الغلوتامات (الناقل العصبي): التعريف والوظائف

ال الغلوتامات يتوسط معظم المشابك العصبية المثيرة في الجهاز العصبي المركزي (CNS). وهو الوسيط الرئيسي للمعلومات الحسية والحركية والمعرفية والعاطفية ويشارك في تكوين الذكريات واستعادتها ، حيث يتواجد في 80-90٪ من المشابك الدماغية.

كما لو أن كل هذا قليل الجدارة ، فإنه يتدخل أيضًا في المرونة العصبية وعمليات التعلم وهو مقدمة لـ جابا - الناقل العصبي المثبط الرئيسي للجهاز العصبي المركزي. ما الذي يمكن أن تطلبه أكثر من الجزيء؟

ما هو الجلوتامات؟

ربما كان أحد أكثر الناقلات العصبية التي تمت دراستها على نطاق واسع في الجهاز العصبي. في السنوات الأخيرة ، ازدادت دراستها بسبب علاقتها بمختلف الأمراض العصبية التنكسية (مثل مرض الزهايمر) ، مما جعله هدفاً دوائياً قوياً في الأمراض المختلفة.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه نظرًا لتعقيد مستقبلاته ، يعد هذا أحد أكثر الناقلات العصبية تعقيدًا للدراسة.

عملية التوليف

تبدأ عملية تخليق الغلوتامات في دورة كريبس ، أو دورة حمض الكربوكسيليك. دورة كريبس هي مسار أيضي أو ، لكي نفهم ، سلسلة من التفاعلات الكيميائية من أجل إنتاج التنفس الخلوي في الميتوكوندريا. يمكن فهم دورة التمثيل الغذائي على أنها آلية للساعة ، حيث يحقق كل ترس أ الوظيفة والفشل البسيط لجزء ما يمكن أن يتسبب في تلف الساعة أم لا ساعة. الدورات في الكيمياء الحيوية هي نفسها. يغير الجزيء ، من خلال التفاعلات الأنزيمية المستمرة - تروس الساعة - شكله وتكوينه من أجل إحداث وظيفة خلوية. المادة الأولية الرئيسية للجلوتامات ستكون ألفا كيتوجلوتارات ، والتي ستتلقى مجموعة أمينية عن طريق التحويل لتصبح غلوتامات.

ومن الجدير بالذكر أيضًا مقدمة أخرى مهمة جدًا: الجلوتامين. عندما تطلق الخلية الغلوتامات في الفضاء خارج الخلية ، فإن الخلايا النجمية - نوع من الخلايا glial - استعادة هذا الجلوتامات الذي ، من خلال إنزيم يسمى الجلوتامين synthetase ، سوف يصبح الجلوتامين. لاحقا، يتم إطلاق الجلوتامين بواسطة الخلايا النجمية ، والتي يتم استعادتها بواسطة الخلايا العصبية لتحويلها مرة أخرى إلى الجلوتامات. وربما يسأل أكثر من شخص ما يلي: وإذا اضطروا إلى إعادة الجلوتامين إلى الجلوتامات في الخلايا العصبية ، فلماذا تقوم الخلية النجمية بتحويل الجلوتامات الفقيرة إلى جلوتامين؟ حسنًا ، لا أعرف أيضًا. ربما يكون السبب هو أن الخلايا النجمية والخلايا العصبية لا تتفق أو ربما يكون السبب هو أن علم الأعصاب هذا معقد على أي حال ، أردت إجراء مراجعة للخلايا النجمية لأن تعاونهم يمثل 40٪ من دوران الغلوتامات ، مما يعني ذلك يتم استرداد معظم الجلوتامات بواسطة هذه الخلايا الدبقية.

هناك سلائف أخرى ومسارات أخرى يتم من خلالها استعادة الغلوتامات التي يتم إطلاقها في الفضاء خارج الخلية. على سبيل المثال ، هناك عصبونات تحتوي على ناقل غلوتامات محدد - EAT1 / 2 - يسترد الغلوتامات مباشرة إلى العصبون ويسمح بإنهاء الإشارة الاستثارة. لمزيد من الدراسة حول التوليف والتمثيل الغذائي للجلوتامات ، أوصي بقراءة قائمة المراجع.

مستقبلات الجلوتامات

كما يعلموننا عادة ، كل ناقل عصبي له مستقبلاته على خلية ما بعد المشبكي. المستقبلات الموجودة على غشاء الخلية عبارة عن بروتينات يرتبط بها ناقل عصبي ، هرمون ، الببتيد العصبي ، وما إلى ذلك ، لإحداث سلسلة من التغييرات في التمثيل الغذائي الخلوي للخلية التي يقع فيها المستقبل. في الخلايا العصبية ، نضع المستقبلات عمومًا في خلايا ما بعد المشبكي ، على الرغم من أنه لا يجب أن يكون الأمر كذلك.

كما أنهم يعلموننا عادة في السنة الأولى من السباق أن هناك نوعين رئيسيين من المستقبلات: مؤثر في الأيض ومستقبلات الأيض. Ionotropics هي تلك التي عندما يرتبط بها ligand - "مفتاح" المستقبل - تفتح القنوات التي تسمح بمرور الأيونات إلى الخلية. من ناحية أخرى ، فإن العوامل الاستقلابية ، عندما ترتبط الرابطة ، تسبب تغيرات في الخلية من خلال الرسل الثاني. في هذه المراجعة سوف أتحدث عن الأنواع الرئيسية لمستقبلات الغلوتامات مؤثرات التقلص العضلي ، على الرغم من أنني أوصي بدراسة الأدبيات لفهم مستقبلات الأيض. فيما يلي مستقبلات التأين المؤين الرئيسية:

• جهاز استقبال NMDA.
• مستقبل AMPA.
• كاينادو ماسك.

مستقبلات NMDA و AMPA وعلاقتها الوثيقة

يُعتقد أن كلا النوعين من المستقبلات عبارة عن جزيئات كبيرة تتكون من أربعة مجالات عبر الغشاء - أي أنها تتكون من أربع وحدات فرعية يعبرون الطبقة الدهنية المزدوجة لغشاء الخلية - وكلاهما من مستقبلات الجلوتامات التي ستفتح قنوات الكاتيون - أيونات موجبة الشحنة. لكن مع ذلك ، فإنهم مختلفون بشكل كبير.

أحد الاختلافات بينهما هو العتبة التي يتم تنشيطها عندها. أولاً ، تكون مستقبلات AMPA أسرع في التنشيط ؛ بينما لا يمكن تنشيط مستقبلات NMDA حتى يكون للخلايا العصبية إمكانات غشائية تبلغ حوالي -50 مللي فولت - عادة ما تكون الخلايا العصبية عند تعطيلها حوالي -70 مللي فولت-. ثانيًا ، ستكون خطوة الكاتيونات مختلفة في كل حالة. ستحقق مستقبلات AMPA إمكانات غشاء أعلى بكثير من مستقبلات NMDA ، والتي تتعاون بشكل أكثر تواضعًا. في المقابل ، ستحقق مستقبلات NMDA عمليات تنشيط أكثر استدامة بمرور الوقت من مستقبلات AMPA. لذلك، يتم تنشيط تلك الخاصة بـ AMPA بسرعة وتنتج إمكانات مثيرة أقوى ، ولكن يتم إلغاء تنشيطها بسرعة. وتلك الخاصة بـ NMDA تستغرق وقتًا لتنشيطها ، لكنها تمكنت من الحفاظ على الإمكانات المثيرة التي تولدها لفترة أطول.

لفهم ذلك بشكل أفضل ، دعونا نتخيل أننا جنود وأن أسلحتنا تمثل المستقبلات المختلفة. لنتخيل أن الفضاء خارج الخلية عبارة عن خندق. لدينا نوعان من الأسلحة: المسدس والقنابل اليدوية. القنابل اليدوية بسيطة وسريعة الاستخدام: تزيل الحلقة ، ثم ترميها بعيدًا وتنتظر حتى تنفجر. لديهم الكثير من الإمكانات المدمرة ، ولكن بمجرد التخلص منها جميعًا ، ينتهي الأمر. المسدس سلاح يستغرق وقتًا في التحميل لأنه يتعين عليك إزالة الأسطوانة ووضع الرصاص واحدًا تلو الآخر. ولكن بمجرد تحميلها ، لدينا ست طلقات يمكننا أن نعيش بها لفترة من الوقت ، على الرغم من أن إمكاناتها أقل بكثير من القنبلة اليدوية. مسدسات الدماغ لدينا هي مستقبلات NMDA وقنابلنا هي مستقبلات AMPA.

تجاوزات الغلوتامات ومخاطرها

يقولون أنه لا يوجد شيء زائد عن الخير وفي حالة الغلوتامات يتم تحقيقه. ثم سوف نستشهد ببعض الأمراض والمشاكل العصبية التي يرتبط بها فائض من الجلوتامات.

1. يمكن أن تسبب نظائر الجلوتامات السمية الخارجية

الأدوية المشابهة للجلوتامات - أي أنها تؤدي نفس وظيفة الغلوتامات - مثل NMDA - التي يدين اسمها للمستقبل NMDA - يمكن أن يسبب آثارًا تنكسية عصبية عند تناول جرعات عالية في مناطق الدماغ الأكثر ضعفًا مثل النواة المقوسة لمنطقة ما تحت المهاد. تتنوع الآليات التي ينطوي عليها هذا التنكس العصبي وتتضمن أنواعًا مختلفة من مستقبلات الغلوتامات.

2. بعض السموم العصبية التي يمكننا تناولها في نظامنا الغذائي تسبب موت الخلايا العصبية من خلال الغلوتامات الزائدة

تمارس السموم المختلفة لبعض الحيوانات والنباتات آثارها من خلال مسارات العصب الجلوتامات. مثال على ذلك هو السم من بذور Cycas Circinalis ، وهو نبات سام يمكن أن نجده في جزيرة غوام في المحيط الهادئ. تسبب هذا السم في انتشار واسع لـ التصلب الجانبي الضموري في هذه الجزيرة حيث تناولها سكانها يوميًا ، معتقدين أنها حميدة.

3. يساهم الغلوتامات في موت الخلايا العصبية الدماغية

الغلوتامات هو الناقل العصبي الرئيسي في اضطرابات الدماغ الحادة مثل النوبات القلبية، سكتة قلبية ، نقص الأكسجة قبل / حول الولادة. في هذه الأحداث التي يوجد فيها نقص في الأكسجين في أنسجة المخ ، تظل الخلايا العصبية في حالة من الاستقطاب الدائم ؛ بسبب العمليات البيوكيميائية المختلفة. هذا يؤدي إلى إطلاق دائم للجلوتامات من الخلايا ، مع التنشيط المستمر اللاحق لمستقبلات الغلوتامات. إن مستقبلات NMDA قابلة للنفاذ بشكل خاص إلى الكالسيوم مقارنة بالمستقبلات المؤينة الأخرى ، ويؤدي الكالسيوم الزائد إلى موت الخلايا العصبية. لذلك ، يؤدي فرط نشاط مستقبلات الجلوتامات إلى موت الخلايا العصبية بسبب زيادة الكالسيوم داخل الخلايا العصبية.

4. الصرع

العلاقة بين الغلوتامات والصرع موثقة جيدًا. يعتبر نشاط الصرع مرتبطًا بشكل خاص بمستقبلات AMPA ، على الرغم من تقدم الصرع ، تصبح مستقبلات NMDA مهمة.

هل الغلوتامات جيدة؟ هل الغلوتامات ضار؟

عادة ، عندما يقرأ المرء هذا النوع من النص ، ينتهي به الأمر بإضفاء الطابع الإنساني على الجزيئات بوضع تسميات عليها على أنها "جيدة" أو "سيئة" - وهذا له اسم ويسمى الأنسنة، من المألوف للغاية في العصور الوسطى. الواقع بعيد كل البعد عن هذه الأحكام التبسيطية.

في مجتمع أنشأنا فيه مفهوم "الصحة" ، من السهل أن تزعجنا بعض آليات الطبيعة. المشكلة هي أن الطبيعة لا تفهم "الصحة". لقد أنشأنا هذا من خلال الطب والصناعات الدوائية وعلم النفس. إنه مفهوم اجتماعي ، ومثل كل المفاهيم الاجتماعية فإنه يخضع لتقدم المجتمعات سواء أكان ذلك إنسانيًا أم علميًا. تظهر التطورات أن الغلوتامات يرتبط بعدد من الأمراض مثل مرض الزهايمر أو فصام. هذه ليست عين التطور للإنسان ، بل هي عدم تطابق كيميائي حيوي لمفهوم ما زالت الطبيعة لا تفهمه: المجتمع البشري في القرن الحادي والعشرين.

وكالعادة ، لماذا تدرس هذا؟ في هذه الحالة أعتقد أن الجواب واضح جدا. نظرًا للدور الذي يلعبه الغلوتامات في العديد من أمراض التنكس العصبي ، فإنه ينتج عنه هدف دوائي مهم - رغم أنه معقد أيضًا -. بعض الأمثلة على هذه الأمراض بالرغم من أننا لم نتحدث عنها في هذه المراجعة لأني أعتبرها أنه يمكن كتابة إدخال حصري حول هذا الموضوع ، ومرض الزهايمر و فصام. بشكل شخصي ، أجد البحث عن أدوية جديدة لـ الفصام لسببين رئيسيين: انتشار هذا المرض وتكلفة الرعاية الصحية يحمل. والآثار السلبية لمضادات الذهان الحالية ، والتي تعيق في كثير من الحالات الالتزام بالعلاج.

تم تصحيح النص وتحريره بواسطة فريدريك مونينتي بيكس

المراجع الببليوغرافية:

الكتب:

• سيجل ، ج. (2006). الكيمياء العصبية الأساسية. أمستردام: إلسفير.

مقالات:

• سيتري ، أ. & مالينكا ، ر. (2007). اللدونة المشبكية: أشكال ووظائف وآليات متعددة. علم الأدوية النفسية والعصبية ، 33 (1) ، 18-41. http://dx.doi.org/10.1038/sj.npp.1301559
• هاردنغهام ، ج. & Bading ، H. (2010). إشارات مستقبلات NMDA متشابكة مقابل خارج المشبكي: الآثار المترتبة على الاضطرابات التنكسية العصبية. مراجعات الطبيعة علم الأعصاب، 11 (10) ، 682-696. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2911
• هاردنغهام ، ج. & Bading ، H. (2010). إشارات مستقبلات NMDA متشابكة مقابل خارج المشبكي: الآثار المترتبة على الاضطرابات التنكسية العصبية. مراجعات الطبيعة علم الأعصاب، 11 (10) ، 682-696. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2911
• كيرشنر ، ج. & نيكول ، ر. (2008). المشابك الصامتة وظهور آلية ما بعد المشبكي لـ LTP. مراجعات الطبيعة علم الأعصاب، 9 (11) ، 813-825. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2501
• بابوين ، ت. & Oliet، S. (2014). تنظيم ومراقبة ووظيفة مستقبلات NMDA خارج المشبكي. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية ، 369 (1654) ، 20130601-20130601. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2013.0601