Class Notes (806,420)
Canada (492,238)
HMB200H1 (139)
Lecture 4

HMB200 2014 Lecture 4.pdf

6 Pages
Unlock Document

University of Toronto St. George
Human Biology
John Yeomans

  Lecture  4:  Transmitters  and  Second  Messengers   Transmitters  and  Amino  Acids   - transmitters  involve  100s  of  different  molecules   à  the  simplest:  involve  simple  monoamines  (like  glutamate  and   glycine)  à  fast  simple  molecules  (because  they  are  small)   - glutamate  and  glycine  are  amino  acids   - Glutamate  is  most  important   excitatory  amino  acid   - Glycine  is  most  important   inhibitory  transmitter  in  spinal  cord   - GABA  –  inhibitory  transmitter  -­‐  is  a  mono  amine  made  from  glutamate   à  Third  most  important:  made  from  glutamate   –  GABA   - Glycine  and  GABA  are  major  inhibitory  transmitters   - Glutamate  is  major  excitatory  transmitter     - Glutamate  and  GABA  expressed  almost  everywhere  in  brain   - GABA  is  made  from  glutamate  by  the  enzyme  Glutamic  Acid  Decarboxylase  (GAD)   à In  order  to  determine  whether  a  neuron  is  inhibitory,  you  look  for  GAD   à  if  there  is  GAD  =  glutamate  is   removed  and  converted  into  GABA   =  Switches  neuron  from  excitatory  glutamate  neuron  to  inhibitory  GABA  neuron   à Main  inhibitory  transmitter   à  most  abundant  neuron  in  brain   à Without  this  enzyme  =  glutamate   - These  3  based  on  simple  amino  acid   à  always  excitatory  (glutamate),  and  always  inhibitory  (glycine  and  GABA)   - Acetylcholine:  excitatory  and  inhibitory   o synthesis  and  actions  and  receptors  much  more  complicated   o can  be  excitatory  (muscles)  and  inhibitory  (heart)   o Can  act  by  the  way  of  fast  nicotinic  receptors,  or  slow  muscarinic  metabotropic  receptors   - Dopamine  and  ACh  have  localized  cell  groups   - Glutamate  and  GABA  are  all  over  the  brain  and  spinal  cord   - Identified  cell  groups  (Ch  1-­‐8)   - Monoamine  neurotransmitters  à  derived  from  single  amines     Cholinergic  Cell  Groups  Ch1 -­‐6   - Acetylcholine  was  the  first  transmitter  ever  discovered à   discovered  because  of  its  action  on  the  heart     à  Dale  showed  that  it  act  by  way  of  peripheral  nerves   à  gut  à   salivary  glands  à  ganglia  (in  peripheral  nervous  system  of  the   autonomic  nervous  system)   - Also  a  transmitter  in  spinal  cord  and  brain  (ACh  expressed  in  2   major  systems:  all  motor  neurons  (transmitter  of  muscles)  and  also   motor  neurons  in  brain   à  also  expressed  in  cell  groups  in  the  brain  (midbrains,  pons,   striatum,  etc.)   - Choline  acetyltransferase  à  enzyme  for  acetylcholine   - Once  you  found  the  enzyme,  you  can  find  the  transmitter  (where  its  made,  and  where  it  goes)   - Ch1:  in  forebrain   - Ch8:  in  midbrain   - Have  widespread  projections  –  diffuse  outputs  and  major  arousal  functions   - Cholinergic  arousal  system   - Aren’t  many  neurons  –  that’s  why  they  have  widespread  effects   - Also  have  very  powerful  behavioural  effects   - Cholinergic  arousal  systems  have  important  effect  on  forebrain   arousal   - Dopamine  has  important  effects  on  feelings  of  pleasure  and  reward   - Serotonin  is  important  in  treating  depression   - Glutamate  neurons  are  all  over  the  brain  and  spinal  cord   - GABA  neurons  are  all  over  the  brain,  and  some  in  spinal  cord  (but  widespread)     Catecholamines   - Indolamines:  serotonin   • First  ever  discovered  (after  ACh)   • Epinephrine  and  norepinephrine  are  catecholamines  transmitters  that  act  on  the  heart  and  peripheral   nervous  system       • Epinephrine  and  norepinephrine  are  the  important  transmitters  and  hor mones  of  the  sympathetic  nervous   system   • Hormone:  epinephrine   • Transmitter:  norepinephrine   - These  are  released  from  sympathetic  end -­‐organs   • These  hormones  and  transmitters  are  synthesized  by  a  biochemical  pathway   à  begins  with  amino  acid   tyrosine   • Tyrosine  à  important  molecule  as  well  as  a  receptor   • Tyrosine  is  made  into  epinephrine  (hormone)  by  4  different  transformations   • All  catecholamines  are  from  tyrosine   • Tyrosine  +  a  single  enzyme   à  L-­‐DOPA   • L-­‐DOPA  (not  a  transmitter),  but  important  because  it  (L -­‐DOPA  and  tyrosine)  gets  transported  into  the  brain   through  the  BBB  into  brain  cells   • Tyrosine  can  be  used  in  diet  to  boost  levels  of  catecholamines   • L-­‐DOPA  can  be  used  in  diet  to  increase  dopamine  (L -­‐DOPA  is  the  most  important  treatment  for  Parkinson’s)   • Patients  can  eat  tyrosine  or  L-­‐DOPA  to  boost  dopamine  to  get  dopamine  into  the  brain   • L-­‐DOPA  +  one  enzyme  à  Dopamine     • Dopamine  +  one  enzyme  à  norepinephrine     • Norepinephrine  +  one  enzyme   à  epinephrine     • All  related  to  each  other  =  same  pathway   à  just  need  the  enzyme  to  make  the  step  wise  conversions   • Has  a  binding  site  (ring  structure   –  catecholamine)  and  a  second  binding  site  (amine)   à  amine  binding  site  is   on  opposite  end   • Almost  all  transmitter  has  an  amine   • Transmitters  usually  have  2  sides  (sometimes  more)   • Once  you  found  all  of  the  catecholamines,  you  can  find  where  they  are  located  in  the  brain  (identify  cell   groups)   - Today  we  look  for  the  enzymes   • Catecholamine  and  Indolamines  are  very  similar   à  difference?  whether  it  starts  with  tyrosine  or  tryptophan   -  tyrosine à   L-­‐DOPAà    dopamine à  norepinephrine à  epinephrine     - identified  cell  groups  in  brain  (A1-­‐17)   - tryptophan  à  5-­‐Hydroxytrayptamine  (5HT)  =   serotonin   - identified  cell  groups  (B1-­‐9)     Norepinephrine  and  Serotonin   - Look  for  enzyme  for  tyrosine   –  tyrosine  hydroxylase     • enzyme  for  tyrosine  (tyrosine  hydroxylase)  and   that  will  tell  us  where  all  the  catecholamine   neurons  are  –  all  catecholamine  neurons  use   tyrosine  and  tyrosine  hydroxylase  to  get  into  the   catecholamine  form   - Blue:  norepinephrine  à  transmitter  of  sympathetic   end-­‐organ  à  excites  the  heart   à  forms  a  long  chain  going  down  in  the  brain  stem   à  A1-­‐A7  (norepinephrine  neurons)   à  biggest  neurons  are  the  A6:  Locus  Coeruleus   à  A8-­‐17  are  the  dopamine  neurons   à  a  small  cluster  of  a  few  thousand  neurons  has  projections  through  the  entire  cortex,  hippocampus,  and  basal   ganglia   à  very  few  neurons  have  very  diffused  widespread  effects   - Red:  epinephrine   à Very  few  neurons  have  very  diffused  widespread  effects   v Serotonin  (not  a  catecholamine,  its  an  Indolamine   –  double  ring  structure  on  its  binding  site  and  amine)     o B1-­‐B9   à Synthesized  from  tryotophan   à  makes  serotonin  or  melatonin  (Indolamines)   v Cholinergic  neurons:  C1-­‐C8         Some  Other  Transmitters   - These  are  other  classes  of  t ransmitters  that  can  have  unusual  release,  transmission  and  actions   - polypeptides  (e.g.  encephalin,  hormones)   - some  polypeptides  have  transmitter-­‐like  effects   - usually  synthesized  by  chopping  up  long  chains  of  proteins   à  you  then  get  short  chains   - Have  an  amine  at  the  end  of  the  chain  (amine  terminal,  and  carboxyl  terminal)   à  2  binding  sites  at  the   start  and  the  end   - Can  have  more  binding  sites  though   - Can  all  become  transmitters   - Large  molecule  =  slow  and  more  complicated  but  also  more  selective   à  has  their  own  receptors,  and   slower  effects   - Sometimes  called  modulators  (because  they  do  not  have  big  postsynaptic  effect   –  slower)  à  and  also  be   found  as  a  2  transmitter  inside  the  same  cell   - “Primary  fast  transmitter,  secondary  polypeptide  modulator ”   - they  have  binding  sites  and  depolarization  effects,  just  tend  to  be  slower   - ATP  and  purines  (e.g.  adenosine)   - Influences  many  cells   - Adenosine  triphosphate  is  found  in  ATP  is  released  along  WITH  transmitter   à  As  adenosine  is  released,  it   can  have  actions  that  are  transmitter-­‐based  release  effects   nd - Nitric  oxide  (2  messenger  and  retrograde  transmitter)   - Nitric  oxide  can  go  forward  and  back   à  can  have  2  messenger  effects  and  retrograde  effects   - Endocannabinoids  (e.g.  anandamide,  2AG)   - Endocannabinoids  à  lipophilic  –  can  pass  through  membranes     - can  also  be  retrograde  and  can  have  odd  secondary  effects   - Growth  factors  (e.g.  NGF)   - Growth  factors:  neurotrophins  (long  polypeptides)   –  act  on  a  different  classes  of  receptors     Receptors   - amine  binding  site  and  other  site(s)   - Almost  all  cells  have  glutamate  in  them   - For  it  to  be  effective  =  has  to  be  released  and  act  on  presynaptic  receptors   - Many  slow  and  fast  affects   - For  glutamate  to  become  a  transmitter:  has  to  be  stored  in  vesicles   à  transported  inside  the  vesicles   - Vesicular  glutamate  transporter   à  allows  glutamate  to  be  stored  and  released   - many  receptors  for  each  transmitter   - Once  these  transmitters  are  released à  have  to  bind  to  pre-­‐  and  post-­‐  synaptic  receptors   - All  amines  –  all  have  amine  binding  site  and  or  3  amine  binding  site   - Ability  to  have  a  second  site  that  gives  them  their  selectivity   à  need  to  have  a  2  site  because  they  all   have  an  amine  site   - In  most  cases,  its  not  a  single  receptor,  but  it ’s  a  whole  family  of  receptors  that  glutamate,  acetylcholine,   and  catecholamine  acts  on   - Dale  showed  that  ACh  can  act  on  many  different  peripheral  nervous  system  receptors   - Muscles  have  one  class  of  receptors  that  are  fast   - Actions  of  ACh  on  muscles  are  fast  and  mimic  by  nicotine  (nicotine  can  act  on  muscles)   - Nicotinic  poison  acts  on  nicotinic  class  of  receptors   - And  heart  has  other  types  of  receptors  that  are  slow  and  inhibitory   - Muscarine  is  a  poison  found  in  mushrooms   à  Muscarine  poison  is  from  a  red  spotted  mushroom   à  acts   on  hea
More Less

Related notes for HMB200H1

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.