18.11
Sinaps
Nöronlar, elektrik sinyallerini diğer nöronlara ileterek birbirleriyle iletişim kurarlar. Sinaps, iki nöronun sinyal alışverişi yapmak için buluştuğu…
- [Anlatıcı] Sinir sistemi hücreleriniz temel vücut fonksiyonlarından duyusal uyaranlara kadar sürekli bilgi alır ve iletir. Nöronlar, aksiyon potansiyelleri denen elektrik sinyalleriyle iletişim kurar. Bu aksiyon potansiyelleri, hücre gövdesinden başlar ve akson boyunca akson ucuna kadar yol alır, buradan da bir sonraki hücreye aktarılır.
İki nöronun buluştuğu noktaya sinapsis denir. Elektrik sinapsisleri, ara bağlantılar aracılığıyla hücreler arası doğrudan iletişime olanak sağlar ve sıklıkla hızlı aktivite koordinasyonuyla ilişkilidir. Fakat çoğu sinapsis, sinaptik boşluk içeren kimyasal sinapsistir.
Buysa sinyali gönderen ve presinaptik hücre diye bilinen nöronla sinyali alan, postsinaptik hücre denen nöron arasındaki fiziksel boşluktur. Aksiyon potansiyelleri, sinaptik boşlukta ilerleyemez, bu yüzden nöronlar, elektrik sinyalini sinapsiste kimyasal sinyale çevirir. Bu, nörotransmitter diye bilinen moleküllerin salınımıyla gerçekleştirilir.
Her biri postsinaptik sinir hücresi üzerinde farklı etkilere sahip pek çok nörotransmitter vardır. Buna uyarıcı glutomat ve Gama-Aminobütrik asit (GABA) da dâhildir. Aksiyon potansiyeli, presinapsis uca ulaşınca presinaptik zar üzerindeki voltaja duyarlı kalsiyum kanalları açılır.
Kalsiyum, hücreye akın eder. Bu da zarla vesikül füzyonunu ve nörotransmitterlerin sinaptik boşluğa salınımını tetikler. İşte o zaman postsinaptik hücredeki reseptörlere bağlanabilirler.
Nörotransmitterlerin reseptörlere bağlanması postsinaptik zar potansiyelinin artması ya da azalmasıyla sonuçlanabilir, postsinaptik hücrede bir aksiyon potansiyelinin başlatılma ihtimalini etkileyebilir. Binlerce sinapsisi bulunabilen nöronlar pek çok hücreden bilgi alabilir. Bu sinyaller, postsinaptik nöronun somasında birleştirilir.
Hücre burada mesajı iletip iletmeyeceğine karar verir. Postsinaptik reseptörlere bağlandıktan sonra nörotransmitterler dağılıp yok olabilir, ayrıştırılabilir veya geri dönüştürülebilir. Presinaptik hücredeki proteinlerin geri alınımı sıklıkla nörotransmitterlerin geri dönüşümünden sorumludur.
Nörotransmitterlerin sinapslar boyunca salınımı ve bağlanması, aksiyon potansiyellerinin elektrik sinyallerinin komşu nöronlara iletilmesine olanak tanır. Bu çok adımlı süreç, nöron işlevi için çok önemlidir.
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.