Synapse jsou specializované struktury, které zajišťují přenos vzruchu z jedné excitovatelné buňky do druhé. Pojem SYNAPS zavedl do fyziologie Charles Sherrington (spojení, kontakt). Synapse zajišťuje funkční komunikaci mezi jednotlivými buňkami. Dělí se na nervosvalové, nervosvalové a synapse nervových buněk se sekrečními buňkami (neuroglandulární). Neuron má tři funkční části: soma, dendrit a axon. Mezi neurony proto existují všechny možné kombinace kontaktů. Například axo-axonální, axo-somatické a axo-dendritické.
Klasifikace.
1) podle umístění a příslušnosti k příslušným strukturám:
– periferní(neuromuskulární, neurosekreční, receptor-neuronální);
– centrální(axo-somatické, axo-dendritické, axo-axonální, somato-dendritické. somato-somatické);
2) mechanismus účinku– excitační a inhibiční;
3) způsob přenosu signálu – chemické, elektrické, smíšené.
4) chemické látky jsou klasifikovány podle zprostředkovatele, jehož prostřednictvím se přenos provádí – cholinergní, adrenergní, serotonergní, glycinergní. atd.
Struktura synapse.
Synapse se skládá z následujících hlavních prvků:
•Presynaptická membrána (v nervosvalové synapsi – to je koncová ploténka):
• Synaptická štěrbina. Synaptická štěrbina je vyplněna vazivem obsahujícím oligosacharidy, které plní roli podpůrné struktury pro obě kontaktující buňky.
Systém syntézy a uvolňování mediátoru.
Systém pro jeho deaktivaci.
V neuromuskulární synapsi je presynaptická membrána součástí membrány nervového zakončení v oblasti jeho kontaktu se svalovým vláknem, postsynaptická membrána je součástí membrány svalového vlákna.
Struktura nervosvalové synapse.
1 – myelinizované nervové vlákno;
2 – nervové zakončení s mediátorovými bublinami;
3 – subsynaptická membrána svalového vlákna;
4 – synaptická štěrbina;
5-postsynaptická membrána svalového vlákna;
8 – akční potenciál nervových vláken;
9 – potenciál koncové desky (EPSP):
10 je akční potenciál svalového vlákna.
Část postsynaptické membrány, která se nachází naproti presynaptické membráně, se nazývá subsynaptická membrána. Charakteristickým rysem subsynaptické membrány je přítomnost speciálních receptorů, které jsou citlivé na specifický vysílač a přítomnost chemo-dependentních kanálů. V postsynaptické membráně, mimo subsynaptickou membránu, jsou napěťově řízené kanály.
Mechanismus přenosu vzruchu v chemických excitačních synapsích. V roce 1936 Dale dokázal, že při podráždění motorického nervu na jeho zakončeních se do kosterního svalu uvolňuje acetylcholin. V synapsích s chemickým přenosem se excitace přenáší pomocí mediátorů (mediátorů) Mediátory jsou chemické látky, které zajišťují přenos vzruchu v synapsích. Mediátorem v nervosvalové synapsi je acetylcholin, v excitačních a inhibičních neuromuskulárních synapsích – acetylcholin, katecholaminy – adrenalin, norepinefrin, dopamin; serotonin; neutrální aminokyseliny – glutamová, asparagová; kyselé aminokyseliny – glycin, kyselina gama-aminomáselná; polypeptidy: látka P, enkefalin, somatostatin; další látky: ATP, histamin, prostaglandiny.
V závislosti na jejich povaze se mediátoři dělí do několika skupin:
•monoaminy (acetylcholin, dopamin, norepinefrin, serotonin.);
•aminokyseliny (kyselina gama-aminomáselná – GABA, kyselina glutamová, glycin atd.);
•neuropeptidy (látka P, endorfiny, neurotensin, ACTH, angiotensin, vazopresin, somatostatin atd.).
K akumulaci přenašeče v presynaptické formaci dochází v důsledku jeho transportu z perinukleární oblasti neuronu pomocí rychlého acstocku; syntéza mediátoru, který se vyskytuje v synaptických zakončeních z produktů jeho štěpení; zpětné vychytávání přenašeče ze synaptické štěrbiny.
Presynaptické nervové zakončení obsahuje struktury pro syntézu neurotransmiterů. Po syntéze je neurotransmiter zabalen do vezikul. Při excitaci se tyto synaptické váčky spojí s presynaptickou membránou a neurotransmiter se uvolní do synaptické štěrbiny. Difunduje do postsynaptické membrány a tam se váže na specifický receptor. V důsledku tvorby komplexu neurotransmiter-receptor se postsynaptická membrána stává propustnou pro kationty a depolarizuje se. To má za následek excitační postsynaptický potenciál a poté akční potenciál. Vysílač je syntetizován v presynaptickém terminálu z materiálu, který sem přichází axonálním transportem. Mediátor je „inaktivován“, tzn. buď odštěpen nebo odstraněn ze synaptické štěrbiny mechanismem zpětného transportu do presynaptického zakončení.
Význam vápenatých iontů v mediátorové sekreci.
Sekrece mediátoru je nemožná bez účasti iontů vápníku v tomto procesu. Když je presynaptická membrána depolarizována, vápník vstupuje do presynaptického zakončení přes specifické napěťově řízené vápníkové kanály v této membráně. Koncentrace vápníku v axoplazmě je 110 -7 M, když vápník vstupuje a jeho koncentrace se zvyšuje na 110 – Dochází k sekreci 4 M mediátoru. Koncentraci vápníku v axoplazmě po ukončení excitace snižuje práce systémů: aktivní transport z terminálu, absorpce mitochondriemi, vazba intracelulárními pufrovacími systémy. V klidovém stavu dochází k nepravidelnému vyprazdňování váčků, přičemž dochází k uvolňování nejen jednotlivých molekul mediátoru, ale i k uvolňování částí, kvant mediátoru. Kvantum acetylcholinu obsahuje přibližně 10000 XNUMX molekul.
Oblast kontaktu mezi dvěma neurony se nazývá synapse.
Vnitřní struktura axodendritické synapse.
) elektrické synapse. Elektrické synapse jsou v nervovém systému savců vzácné. Jsou tvořeny mezerovými spoji (nexusy) mezi dendrity nebo somaty sousedních neuronů, které jsou spojeny cytoplazmatickými kanály o průměru 1,5 nm. Proces přenosu signálu probíhá bez synaptického zpoždění a bez účasti mediátorů.
Prostřednictvím elektrických synapsí se mohou elektrotonické potenciály šířit z jednoho neuronu do druhého. Vzhledem k těsnému synaptickému kontaktu je modulace přenosu signálu nemožná. Úkolem těchto synapsí je současně excitovat neurony, které plní stejnou funkci. Příkladem jsou neurony dýchacího centra prodloužené míchy, které synchronně generují impulsy při nádechu. Navíc příkladem jsou nervové okruhy, které řídí sakády, v nichž se bod fixace pohledu přesouvá z jednoho objektu pozornosti na druhý.
b) Chemické synapse. Většina synapsí v nervovém systému je chemická. Fungování takových synapsí závisí na uvolnění vysílačů. Klasická chemická synapse je reprezentována presynaptickou membránou, synaptickou štěrbinou a postsynaptickou membránou. Presynaptická membrána je část kyjovitého prodloužení nervového zakončení buňky, která přenáší signál, a postsynaptická membrána je část buňky, která signál přijímá.
Přenašeč se z exocytózy uvolňuje z exocytózy, prochází synaptickou štěrbinou a váže se na receptory na postsynaptické membráně. Pod postsynaptickou membránou se nachází subsynaptická aktivní zóna, ve které po aktivaci receptorů postsynaptické membrány probíhají různé biochemické procesy.
Nástavec ve tvaru kyje obsahuje synaptické vezikuly obsahující mediátory a také velké množství mitochondrií a cisteren hladkého endoplazmatického retikula. Použití tradičních fixačních technik při studiu buněk umožňuje rozlišit presynaptické těsnění na presynaptické membráně, omezující aktivní zóny synapse, do kterých jsou synaptické váčky nasměrovány pomocí mikrotubulů.
Axodendritická synapse.
Řez míšního vzorku: synapse mezi terminální částí dendritu a pravděpodobně motorickým neuronem.
Přítomnost kulatých synaptických vezikul a postsynaptické zhutnění je charakteristické pro excitační synapse.
Dendrit byl řezán v příčném směru, o čemž svědčí přítomnost mnoha mikrotubulů.
Navíc jsou viditelná některá neurofilamenta. Místo synapse je obklopeno protoplazmatickým astrocytem. Procesy probíhající ve dvou typech nervových zakončení.
(A) Synaptický přenos malých molekul (např. glutamátu).
(1) Transportní váčky obsahující membránové proteiny synaptických váčků směřují podél mikrotubulů k plazmatické membráně kyjovitého ztluštění.
Současně dochází k přenosu molekul enzymů a glutamátu pomalým transportem.
(2) Proteiny vezikulární membrány opouštějí plazmatickou membránu a tvoří synaptické vezikuly.
(3) Glutamát je zaveden do synaptických vezikul; dochází k akumulaci mediátoru.
(4) Vezikuly obsahující glutamát se přibližují k presynaptické membráně.
(5) V důsledku depolarizace dochází k exocytóze mediátoru z částečně zničených vezikul.
(6) Uvolněný transmiter se šíří difúzně v oblasti synaptické štěrbiny a aktivuje specifické receptory na postsynaptické membráně.
(7) Membrány synaptických váčků jsou transportovány zpět do buňky endocytózou.
(8) Dochází k částečnému zpětnému vychytávání glutamátu do buňky pro opětovné použití.
(B) Přenos neuropeptidů (např. substance P) probíhající současně se synaptickým přenosem (např. glutamát).
Ke společnému přenosu těchto látek dochází v centrálních nervových zakončeních unipolárních neuronů, které zajišťují citlivost na bolest.
(1) Vezikuly a peptidové prekurzory (propeptidy) syntetizované v Golgiho komplexu (v perikaryonové oblasti) jsou transportovány do kyjovitého prodloužení rychlým transportem.
(2) Když vstoupí do oblasti kyjovitého ztluštění, proces tvorby molekuly peptidu je dokončen a vezikuly jsou transportovány na plazmatickou membránu.
(3) Depolarizace membrány a přenos obsahu vezikuly do mezibuněčného prostoru exocytózou.
(4) Současně se uvolňuje glutamát.
1. Aktivace receptoru. Molekuly přenašeče procházejí synaptickou štěrbinou a aktivují receptorové proteiny umístěné v párech na postsynaptické membráně. Aktivace receptorů spouští iontové procesy, které vedou k depolarizaci postsynaptické membrány (excitační postsynaptické působení) nebo hyperpolarizaci postsynaptické membrány (inhibiční postsynaptické působení). Změna elektrotonicity se přenáší do somy ve formě elektrotonického potenciálu, který se při šíření rozpadá, díky čemuž se mění klidový potenciál v počátečním segmentu axonu.
Iontové procesy jsou podrobně popsány v samostatném článku na webu. Když převládají excitační postsynaptické potenciály, je počáteční segment axonu depolarizován na prahovou úroveň a generuje akční potenciál.
Nejběžnějším excitačním neurotransmiterem centrálního nervového systému je glutamát a nejběžnějším inhibičním neurotransmiterem je kyselina gama-aminomáselná (GABA). V periferním nervovém systému slouží acetylcholin jako vysílač pro motorické neurony příčně pruhovaných svalů a glutamát pro senzorické neurony.
Sekvence procesů probíhajících na glutamátergních synapsích je znázorněna na obrázku níže. Když je glutamát přenášen společně s jinými peptidy, dochází k uvolňování peptidů prostřednictvím extrasynaptických cest.
Většina senzorických neuronů kromě glutamátu vylučuje také další peptidy (jeden nebo více), uvolňované v různých částech neuronu; hlavní funkcí těchto peptidů je však modulovat (zvyšovat nebo snižovat) účinnost synaptického přenosu glutamátu.
Kromě toho může k neurotransmisi dojít prostřednictvím difúzního extrasynaptického přenosu signálu, charakteristickém pro monoaminergní neurony (neurony, které využívají biogenní aminy ke zprostředkování neurotransmise). Existují dva typy monoaminergních neuronů. V některých neuronech jsou katecholaminy (norepinefrin nebo dopamin) syntetizovány z aminokyseliny tyrosinu a v jiných je serotonin syntetizován z aminokyseliny tryptofan. Například dopamin se uvolňuje jak v synaptické oblasti, tak z axonálních varikozit, ve kterých také dochází k syntéze tohoto neurotransmiteru.
Dopamin proniká do mezibuněčné tekutiny centrálního nervového systému a před degradací je schopen aktivovat specifické receptory na vzdálenost až 100 mikronů. Monoaminergní neurony jsou přítomny v mnoha strukturách centrálního nervového systému; narušení přenosu impulsů těmito neurony vede k různým onemocněním, včetně Parkinsonovy choroby, schizofrenie a velké deprese.
Oxid dusnatý (plynná molekula) se také podílí na difuzní neurotransmisi v glutamátergickém neuronálním systému. Nadměrný oxid dusnatý působí cytotoxicky zejména v těch oblastech, kde je narušeno zásobování krví v důsledku arteriální trombózy. Glutamát je také potenciálně cytotoxický neurotransmiter.
Na rozdíl od difúzní neurotransmise se tradiční synaptický přenos signálu nazývá „vodič“ kvůli své relativní stabilitě.
c) Shrnutí. Multipolární neurony CNS se skládají ze soma, dendritů a axonu; axon tvoří vedlejší a koncové větve. Soma obsahuje hladké a drsné endoplazmatické retikulum, Golgiho komplexy, neurofilamenta a mikrotubuly. Mikrotubuly prostupují celým neuronem, účastní se procesu anterográdního transportu synaptických váčků, mitochondrií a membránotvorných látek a také zajišťují retrográdní transport „markerových“ molekul a zničených organel.
Existují tři typy chemických interneuronálních interakcí: synaptické (např. glutamátergní), extrasynaptické (peptidergní) a difúzní (např. monoaminergní, serotonergní).
Chemické synapse jsou klasifikovány podle jejich anatomické struktury na axodendritické, axosomatické, axoaxonální a dendro-dendritické. Synapse je reprezentována pre- a postsynaptickými membránami, synaptickou štěrbinou a subsynaptickou aktivní zónou.
Elektrické synapse zajišťují současnou aktivaci celých skupin neuronů a vytvářejí mezi nimi elektrická spojení díky mezerovitým kontaktům (nexusem).
Difúzní neurotransmise v mozku.
Axony glutamátergních (1) a dopaminergních (2) neuronů tvoří těsné synaptické kontakty s procesem hvězdicového neuronu (3) striata.
Dopamin se uvolňuje nejen z presynaptické oblasti, ale také z varikózního ztluštění axonu, odkud difunduje do mezibuněčného prostoru a aktivuje dopaminové receptory dendritického kmene a kapilárních pericytových stěn. Disinhibice.
(A) Excitační neuron 1 aktivuje inhibiční neuron 2, který zase inhibuje neuron 3.
(B) Objevení se druhého inhibičního neuronu (2b) má opačný účinek na neuron 3, protože neuron 2b je inhibován.
Spontánně aktivní neuron 3 generuje signály v nepřítomnosti inhibičních vlivů.
2. Léky – „klíče“ a „zámky“. Receptor lze přirovnat k zámku a prostředník ke klíči, který se k němu hodí. Pokud je proces uvolňování mediátoru narušen věkem nebo v důsledku jakéhokoli onemocnění, může lék hrát roli „náhradního klíče“, který plní funkci podobnou mediátoru. Tento lék se nazývá agonista. Zároveň v případě nadměrné produkce může být mediátor „zachycen“ blokátorem receptoru – „falešným klíčem“, který se dotkne receptoru „zámku“, ale nezpůsobí jeho aktivaci.
3. Brzdění a dezinhibice. Fungování spontánně aktivních neuronů je inhibováno vlivem inhibičních neuronů (obvykle GABAergních). Aktivita inhibičních neuronů může být zase inhibována jinými inhibičními neurony, které na ně působí, což vede k dezinhibici cílové buňky. Proces disinhibice je důležitým rysem neuronální aktivity v bazálních gangliích.
4. Vzácné typy chemických synapsí. Existují dva typy axoaxonálních synapsí. V obou případech tvoří kyjovité ztluštění inhibiční neuron. Synapse prvního typu se tvoří v oblasti počátečního segmentu axonu a přenášejí silný inhibiční účinek inhibičního neuronu. Mezi kyjovitým ztluštěním inhibičního neuronu a kyjovitým ztluštěním excitačních neuronů se tvoří synapse druhého typu, což vede k inhibici uvolňování přenašečů. Tento proces se nazývá presynaptická inhibice. V tomto ohledu tradiční synapse poskytuje postsynaptickou inhibici.
Dendro-dendritické (D-D) synapse se tvoří mezi dendritickými trny dendritů sousedních trnitých neuronů. Jejich úkolem není generovat nervový impuls, ale změnit elektrotonus cílové buňky. V po sobě jdoucích D-D synapsích jsou synaptické vezikuly umístěny pouze v jedné dendritické páteři a v reciproční D-D synapsi – v obou. Excitační D-D synapse jsou znázorněny na obrázku níže. Inhibiční D-D synapse jsou široce zastoupeny v přepínacích jádrech thalamu.
Kromě toho existuje několik somato-dendritických a somato-somatických synapsí.
Axoaxonální synapse mozkové kůry.
Šipky ukazují směr impulsů. (1) Presynaptická a (2) postsynaptická inhibice míšního neuronu putujícího do mozku.
Šipky ukazují směr vedení impulsu (je možná inhibice spínacího neuronu pod vlivem inhibičních vlivů). Excitační dendro-dendritické synapse. Jsou znázorněny dendrity tří neuronů.
Reciproční synapse (vpravo). Šipky ukazují směr šíření elektrotonických vln.
