Sinir sisteminin kimyasal özellikleri, kimyasal haberci molekül olan, Nörotransmiter ile alıcı molekül reseptörlerle işlevsellik kazanır.
Nörotransmiter ve Reseptörler Nedir?
Akson uçlarından salınan kimyasal haberci moleküllere Nörotransmiter adı verilir. Bu moleküller, salınıncaya kadar akson sonlanmalarında kesecikler içinde dururlar. Nörotransmiterler, sinaps öncesi zardan sinaptik aralığa salınır ve reseptör adı verilen nörotransmitere özgü alıcı moleküller ile etkileşime girer. Nörotransmiterin reseptörüne bağlanması, bir anahtarın kilidi açması gibi- reseptörün bağlantılı olduğu hücre içi mekanizmaları başlatarak hedef hücrenin işleyişini etkiler.
- Salınan nörotransmiterin reseptörü alıcı sinir hücresinde olabildiği gibi, salgıyı yapan sinir hücresinde de bulunabilir. Böyle bir durumda, sinaptik aralıkta bulunan Nörotransmiter, salındığı hücre üzerinde bulunan reseptörünü etkileyerek kendi salınımını artırabilir ya da azaltabilir.
Bu tarz ayarlayıcı reseptörleri bir termostatın kontrol ünitesi olarak düşünebiliriz; sıcaklık belirli bir seviyenin üstüne çıktığında sıcaklık artışı durdurabilir. Benzer şekilde sinaps aralığındaki Nörotransmiter seviyesi belirli bir seviyeye ulaştığında, sinaps öncesi reseptörleri uyararak daha fazla Nörotransmiter salınmasını engelleyebilir. Sinir sistemi, nöral işleyişin optimal düzeyde gerçekleşmesi için bu tür düzenleyici mekanizmalara bir çok seviyede sahiptir.
- Sinir sisteminin kimyasal özellikleri, sinir sisteminde farklı moleküler yapıda Nörotransmiterler bulunduğu için, çok yönlüdür. Ayrıca tek bir nörotransmiter için, birden fazla reseptör çeşidi bulunur. Tek bir nörotransmitere ait farklı reseptör tiplerine, ilgili nörotransmiterin reseptör alt-tipleri denir.
Örneğin dopamin adı verilen, nörotransmiterin en az beş farklı reseptörü bulunur. Nörotransmitere verilen yanıtın, ne olacağını hedef hücrede bulunan reseptör tipleri belirler. Bazı durumlarda, iki farklı reseptör alt-tipi, birbirine zıt etki gösterebilir ve buna bağlı olarak aynı nörotransmiterin iki farklı hücrede iki farklı yanıtı oluşabilir.
- Örneğin dopamin molekülleri D1 reseptörüne bağlandığında sinaps sonrası hücre uyarılırken, D2 reseptörüne bağlandığında sinaps sonrası hücre baskılanır. Hem nörotransmiter hem de reseptör tiplerindeki çeşitlilik, sinir sistemindeki kimyasal iletimin anlaşılması ve kontrol edilmesini zorlaştıran kompleks özelliğini ortaya koyar.
Sinaptik düzeyde haberleşme gerçekleştikten sonra, iletişimin kesilmesi de önemlidir. İletinin sonlandırılması için, nörotransmiter sinaptik aralıktan farklı yollarla uzaklaştırılır.
- Nörotransmiter, enzimler tarafından parçalanabilir
- Salgılandığı hücreye tekrar geri alınabilir.
- Bu geri alıma, reuptake denir.
- Nörotransmiter bağlandığı reseptörüyle birlikte sinaps sonrası hücre içine alınabilir ya da
- Sinaptik aralığın dışına sızarak, astrositler tarafından tutularak parçalanabilir.
Nörotransmiter-Reseptör Etkileşiminin Hedef Hücrede Yarattığı Değişiklik
Etki, reseptörün bağlı bulunduğu hücre içi öğelerle ilişkilidir. Bu etkiler, oluş hızlarına göre sıralanırsa;
- Hedef hücrenin zarında bulunan iyon kanallarının açılmasına ya da kapanmasına yol açabilir. Böylece hücrenin zar potansiyeli değişir. Yani depolarize ya da hiperpolarize olabilir ( milisaniyeler içinde )
- Hedef hücrede bulunan enzimlerin etkinliğini değiştirebilir. ( Dakika-saatler içinde )
- Yeni proteinlerin yapımını arttırabilir ya da baskılayabilir. ( Günler-haftalar içinde )
Bir reseptörün etkinliğini başlatan moleküllere o reseptörün agonistleri denir. Her bir reseptöre özgü nörotransmiter, o reseptörün doğal agonistidir. Reseptörler doğal agonistleri dışındaki moleküller tarafından da uyarılabilir. Örneğin; ilaçlar, toksinler…
Agonistlerin aksine, reseptörün nörotransmiteri tarafından uyarılmasını engelleyen moleküllere antagonist maddeler denir. İlaçlar ve toksinler aynı zamanda antagonist maddeler olarak da etki gösterebilirler. Burada da dikkat edilmesi gereken detay, reseptör antagonistlerin ek bir etkiye sahip olmadığı, sadece nörotransmiterin varlığında onun etkisini engellediğidir. Agonist ve antagonist terimleri sıklıkla sinir sistemini etkileyen ilaçlar için kullanılır.
Nörotransmiter Tipleri
Nörotransmiterler, kimyasal yapılarına göre farklı gruplara ayrılırlar.
Glutamat ve GABA:
Beyinde temel uyarıcı nörotransmiter glutamat, temel baskılayıcı nörotransmiter ise GABA’dır. Beyinde yaygın olarak bulunan her iki nörotransmiter de amino asit yapısına sahiptir. Amino asitler, proteinlerin temel yapı taşlarıdır.
- Glutamat, öğrenme ve hafızanın oluşması için gerekli bir nörotransmiterdir. Glutamatın bu rolü nöronlar arasındaki bağlantıları güçlendirmesine dayandırılır.
- Fakat glutamatın aşırı salgılanması nöronlar açısından, toksik etki gösterir ve hücre ölümüne yol açabilir. Bu sebeple aşırı glutamat salgısına yol açan durumlarda, örneğin beyin damalarında tıkanma veya beyin zedelenmesi gibi, glutamat aktivitesini bir glutamat antagonisti ile baskılamak beyinde oluşabilecek hasarı azaltabilir.
Glutamatın aksine, GABA; merkezi sinir sisteminin temel baskılayıcı nörotransmiteridir.
- GABA reseptörlerinin uyarılması, hiperpolarizasyona neden olarak bu reseptörün bulunduğu hücrelerin aksiyon potansiyeli oluşturma olasılıklarını düşürür. Alkolün etkisi, büyük oranda GABA reseptörleri üzerindeki etkisine bağlı denilebilir. Benzer şekilde, klinikte endişe azaltıcı ilaçların önemli bir bölümü de GABA iletimini arttırmak yoluyla etki gösterir.
Glutamat ile GABA aktivitesi arasındaki denge, merkezi sinir sistemimizin sağlıklı işleyişi için, büyük bir öneme sahiptir.
- Örneğin, GABA reseptörlerini baskılamak epileptik nöbetlere-sara nöbetlerine neden olabilir. Bu sebeple, epilepsinin bazı tiplerinde GABA-glutamat dengesinin glutamat lehine bozulduğu düşünülür.
Asetilkolin:
Asetilkolin, ilk keşfedilen nörotransmiter olarak bilinir. Sinir sisteminin birçok bölgesinden salınır. Merkezi sinir sisteminde bazı nöronlar, iskelet kasını uyaran motor nöronlar, otonom sinir sisteminin parasempatik nöronları asetilkolin salgılar. Asetilkolin reseptörlerinin alt-tipleri organlara göre farklılık gösterir.
- Örneğin, iskelet kası üzerinde bulunan asetilkolin reseptörleri ile kalp kasındaki reseptörler farklı tiptedir. Dolasıyla merkezi sinir sistemine geçmeyen ve asetilkolinin iskelet kasını uyarmasını engelleyen antagonist maddeler, kalp hızını etkilemez. Merkezi sinir sisteminde, asetilkolin hareket ve bellek için önemli olan sinirsel devrelerin işleyişi için gereklidir.
Asetilkolinin etkisini engelleyen ve merkezi sinir sistemine geçebilen kimyasallar hafıza oluşumunu engeller. Alzheimer hastalığında, beyinde hafıza ile ilgili alanlar olan beyin kabuğu ve hipokampusa asetilkolin sağlayan nöronların eksildiği gözlenmiştir. Asetilkolin sinaptik aralıkta bulunan bir enzim tarafından parçalanır.
Dopamin, Serotonin ve Norepinefrin
Dopamin, serononin, adrenalin-epinefrin ve noradrenalin ( norepinefrin ) amin yapısında yer alan norotransmiterlerdir. Beyin sapında bulunan nöronlar tarafından salgılanırlar. Ayrıca – serotonin hariç- böbrek üstü bezinden kana da salgılanırlar. Otonom sinir sisteminin sempatik sinirlerinden sadece, norepinefrin salgılanır.
Amin yapısındaki bu Nörotransmiterler merkezi sinir sisteminde yaygın etkilere sahiptir.
- Uyku-uyanıklık durumu
- Duygu-durumun belirlenmesi
- Ödül sistemi
- Dikkat ve öğrenme süreçlerinde gereklidir.
İlgili nörotransmiterlerden serotonin, özellikle; duygu-durum, iştah ve uyku yapısını düzenler. Örneğin, depresyonun düşük serotonin etkinliğine bağlı olduğu varsayılır. Bu sebeple, serotonin etkinliğini arttıran ilaçlar, örneğin seçici serotonin geri alımını engelleyen ilaçlar, depresyon tedavisinde kullanılır. Aynı zamanda, düşük serotonin seviyesinin saldırganlık davranışında artışa sebep olurken, dürtü kontrolünde azalmaya neden olduğu kabul edilir. İntihar eden bireylerin, beyinlerinde serotonin ürünleri düşük bulunmuş ve bu bireylerin depresyon semptomları göstermeleriyle beraber, kendilerine yönelik saldırganlık gösterdikleri tespit edilmiştir.
- Ayrıca, genel olarak araştırmalar sonucunda, çoğu psikiyatrik bozukluğun, dopamin sistemindeki bozukluktan kaynaklandığı da düşünülür.
Örneğin, beyin bölgelerinde dopamin aktivitesindeki artışın, şizofreni ile ilişkili olduğunu kabul edilir. Bu görüşü destekleyen teorilerden biri de dopamin seviyesini arttıran bazı ilaçların kullanımı şizofreni benzeri durumlara sebep olabilmektedir.
Dopamin beynin, ödül sistemi ile ilgili sinirsel devrelerde de etkin bir nörotransmiterdir. Yani yemek, seks gibi doğal ödüller tüketildiğinde ya da bu ödülleri çağrıştıran, uyaranların varlığında dopamin aktivitesi artar. Kokain ve amfetamin gibi kimyasalların bağımlılık oluşturmasının altında, bu maddelerin dopamin seviyesini arttırarak, beynimizin ödül devresini aktive etmesinin, bir nevi rehin almasının sebep olduğu bilinir.
Norepinefrinin ise merkezi sinir sisteminde öğrenme, uyanıklık ve dikkatin sağlanmasında önemli rolü vardır. Gün içinde sık sık kontrolsüz şekilde uykuya dalma ile karakterize edilen bir hastalık olan narkolepside kullanılan bazı ilaçlar; norepinefrin reseptörlerini uyararak etki gösterir.
- Tabii ki sinir sisteminin işleyişini etkileyen kimyasal moleküllerin bahsedilen klasik nörotransmiterlerle sınırlı olmadığını belirtmekte fayda var. Daha çeşitli amino asit ve amin yapısında norotransmiterler mevcuttur. Ayrıca peptit ve gaz yapısında bulunan haberciler de sinir sistemimizin işleyişini belirler.
