Illustrasjon av hovedelementene i en prototypisk synapse. Synapser tillater nerveceller å kommunisere med hverandre gjennom axoner og dendriter, og omdanner elektriske impulser til kjemiske signaler.Kjemiske synapser Er spesialiserte veikryss gjennom hvilke celler i nervesystemet signalerer til hverandre og til ikke-neuronale celler som muskler eller kjertler. En kjemisk synapse mellom en motor neuron og en muskel celle kalles en nevromuskulær veikryss.Kjemiske synapser tillater nevronene i sentralnervesystemet å danne sammenkoblede nevrale kretser. De er dermed avgjørende for de biologiske beregningene som ligger til grunn for oppfatning og tanke. De gir også midler gjennom hvilke nervesystemet kobles til og styrer de andre systemene i kroppen.Den menneskelige hjerne inneholder et stort antall kjemiske synapser, med små barn som har ca 1016 synapser (10.000 billioner.). Dette tallet avtar med alderen, stabiliserende ved voksen alder. Estimater for en voksen varierer fra 1015 til 5 × 1015 synapser (1000 til 5000 billioner).ordet «synapse» kommer fra «synaptein» Som Sir Charles Scott Sherrington og hans kolleger laget fra det greske «syn -» som betyr «sammen»og» haptein «som betyr » å hekte». Kjemiske synapser er ikke den eneste typen biologiske synapser: elektriske og immunologiske synapser finnes også. Uten en kvalifikator refererer «synapse» i seg selv oftest til en kjemisk synaps.

Anatomi

ved en prototypisk kjemisk synaps, slik som de som finnes på dendritiske spines, en sopp-formet knopp prosjekter fra hver av to celler og caps av disse knoppene presse flatt mot hverandre. Ved dette grensesnittet flankerer membranene i de to cellene hverandre over et slank gap, hvor smalheten gjør det mulig for signalmolekyler kjent som nevrotransmittere å passere raskt fra en celle til den andre ved diffusjon. Dette gapet, som er omtrent 20 nm bredt, er kjent som synaptisk kløft.

slike synapser er asymmetriske både i struktur og i hvordan de opererer. Bare den såkalte pre-synaptiske nevronen utskiller nevrotransmitteren, som binder seg til reseptorer som vender inn i synapsen fra den postsynaptiske cellen. Den pre-synaptiske nerveterminalen (også kalt den synaptiske knappen eller bouton) vanligvis knopper fra spissen av en axon, mens den postsynaptiske målflaten vanligvis vises på en dendrit, en cellekropp eller en annen del av en celle. Delene av synapser hvor nevrotransmitter frigjøres kalles de aktive sonene. Ved aktive soner holdes membranene i de to tilstøtende cellene i nær kontakt med celleadhesjonsproteiner. Umiddelbart bak den postsynaptiske membranen er et forseggjort kompleks av sammenkoblede proteiner kalt postsynaptisk tetthet. Proteiner i postsynaptisk tetthet tjener en myriade av roller, fra forankring og handel med nevrotransmitterreseptorer i plasmamembranen, for å forankre forskjellige proteiner som modulerer aktiviteten til reseptorene. Den postsynaptiske cellen trenger ikke å være et nevron, og kan også være kjertel-eller muskelceller.

Signalering over kjemiske synapser

frigivelsen av nevrotransmitter utløses ved ankomsten av en nerveimpuls (eller handlingspotensial) og skjer gjennom en uvanlig rask prosess med cellulær sekresjon, også kjent som eksocytose: i den pre-synaptiske nerveterminalen sitter vesikler som inneholder nevrotransmitter «dokket» og klar ved den synaptiske membranen. Det ankommende handlingspotensialet gir en tilstrømning av kalsiumioner gjennom spenningsavhengige, kalsiumselektive ionkanaler. Kalsiumioner utløser deretter en biokjemisk kaskade som resulterer i vesikler som smelter sammen med presynaptisk membran og frigjør innholdet til det synaptiske spaltet. Vesikelfusjon drives av virkningen av et sett med proteiner i presynaptisk terminal kjent som Snarer. Membranen tilsatt av denne fusjonen hentes senere ved endocytose og resirkuleres for dannelse av friske nevrotransmitterfylte vesikler. Reseptorer på motsatt side av det synaptiske gapet binder nevrotransmittermolekyler og reagerer ved å åpne nærliggende ionekanaler i den postsynaptiske cellemembranen, noe som forårsaker at ioner rush inn eller ut og endrer det lokale transmembranpotensialet i cellen. Den resulterende endringen i spenning kalles et postsynaptisk potensial. Generelt er resultatet eksitatorisk, i tilfelle depolariserende strømmer, eller hemmende ved hyperpolariserende strømmer. Om en synaps er eksitatorisk eller hemmende, avhenger av hvilken type(r) ionkanal som utfører post-synaptisk strømdisplay(er), som igjen er en funksjon av typen reseptorer og nevrotransmitter som brukes ved synapsen.

Modulering av synaptisk overføring

etter fusjon av synaptiske vesikler Og frigjøring av transmittermolekyler i det synaptiske spaltet, blir nevrotransmitteren raskt fjernet fra rommet for resirkulering av spesialiserte membranproteiner i den pre-synaptiske eller post-synaptiske membranen. Denne «gjenopptak» forhindrer «desensibilisering» av de postsynaptiske reseptorene og sikrer at etterfølgende handlingspotensialer vil fremkalle samme størrelse postsynaptisk potensial («PSP»). Nødvendigheten av reopptak og fenomenet desensibilisering i reseptorer og ionekanaler betyr at styrken til en synaps i virkeligheten kan reduseres når et handlingspotensial kommer i rask rekkefølge-et fenomen som gir opphav til den såkalte frekvensavhengigheten av synapser. Nervesystemet utnytter denne egenskapen for beregningsformål, og kan stille sine synapser gjennom slike midler som fosforylering av de involverte proteinene. Størrelsen, antall og påfyllingshastighet av vesikler er også underlagt regulering, som er mange andre elementer av synaptisk overføring. For eksempel påvirker en klasse medikamenter kjent som selektive serotoninreopptakshemmere eller Ssri visse synapser ved å hemme gjenopptaket av nevrotransmitteren serotonin. I motsetning til dette gjennomgår en viktig eksitatorisk nevrotransmitter, acetylkolin, ikke gjenopptak, men fjernes i stedet fra synapsen ved virkningen av enzymet acetylkolinesterase.

Integrasjon av synaptiske innganger

Generelt, Hvis en eksitatorisk synaps er sterk, vil et handlingspotensial i det pre-synaptiske nevron utløse en annen i den post-synaptiske cellen; mens ved en svak synapse vil det eksitatoriske post-synaptiske potensialet («EPSP») ikke nå terskelen for initiering av handlingspotensial. I hjernen, men hver nevron vanligvis danner synapser med mange andre, og likeledes hver mottar synaptiske innganger fra mange andre. Når aksjonspotensialer brenner samtidig i flere nevroner som svakt synapser på en enkelt celle, kan de starte en impuls i den cellen, selv om synapsene er svake. Denne prosessen kalles summering. På den annen side kan en pre-synaptisk neuron som frigjør en hemmende nevrotransmitter som GABA forårsake hemmende postsynaptisk potensial i post-synaptisk neuron, redusere spenningen og dermed redusere nevronets sannsynlighet for å brenne et handlingspotensial. På denne måten kan utgangen av et nevron avhenge av inngangen til mange andre, som hver kan ha en annen grad av innflytelse, avhengig av styrken av synapsen med den nevronen. John Carew Eccles utførte noen av de viktige tidlige forsøkene på synaptisk integrasjon, som han mottok Nobelprisen for Fysiologi eller Medisin i 1963. Komplekse input / output relasjoner danner grunnlaget for transistor-baserte beregninger i datamaskiner, og antas å finne tilsvarende i nevrale kretser.

Synaptisk styrke

styrken til en synaps er definert av endringen i transmembranpotensial som følge av aktivering av postsynaptiske nevrotransmitterreseptorer. Denne endringen i spenning er kjent som et postsynaptisk potensial, og er et direkte resultat av ioniske strømmer som strømmer gjennom postsynaptiske reseptorkanaler. Endringer i synaptisk styrke kan være kortsiktige og uten permanente strukturelle endringer i nevronene selv, som varer sekunder til minutter – eller langsiktig (langsiktig potensiering eller LTP), hvor gjentatt eller kontinuerlig synaptisk aktivering kan resultere i andre messenger molekyler som initierer proteinsyntese i nevronens kjerne, noe som resulterer i endring av strukturen til selve synapsen. Læring og minne antas å skyldes langsiktige endringer i synaptisk styrke, via en mekanisme kjent som synaptisk plastisitet.

Forhold til elektriske synapser

en elektrisk synapse er en mekanisk og elektrisk ledende kobling mellom to tilstøtende nevroner som dannes ved et smalt gap mellom pre-og postsynaptiske celler kjent som et gapskryss. Ved gap veikryss, celler tilnærming innenfor ca 3,5 nm av hverandre (Kandel et al., 2000, s. 179), en mye kortere avstand enn 20 til 40 nm avstand som skiller celler ved kjemiske synapser (Hormuzdi et al., 2004). I motsetning til kjemiske synapser, er det postsynaptiske potensialet i elektriske synapser ikke forårsaket av åpning av ionkanaler av kjemiske sendere, men ved direkte elektrisk kobling mellom begge nevronene. Elektriske synapser er derfor raskere og mer pålitelige enn kjemiske synapser. Elektriske synapser finnes i hele nervesystemet, men er mindre vanlige enn kjemiske synapser.