2007 școli Wikipedia selecție. Subiecte înrudite: biologie generală

ilustrarea elementelor majore dintr-o sinapsă prototipică. Sinapsele permit celulelor nervoase să comunice între ele prin axoni și dendrite, transformând impulsurile electrice în semnale chimice.

sinapsele chimice sunt joncțiuni specializate prin care celulele sistemului nervos semnalează între ele și celulelor non-neuronale, cum ar fi mușchii sau glandele. O sinapsă chimică între un neuron motor și o celulă musculară se numește joncțiune neuromusculară.sinapsele chimice permit neuronilor sistemului nervos central să formeze circuite neuronale interconectate. Ele sunt astfel cruciale pentru calculele biologice care stau la baza percepției și gândirii. Ele oferă, de asemenea, mijloacele prin care sistemul nervos se conectează și controlează celelalte sisteme ale corpului.

creierul uman conține un număr imens de sinapse chimice, copiii mici având aproximativ 1016 sinapse (10.000 trilioane.). Acest număr scade odată cu vârsta, stabilizându-se până la vârsta adultă. Estimările pentru un adult variază de la 1015 la 5 sinapse 1015 de la 1.000 la 5.000 de trilioane).

cuvântul „sinapsă” provine de la „synaptein” pe care Sir Charles Scott Sherrington și colegii săi l-au inventat din grecescul „syn -” care înseamnă „împreună” și „haptein” care înseamnă „a închide”. Sinapsele chimice nu sunt singurul tip de sinapsă biologică: există și sinapse electrice și imunologice. Cu toate acestea, fără un calificativ, „sinapsă” de la sine se referă cel mai frecvent la o sinapsă chimică.

anatomie

la o sinapsă chimică prototipică, cum ar fi cele găsite la spini dendritici, un mugur în formă de ciupercă se proiectează din fiecare dintre cele două celule și capacele acestor muguri se apasă unul împotriva celuilalt. La această interfață, membranele celor două celule se flancează reciproc într-un spațiu subțire, a cărui îngustime permite moleculelor de semnalizare cunoscute sub numele de neurotransmițători să treacă rapid de la o celulă la alta prin difuzie. Acest decalaj, care are o lățime de aproximativ 20 nm, este cunoscut sub numele de cleft sinaptic.

astfel de sinapse sunt asimetrice atât în structură, cât și în modul în care funcționează. Numai așa-numitul neuron pre-sinaptic secretă neurotransmițătorul, care se leagă de receptorii care se confruntă în sinapsă din celula post-sinaptică. Terminalul nervului pre-sinaptic (numit și butonul sinaptic sau bouton), în general, muguri de la vârful unui axon, în timp ce suprafața țintă post-sinaptică apare de obicei pe un dendrit, un corp celular sau o altă parte a unei celule. Părțile sinapselor în care este eliberat neurotransmițătorul se numesc zone active. În zonele active, membranele celor două celule adiacente sunt ținute în contact strâns de proteinele de adeziune celulară. Imediat în spatele membranei post-sinaptice se află un complex elaborat de proteine interconectate numit densitate postsinaptică. Proteinele din densitatea postsinaptică servesc o multitudine de roluri, de la ancorarea și traficul receptorilor neurotransmițători în membrana plasmatică, până la ancorarea diferitelor proteine care modulează activitatea receptorilor. Celula postsinaptică nu trebuie să fie un neuron și poate fi, de asemenea, glandă sau celule musculare.

semnalizare prin sinapse chimice

eliberarea neurotransmițătorului este declanșată de sosirea unui impuls nervos (sau potențial de acțiune) și are loc printr-un proces neobișnuit de rapid de secreție celulară, cunoscut și sub numele de exocitoză: în terminalul nervului pre-sinaptic, veziculele care conțin neurotransmițător stau „andocate” și gata la membrana sinaptică. Potențialul de acțiune care ajunge produce un aflux de ioni de calciu prin canale ionice dependente de tensiune, selective de calciu. Ionii de calciu declanșează apoi o cascadă biochimică care are ca rezultat fuziunea veziculelor cu membrana presinaptică și eliberarea conținutului lor în fisura sinaptică. Fuziunea veziculelor este condusă de acțiunea unui set de proteine în terminalul presinaptic cunoscut sub numele de capcane. Membrana adăugată prin această fuziune este recuperată ulterior prin endocitoză și reciclată pentru formarea de vezicule proaspete umplute cu neurotransmițători. Receptorii de pe partea opusă a decalajului sinaptic leagă moleculele neurotransmițătorului și răspund prin deschiderea canalelor ionice din apropiere în membrana celulară post-sinaptică, determinând ionii să intre sau să iasă și să schimbe potențialul transmembranar local al celulei. Schimbarea rezultată a tensiunii se numește potențial postsinaptic. În general, rezultatul este excitator, în cazul curenților depolarizatori sau inhibitor în cazul curenților hiperpolarizatori. Dacă o sinapsă este excitatorie sau inhibitoare depinde de ce tip(e) de canal ionic conduce afișajul(afișajele) curentului post-sinaptic, care la rândul său este o funcție a tipului de receptori și neurotransmițător angajat la sinapsă.

modularea transmisiei sinaptice

după fuziunea veziculelor sinaptice și eliberarea moleculelor emițătoare în fisura sinaptică, neurotransmițătorul este eliminat rapid din spațiul pentru reciclare de către proteinele membranare specializate din membrana pre-sinaptică sau post-sinaptică. Această „recaptare ” previne” desensibilizarea”receptorilor post-sinaptici și asigură că potențialele de acțiune succesive vor obține același potențial post-sinaptic de aceeași dimensiune („PSP”). Necesitatea recaptării și fenomenul desensibilizării în receptori și canale ionice înseamnă că puterea unei sinapse se poate diminua efectiv pe măsură ce un tren de potențiale de acțiune ajunge în succesiune rapidă-fenomen care dă naștere așa-numitei dependențe de frecvență a sinapselor. Sistemul nervos exploatează această proprietate în scopuri computaționale și își poate regla sinapsele prin mijloace precum fosforilarea proteinelor implicate. Dimensiunea, numărul și rata de reaprovizionare a veziculelor sunt, de asemenea, supuse reglementării, la fel ca multe alte elemente ale transmisiei sinaptice. De exemplu, o clasă de medicamente cunoscute sub numele de inhibitori selectivi ai recaptării serotoninei sau ISRS afectează anumite sinapse prin inhibarea recaptării neurotransmițătorului serotonină. În schimb, un neurotransmițător excitator important, acetilcolina, nu suferă recaptare, ci este îndepărtat din sinapsă prin acțiunea enzimei acetilcolinesterază.

integrarea intrărilor sinaptice

În general, dacă o sinapsă excitatorie este puternică, un potențial de acțiune în neuronul pre-sinaptic va declanșa altul în celula post-sinaptică; întrucât la o sinapsă slabă potențialul post-sinaptic excitator („EPSP”) nu va atinge pragul pentru inițierea potențialului de acțiune. Cu toate acestea, în creier, fiecare neuron formează de obicei sinapse cu mulți alții și, de asemenea, fiecare primește intrări sinaptice de la mulți alții. Când potențialele de acțiune se declanșează simultan în mai mulți neuroni care se sinapsează slab pe o singură celulă, aceștia pot iniția un impuls în acea celulă, chiar dacă sinapsele sunt slabe. Acest proces este cunoscut sub numele de însumare. Pe de altă parte, un neuron pre-sinaptic care eliberează un neurotransmițător inhibitor, cum ar fi GABA, poate provoca potențial postsinaptic inhibitor în neuronul post-sinaptic, scăzând excitabilitatea acestuia și, prin urmare, scăzând probabilitatea neuronului de a declanșa un potențial de acțiune. În acest fel, ieșirea unui neuron poate depinde de intrarea multor altora, fiecare dintre acestea putând avea un grad diferit de influență, în funcție de puterea sinapsei sale cu acel neuron. John Carew Eccles a efectuat unele dintre experimentele timpurii importante privind integrarea sinaptică, pentru care a primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1963. Relațiile complexe de intrare / ieșire formează baza calculelor bazate pe tranzistori în computere și se crede că apar în mod similar în circuitele neuronale.

puterea sinaptică

puterea unei sinapse este definită de modificarea potențialului transmembranar rezultat din activarea receptorilor neurotransmițători postsinaptici. Această modificare a tensiunii este cunoscută sub numele de potențial post-sinaptic și este un rezultat direct al curenților ionici care curg prin canalele receptorului post-sinaptic. Modificările rezistenței sinaptice pot fi pe termen scurt și fără modificări structurale permanente ale neuronilor înșiși, durând secunde până la minute – sau pe termen lung ( potențare pe termen lung sau LTP), în care activarea sinaptică repetată sau continuă poate duce la molecule mesager secundar inițierea sintezei proteinelor în nucleul neuronului, rezultând alterarea structurii sinapsei în sine. Se crede că învățarea și memoria rezultă din modificări pe termen lung ale forței sinaptice, printr-un mecanism cunoscut sub numele de plasticitate sinaptică.

relația cu sinapsele electrice

o sinapsă electrică este o legătură mecanică și conductivă electric între doi neuroni care se învecinează, care se formează la un decalaj îngust între celulele pre – și postsinaptice cunoscute sub numele de joncțiune gap. La joncțiunile gap, celulele se apropie la aproximativ 3,5 nm una de cealaltă (Kandel și colab., 2000, p.179), o distanță mult mai scurtă decât distanța de 20 până la 40 nm care separă celulele la sinapsele chimice (Hormuzdi și colab., 2004). Spre deosebire de sinapsele chimice, potențialul postsinaptic din sinapsele electrice nu este cauzat de deschiderea canalelor ionice de către emițătorii chimici, ci de cuplarea electrică directă între ambii neuroni. Sinapsele electrice sunt, prin urmare, mai rapide și mai fiabile decât sinapsele chimice. Sinapsele electrice se găsesc în întregul sistem nervos, dar sunt mai puțin frecvente decât sinapsele chimice.