NEUROTRANSMITERY Autor: Jan Habásko Škola: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. m. Prahy, Hellichova 3, Praha 1, 118 00 Kraj: Hlavní město Praha Praha 2015

OBSAH Stavba neuronu Nervový impulz Neurotransmitery

STAVBA NEURONU

KLIDOVÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL Na+ Na+ Na+ Cl- Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Na+ K+ K+ K+ K+ A- A- A- A- A- A- A- K+ K+ K+ K+ A- Intracelulární prostor K+ A- A- A- K+ K+ K+ K+ A- A- K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Extracelulární prostor Na+ Cl- Cl- Cl-

KLIDOVÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL Cl- Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Cl- Na+ K+ Cl- A- Cl- Cl- Cl- Cl- + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - K+ Cl- K+ A- A- A- A- Na+ Na+ K+ K+ K+ A- A- K+ K+ A- Cl- A- Intracelulární prostor K+ K+ A- K+ Na+ K+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- K+ Na+ A- Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Na+

ŘEZ MEMBRÁNOU NEURONU Napěťově řízený sodíkový kanál Inaktivační branka Membrána neuronu Extracelulární prostor Intracelulární prostor Napěťově řízený draslíkový kanál Aktivační branka Podjednotka, na kterou je navázaná inaktivační branka

AKČNÍ POTENCIÁL – KLIDOVÝ STAV Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + K+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - K+ Intracelulární prostor K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+

AKČNÍ POTENCIÁL - DEPOLARIZACE Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - K+ - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - K+ Intracelulární prostor K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+

AKČNÍ POTENCIÁL - REPOLARIZACE Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - K+ + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - K+ Intracelulární prostor K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+

AKČNÍ POTENCIÁL - HYPERPOLARIZACE Na+ K+ Na+ Na+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Extracelulární prostor Na+ Na+ Na+ K+ K+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Intracelulární prostor Na+ K+ K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ K+ K+ K+

GRAF AKČNÍHO POTENCIÁLU

VEDENÍ AKČNÍHO POTENCIÁLU

SYNAPSE Synaptické váčky (vezikuly) s neurotransmitery Ca2+ Presynaptický neuron a presynaptický terminál Ca2+ Ca2+ N Ca2+ Ca2+ Ca2+ N N N N N Ca2+ Napěťově řízené vápenaté iontové kanály Ca2+ N SNARE proteiny Ca2+ Ca2+ Ca2+ N N Ca2+ Synaptická štěrbina N N Ca2+ Ca2+ Postsynaptický neuron Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ γ β α GDP GTP Ligandem řízené iontové kanály (ionotropní receptory) Metabotropní receptory

AP Ca2+ Ca2+ Ca2+ N Ca2+ Ca2+ Ca2+ N N N N N Ca2+ Ca2+ N Ca2+ Ca2+ Ca2+ N N Ca2+ N N N N N Ca2+ Ca2+ N N N N N Na+ Na+ Na+ N Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ N N N N N γ γ β β ALC α GDP GTP cAMP GTP cAMP EPSP

Iontový ligandem řízený kanál IONOTROPNÍ RECEPTORY N N Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ N N Extracelulární prostor Intracelulární prostor Iontový ligandem řízený kanál

RECEPTORY SPŘAŽENÉ S G-PROTEINEM Extracelulární prostor γ γ Intracelulární prostor α β β GDP GTP α GDP GTP GDP GTP

EPSP, IPSP A SUMACE

CHARAKTERISTIKA NEUROTRANSMITERŮ 1) Neurotransmiter musí být syntetizován v presynaptickém neuronu. 2) Neurotransmiter se skladuje v presynaptickém terminálu a je uvolněn v dostatečně velkém množství, aby vyvolal změny na cílových buňkách. 3) Neurotransmiter je uvolněn do synaptické štěrbiny z presynaptického terminálu po příchodu akčního potenciálu do presynaptického terminálu.

CHARAKTERISTIKA NEUROTRANSMITERŮ 4) Postsynaptická membrána musí obsahovat receptory, na které se může neurotransmiter navázat a posléze vyvolat změny v postsynaptickém neuronu. 5) Existuje mechanismus, který inhibuje účinek neurotransmiteru (rozštěpení enzymem, vychytání gliemi nebo nervovými zakončeními presynaptického neuronu, ze kterého byl neurotransmiter uvolněn). 6) Exogenní podání neurotransmiteru vyvolá stejnou reakci jako jeho endogenní uvolnění.

RECEPTORY NEUROTRANSMITERŮ Neurotransmitery se váží na: Ionotropní receptory Metabotropní receptory Ligandy vážící se na receptory neurotransmiterů: Agonista – vyvolá stejnou buněčnou odpověď jako endogenní ligand (neurotransmiter) Antagonista – nevyvolává buněčnou odpověď, blokuje receptor

HEMATOENCEFALICKÁ BARIÉRA

ROZDĚLENÍ NEUROTRANSMITERŮ SKUPINA CHEMICKÝCH LÁTEK PŘÍKLAD MALOMOLEKULOVÉ NEUROTRANSMITERY Acetylcholin Aminokyseliny GABA, glycin, glutamát, aspartát Biogenní aminy Noradrenalin (norepinefrin), adrenalin (epinefrin), dopamin, serotonin, histamin Plynné látky NO VELKOMOLEKULOVÉ NEUROTRANSMITERY Neuropeptidy Substance P, endorfin, anandamid

GLUTAMÁT

Receptory mGluR AMPA NMDA – k aktivaci potřeba depolarizace membrány a navázání glutamátu, popř. i glycinu Kainátové receptory

Úloha v lidském organismu Motorická koordinace Uklidnění Vyvolání informací z paměti Učení Emoční a kognitivní procesy Přenos senzorických informací

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Epilepsie Huntingtonova, Alzheimerova a Parkinsonova choroba Schizofrenie Poškození nervové tkáně po traumatu Chronická bolest Hypoxie Procesy ischemického poškození mozku

Agonisté a antagonisté Agonista NMDA: NMDA Antagonisté NMDA: Ketamin Metadon Tramadol

ASPARTÁT

Receptory Aspartát se váže na NMDA receptory, ale nevyvolává u nich tak silnou aktivitu jako glutamát.

Úloha v lidském organismu Neurotransmiter interneuronů v hippokampu Neurotransmiter neuronů, které inervují zrakovou kůru

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Epilepsie Alzheimerova a Parkinsonova choroba

Agonisté a antagonisté Antagonisté a agonisté NMDA receptoru (viz glutamát).

GABA

Receptory GABAA GABAB GABAC

Úloha v lidském organismu Modulace přenosu signálů Modulace nociceptivních informací Výběr informací přenášejících senzorické informace

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Huntingtonova a Parkinsonova choroba Epilepsie Úzkostné stavy a deprese Chronické bolesti Alkoholismus Plicní a střevní poruchy Schizofrenie Premenstruační syndrom

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Poruchy spánku Drogová závislost Spasticita

Agonisté a antagonisté Agonisté GABAA Benzodiazepiny (diazepam, clonazepam) Barbituráty Muscimol

Glycin

Receptory GlyR NMDA – bez navázání glutamátu a předchozí depolarizace membrány nedojde k jeho otevření.

Úloha v lidském organismu Inhibiční neurotransmiter v mozkovém kmeni, sítnici, sluchových drahách Hlavní inhibiční neurotransmiter v míše

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Epilepsie Schizofrenie

Agonisté a antagonisté Antagonista: Strychnin

ACETYLCHOLIN

Receptory Nikotinové Muskarinové – M1 → nervový systém – M2 → srdce – M3 → žlázy, hladké svalstvo – M4 – M5

Úloha v lidském organismu Regulace procesu bdění a spánku Motivace a odměna Paměť Učení Řízení činnosti ANS a kosterního svalstva

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Aferentní poruchy Schizofrenie Alzheimerova a Parkinsonova choroba Deprese Spasticita Myasthenie

Agonisté a antagonisté Agonista nikotinových receptorů: Nikotin Antagonista nikotinových receptorů: Tubokurarin Agonista muskarinových receptorů: Muskarin Antagonista muskarinových receptorů: Atropin

Agonisté a antagonisté Jedy: Sarin Botulotoxin Sarin Botulotoxin

DOPAMIN

Receptory D1-like receptory: D1 D5 D2-like receptory: D2 – motorická centra D3 – limbický systém D4 – limbický systém

Úloha v lidském organismu Motivace a odměna Upevňování paměti a naučených informací Regulace sekrece hypotalamohypofyzárního systému Regulace motorických funkcí Regulace zpracovávání informací z vnějšího světa Přenos a zpracování nociceptivních signálů Ovlivnění sekrece prolaktinu

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Parkinsonova choroba Poruchy pozornosti Huntingtonova choroba Schizofrenie Deprese Touretteův syndrom Látková závislost Poruchy příjmu potravy

Agonisté a antagonisté Antagonisté D2: Risperidon Clozapin

NORADRENALIN A ADRENALIN

Receptory α-receptory: α1 – cévy (zvýšení krevního tlaku) α2 – mozek β1 – srdce (zvýšení srdeční činnosti) β2 – hladké svaly cév a průdušek β3 – tuková tkáň

Úloha v lidském organismu Regulace bdění a spánku Regulace nálady Paměť a učení Regulace motorických funkcí a stresové situace Regulace bolesti Regulace hypotalamohypofyzárního systému Modulace funkce glutamátu a GABY

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Poruchy pozornosti Poruchy spánku a bdělosti Afektivní poruchy Schizofrenie Deprese Drogová závislost

Agonisté a antagonisté Fenyefrin Antagonista α1: Prazosin

Agonisté a antagonisté Isoprenalin Antagonisté β1 a β2: Beta-blokátory

SEROTONIN

Receptory 5-HT3 5-HT1 5-HT2 5-HT4 5-HT5 5-HT6,7

Úloha v lidském organismu Regulace biologického rytmu, bdění a spánku Modulace vnímání bolesti Zpracování informací v senzorických oblastech Kontrakce hladkého svalstva trávicího ústrojí a cév Modulace tělesné teploty Modulace agresivity, sexuálního chování, emocionality, nálad Navození stavu nevolnosti a zvracení

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Deprese a stavy úzkosti Schizofrenie Migréna Poruchy spánku a pozornosti Zvýšená agresivita Poruchy příjmu potravy Alzheimerova choroba Maniodepresivní psychóza (bipolární afektivní porucha)

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Serotoninový syndrom Drogová závislost

Agonisté a antagonisté LSD Antagonisté: Trazodon Clozapin Risperidon

HISTAMIN

Receptory H1 – mozek, cévy, žlázy H2 – sliznice žaludku, srdce, mozek, děloha, cévy H3 H4

Úloha v lidském organismu Regulace spánkového cyklu a tělesné teploty Udržování energetický a endokrinní homeostázy Učení Zpracování nociceptivních informací Příjem potravy Regulace hypotalamohypofyzárního systému Mediátor zánětu Působí na hladké svalstvo

Etiopatogeneze onemocnění lidského těla Alzheimerova choroba Schizofrenie

Agonisté a antagonisté Antagonisté H1: Promethazin Desloratadin

OXID DUSNATÝ

Charakteristika Plynný neurotransmiter Tvorba paměťových stop, přenos nociceptivních informací, regulace ANS, kardiovaskulárního systému a hladkého svalstva cév. Etiopatogeneze Alzheimerovy, Parkinsonovy a Huntingtonovy chorob. Viagra

SUBSTANCE P

Charakteristika Excitační tachikyn, resp. neurokinin Rychlá kontrakce hladkého svalstva pomocí NK1 receptorů (spřažen s G-proteinem) Přenos nociceptivních informací

ENDRODFIN (MET-ENKEFALIN)

Charakteristika Převážně inhibiční neurotransmiter patřící do opioidů Váže se na tři druhy receptorů – μ, κ a δ

ANANDAMID

CHARAKTERISTIKA Převážně inhibiční neurotransmiter patřící k endokanabinoidům CB1 a CB2 receptory THC

DĚKUJI ZA POZORNOST