Synapsa

Synapsa (z greckiego σύν syn 'razem'; ἅπτειν haptein 'chwytać, chwytać, dotykać') opisuje punkt połączenia nerwowego, przez który komórka nerwowa styka się z inną komórką - czuciową, mięśniową, gruczołową lub inną komórką nerwową . Synapsy są przeniesienie z podniecenia , ale pozwalają również na modulację transmisji sygnału , a oni są w stanie dodatkowo przez adaptacyjnych zmian przechowują informacje. Liczba synaps w mózgu dorosłego wynosi około 100 bilionów (10 14 ) - w przeliczeniu na pojedynczy neuron waha się od 1 do 200 000.

Termin synapsa został wymyślony w 1897 roku przez Charlesa S. Sherringtona na określenie połączenia między neuronami, na przykład między rozgałęzionym końcem aksonu jednej komórki nerwowej a rozgałęzionym dendrytem innej komórki nerwowej.

W większości przypadków są to synapsy chemiczne . Dzięki nim sygnał, który dociera jako elektryczny potencjał czynnościowy, jest przekształcany w sygnał chemiczny, przenoszony w tej formie przez szczelinę synaptyczną między komórkami , a następnie przekształcany z powrotem w sygnał elektryczny. Komórka wysyłająca uwalnia ( presynaptycznie ) substancje przekaźnikowe , neuroprzekaźniki , które wiążą się z receptorami błony komórki odbiorczej po drugiej stronie szczeliny ( postsynaptycznie ) . W rezultacie kierunek transmisji sygnału (tylko do przodu) jest określany anatomicznie , co ma fundamentalne znaczenie dla przetwarzania informacji w sieciach neuronowych . Excitation- przetwornik nadawczy albo tworzy się w terminalu aksonu neuronu wysyłającego lub są syntetyzowane w ciele komórki i transportowany aksonalnie w presynaptycznych regionów błonowych.

Z drugiej strony, synapsy elektryczne, jako połączenia szczelinowe, są punktami kontaktowymi, w których kanały jonowe w dwóch komórkach bezpośrednio łączą się ze sobą, umożliwiając w ten sposób jony i małe cząsteczki przechodzenie z jednej komórki do drugiej. Takie synapsy między neuronami odkryto po raz pierwszy, ale podobne punkty styku można znaleźć w innych tkankach, w tym w roślinach.

W sensie przenośnym synapsy immunologiczne to miejsca tymczasowych kontaktów komórkowych między komórkami układu odpornościowego, zarówno między sobą, jak iz komórkami otaczającej tkanki. Cząsteczki na powierzchni jednej komórki wiążą się z cząsteczkami receptora , a cząsteczki adhezyjne w błonie komórkowej drugiej i wykorzystują je do wymiany informacji.

Synapsy chemiczne

Struktura synapsy chemicznej

W przycisku końca synapsy przychodzący potencjał czynnościowy prowadzi podczas fazy depolaryzacji - oprócz krótkiego otwarcia sodu i nieco opóźnionego również kanałów jonowych potasu - do chwilowego otwarcia aktywowanych napięciem kanałów jonowych wapnia, a tym samym do krótkiego napływu jonów wapnia. Wewnątrzkomórkowo podwyższony poziom wapnia powoduje uwolnienie substancji przekaźnikowej do szczeliny synaptycznej w ciągu kilku milisekund. Ten neuroprzekaźnik jest przechowywany w specjalnych pęcherzykach synaptycznych w guziku końcowym i udostępniany w pęcherzykach synaptycznych blisko błony komórkowej , które mogą łączyć się z błoną presynaptyczną pod wpływem wapnia, a następnie uwalniać cząsteczki przekaźnika, opróżniając je na zewnątrz.

Ten proces, zwany również egzocytozą , jest możliwy tylko poprzez zmianę konformacji białek wiążących wapń, w szczególności synaptotagmin . Uruchamiają tworzenie kompleksu białkowego z białek SNARE - z synaptobrewiny w błonie pęcherzyka z jednej strony oraz syntaksyny i dwóch białek SNAP w błonie komórkowej z drugiej - co umożliwia fuzję obu membran. Inne białka są następnie zaangażowane w wywoływanie pozakomórkowego otwarcia połączonego pęcherzyka i, takie jak Kompleksyna I i II, w przyspieszaniu uwalniania neuroprzekaźników. Wtedy pewna ilość pęcherzyków synaptycznych ponownie umieszczono na axolemm poprzez synapsynie .

Po drugiej stronie szczeliny synaptycznej znajdują się specyficzne cząsteczki receptorów neuroprzekaźnika w postsynaptycznej , podsynaptycznej błonie komórki docelowej. Receptory te są najczęściej związane z kanałami jonowymi kontrolowanymi przez ligandy ( jonotropowe ), tak że kanał jonowy może się otworzyć natychmiast, gdy cząsteczka przekaźnika zwiąże się z odpowiednim receptorem. W zależności od typu jonu, dla którego ten kanał jest przepuszczalny, potencjał błony w regionie postsynaptycznym jest następnie zwiększany ( EPSP ) lub zmniejszany ( IPSP ) przez prąd jonowy . W zależności od rodzaju receptora może być również wyzwalana pośrednio ( metabotropowa ) tzw. Kaskada drugiego przekaźnika , co może również prowadzić do zmiany potencjału błonowego, a w pewnych okolicznościach także wyzwalać dalsze procesy w komórce postsynaptycznej. W ten sposób - za pośrednictwem odpowiedniej wewnątrzkomórkowej substancji przekaźnikowej - może również nastąpić wzmocnienie sygnału, ale tylko z efektem opóźnionym.

Cząsteczki przekaźnika nie wiążą się nieodwracalnie, ale po pewnym czasie odłączają się od swojego receptora. W szczelinie synaptycznej lub przestrzeni zewnątrzkomórkowej są często rozkładane przez specjalne enzymy (np. Acetylocholinoesteraza ), a ich działanie jest ograniczone. W przypadku niektórych przekaźników nie dochodzi do degradacji, ale raczej są one ponownie pobierane w terminalu presynaptycznym (np. Serotonina ) lub usuwane przez komórki glejowe .

Sygnały przekazywane przez synapsy chemiczne mają określony biochemicznie efekt. W zależności od cech błony postsynaptycznej, na którą oddziałuje neuron wysyłający, uzyskuje się efekt pobudzający ( pobudzający ) lub hamujący ( hamujący ). Dlatego nie tylko pojedyncze synapsy, ale całe neurony są zatem różnicowane na pobudzające i hamujące, w zależności od tego, czy na komórkach docelowych powstają tylko pobudzające, czy tylko hamujące. W przypadku komórki docelowej w ośrodkowym układzie nerwowym zwykle jest tak, że odbiera ona sygnały z różnych neuronów, w tym z przeciwnych sygnałów, i że zmiany napięcia elektrycznego, które wyzwalają, sumują się. Jeśli suma nadchodzących pobudzających i hamujących (postsynaptycznych) zmian napięcia na wzgórzu aksonu tej komórki nerwowej przekracza pewną wartość progową zmiany potencjału, ta komórka z kolei staje się aktywna, tworzy potencjał czynnościowy i przekazuje go przez swój akson.

W przypadku dużej liczby chorób psychiatrycznych i neurologicznych przyjmuje się, że szlaki transmisji synaptycznej są zakłócone. Istnieją przesłanki wskazujące na związek między różnymi formami depresji i zaburzeniami w przekazywaniu sygnału przez neuroprzekaźnik serotoninę .

Liczne leki lub toksyny rozwijają swoje działanie poprzez interakcję z etapami przenoszenia do synaps ( beta-blokery , nikotyna , atropina , hioscyjamina , paration , kokaina i wiele innych).

Synapsy elektryczne

Większość synaps działa z chemiczną transmisją informacji, ale w niektórych przypadkach występuje również bezpośrednia transmisja elektryczna. W tych synapsach elektrycznych potencjał czynnościowy jest przekazywany bezpośrednio do następnej komórki bez pośredniczenia w neuroprzekaźnikach.

W wielu synapsach elektrycznych przez błonę komórkową znajdują się kanały łączące, zwane „ złączami szczelinowymi ”, przez które są ze sobą sprzężone międzykomórkowe przestrzenie komórek bezpośrednio sąsiadujących ze sobą. Te połączenia szczelinowe to pory w błonie komórkowej, które są tworzone przez pewne białka zwane koneksynami . Sześć cząsteczek koneksyny wyściela pory komórki, razem tworzą konekson . Kontakt między dwoma koneksonami sąsiednich komórek tworzy następnie kanał, który przecina błony i łączy je. Otwarte połączenie umożliwia dyfuzję nawet cząsteczek średniej wielkości, np. B. wtórne substancje przekaźnikowe i umożliwia bardzo szybką transmisję zmian potencjału błonowego poprzez przejścia jonowe przy stosunkowo niskim oporze elektrycznym . Takie synapsy elektryczne występują na przykład między neuronami w siatkówce; znajdują się również między komórkami gleju, a zwłaszcza między komórkami mięśnia sercowego, które mogą działać w sposób zsynchronizowany, połączone elektrycznie ze wspólną jednostką, podobnie jak mięśnie gładkie, takie jak macica.

Inną formą transmisji wzbudzenia elektrycznego jest sprzężenie pojemnościowe poprzez bliski kontakt z błoną o dużej powierzchni, co można znaleźć na przykład w zwoju rzęskowym człowieka .

Dalsze klasyfikacje synaps

Na przykład synapsy można również różnicować według różnych aspektów

  • zgodnie z międzyneuronalnie łączącymi częściami komórek między neuronami w
    • Synapsy aksodendrytyczne: zakończenia aksonów, które są w kontakcie z dendrytem w dolnym neuronie.
    • Synapsy aksosomatyczne: aksony lub elementy zabezpieczające, które kontaktują się z ciałem komórki niższej komórki nerwowej.
    • Synapsy akso-aksoniczne (także akso-aksonalne): akson jednego neuronu w kontakcie z neurytem innego neuronu.
    • Synapsy dendro-dendrytyczne: łączą ze sobą dendryty drzew dendrytowych różnych neuronów.
    • Synapsy dendro-somatyczne: łączą dendryty jednej komórki nerwowej z ciałem drugiej; więc z. B. w opuszce węchowej .
    • Synapsy somatosomatyczne: łączą ciało komórkowe neuronu z ciałem bezpośrednio sąsiadującego neuronu.
    • Synapsy dendrytyczno-pomidorowe: między ciałem komórki nerwowej a dendrytami innej komórki nerwowej.
    • Synapsy pomidorowo-aksonalne: pomiędzy ciałem jednej komórki a aksonem innej komórki nerwowej (np. W zwojach wegetatywnych ).
  • zgodnie ze sposobem składu połączonych komórek w
    • złożone synapsy obejmujące więcej niż dwie komórki połączone szeregowo lub równolegle.
    • synaptyczne kłębuszki, głównie skupiska licznych połączeń otoczonych glejami, zbieżne lub rozbieżne.
    • wzajemne synapsy, w których dwie synapsy są obok siebie, jedna przy drugiej, ekscytująca lub hamująca.
  • w zależności od wpływu na aktywność komórki docelowej w
    • Synapsy pobudzające: zwiększają prawdopodobieństwo działania ( wzbudzenia ), stymulują lub pobudzają.
    • Synapsy hamujące: zmniejszają prawdopodobieństwo działania ( hamowanie ), hamują lub zapobiegają.

Synapsy chemiczne współpracują z różnymi przekaźnikami i mogą być zmieniane za pomocą leków lub leków na różnych etapach transmisji sygnału, dzięki czemu można osiągnąć różne efekty w zależności od miejsca ataku i warunków wstępnych. Jednak na zróżnicowane funkcje układu nerwowego nie można wpływać w sposób ukierunkowany, ponieważ nie zależą one od substancji przekaźnika, ale od wzorca połączeń synaps.

Trucizny synapsy

Chemiczne toksyny synaps zakłócają lub uniemożliwiają funkcjonowanie synaps. Mogą blokować uwalnianie neuroprzekaźników do szczeliny synaptycznej lub być tak podobne do neuroprzekaźników, że w ich miejsce wiążą się z cząsteczkami receptora w błonie postsynaptycznej, a tym samym zakłócają transmisję wzbudzenia. W zależności od sposobu, w jaki wiąże się z receptorem, można to wykorzystać do zajęcia pojedynczej przestrzeni lub dodatkowo do uzyskania efektu podobnego do rzeczywistego nadajnika. W zależności od osiągniętego efektu substancje o podobnym działaniu określa się zatem jako agonistów i odróżnia się od antagonistów, których jedynym działaniem jest hamowanie agonistów w swoim działaniu - na przykład poprzez zajmowanie ich miejsca.

Do najbardziej znanych substancji o destrukcyjnym wpływie na przekaźnictwo synaptyczne należą liczne trujące alkaloidy z roślin takich jak atropina , nikotyna , meskalina , kurara czy też z grzybów, np. Sporyszu czy muskaryny . Ale picie alkoholu wpływa również na transmisję do synaps, zmieniając np. B. Receptory GABA i zablokowane (NMDA) -glutaminianowe . Trucizną skuteczną nawet w bardzo małych dawkach jest toksyna botulinowa (botulina) wytwarzana przez rodzaj bakteryjnej Clostridia - której działanie paraliżujące jest stosowane kosmetycznie do wygładzania zmarszczek - i podobna toksyna tężcowa . W neurotoksyn wytwarzanych przez zwierzęta obejmują, na przykład, konotoksyn z morskich Conus i trucizny różnych gatunków pająków, takich jak latrotoxins z trzynastu plamami czarna wdowa . Syntetyczne trucizny synaps to chemiczne środki bojowe tabun , sarin i VX, a także liczne insektycydy, takie jak E 605 lub neonikotynoidy , a także różne halucynogeny, takie jak LSD i inne - i oczywiście leki psychotropowe .

Zmiany w połączeniach synaps

Możliwość przenoszenia synaps podlega procesom zmian anatomicznych. To są podstawy uczenia się i są opisane w części Plastyczność synaptyczna .

literatura

  • Susanne tom Dieck, Eckart D. Gundelfinger: Synapsy chemiczne ośrodkowego układu nerwowego . Chemistry in our time 34 (3), s. 140–148 (2000), ISSN  0009–2851
  • Elliot Valenstein : The War of the Soups and the Sparks: The Discovery of Neurotransmitters and the Dispute Over How Nerves Communicate. 2005, ISBN 0-231-13588-2 (książka o historii badań synaps)
  • Gerhard Neuweiler : Dynamiczna synapsa . Naturwissenschaftliche Rundschau 59 (12), pp. 641–650 (2006), ISSN  0028–1050

linki internetowe

Wikisłownik: Synapse  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia
Commons : Synapse  - album ze zdjęciami, filmami i plikami audio

Indywidualne dowody

  1. ^ CS Sherrington: Integracyjne działanie układu nerwowego, Yale University Press, New Haven 1906, str . 18 .
  2. ^ Karl-Josef Moll, Michaela Moll: Anatomie. Wydanie 18, Urban & Fischer, 2006, s. 123.
  3. ↑ F.-J. Kretz, K. Becke: Znieczulenie i intensywna medycyna u dzieci. Wydanie drugie, Georg Thieme Verlag, 2006, ISBN 978-3-13-110232-4 , s. 23.