Biologiczne mechanizmy zachowania
Przekanictwo chemiczne w mzgu
mgr Monika Mazurek IPs UJ
Odkrycie synaps
Ramon y Cajal (koniec XIX wieku) neurony nie cz si midzy sob, midzy nimi jest drobna szczelina.
Charles Scott Sherrington (1906) szczeglny rodzaj komunikacji w szczelinie. Zaproponowa pojcie SYNAPSY.
Sherrington (1906)
Studiowanie odruchw PROSTY UK ODRUCHOWY
Sherrington (1906)
Dlaczego komunikacja synaptyczna jest wyjtkowa?
- Szybko inicjowania odruchw - wolniejsza ni przewodzenie informacji przez akson (15 m/s do 40 m/s)
- Kilka sabszych bodcw zadziaa silniej ni jeden bodziec (sumowanie)
- Gdy jedne synapsy s pobudzone inne rozlunione
Sherrington (1906)
Odruchy s wolniejsze ni przewodzenie informacji przez akson: OPNIENIE SYNAPTYCZNE
UKUCIE APY receptor czuciowy rdze krgowy receptor ruchowy ZGICIE APY
Sherrington (1906)
SUMOWANIE CZASOWE efekty naoonych po sobie bodcw mog si sumowa
Pojedyncze ukucie apy: brak reakcji Kilka uku: reakcja Kilka szybkich uku: wyrana reakcja Po jednym ukuciu pobudzenie neuronu
postsynaptycznego byo za niskie Po kilku ukuciach sumowanie, wyzwolenie
potencjau czynnociowego w neuronie postsynaptycznym
John Eccles (1964)
Pierwszy opis zjawisk synaptycznych na poziomie molekularnym
- mikroelektroda w neuronie suca do pomiaru zmian potencjau bonowego
- stymulacja aksonw z elektrodami i obserwacja neuronu
- lokalna depolaryzacja bony neuronu postsynaptycznego
Potencjay postsynaptyczne
Potencjay postsynaptyczne mog mie charakter:
- Depolaryzacji (potencja pobudzajcy)
- Polaryzacji (potencja hamujcy)
Potencjay czynnociowe zawsze depolaryzacja
Potencjay postsynaptyczne (stopniowane)
Depolaryzacja postsynaptyczny potencja pobudzajcy (EPSP, excitatory postsynaptic potential)
Hiperpolaryzacja postsynaptyczny potencja hamujcy (IPSP, inhibitory postsynaptic potential)
EPSP
Lokalna depolaryzacja
Przyblia potencja bonowy do progu wytworzenia potencjau czynnociowego
Wywoany jest pobudzeniem kilku synaps
Niewielki do 8mV
Opnienie synaptyczne (0,5-1ms)
Zanikaj wykadniczo w przestrzeni
Kocowy efekt sumowania wzgrek aksonalny
EPSP
Otwarcie kanaw sodowych, wzrasta przepyw jonw sodu przez bon
Zdarzenie podprogowe inaczej ni potencja czynnociowy
Kolejne EPSP mog si sumowa, przekraczajc prg potencjau czynnociowego (zalene od iloci EPSP, czasu nastpowania po sobie EPSP, progu komrki)
EPSP
IPSP
Chwilowa hiperpolaryzacja bony
- wiksza przepuszczalno dla jonw K+
- wiksza przepuszczalno dla jonw Cl-
Oddala potencja bony komrkowej od progu wytworzenia potencjau czynnociowego
IPSP
Oddziaywanie synapsy wybirczo otwiera kanay dla potasu, ktry wypywa z komrki lub chloru, ktry napywa do komrki
Potencja postsynaptyczny hamujcy aktywny mechanizm, nie doprowadza do pobudzenia
IPSP i EPSP
neurotransmiter pobudzajcy
neurotransmiter hamujcy
zakoczenie presynaptyczne
zakoczenie presynaptyczne
receptor Bona
postsynaptyczna
Bona postsynaptyczna
receptor szczelina synaptyczna
szczelina synaptyczna
Wkno hamujce
Sumowanie przestrzenne
Kilka synaps z rnych miejsc sumuje oddziaywanie na neuron
Kucie w ap raz brak reakcji
Kucie w ap raz w dwch miejscach - reakcja
EPSP I IPSP
Neuron rzadko wystawiony na dziaanie jednego mechanizmu
Wiele synaps niektre pobudzajce, inne hamujce
Docierajce EPSP i IPSP konkuruj ze sob, od neuronu postsynaptycznego zaley czy potencja czynnociowy wytworzy si czy nie
Czynno spontaniczna okresowe wyzwalanie potencjau czynnociowego pod nieobecno stymulacji
Pobudzenie neuronu
WSZYSTKO ALBO NIC dostatecznie silny bodziec wywoa zawsze t sam reakcj; zbyt saby - nawet jej nie zapocztkuje.
EPSP i IPSP
- im wicej EPSP, tym wiksze prawdopodobiestwo wygenerowania
potencjau czynnociowego; - im wicej IPSP, tym mniejsze prawdopodobiestwo wygenerowania
potencjau czynnociowego
- inne czynniki: wielko pojedynczego EPSP, skuteczno efektw sumowania, indywidualny prg pobudzenia neuronu
- komrki spontanicznie generujce potencja czynnociowy
- dyzinhibicja (hamowanie hamowania)
SYNAPSY
Synapsy mog by tworzone w kadym miejscu na komrce odbierajcej sygna
Lokalizacja stanowi podstaw ich klasyfikacji - wikszo tworzona jest na dendrytach
Synapsy chemiczne i synapsy elektryczne Kada synapsa moe by okrelana jako pobudzajca
lub hamujca - synapsy pobudzajce: pobudzanie pobudzenia lub
pobudzanie hamowania - synapsy hamujce: hamowanie pobudzenia lub
hamowanie hamowania (tzw. dyzinhibicja)
Otto Loewi (1920)
Nerwy wysyaj informacje za pomoc substancji chemicznych
- stymulacja nerwu bdnego serca aby (obnienie czstoci skurczw)
- pyn, w ktrym zanurzono serce przeniesiony do innego serca
- obnienie czstoci skurczw take tego serca
Otto Loewi (1920)
Lokalizacja synaps
-Aksodendrytyczne -Aksosomalne
Synapsy aksodendrytyczne
Mae przejrzyste pcherzyki synaptyczne zwierajce neuroprzekaniki wiele synaps zawiera wiele rnych pcherzykw
Liczne mitochondria w zakoczeniu aksonu Szczelina synaptyczna (30nm), zawiera filamenty
biakowe Bona komrkowa dendrytu w obszarze
tworzcym synaps jest pogrubiona i tworzy zagszczenie poststnaptyczne
Najczciej s synapsami pobudzajcymi
Synapsy aksosomalne
Szczelina synaptyczna (20nm)
Cienkie zagszczenie postsynaptyczne
Najczciej s synapsami hamujcymi
Podzia synaps ze wzgldu na rodzaj dziaania
Elektryczne
Chemiczne
Synapsy elektryczne
Poczenia szczelinowe koneksony
Konekson 6 podjednostek (koneksyn)
rednica kanaw 2-3nm
Stanowi jedynie niewielk pul synaps u dorosych osobnikw
KONEKSON
Cechy przekanictwa elektrycznego
Bardzo dua prdko
Wysoka wierno przekazu (bez znieksztace)
Dziaanie dwukierunkowe
Poczenia szczelinowe mog si zamyka
Brak neuromodulacji ograniczony wpyw na modyfikacj neuronu postsynaptycznego
Synapsy chemiczne
Przewaajca liczba synaps
Szczelina synaptyczna (20-500nm)
Uwalnianie neuroprzekanikw z pcherzyka synaptycznego
Receptory na bonie postsynaptyczej
Synapsy elektryczne i chemiczne
poczenie szczelinowe (2 nm)
neuron postsynaptyczny
koneksyna - biako bonowe tworzce kanay jonowe
bona postsynaptyczna
jony przepywaj przez Kanay biakowe bona
presynaptyczna
neuron presynaptyczny
synapsa elektryczna synapsa chemiczna
neuron presynaptyczny
neuron postsynaptyczny
neuromediator zostaje uwolniony pcherzyk synaptyczny
ulega fuzji
szczelina synaptyczna (20 nm)
jony przepywaj przez kanay na bonie postsynaptycznej
receptor na bonie postsynaptycznej bona
postsynaptyczna
bona presynaptyczna
Purves et al. ed. (2004) Neuroscience, Sinauer Associates, 3e
mikrotubule
cytoplazma
mitochondria
pcherzyk synaptyczny
Neuroprzekaniki
Zjawiska chemiczne w synapsie
1. Synteza neuroprzekanikw (mae w zakoczeniach presynaptycznych, biakowe w somie.
2. Neuroprzekaniki biakowe s transportowane do zakocze presynaptycznych.
3. Potencja czynnociowy: jony wapnia napywaj do komrki i uwalniaj neuroprzekanik do szczeliny.
4. Uwolniony neuroprzekanik przycza si do receptora neuronu postsynaptycznego
Zjawiska chemiczne w synapsie c.d.
5. Czsteczki odczaj si od receptora i zostaj przeksztacane w substancje nieaktywne
6. Niektre komrki neuroprzekanik z powrotem transportowany do neuronu presynaptycznego w celu ponownego uycia (wychwyt zwrotny)
Receptory postsynaptyczne
Jonotropowe
Metabotropowe
Receptory jonotropowe (bramkowane ligandem)
Przyczenie neuroprzekanika powoduje otwarcie kanau dla danych jonw
szybkie w dziaaniu (10 ms od przyczenia neurotransmitera do reakcji)
dziaaj krtko (20 ms) i lokalnie
przekazywanie informacji sensorycznych (wzrok, such) i sterowanie ruchami mini
SZYBKIE PRZEKANICTWO SYNAPTYCZNE
Receptory metabotropowe (zalene od biaka G)
powolne w dziaaniu (30 ms od przyczenia neuroprzekanika do reakcji)
Reakcja sekundy, minuty godziny mog powodowa dugotrwae zmiany w caej
komrce (majce miejsce dugo po zaprzestaniu dziaania neuroprzekanika)
biako G, wtrne przekaniki WOLNE PRZEKANICTWO SYNAPTYCZNE
Rnice indywidualne
Dla kadego neuroprzekanika mzg posiada rne rodzaje receptorw
Zmienno osobnicza w liczbie rodzajw receptorw
Inaktywacja neuroprzekanikw
Niemoliwa byaby szybka reakcja poststnaptycznej komorki na zmieniajcy si sygna presynaptyczny
Desensytyzacja receptorw (zmniejszenie wraliwoci synapsy na neuroprzekanik)
Neuroprzekanik czy neuromodulator
Neuroprzekanik:
- Przekanictwo szybkie
- Dziaa bezporednio
Neuromodulator:
Neuroprzekaniki gwnie biakowe
