ما هو الجلوتامات


الجلوتامات هو الناقل العصبي الأكثر وفرة في دماغنا ، والجهاز العصبي المركزي (CNS) ، وهو يشارك فعليًا في كل وظيفة دماغية مثيرة ، في حين أن الإثارة لها معنى محدد للغاية في علم الأعصاب ، بشكل عام ، يزيد ناقل عصبي مثير من احتمال أن يكون للخلايا العصبية ، التي يعمل عليها إمكانية عمل (تسمى أيضًا النبض العصبي).

فعندما يحدث جهد محتمل ، يقال أن العصب يطلق النار ، في هذه الحالة ، يكون مشابهًا إلى حد ما لإكمال دائرة كهربائية تحدث عند تشغيل مفتاح الضوء ، ونتيجة إطلاق الخلايا العصبية هي أن الرسالة يمكن أن تنتشر في جميع أنحاء الدائرة العصبية ، وتشير التقديرات إلى أن أكثر من نصف المشابك في الدماغ تطلق الجلوتامات ، مما يجعلها الناقل العصبي السائد المستخدم في اتصالات الدوائر العصبية.

والجلوتامات هو أيضا مقدمة استقلابية لناقل عصبي آخر يسمى GABA (حمض جاما أمينوبوتيريك) ، وGABA هو الناقل العصبي المثبط الرئيسي في الجهاز العصبي المركزي ، لذا فإن الناقلات العصبية المثبطة هي في الأساس الوجه الآخر للعملة ، فهي تقلل من احتمالية إطلاق الخلايا العصبية التي تعمل عليها.

وظائف الجلوتامات

في الدماغ ، تشكل مجموعات الخلايا العصبية دوائر عصبية ، تقوم بوظائف محددة صغيرة النطاق ، على سبيل المثال ، تكوين واسترجاع الذاكرة ، وترتبط هذه الدوائر العصبية ببعضها البعض ، لتشكيل شبكات دماغية واسعة النطاق ، والتي تقوم بوظائف أكثر تعقيدًا ، على سبيل المثال ، السمع ، الرؤية ، الحركة.[1]

من أجل جعل الخلايا العصبية الفردية تعمل معًا عبر هذه الشبكات ، هناك حاجة إلى نوع من التواصل بينها ، وتتمثل إحدى طرق تحقيق ذلك في جزيئات الرسائل الكيميائية ، التي تسمى الناقلات العصبية ، ويلعب الجلوتامات دورًا بارزًا في الدوائر العصبية المرتبطة باللدونة المشبكية ، ولها القدرة على تعزيز أو إضعاف الإشارة بين الخلايا العصبية بمرور الوقت لتشكيل التعلم والذاكرة ، كما تلعب دور رئيسي في مجموعة فرعية من اللدونة تسمى التقوية طويلة المدى (LTP).

وبسبب هذه الأدوار وغيرها ، فإن نظام الجلوتاميترجيك ذو أهمية قصوى للإشارة السريعة ، ومعالجة المعلومات في الشبكات العصبية ، حيث إن إشارات الجلوتامات أمر بالغ الأهمية في مناطق الدماغ ، بما في ذلك القشرة الحصينية والحُصين ، وهما أمران أساسيان للوظيفة المعرفية.

و يتم التعبير عن مستقبلات الجلوتامات على نطاق واسع في جميع أنحاء الجهاز العصبي المركزي ، ليس فقط في الخلايا العصبية ، ولكن أيضًا في الخلايا الدبقية ، والخلايا الدبقية (أو الخلايا العصبية أو الخلايا الدبقية ببساطة) هي خلايا دماغية غير عصبية توفر الدعم والحماية للخلايا العصبية.

ونظرًا لأنه الجزيء الرئيسي الذي يشجع الإثارة العصبية ، فإن الجلوتامات هو الوسيط الرئيسي للإدراك والعواطف ، والمعلومات الحسية ، والتنسيق الحركي ، ويرتبط بنشاط معظم أنظمة الناقلات العصبية الأخرى ، لكن الجلوتامات ليس أفضل مركب.

حيث يتطلب الاتصال بالغلوتاماتيك تركيزات الغلوتامات الصحيحة التي يتم إطلاقها في الأماكن المناسبة لفترة زمنية صغيرة فقط ، فأقل من هذا يؤدي إلى ضعف التواصل ، وأكثر من ذلك يمكن أن يكون سامًا عصبيًا ويمكن أن يدمر الخلايا العصبية ، والشبكات العصبية.

الناقل العصبي الغلوتامات ومبدأ المعتدل

 إشارات الغلوتامات هي مثال لما يُشار إليه أحيانًا باسم (مبدأ Goldilocks) ، في قصة الحكاية الخيالية ، طعم Goldilocks ثلاثة أوعية مختلفة من العصيدة ، الأول بارد جدًا ، والثاني ساخن للغاية ، والثالث هو درجة الحرارة المناسبة ، وهذا المفهوم لـ (الكمية الصحيحة) له تطبيق واسع النطاق ، بما في ذلك في العلوم المعرفية.

وفي العلوم المعرفية ، يمكن أن يشير هذا المبدأ إلى عملية يمكن أن يكون فيها الناقل العصبي ، (أو الدواء) نفسه له خصائص خصم (مثبط) ومنبه (إثارة) ، فيمكن أن ينطبق أيضًا على المواقف التي يكون فيها التحفيز القليل جدًا ، أو الكثير جدًا من نفس جزيء الإشارة مرتبطًا بالأداء دون المستوى الأمثل ، ولكن بعض الكمية الوسطية تنتج استجابات صحية.

وعند التفكير في الأشياء التي تتبع مبدأ Goldilocks ، من المهم تجنب التفكير بالأسود والأبيض ، أو التفكير السيئ ، فالشيء الرئيسي الذي يجب التركيز عليه هو أن هناك مبلغًا مناسبًا ، وغالبًا نطاق ، حيث يتم إنتاج أفضل النتائج.

توليف الجلوتامات وإشاراته وتنظيفه

تمتلك الناقلات العصبية العديد من الخصائص المشتركة ، الأول هو أنه يتم تصنيعها (أي صنع أو إنشاء) في الخلايا العصبية ، بعد ذلك ، يتم نقلها إلى مناطق بالقرب من نهاية الخلايا العصبية ، (الحويصلات المشبكية بالقرب من الطرف النهائي للخلايا العصبية) ، حيث يتم تخزينها حتى الحاجة إليها.[2]

يحدث هذا استعدادًا للإشارة ، والذي يتضمن إطلاق الناقل العصبي من الخلايا العصبية المرسلة للرسالة ، في الفضاء بين الخلايا العصبية (المشقوق المشبكي) ، لذلك يمكن أن ينشط  ، أي يرتبط بالمستقبلات على الخلايا العصبية المستقبلة للرسائل.

وبعد إرسال هذه الإشارة ، يتم تنظيف المسافة بين الخلايا العصبية ، بحيث يمكن جعلها جاهزة في المرة القادمة ، والتي تحتاج إلى إرسال رسالة ، ويتم تحقيق ذلك عن طريق امتصاص الناقل العصبي ، في خلية حتى يمكن إعادة استخدامه (إعادة التدوير) ، و / أو من خلال تحطيم (تحطيم وتعطيل) الناقل العصبي في الفضاء خارج الخلايا.

كيفية حدوث الجلوتامات

لا يعبر الغلوتامات الحاجز الدموي الدماغي ، ويجب تصنيعه في الخلايا العصبية من جزيئات البناء ، أي السلائف ، والتي يمكن أن تصل إلى الدماغ ، وفي الدماغ  الجلوتامين هو لبنة البناء الأساسية للجلوتامات ، فيقوم مسار التخليق الحيوي الأكثر انتشارًا ، بتكوين الغلوتامات من الجلوتامين باستخدام إنزيم يسمى الجلوتاميناز .

والإنزيمات هي محفزات تُستخدم لإنتاج تفاعلات كيميائية حيوية محددة ، عادةً ما يكون لها أسماء تنتهي بـ (ase) ، والإنزيمات المساعدة هي أجزاء من إنزيمات معينة ، والعديد من الإنزيمات المساعدة مشتقة من الفيتامينات.

والجلوتامين هو الأكثر وفرة من الأحماض الأمينية العشرين ، والتي يستخدمها الجسم لبناء البروتينات ، ويمكن إنتاجه في الجسم لذلك يصنف على أنه غير ضروري ، ويتم تصنيع معظم الجلوتامين وتخزينه في العضلات ، في ظل ظروف معينة ، مثل الإجهاد الشديد ، ويمكن أن يتطلب الجسم أكثر مما يمكن أن يصنعه ، وقد دفع هذا العديد من العلماء إلى اعتبار الجلوتامين على أنه حمض أميني أساسي مشروط ، وهو أحد الأحماض الأمينية القليلة التي يمكنها عبور حاجز الدم بالدماغ مباشرة ، لذلك يمكن استخدام تجمع الجلوتامين في العضلات ، لدعم الدماغ.

ويمكن أيضًا إنتاج الجلوتامات من الجلوكوز من خلال مسار التمثيل الغذائي ، الذي يبدأ بتحويل الجلوكوز إلى البيروفات (وهي عملية تسمى تحلل السكر) ،  ثم يثبت البيروفات دورة حمض الكربوكسيل (TCA) (وتسمى أيضًا دورة كريبس أو دورة حمض الستريك) ،  وتشكل دورة TCA العديد من الوسطيات الهامة.

واحدة من هذه المركبات الوسيطة هي α-ketoglutarate (α-KG) ، ويمكن استخدام α-KG لإنتاج الغلوتامات ، وإنزيم يسمى ديهيدروجيناز الغلوتامات ، والذي يستخدم فيتامين B3 (NAD) + كمساعد أنزيم ، وهو المسؤول عن هذا التفاعل ، كما يمكن لهذا الإنزيم نفسه إعادة تحويل الغلوتامات إلى α-KG ، وبسبب هذا الإنزيم ، يمكن تحويل الغلوتامات و α-KG بشكل مستمر إلى بعضهما البعض.

مع العلم بأنه  تبني المسارات الابتنائية الجزيئات من الوحدات الأصغر ، وتقسم المسارات التقويمية الجزيئات إلى وحدات أصغر.

والناقلات العصبية ، بما في ذلك الغلوتامات ، تنقل المعلومات من الخلايا العصبية (مرسل الرسالة) إلى الخلايا العصبية  (المستهدفة) الأخرى (مستلمي الرسالة) ، داخل الدوائر العصبية ، وبعد التوليف ، يتم نقل الجلوتامات إلى الحويصلات المشبكية ، بواسطة ناقلات الجلوتامات الحويصلية.

ويحدث هذا النقل (والتخزين) في الخلايا العصبية المرسلة للرسائل ، تحسبًا للحاجة إلى إرسال رسائل الجلوتامات في المستقبل ، ويتم تخزين الغلوتامات في هذه الحويصلات ، حتى يؤدي النبض العصبي إلى إطلاق الجلوتامات في الشق المشبكي ، أي الفراغ بين الخلايا العصبية ، ويبدأ عملية الإشارات بوساطة المستقبل.

تستجيب الخلايا العصبية التي تحتوي على بروتينات مستقبلات الجلوتامات (أي مستقبلات الجلوتامات) ، للجلوتامات في الشق المشبكي ، وهناك نوعان عامان من مستقبلات الغلوتامات ، أحد الأنواع يسمى مستقبلات أيونوتروبيك : ويسمح بارتباط الغلوتامات بهذه المستقبلات بدخول الأيونات ، (أي المعادن المشحونة كهربائيًا مثل الصوديوم أو الكالسيوم) إلى الخلية.

وهناك ثلاث فئات من مستقبلات الغلوتامات الأيونوتروبية :
1- N-methyl-D-aspartate (NMDA)
2-  α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA )
3- مستقبلات kainate.

أما النوع الثاني من المستقبلات مرتبط بالجزيئات التي ستنشط مسارات الإشارات ، داخل الخلايا بعد ارتباط الغلوتامات ، ويطلق عليها مستقبلات G المقترنة بالبروتين أو الاستقلاب ، وتعمل مستقبلات الغلوتامات الأيضية (mGluR) على تعديل الانتقال المشبكي (أي الاتصال العصبي) ، من خلال تنظيم نشاط مجموعة متنوعة من القنوات الأيونية ، بما في ذلك مستقبلات الغلوتامات الأيونية ، وكذلك المستقبلات للناقلات العصبية الأخرى.

المرحلة التالية من النقل العصبي هي التنظيف ، ويعتمد التشوير على التغيرات النسبية وليس المبالغ المطلقة ، وفي غرفة هادئة قد تكتشف الأذن البشرية الهمس ، ففي ملهى ليلي صاخب قد لا يسمع صيحة. تعمل الناقلات العصبية على مبدأ مماثل ، تنتج الاندفاعات القصيرة من الغلوتامات استجابات.

ولكن ، حتى تحدث أفضل استجابة بأقل كمية من الغلوتامات ، يجب أن تكون المسافة بين الخلايا العصبية معادلة لغرفة هادئة ، ويتبع الغلوتامات أيضًا مبدأ Goldilocks ، قليل جدًا والإشارات داخل الشبكات العصبية هي أقل من المستوى ، ولكن الكثير منها يمكن أن يكون سامًا عصبيًا ، لهذه الأسباب  يجب إزالة الجلوتامات في الفضاء خارج الخلية بين الخلايا العصبية ، بشكل مستمر.

عادةً ما يكون تنظيف الناقل العصبي مزيجًا من :
1- نقل بعض الناقل العصبي مرة أخرى إلى الخلايا .
2-  تعطيل تنشيط الناقل العصبي ، الذي يبقى طافيًا في الفراغ بين الخلايا. ، في حين أن أولى هذه العمليات تنطبق على الغلوتامات ، لا يوجد نظام تثبيط إنزيمي للغلوتامات في الفضاء خارج الخلية ، وهذا يعني أن الغلوتامات يمكن أن تتفاعل مع مستقبلاتها باستمرار ، حتى تنتشر أو يتم تناولها بواسطة الناقلات الخلوية لإعادة استخدامها ( إعادة التدوير).

الجلوتامات والتقوية طويلة الأمد

الجلوتامات ومستقبلاته هي عناصر مركزية ، في تكوين الذاكرة واسترجاعها بسبب دورها في الآلية الخلوية الرئيسية للذاكرة ، والتعلم التي تسمى التقوية طويلة الأمدLTP.

LTP هو شكل من أشكال اللدونة المشبكية ، وهو مصطلح يشير إلى العمليات البيوكيميائية التي من خلالها تستجيب المشابك لأنماط النشاط ، إما عن طريق التقوية استجابة للنشاط المتزايد ، أو عن طريق الضعف استجابةً لانخفاض النشاط ، وLTP هو عنصر التعزيز المستمر لللدونة ، إنها واحدة من الآليات الخلوية الرئيسية ، التي تكمن وراء كيفية تشفير الدماغ للذكريات.

ويحدث LTP في العديد من مناطق الدماغ المشاركة في عمليات الذاكرة ، بما في ذلك القشرة المخية الحديثة ، اللوزة الدماغية ، المخطط ، ولكن في الحصين يتم دراسته على نطاق واسع ، تلعب إشارات الجلوتامات الشاملة الدور الأكبر ، لذا فإن النقطة الأساسية هي أن الغلوتامات تسمح للخلايا العصبية بربط المعلومات.

سمية الجلوتامات

أحد الجوانب المتناقضة على ما يبدو في الانتقال العصبي للغلوتاميتيرج ، هو أنه ضروري لتطور الدماغ ووظيفته ، كما أنه سام عند حدوثه بشكل مفرط ، وهو تأثير يُعرف باسم سمية استثارة الغلوتامات ، ففي الدماغ السليم ، يتم تخزين كل الغلوتامات تقريبًا (99.99٪) داخل الخلايا ، ويتم إطلاقه بكميات صغيرة فقط عند الحاجة لإنتاج استجابة إشارة.[3]

لأن الإشارة هي حدث قائم على التغيير ، فإن الخلايا العصبية والخلايا النجمية تفرغ الفراغ خارج الخلية من الغلوتامات بين هذه الإشارات ، ولكن ، إذا أدت الظروف إلى مستويات عالية من الغلوتامات ، في الشق المشبكي ، فقد يتسبب ذلك في تنشيط مفرط لمستقبلات NMDA (أي الكثير من إثارة الجلوتامات).

ويمكن أن يؤدي الإثارة المستمرة لمستقبلات NMDA إلى دخول مفرط لـ Ca2 + ، في الخلايا العصبية ، مما يزيد التحفيز المفرط لـ NMDA أيضًا من مستويات Ca2 + ـ داخل الخلايا من خلال التأثير على آليات استتباب الكالسيوم داخل الخلايا.

ويتم الحفاظ على المستويات داخل الخلايا من الكالسيوم الحر ، بتركيزات منخفضة جدًا بالنسبة للمستويات خارج الخلية ، مما  يؤدي إلى الارتفاع المفرط في مستويات الخلايا Ca2 + ، داخل الخلايا إلى عدد من العمليات المدمرة للخلايا التي تؤدي في نهاية المطاف إلى موت الخلايا ، من خلال عملية تسمى موت الخلايا المبرمج ، ويمكن أن تؤدي الاختلالات في الكالسيوم ، إلى تنشيط الإنزيمات التي تعطل سلامة ووظيفة الحمض النووي وأغشية الخلايا ، والعضيات داخل الخلايا ، وخاصة الميتوكوندريا.

ويمكن أن يسبب الكالسيوم تورم الميتوكوندريا ، مما يؤدي إلى إطلاق أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ، وتوقف إنتاج الطاقة الخلوية (أي توليد ATP) ، وهذه العمليات ، على الرغم من أنها ضارة من تلقاء نفسها ، تنتج حلقات ردود فعل إيجابية تسريع تلف الخلايا ، مما يؤدي بسرعة إلى الهضم الذاتي للخلايا العصبية عن طريق انهيار البروتين ، وتكوين الجذور الحرة ، وبيروكسيد الدهون.

أهمية مسارات وعمليات الجلوتامات

الجلوتامات هي واحدة من أهم الناقلات العصبية في الدماغ والمنشط العصبي الرئيسي ، ومن خلال ارتباطه بمستقبلات NMDA و AMPA ، يعد الغلوتامات عنصرًا رئيسيًا في الآليات الخلوية التي تدعم الذاكرة والتعلم ، وبسبب هذه الأدوار وغيرها ، فإن الغلوتامات أمر بالغ الأهمية لنمو الدماغ والأداء المعرفي. [4]

لكن الغلوتامات تخضع أيضًا لمبدأ المعتدل : فيمكن أن تكون إشارات الغلوتامات المفرطة سامة للأعصاب ، في ظل الظروف المثالية ، تسمح قدرات التنظيم الذاتي للدماغ بالحصول على (الكمية المناسبة) من إشارات الغلوتامات ، يتم الإفراج عن المبالغ المناسبة في الأماكن المناسبة لفترة زمنية مناسبة ، لكن الظروف ليست دائما مثالية.

ويمكن لمعظمنا استخدام بعض الدعم الإضافي في الأوقات التي تكون فيها الطلبات عالية ، أو تتجاوز قدرتنا على التأقلم ، الجسم (والدماغ لا يختلفان) ، فلديهم قدرات هائلة للتكيف ، لكن هذه القدرات ليست لانهائية ، وهي أكثر فعالية عند دعمها.

ومن خلال دعم نظام الجلوتاميترجيك ، فإن الهدف هو :
1-  تعزيز الاستفادة المثلى من وظائف الدماغ العامة.
2- توفير الموارد الغذائية التي يمكن استخدامها حسب الحاجة من خلال المسارات الأساسية ، التي تكمن وراء قدرات الدماغ الرائعة على اللدونة المشبكية  ، القدرة لتكييف وتقوية الدوائر والشبكات العصبية استجابة للمتطلبات المعرفية.



Source link

قد يعجبك ايضا
اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط لتحسين تجربتك. سنفترض أنك موافق على ذلك ، ولكن يمكنك إلغاء الاشتراك إذا كنت ترغب في ذلك. قبول قراءة المزيد