18.11
Synapsa
Neurony komunikują się między sobą, przekazując sygnały elektryczne innym neuronom. Synapsa to miejsce, w którym dwa neurony spotykają się w celu wymi…
Komórki twojego układu nerwowego stale odbierają i przekazują informacje, od podstawowych funkcji organizmu po bodźce sensoryczne. Neurony komunikują się za pomocą sygnałów elektrycznych zwanych potencjałami czynnościowymi. Te potencjały czynnościowe pochodzą z ciała komórki i przemieszczają się wzdłuż aksonu do końca aksonu, gdzie są przekazywane do następnej komórki.
Punkt, w którym spotykają się dwa neurony, nazywa się synapsą. Synapsy elektryczne umożliwiają bezpośrednią komunikację między komórkami za pomocą połączeń szczelinowych i często biorą udział w koordynacji szybkiej aktywności. Jednak większość synaps to synapsy chemiczne, które zawierają szczelinę synaptyczną, fizyczną przestrzeń, która istnieje między neuronem wysyłającym sygnał, znanym jako komórka presynaptyczna, a neuronem odbierającym go, zwanym komórką postsynaptyczną.
Potencjały czynnościowe nie mogą przemieszczać się przez szczelinę synaptyczną, więc neurony przekształcają sygnał elektryczny w sygnał chemiczny w synapsie. Osiąga się to poprzez uwalnianie cząsteczek znanych jako neuroprzekaźniki. Istnieje wiele neuroprzekaźników, z których każdy ma inny wpływ na neurony postsynaptyczne, w tym między innymi pobudzający glutaminian i hamujący GABA.
Kiedy potencjał czynnościowy dociera do zakończenia presynaptycznego, otwierają się bramkowane napięciem kanały wapniowe na błonie presynaptycznej. Wapń wdziera się do komórki, co powoduje fuzję pęcherzyków z błoną i uwalnianie neuroprzekaźników do szczeliny synaptycznej. Są one następnie w stanie wiązać się z receptorami na komórce postsynaptycznej.
Wiązanie neuroprzekaźników z receptorami może powodować zwiększenie lub zmniejszenie potencjału błony postsynaptycznej, zmieniając prawdopodobieństwo zainicjowania potencjału czynnościowego w komórce postsynaptycznej. Neurony mogą mieć tysiące synaps i otrzymywać informacje z wielu komórek. Sygnały te są łączone w somie neuronu postsynaptycznego, gdzie komórka decyduje, czy przekazać wiadomość dalej, czy nie.
Po krótkim związaniu się z receptorami postsynaptycznymi, neuroprzekaźniki mogą dyfundować, ulegać degradacji lub recyklingowi. Białka wychwytu zwrotnego w komórce presynaptycznej są często odpowiedzialne za recykling neuroprzekaźników. Uwalnianie i wiązanie neuroprzekaźników w synapsach umożliwia przekazywanie sygnałów elektrycznych potencjałów czynnościowych do sąsiednich neuronów. Ten wieloetapowy proces ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania neuronów.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the difference between electrical and chemical synapses?
Electrical synapses use gap junctions to directly transmit electrical signals between neurons, enabling extremely fast communication without energy input. Chemical synapses contain a synaptic cleft where neurons convert electrical signals into chemical signals via neurotransmitter release. Chemical synapses predominate in the human brain and allow for more regulated, fine-tuned signaling despite their slower transmission speed.
Q2: How do neurotransmitters cross the synaptic cleft?
When an action potential reaches the presynaptic terminal, voltage-gated calcium channels open, allowing calcium to enter. This triggers vesicles containing neurotransmitters to fuse with the presynaptic membrane, releasing neurotransmitters into the synaptic cleft. These molecules then diffuse across the physical space to bind with receptors on the postsynaptic cell.
Q3: What happens after neurotransmitters bind to postsynaptic receptors?
Neurotransmitter binding to postsynaptic receptors can increase or decrease the postsynaptic cell's membrane potential, affecting the likelihood of an action potential initiating. After binding, neurotransmitters may be recycled by reuptake proteins on the presynaptic cell, degraded, or diffuse away from the synaptic cleft, terminating the signal.
Q4: Why do neurons convert electrical signals to chemical signals at synapses?
Action potentials cannot travel across the synaptic cleft, the physical space between neurons. Chemical synapses allow neurons to bridge this gap by converting electrical signals into neurotransmitter molecules that can diffuse across the cleft. This conversion enables signal transmission between neurons while allowing for regulated, fine-tuned communication.
Q5: What role do different neurotransmitters play in synaptic transmission?
Different neurotransmitters produce distinct effects on postsynaptic neurons. Glutamate is excitatory, increasing the likelihood of action potential initiation, while GABA is inhibitory, decreasing this likelihood. Other neurotransmitters like dopamine and serotonin have varied effects, allowing synapses to fine-tune neural signaling based on the specific neurotransmitter released.
Q6: How do neurons integrate signals from multiple synapses?
Neurons receive information from thousands of synapses across their dendrites and cell body. The soma of the postsynaptic neuron combines all incoming signals, determining whether the cumulative effect reaches threshold to initiate an action potential. This integration allows neurons to process complex information from many presynaptic sources before transmitting a signal forward.
Q7: What is the advantage of neurotransmitter recycling at synapses?
Reuptake proteins on the presynaptic cell recycle neurotransmitters from the synaptic cleft, reducing neurotransmitter availability and terminating the signal. This recycling mechanism, along with degradation and diffusion, allows synapses to regulate the duration and intensity of postsynaptic responses, enabling precise control over neural communication.