Синаптично предаване и нервномускулен синапс

Лекция 4:
Синаптично предаване и нервномускулен синапс

Според начина напредаване
Електрични
Химични

Според ефекта върху постсинаптичната мембрана
Възбудни
Задръжни

Според свързаните клетки
Невро-невронални
Нервно-мускулни
Синаптично предаване. Поток на информацията
В ЦНС има 1014 (100 квадрилиона) синапса
Конвергенция - хиляди синапси от различни пресинаптични неврони повлияват едни постсинаптичен неврон (информацията от много източници повлиява активността на един неврон)
Дивергенция - сигналът от един пресинаптичен неврон се изпраща до много постсинаптични неврони (един сигнал повлиява множество сигнални пътища)

Електричен синапс
Двете клетки са свързани чрез цепковидни контакти
Много белтъчни канали – 6 конексина формират конексон; два конексона от две съседни клетки формират канал
Разстояние 2-4 nm
Диаметър 1,5 nm - малки молекули и йони като Na+ и К+ изключва преминаването на големи белтъци
Пропускат в двете посоки
В сърце, гладки мускули, рядко в ЦНС на бозайници.

Функционална анатомия на химичния синапс
Част от мембраната на пресинаптичния неврон (леко разширено аксонално окончание) – пресинаптична мембрана
Част от мембраната на постсинаптичния неврон (мембраната под аксона е поплътна) – постсинаптична мембрана
Извънклетъчното пространство между тях - синаптична цепка

Функционална анатомия на химическия синапс
Размерът и формата на пре- и постсинаптичната мембрана значително варира
Синаптична цепка с размер 1020 nm
Сигналът се предава чрез химичен сигнал (невромедиатор) – освобождава се от пресинаптичното аксонално окончание.
Отделя повече от един медиатор едновременно (комедиатор)

Механизъм на предаване при химичния синапс. Последователност на събития
Потенциалът на действие деполяризира аксоналното окончание
Отварят се потенциал-зависими Са2+ канали
Са2+ навлиза в аксоналното окончание
Серия от реакции, които водят до екзоцитоза на медиатора.Последователност на събития
Дифузия през синаптичната цепка
Свързва се с рецепторите си по постсинаптичния неврон
Отварят се йонни канал или действат през G-протеин
Отварянето или затварянето на специфични йонни канали в постсинаптичната мембрана
Химичните синапси провеждат само в една посока
Освобождаването на медиатор става с много кратко забавяне (0,2 s)

Отстраняване на медиатора
Ензимно разграждане
Обратно захващане
Дифузия извън синаптичната цепка

Синаптично предаване. Възбудни химични синапси
Постсинаптичната реакция е деполяризация, отваряне на канали за Na+, К+ и други малки положително заредени йони.
За Na+ електричния и химичния градиент съвпадат и вкарват йони вътре в клетката
За К+ електричният градиент е противоположен на концентрационния и затруднява преминаването му
Нетен пренос навътре и лека деполяризация на мембраната - възбуден постсинаптичен потенциал (ВПСП)
ВПСП е локален отговор (разпространява се със затихване чрез локални токове)
Доближава мембранния потенциал до праговия потенциал

Задръжни химични синапси. Задръжен постсинаптичен потенциал (ЗПСП) –
хиперполяризация или стабилизиране на мембранния потенциал
Намалява вероятността за деполяризация до прагов потенциал
Рецепторите отварят Cl- канали и понякога К+ канали
Не се променя пропускливостта на Na+ канали
При клетките с активен транспорт на Cl• В клетката навлизат повече Cl- и хиперполяризират мембраната
В клетки без активен транспорт на Cl• Мембранният потенциал не се променя, а прави по-трудно повлияването на мембранния потенциал от други йони
Повишена пропускливост за К+ също води до развиването на ЗПСП (мембраната се доближава до равновесния потенциал на К+)
Интеграция на постъпилата информация (сумиране).Пространствено сумиране. Времево сумиране
Сумиране на ЗПСП и ВПСП
Началният сегмент на аксона има най-нисък критичен потенциал (най-близък до потенциала на покой)
Разположението на отделните синапси по постсинаптичната мембрана е важно
Разположен близо до началния сегмент води до по-голяма промяна в потенциала на началния сегмент
Разположен по-далече – по-малка промяна
Сумираните ВПСП инициират няколко потенциала на действие - в общия случай отговорите винаги са в серия от потенциали на действие, а не като едно отделно събитие.

Повлияване активността на даден синапс
Пресинаптични механизми
Количеството отделен медиатор може да бъде различно
Количеството Са2 - увеличава се при високочестотна стимулация
Рецептори по самите окончания
Свързани с втори синапс (аксон-аксонален синапс)наптичен синапс) – в зависимост от медиатора и рецепторите - пресинаптично задържане или пресинаптично
Повлияване от медиатори или химични сигнали от близко разположени неврони, глиални клетки, от самото пресинаптично окончание
Постсинаптични механизми
Разнообразието от рецептори за всеки медиатор
Различни сигнални пътища,
Няколко медиатора и няколко вторични посредници
Брой рецептори
Рецепторна десенситизация.
Повлияване активността на даден синапс – лекарства и токсини
Агонисти - активират постсинаптичните рецептори
Антагонисти – свързват се, но не ги активират
Тетаничен токсин
Ботулинов токсин
Отровата на черната вдовица

Невромедиатори и невромодулатори
Невромедиатор - се отделя, повлиява постсинаптичната мембрана и предизвиква възбуден или задръжен ПСП като отварят йонни канали по постсинаптичната мембрана в рамките на милисекунди
Невромодулатор - модулират отговора, действат през G-протеини и вторични посредници, които продължават от минути, часове дори дни

Ацетилхолин
Холин + ацетил коА = ацетилхолин в цитозола на синаптичните окончания
Елиминира се чрез ензимно разграждане от ацетилхолинестеразата – холинът се приема обратно в аксоналното окончание
Основно в периферната нервна система, но присъства и в мозъка
Типове рецептори
Никотинови рецептори (активират се и от никотин)
Отварят йонни канали за положителни йони
Болест на Алцхаймер
Мускаринови рецептори
Куплират към G-белтък

Биогенни амини
Синтезират се от аминокиселини и съдържат аминогрупа
Допамин
Норадреналин
Серотонин
Хистамин
Адреналин

Биогенни амини
Катехоламини (допамин, норадреналин и адреналин)
Притежават катехолен пръстен (6-въглероден пръстен с две съседни хидроксилни групи) и аминогрупа
Синтезират се от тирозин по общ синтетичен път
Модулира се от авторецептори по пресинаптичните окончания
Отстраняването става чрез обратно захващане от пресинаптичното окончание или чрез разграждане от моноамино оксидаза
в центровете на мозъчния ствол и хипоталамуса
Два класа рецептори за норадреналин и адреналин:
α-адренергични
β-адренергични.

Биогенни амини
Серототнинът (5-хидрокситриптамин) не е катехоламин, но е важен биогенен амин
Производен на триптофан
Работи основно като невромодулатор оперира през най-малко 16 различни рецептора
Минимална активност или отсъства по време на съня и най-висока при бодрост
Присъства и в много клетки, различни от нервните като тромбоцити, клетки на имунната система, храносмилателния тракт
Аминокиселини като медиатори
Възбудни аминокиселини
Глутамат
Фенциклидин („ангелски прах“, РСР) действа на един от рецепторите за глутамат (антагонист на NMDA-рецепторите) – аналог е кетамина
Аспартат
Задръжни аминокиселини
Гама-аминомаслена киселина
Валиум (диазепам) повлиява ГАМК-ергичната медиация през Cl-канал
Глицин

Невропептидни медиатори
Представляват 2 или повече аминокиселини, свързани с пептидна връзка
Над 85 невропептида
Синтез:
В клетъчните тела и големите дендрити
Аксонален транспорт на везикулите с неактивен прекусор до аксоналните
Откъсва активни невропептиди чрез специфични пептидази
Една прекурсорна молекула – няколко копия на активния медиатор или няколко различни активни пептида
Действат като модулатори и се отделят заедно с други медиатори
Ендогенни опиоиди (β-ендорфин, динорфини и енкефалини)
Субстанция Р

Други вещества, действащи като медиатори
Азотен оксид и други газове.
Не се освобождават от пресинаптични везикули нито се свързват с постсинаптични рецептори
Образува се от аминокиселината аргинин (от азотен оксид синтаза) → активира гуанилат циклаза в друга клетка → повишава се концентрацията на цГМФ
АТФ, аденин и пуринова база – действа като бърз възбуден медиатор
Нервно-мускулен синапс. Обща информация
Тела, разположени в мозъчния ствол и предните рога на гръбначния мозък
Миелинизирани аксони голям диаметър – високата скорост на провеждане и командите от ЦНС до скелетните мускули с минимално закъснение
Всяко разклонение формира отделен синаптичен контакт с отделно мускулно влакно
Един мотоневрон - много мускулни влакна, но едно мускулно влакно получава сигнали само от един мотоневрон
Двигателна единица
Разклонението се вмъква във вгъвания на клетъчната мембрана на мускулното влакно - двете клетки остават отделени от клетъчните си мембрани
Моторна плочка, нервно-мускулен синапс, синаптичен канал, синаптична цепка, субневронални цепки
Броят на везикулите е приблизително 300 000, а молекулите във всяка везикула са около 10 000.
Особености на нервно-мускулния синапс:
Везикули с ацетилхолин
Линейни плътни телца и в края на всяко телце има разположени потенциал-зависими калциеви канали
Потенциал на действие → отварят се потенциал-зависими калциеви канали → Са2+ навлиза в окончанието → свързват се с белтъци → 125 везикули с медиатор се сливат с плазмената мембрана → освобождават ацетилхолин в синаптичната → ацетилхолинът се свързва с никотинов тип рецептори (лигандзависими йонни канали)
Никотинов ацетилхолинов рецептор - 5 субединици – две α и по една от β, γ и δ формират канал за Na+ и К+
Отваря се когато към двете α-субединици на рецептора се свържат две молекули ацетилхолин
Много повече Na+ навлизат в клетката отколкото К+ я напускат → локална деполяризация - потенциал на моторната плочка
Отрицателни йони не преминават дори да са с подходящ диаметър, тъй като вътрешността на канала е силно отрицателно заредена и отблъсква електростатично отрицателните йони
Един потенциал на моторната плочка предизвиква потенциал на действие
Потенциалът на действие се провежда по мембраната на мускулното влакно както при нервното
Нервно-мускулно предаване. Повлияване на нервно-мускулния синапс
Взаимодействие с ацетилхолиновите рецептори – кураре (антагонист)
Ацетилхолинът се освобождава нормално, но не се свързва с рецепторите си → не води до потенциал на моторната плочка и респективно не настъпва съкращение в отговор на изпратената команда от ЦНС
Води до смърт поради задушаване
Подобни на курарето лекарства се използват в малки дози, за да предотвратят мускулни съкращения при някои хирургични интервенции (миорелаксанти)
Инхибиране на ацетилхолин естеразата - неостигмин, физостигмин (обратимо) и диизопропил флуорофосфат необратимо)
Органофосфатни съединения (в пестициди и нервнопаралитични газове)
Ацетилхолин се освобождава нормално, но не се разрушава → йонните канали остават отворени и потенциал-зависимите натриеви канали остават в инактивирано състояние
Води до смърт поради ларингиален спазъм и задушаване
Миастения гравис
Блокиране освобождаването на медиатор - ботулинов токсин (ензим, който разгражда един от белтъците, необходими за сливането на везикулите с мембраната на нервното окончание)
Агонисти на ацетилхолина - метахолин, карбахол и никотин
Не са разграждат от ацетилхолин естеразата → мускулен спазъм.
Нервно-мускулен синапс при гладки мускули
Не се наблюдават високо структурирани синапси
Не влизат в директен контакт с гладките мускули - дифузни синапси
Нервът инервира само външния слой
До подлежащите слоеве чрез предаване на потенциала на действие
Чрез дифузия на самия медиатор
Не образуват типично терминално окончание, а множество варикозни образувания по дължината на целия аксон
Медиатори – ацетилхолин и норадреналин, плюс допълнителни невромодулатори
При гладките мускули от дискретен тип – контактни синапси, подобни на нервно-мускулния синапс при скелетни мусукли