GRAĐA I FUNKCIJA SINAPSI I STANIČNI TEMELJI PONAŠANJA
Temelji neuroznanosti2008
Sinapsa :
Funkcionalno povezuje dva neurona.Sastoji se od tri dijela:1. Presinaptički element2. Sinaptička pukotina3. Postsinaptički element
Nerve cells talking - and making sense
Sinaptička signalizacija je:
• jednosmjerna• brza (120 m/s)• kratkotrajna ( 0,3 do1 ms)• specifična• precizna
Dvostruko prevođenje signala
• 1. Električni signal prevodi se u kemijski• 2. Kemijski signal prevodi se u:
– a) električni (ionotropni-izravno, metabotropni-neizravno)– b) kemijski (metabotropni, ionotropni: c(Ca2+ )i se povećava)
Kemijska sinaptička signalizacija
• 1. EGZOCITOZA NEUROTRANSMITERA• 2. AKTIVACIJA RECEPTORA
• 1. PROMJENA IONSKE VODLJIVOSTI• 2. PROMJENA c(Ca2+)i POSTSINAPTIČKE
STANICE
Postsinaptički potencijali
• EPSP – depolarizira staničnu membranu• OLAŠAVA NASTANAK AKCIJSKOGA POTENCIJALA
• IPSP – hiperpolarizira staničnu membranu• OTEŽAVA NASTANAK AKCIJSKOGA POTENCIJALA
• Sinaptička odgoda (latencija)• Sinaptičko zamaranje• Sinaptički blok
I: Struktura sinapse i njenih dijelova
Presinaptički element, sinaptička pukotina i postsinaptički element
Fig. 1.6.4. Axo-spinous synapse. The short spine of a thin type (S) originates from the dendritic stem (D). Note obliquely sectioned thin parallel filaments in the postsynaptic density (so far unknown andundescribed structure). Microtubule marked by arrow. Scale = 200 nm. (Mouse, neocortex.)
-mitohondriji-sinaptički mjehurići-presinaptičko zgusnuće-presinaptička vezikularna rešetka (aktivna zona)-presinaptička membrana-sinaptička pukotina-postsinaptička membrana-receptor-postinaptičko zgusnuće
Sinaptički mjehurići
• 1. Mali mjehurići bistre srži (40-50 nm, AcH, glutamat, GABA, glicin)
• 2. Mali ili srednji mjehurići zgusnute srži (50-80nm, dopamin, noradrenalin, adrenalin, serotonin)
• 3. Veliki mjehurići zgusnute srži (100-150 nm, neuropeptidi)
• 4. Neurosekretni mjehurići (150-200 nm, nerohormoni stražnjeg režnja hipofize)
Sinaptička pukotina
• Širina: centralne 10-20 nm, neuromišićna 60-100 nm
• Međustanična ploča• Poliionske veze• Velika koncentracija glikoproteina i
mukopolisaharida
Postsinaptički element
• Receptori• Ionski kanali• Postsinaptičko zgusnuće (30-ak vrsta proteina;
aktin, fodrin, kalmodulin itd., enzimi)– kora velikog mozga: CaM-K II i PKA
II. Vrste sinapsi
Klasifikacija sinapsi
(MarcColonnier; asimetrične sinapse)Sinapsa I
Gray 1959Sinapsa II (MarcColonnier; simetrične
sinapse)
TIP SINAPSE
NEUROTRANSMITER VRSTA LOKACIJA MJEHURIĆ
Sinapsa I(asimetrična, široka pukotina)
GLUTAMAT Eksc. dendritičkitrnovi
samookrugli
Sinapsa II(simetrična, uska pukotina)
GABA Inhib. soma ilipočetak dendrita
okrugli isplošteni
Fig. 1.6.7. Two axo-dendritic synapses on a dendritic stem (D). The asymmetrical (Gray I) type with spherical synaptic vesicles in the presynaptic bouton and prominent postsynaptic density (S, red asterisk) on the right, the symmetrical (Gray II) type with pleiomorphic or flat vesicles in the presynaptic boutonand only slight postsynaptic density (F, blue asterix on the left. Scale = 200 nm. (Rat, lateral geniculatenucleus.)
III. Egzocitoza
Prispijeće akcijskog potencijala u aksonski završetak - depolarizacija
Utok Ca2+ u stanicu + Mjehurići u aktivnim zonama
Kvantizirana egzocitoza neurotransmitera
CIKLUS SINAPTIČKIH MJEHURIĆA-mali mjehurići bistre srži-1 ms + 5 s + 55 s
-proteini sinaptičkih mjehurića-proteini presinaptičke membrane-proteini otopljeni u citosolu
Ciklus sinapt. mjehurića Ostale egzocitoze
• Lokalni autonomni proces u aksonskom završetku, ne ovisi o Golgijevom kompleksu
• Brza (50 x u sekundi)• Samo mjehurići u
aktivnoj zoni• U sinaptičku pukotinu
• Ovisi o Gogijevom kompleksu
• Spora• Mjehurići ne moraju biti u
aktivnoj zoni• Oslobađaju se pokraj
sinaptičke pukotine (neurohormoni hipofize u blizinu kapilara)
IV. Postinaptički potencijali
-NASTAJU VEZANJEM LIGANDA (NEUROTRANSMITERA) NA RECEPTOR NA POSTSINAPTIČKOJ MEMBRANI
- PRI TOME NASTAJE ILI EKSCITACIJSKI ILI INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL
EKSCITACIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL
POVEĆAVA VJEROJATNOST NASTANKA AKCIJSKOGA POTENCIJALA=INFORMACIJA SE DALJE PRENOSI
INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL
UMANJUJE VJEROJATNOST NASTANKA AKCIJSKOGA POTENCIJALA=INFORMACIJA SE DALJE NE PRENOSI
• METODA PRIKOVANOG NAPONA –eksperimentalna metoda kojom se napon stanice održava konstantnim na nekoj razini
• POTENCIJAL OBRATA – membranski potencijal pri kojem nema neto protjecanja struje kroz membranu
EPSP
-ACh-raste g(Na) i g(K)-struja Na u stanicu-struja K van-depolarizacija
Vm= -65 mVENa= +55 mVEK= - 75 mVEEPSP= 0mV
EPSP Akcijski potencijal
• Na+ i K + kreću se kroz isti kanal istodobno
• Ionotropni receptor –kanal reguliran neurotransmiterom
• Nije regenerativan proces
• Blokator nikotinskih receptora: α-bungarotoksin
• Na+ i K + kreću se kroz dva naponska kanala
• Kanali regulirani naponom
• Stalno se otvaraju novi kanali regulirani naponom
• Blokator Na+ kanala: tetrodotoksin
IPSP-GABA, glicin-g(Cl-) raste (ionotropni) ili-g(K+) raste (metabotropni)-hiperpolarizacija-Vm= -65 mV-ECl= -70 mV-EK= -80 mV
V. Centralna i neuromišićna sinapsa
• Fig. 2: Basic shape of dendritic spine (left) compared to that of the neuromuscular junction (right). The dendritic spine attaches to the dendrite with a narrow neck and receives a synapse on a bulb-like head. This lollipop shape is similar to the shape of the interfolds sectioned transversely. Opened axon terminal in green, synaptic vesicles in purple.
Centralna sinapsa Neuromišićna sinapsa
• Široka 15-20 nm• EPSP < 1 mV• 3-10 AP = 1 sinaptički
mjehurić• Nekoliko presinaptičkih AP
= 1 postinaptički AP• Velika koncentracija
neurotransmitera – slab afinitet vezanja
• Eksitacijske i inhibicijske• Različiti neurotransmiteri• Brojne sinapse na istom
neuronu
• Široka 60-100 nm• EPSP znatno veći• 1 AP = 200 sinaptičkih
mjehurića• 1 presinaptički AP = 1
postinaptički AP• Visoki afinitet vezanja
(40% za Ach)• Samo ekscitacijske sinapse• Samo jedan neurotransmiter
(Ach)
VII. Vremensko i prostorno zbrajanje
VIII. Odstranjivanje neurotransmitera iz sinaptičke pukotine
• Difuzija• Enzimska razgradnja neurotransmitera (Ach-
esteraza)• Reuptake (noradrenalin, dopamin, serotonin,
glutamat, GABA, glicin)
IX. Bolesti sinapse
• Lambert-Eatonov sindrom• Otrovi• Myastenia gravis• Kurare• Inhibitori reuptake-a (kokain za dopamin,
triciklički antidepresivi za noradrenalin i serotonin)
Neuronski nizovi, putovi, krugovi, mreže i sustavi
Tractuscorticospilaris
GMN – piramidnineuron V. slojaDMN – α-motoneuron
Primjer zatvorenogneuronskog kruga
umetnuti neuron uvijek jeinhibicijski!
• Naknadno odašiljanje• Novačenje: oblik facilitacije postignut ponavljanim
podraživanjem
• Povratna sprega