp giới hạn tốc độ?

Một bước enzyme chậm duy nhất, chẳng hạn như tyrosine hydroxylase đối với catecholamine, thiết lập tốc độ sản xuất tổng thể, cung cấp một điểm kiểm soát mà tế bào thần kinh có thể điều chỉnh để phù hợp với nguồn cung chất dẫn truyền theo nhu cầu.