Нейротрансмиттеры представляют собой органические соединения, которые осуществляют передачу сигналов между нейронами через синаптическую щель. Они делятся на несколько основных классов: аминокислоты, биогенные амины, пептиды и другие низкомолекулярные соединения. Каждая группа характеризуется уникальной структурой, механизмом синтеза, транспортом и воздействием на рецепторы.
Аминокислотные нейротрансмиттеры включают глутамат, γ-аминомасляную кислоту (ГАМК), глицин и аспартат. Глутамат является главным возбуждающим медиатором ЦНС, участвуя в процессах пластичности и памяти. ГАМК и глицин выполняют ингибирующую функцию, снижая возбудимость нейронов и предотвращая чрезмерное возбуждение.
Биогенные амины включают дофамин, норадреналин, серотонин, гистамин и ацетилхолин. Они синтезируются из аминокислот через каталитические реакции с участием специфических ферментов. Дофамин регулирует мотивацию, эмоциональные реакции и двигательные функции; серотонин участвует в контроле сна, настроения и болевой чувствительности; норадреналин обеспечивает активацию и внимание.
Пептидные нейротрансмиттеры состоят из коротких цепочек аминокислот (эндорфины, энкефалины, вазопрессин). Они проявляют более медленное, но длительное действие по сравнению с низкомолекулярными медиаторами, часто модулируя эффект классических нейротрансмиттеров.
Другие низкомолекулярные соединения включают аденозин, оксид азота (NO) и углекислый газ. Эти вещества обладают специфическими механизмами действия, часто не зависящими от классических синапсов, и могут выполнять функции паракринной или аутокринной регуляции.
Синтез нейротрансмиттеров тесно связан с метаболизмом аминокислот и углеводов. Глутамат образуется из α-кетоглутарата через реакцию трансаминирования. ГАМК синтезируется из глутамата под действием фермента ГАМК-синтетазы. Ацетилхолин формируется из ацетил-КоА и холина с участием холинацетилтрансферазы. Биогенные амины синтезируются через последовательные гидроксилирование, декарбоксилирование и метилирование аминокислотных предшественников.
Метаболизм нейротрансмиттеров регулируется ферментами деградации: моноаминоксидазой (МАО), катехол-О-метилтрансферазой (КОМТ), ацетилхолинэстеразой и другими. Продукты распада могут выводиться из нейронов и синаптической щели либо использоваться повторно в процессах обратного захвата.
Нейротрансмиттеры аккумулируются в синаптических пузырьках, что обеспечивает готовность к быстрому выделению. Механизмы транспорта включают в себя активный захват медиатора в пузырьки с использованием протонных градиентов и специфических переносчиков. Обратный захват нейротрансмиттеров в пресинаптический нейрон регулирует интенсивность и длительность сигнала.
Выделение нейротрансмиттеров происходит при деполяризации мембраны и входе кальция через потенциал-зависимые каналы. Медиатор связывается с постсинаптическими рецепторами, которые могут быть ионными (лиганд-зависимые каналы) или метаботропными (G-белок-связанные). Возбуждающие нейротрансмиттеры открывают натриевые или кальциевые каналы, вызывая деполяризацию, в то время как ингибирующие открывают хлорные каналы или активируют калиевые, гиперполяризуя мембрану.
Нейротрансмиттерная активность регулируется через обратный захват, инактивацию ферментами и взаимодействие с модуляторными рецепторами. Пептидные медиаторы могут усиливать или ослаблять эффект классических нейротрансмиттеров, обеспечивая пластичность синапсов. Нейротрансмиттеры биогенные амины участвуют в системной регуляции настроения, сна и поведения, а глутамат и ГАМК обеспечивают локальный баланс возбуждения и торможения.
Нейротрансмиттеры являются центральным звеном передачи информации в нервной системе, их химическая природа и биоорганические свойства определяют как локальные, так и системные функции организма.