6.7: Sygnalizacja synaptyczna

Neurony komunikują się w synapsach, czyli połączeniach, w celu pobudzenia lub hamowania aktywności innych neuronów lub komórek docelowych, takich jak mięśnie. Synapsy mogą być chemiczne lub elektryczne.

Większość synaps ma charakter chemiczny. Oznacza to, że impuls elektryczny — czyli potencjał czynnościowy — pobudza uwalnianie przekaźników chemicznych. Te przekaźniki chemiczne nazywane są również neuroprzekaźnikami. Neuron wysyłający sygnał nazywany jest neuronem presynaptycznym. Neuron odbierający sygnał to neuron postsynaptyczny.

Neuron presynaptyczny wyzwala potencjał czynnościowy, który przemieszcza się przez jego akson. Koniec aksonu, czyli zakończenie aksonu, zawiera pęcherzyki wypełnione neuroprzekaźnikami. Potencjał czynnościowy otwiera bramkowane napięciem kanały jonów wapniowych w błonie końcowej aksonu. Ca²⁺ szybko przedostaje się do komórki presynaptycznej (ze względu na wyższe zewnętrzne stężenie Ca²⁺), umożliwiając pęcherzykom połączenie się z błoną końcową i uwolnienie neuroprzekaźników.

Przestrzeń między komórkami presynaptycznymi i postsynaptycznymi nazywa się szczeliną synaptyczną. Neuroprzekaźniki uwalniane z komórki presynaptycznej szybko zasiedlają szczelinę synaptyczną i wiążą się z receptorami neuronu postsynaptycznego. Wiązanie neuroprzekaźników inicjuje zmiany chemiczne w neuronie postsynaptycznym, takie jak otwieranie lub zamykanie kanałów jonowych. To z kolei zmienia potencjał błonowy komórki postsynaptycznej, zwiększając lub zmniejszając prawdopodobieństwo wyzwolenia potencjału czynnościowego.

Aby zakończyć sygnalizację, neuroprzekaźniki w synapsie są rozkładane przez enzymy, ponownie wchłaniane przez komórki presynaptyczne, rozpraszane lub usuwane przez komórki glejowe.

Synapsy elektryczne występują w układzie nerwowym zarówno bezkręgowców, jak i kręgowców. Są węższe od swoich chemicznych odpowiedników i przenoszą jony bezpośrednio pomiędzy neuronami, umożliwiając szybszą transmisję sygnału. Jednak w przeciwieństwie do synaps chemicznych, synapsy elektryczne nie mogą wzmacniać ani przekształcać sygnałów presynaptycznych. Synapsy elektryczne synchronizują aktywność neuronów, co sprzyja kontrolowaniu szybkich, niezmiennych sygnałów, takich jak ucieczka przed niebezpieczeństwem u kałamarnic.

Neurony mogą wysyłać sygnały do wielu innych neuronów i odbierać je od nich. Integracja licznych sygnałów wejściowych otrzymywanych przez komórki postsynaptyczne ostatecznie określa ich wzorce odpalania potencjału czynnościowego.

Neurony komunikują się ze sobą i z innymi komórkami głównie poprzez sygnalizację chemiczną w synapsach. Te wyspecjalizowane regiony to miejsca, w których zakończenie aksonu komórki presynaptycznej, neuron wysyłający wiadomość, spotyka się z komórką postsynaptyczną odbierającą wiadomość.

Sygnał składa się z cząsteczek neuroprzekaźników, które są przechowywane w końcu aksonu w organellach związanych z błoną zwanych pęcherzykami synaptycznymi.

Kiedy sygnał elektryczny, znany jako potencjał czynnościowy, pojawia się w neuronach presynaptycznych, powoduje to, że pęcherzyki te łączą się z błoną komórkową. Kiedy pęcherzyki łączą się, uwalniają swój neuroprzekaźnik do szczeliny synaptycznej, wąskiej przestrzeni między komórkami.

Neuroprzekaźnik następnie dyfunduje i wiąże się ze swoimi receptorami postsynaptycznymi. To wiązanie wywołuje odpowiedź w komórce postsynaptycznej, która w tym przypadku jest neuronem i może zostać wytworzony potencjał czynnościowy. Ostatecznie sygnalizacja synaptyczna umożliwia neuronom przekazywanie informacji do innych komórek, bliskich i dalekich.