Cell to cell conduction
-
Upload
saeed-gholami -
Category
Health & Medicine
-
view
81 -
download
2
Transcript of Cell to cell conduction
SİNAPTİK İLETİM
Dr. Ayşe DEMİRKAZIK
About this ChapterAbout this Chapter
How cells communicateHow cells communicate
Electrical and chemical signalsElectrical and chemical signals
Receptor types and how they functionReceptor types and how they function
Local regulation of cellsLocal regulation of cells
Modification of receptors and signalsModification of receptors and signals
Homeostatic balance depends on Homeostatic balance depends on communicationcommunication
Feedback regulates integration of systemsFeedback regulates integration of systems
Cell to Cell Conduction: the SynapseCell to Cell Conduction: the Synapse
Electrical synapses: gap junctionsElectrical synapses: gap junctions– Very fast conductionVery fast conduction– Example: cardiac muscleExample: cardiac muscle
Chemical synapsesChemical synapses– Pre synaptic terminalPre synaptic terminal
Synthesis of NeurotransmittersSynthesis of NeurotransmittersCaCa2+2+ releases Neurotransmitters releases Neurotransmitters
– Synaptic cleftSynaptic cleft– Postsynaptic cell: Neurotransmitter receptorsPostsynaptic cell: Neurotransmitter receptors
Cell to Cell Conduction: the SynapseCell to Cell Conduction: the Synapse
SynapsesSynapses
Types of SynapsesTypes of Synapses
Axodendritic – synapses between the axon Axodendritic – synapses between the axon of one neuron and the dendrite of anotherof one neuron and the dendrite of another
Axosomatic – synapses between the axon of Axosomatic – synapses between the axon of one neuron and the soma of anotherone neuron and the soma of another
Other types of synapses include:Other types of synapses include:– Axoaxonic (axon to axon)Axoaxonic (axon to axon)– Dendrodendritic (dendrite to dendrite)Dendrodendritic (dendrite to dendrite)– Dendrosomatic (dendrites to soma)Dendrosomatic (dendrites to soma)
Electrical SynapsesElectrical Synapses
Electrical synapses:Electrical synapses:– Are less common than chemical synapsesAre less common than chemical synapses– Correspond to gap junctions found in other cell Correspond to gap junctions found in other cell
typestypes
– Are important in the CNS in:Are important in the CNS in:Arousal from sleepArousal from sleep
Mental attentionMental attention
Emotions and memoryEmotions and memory
Ion and water homeostasisIon and water homeostasis
Specialized for the release and reception of Specialized for the release and reception of neurotransmittersneurotransmitters
Typically composed of two parts: Typically composed of two parts: – Axonal terminal of the presynaptic neuron, which Axonal terminal of the presynaptic neuron, which
contains synaptic vesicles contains synaptic vesicles – Receptor region on the dendrite(s) or soma of Receptor region on the dendrite(s) or soma of
the postsynaptic neuronthe postsynaptic neuron
Chemical SynapsesChemical Synapses
ChemicalChemical– Autocrine & Paracrine: local signalingAutocrine & Paracrine: local signaling– Endocrine system: distant, diffuse targetEndocrine system: distant, diffuse target
ElectricalElectrical– Gap junction: localGap junction: local– Nervous system: fast, specific, distant targetNervous system: fast, specific, distant target
Overview of Cell to Cell Overview of Cell to Cell Communication:Communication:
Gap Junctions and CAMsGap Junctions and CAMsProtein channels - Protein channels - connexinconnexin
Direct flow to neighborDirect flow to neighbor– Electrical- ions (charge)Electrical- ions (charge)– Signal chemicalsSignal chemicals
CAMs CAMs – Need direct surface Need direct surface
contactcontact– Signal chemicalSignal chemical
Figure 6-1a, b: Direct and local cell-to-cell communication
Paracrines and AutocrinesParacrines and Autocrines
Local Local communication communication
Signal chemicals Signal chemicals diffuse to targetdiffuse to target
Example: CytokinesExample: Cytokines– Autocrine–receptor Autocrine–receptor
on same cellon same cell– Paracrine–Paracrine–
neighboring cellsneighboring cells Figure 6-1c: Direct and local cell-to-cell communication
Signal Signal ChemicalsChemicals
Made in Made in endocrine cellsendocrine cells
Transported via Transported via bloodblood
Receptors on Receptors on target cellstarget cells
Long Distance Communication: Long Distance Communication: HormonesHormones
Figure 6-2a: Long distance cell-to-cell communication
NeuronsNeurons– Electrical signal down axonElectrical signal down axon– Signal molecule (neurotransmitter) to target cellSignal molecule (neurotransmitter) to target cell
NeurohormonesNeurohormones– Chemical and electrical signals down axonChemical and electrical signals down axon– Hormone transported via blood to targetHormone transported via blood to target
Long Distance Communication: Long Distance Communication: Neurons and NeurohormonesNeurons and Neurohormones
Figure 6-2 b: Long distance cell-to-cell communication
Long Distance Communication: Long Distance Communication: Neurons and NeurohormonesNeurons and Neurohormones
Figure 6-2b, c: Long distance cell-to-cell communication
Signal PathwaysSignal Pathways
Signal molecule (ligand)Signal molecule (ligand)
ReceptorReceptor
Intracellular signalIntracellular signal
Target proteinTarget protein
ResponseResponse
Figure 6-3: Signal pathways
Receptor locationsReceptor locationsCytosolic or NuclearCytosolic or Nuclear– Lipophilic ligand Lipophilic ligand
enters cellenters cell
– Often activates geneOften activates gene
– Slower response Slower response
Cell membraneCell membrane– Lipophobic ligand Lipophobic ligand
can't enter cellcan't enter cell– Outer surface Outer surface
receptorreceptor– Fast responseFast response Figure 6-4: Target cell receptors
Presinaptik-postsinaptik kavramıPresinaptik-postsinaptik kavramı
Bir sinapsta Bir sinapsta postsinaptik olan bir postsinaptik olan bir nöronnöron
Bir başka sinapsta Bir başka sinapsta presinaptik olabilirpresinaptik olabilir
Sinir sisteminin tek bir Sinir sisteminin tek bir organizasyonunda organizasyonunda birçok presinaptik ve birçok presinaptik ve postsinaptik nöron postsinaptik nöron olabilirolabilir
Yaptığı uyarıya göre sinaps Yaptığı uyarıya göre sinaps türleri türleri
Uyarıcı sinaps; Uyarıcı sinaps; postsinaptik nöronu postsinaptik nöronu eksite eden, uyaran eksite eden, uyaran sinapstır...yani AP sinapstır...yani AP oluşturmasını oluşturmasını kolaylaştırırkolaylaştırır
İnhibe edici sinaps; İnhibe edici sinaps; postsinaptik nöronu postsinaptik nöronu inhibe eden sinapstırinhibe eden sinapstır
iki farklı kimyasal sinapsiki farklı kimyasal sinapseksitatöreksitatör inhibitör inhibitör
Postsinaptik Postsinaptik membrandaki membrandaki transmitter etkisi iki transmitter etkisi iki tür olabilir;tür olabilir;– Uyarıcı Uyarıcı
– İnhibe ediciİnhibe edici
Postsinaptik Postsinaptik membranda çalışan membranda çalışan sinyal iletme sinyal iletme mekanizması tipi vemekanizması tipi ve
Reseptörün etkilediği Reseptörün etkilediği kanalın tipi sinyalin kanalın tipi sinyalin formunu belirlerformunu belirler
İyon kanallarıİyon kanallarıpostsinaptik nöronun birinci etkilenme yolupostsinaptik nöronun birinci etkilenme yolu
Katyon kanalları;Katyon kanalları; çoğunlukla Na, bazen çoğunlukla Na, bazen de K ve Ca de K ve Ca iyonlarının geçişine iyonlarının geçişine izin veririzin verir
Anyon kanalları;Anyon kanalları; en çok Cl olmak en çok Cl olmak üzere diğer bazı üzere diğer bazı anyonları da anyonları da geçirebilirgeçirebilir
Na kanallarının Na kanallarının açılması;açılması; nöronu nöronu uyarır, yani Na uyarır, yani Na kanallarını açan NT kanallarını açan NT eksitatördüreksitatördür
ClCl-- kanallarının kanallarının açılması;açılması; nöronu nöronu inhibe eder, yani Clinhibe eder, yani Cl -- kanallarını açan NT kanallarını açan NT inhibitördürinhibitördür
Postsinaptik nöronda eksitasyonPostsinaptik nöronda eksitasyon
Sodyum iyon kanallarının açılmasıSodyum iyon kanallarının açılması– Eksitasyonun en sık kullanılan şeklidirEksitasyonun en sık kullanılan şeklidir
Klorür iyon kanallarının baskılanmasıKlorür iyon kanallarının baskılanmasıPotasyum iyon kanallarının baskılanmasıPotasyum iyon kanallarının baskılanması
Eksitatör reseptör sayısının artmasıEksitatör reseptör sayısının artmasıİnhibitör reseptör sayısının azalmasıİnhibitör reseptör sayısının azalmasıHücre içi metabolik değişikliklerHücre içi metabolik değişiklikler– Hücre aktivitesini uyarmak için yapılan değişikliklerHücre aktivitesini uyarmak için yapılan değişiklikler
Postsinaptik nöronda inhibisyonPostsinaptik nöronda inhibisyon
Klorür iyon kanallarının açılmasıKlorür iyon kanallarının açılmasıPotasyum iyon iletiminde artışPotasyum iyon iletiminde artış
Eksitatör reseptör sayısının azalmasıEksitatör reseptör sayısının azalmasıİnhibitör reseptör sayısının artmasıİnhibitör reseptör sayısının artmasıHücresel metabolik fonksiyonları inhibe Hücresel metabolik fonksiyonları inhibe eden düzenlemelereden düzenlemeler
EPSPEPSP EEksitatör ksitatör PPostostSSinaptik inaptik PPotansiyelotansiyel
Presinaptik eksitatör Presinaptik eksitatör nörotransmitter salınımınörotransmitter salınımıPostsinaptik eksitatör Postsinaptik eksitatör reseptörlerin uyarılmasıreseptörlerin uyarılmasıNa iyon kanallarının Na iyon kanallarının açılmasıaçılması– Na geçirgenliğinin Na geçirgenliğinin
artmasıartması– Elektrokimyasal olarak Elektrokimyasal olarak
Na’un hücre içine Na’un hücre içine akışının artmasıakışının artması
EPSP’nin oluşmasıEPSP’nin oluşması
Potansiyelin Potansiyelin anlamıanlamı
Tek başına bir EPSP Tek başına bir EPSP aksiyon potansiyeli aksiyon potansiyeli oluşturmak için yeterli oluşturmak için yeterli değildirdeğildir
Amplitüdün büyümesi Amplitüdün büyümesi için iki yol vardır;için iki yol vardır;– Birçok terminalden eş Birçok terminalden eş
zamanlı deşarjların olmasızamanlı deşarjların olması
– Aynı terminalden kısa Aynı terminalden kısa aralıklarla deşarjın aralıklarla deşarjın tekrarlanmasıtekrarlanması
AP’nin oluşmasıAP’nin oluşması
EPSP yeterli EPSP yeterli büyüklüğe büyüklüğe ulaştığında AP ulaştığında AP ortaya çıkarortaya çıkar
AP’nin başlangıç AP’nin başlangıç yeri akson yeri akson başlangıç başlangıç segmentidirsegmentidir
IPSPIPSPİİnhibitör nhibitör PPostostSSinaptik inaptik PPotansiyelotansiyel
Presinaptik inhibitör Presinaptik inhibitör nörotransmitter salınımınörotransmitter salınımıPostsinaptik inhibitör Postsinaptik inhibitör reseptörlerin uyarılmasıreseptörlerin uyarılmasıK ve Cl kanallarında K ve Cl kanallarında ortaya çıkan değişikliklerortaya çıkan değişiklikler– K iyonlarının dışarı K iyonlarının dışarı
akmasıakması– Cl Cl iyonlarının içeri akmasıiyonlarının içeri akması
IPSP’nin oluşmasıIPSP’nin oluşması– (hiperpolarizasyon)(hiperpolarizasyon)
Yavaş postsinaptik potansiyellerYavaş postsinaptik potansiyeller
EPSP ve IPSP’ye ek olarak;EPSP ve IPSP’ye ek olarak;– Yavaş formlar da vardırYavaş formlar da vardır
K geçirgenliğindeki düşüşe bağlı K geçirgenliğindeki düşüşe bağlı olarak yavaş EPSPolarak yavaş EPSP
K geçirgenliğindeki artışa bağlı K geçirgenliğindeki artışa bağlı olarak da yavaş IPSP’ler oluşurolarak da yavaş IPSP’ler oluşur
SumasyonSumasyonSpasyal-uzaysalSpasyal-uzaysal
Bir postsinaptik nöron;Bir postsinaptik nöron;– Çeşitli presinaptik nöronlardan aynı zamanda impulslar Çeşitli presinaptik nöronlardan aynı zamanda impulslar
alır ve bu EPSP’ler toplanırsaalır ve bu EPSP’ler toplanırsa
SumasyonSumasyonTemporal-zamansalTemporal-zamansal
Bir postsinaptik Bir postsinaptik nöron;nöron;– Uygun Uygun
aralıklarlaaralıklarla– Aynı presinaptik Aynı presinaptik
sinapstan sinapstan deşarjlar alırdeşarjlar alır
– Ve bu EPSP’ler Ve bu EPSP’ler toplanırsatoplanırsa
EPSP ve IPSP EPSP ve IPSP
İnhibitör ve Eksitatör İnhibitör ve Eksitatör potansiyellerpotansiyeller
diverjans-dağılmadiverjans-dağılmaBir nörondan gelen impulsların sinapslar Bir nörondan gelen impulsların sinapslar sayesinde pekçok nörona ulaşmasına sayesinde pekçok nörona ulaşmasına denirdenirBu sayede bir nöron çok geniş alanlarda Bu sayede bir nöron çok geniş alanlarda etkili olabiliretkili olabilir
konverjans-toplanmakonverjans-toplanmaBir postsinaptik Bir postsinaptik nöron binlerce nöron binlerce presinaptik presinaptik nörondan gelen nörondan gelen uyarıların etkisi uyarıların etkisi altında olabiliraltında olabilir
Bu binlerce farklı Bu binlerce farklı nöronun nöronun impulslarının bir impulslarının bir hücreyi hücreyi etkilemesine etkilemesine konverjans denirkonverjans denir
sinapslarda inhibisyonsinapslarda inhibisyon
1.Direkt inhibisyon; 1.Direkt inhibisyon; – Bir IPSP Bir IPSP
tarafından tarafından nöronda meydana nöronda meydana getirilen getirilen inhibisyondurinhibisyondur
– Postsinaptik Postsinaptik deşarj olmadan deşarj olmadan gerçekleşirgerçekleşir
2.İndirek inhibisyon;2.İndirek inhibisyon;– Nöronda AP Nöronda AP
oluştuktan sonra oluştuktan sonra oluşan inhibisyonduroluşan inhibisyondur
– Refrakter periyod, Refrakter periyod, ard ard hiperpolarizasyon hiperpolarizasyon döneminde nöron döneminde nöron indirekt olarak indirekt olarak inhibe durumdadırinhibe durumdadır
Presinaptik inhibisyonPresinaptik inhibisyonBazen bir presinaptik AP henüz sinaptik aralığa Bazen bir presinaptik AP henüz sinaptik aralığa ulaşamadan aksoaksonal sinaps tarafından ulaşamadan aksoaksonal sinaps tarafından söndürülürsöndürülür
Klor iletkenliğinde artış
K dışa akışında artma
Ca’un hücreye girişi için gerekli potansiyele ulaşılamaz
GABA’nın en çok kullandığı inhibisyon yolu
Negatif feed back inhibisyonNegatif feed back inhibisyon
Nöronlar kendi kendilerini de inhibe Nöronlar kendi kendilerini de inhibe edebilirleredebilirler
Akson kollateralleri, ara nöronlarla sinaps Akson kollateralleri, ara nöronlarla sinaps yaparyapar
Bu ara nöronlar sinyalin çıktığı nöronu Bu ara nöronlar sinyalin çıktığı nöronu ve/veya başka nöronları inhibe ederlerve/veya başka nöronları inhibe ederler
Renshaw hücreleri (nöronları)...Renshaw hücreleri (nöronları)...
Renshaw Renshaw hücre hücre
inhibisyonuinhibisyonu
Ligand- gated channelLigand- gated channel
Receptor enzymesReceptor enzymes
G-protein-coupledG-protein-coupled
IntegrinIntegrin
Membrane Receptor ClassesMembrane Receptor Classes
Membrane Receptor ClassesMembrane Receptor Classes
Figure 6-5: Four classes of membrane receptors
Signal TransductionSignal Transduction
Transforms signal Transforms signal energyenergy
Protein kinaseProtein kinase
Second Second messengermessenger
Activate proteinsActivate proteins– PhosporylationPhosporylation– Bind calciumBind calcium
Cell responseCell responseFigure 6-8: Biological signal transduction
Signal AmplificationSignal Amplification
Small signal Small signal produces large cell produces large cell responseresponse
Amplification Amplification enzymeenzyme
CascadeCascade
Figure 6-7: Signal amplification
Receptor EnzymesReceptor Enzymes
TransductionTransduction
Activation Activation cytoplasmiccytoplasmic– Side enzymeSide enzyme
Example: Example: Tyrosine kinaseTyrosine kinase
Figure 6-10: Tyrosine kinase, an example of a receptor-enzyme
G-Protein-coupled ReceptorsG-Protein-coupled Receptors
Hundreds of typesHundreds of types
Main signal transducersMain signal transducers– Activate enzymesActivate enzymes– Open ion channelsOpen ion channels– Amplify:Amplify:
adenyl cyclase-cAMPadenyl cyclase-cAMP
– Activates synthesisActivates synthesis
G-Protein-coupled ReceptorsG-Protein-coupled Receptors
Figure 6-11: The G protein-coupled adenylyl cyclase-cAMP system
Transduction ReviewedTransduction Reviewed
Figure 6-14: Summary of signal transduction systems
Novel Signal MoleculesNovel Signal Molecules
Calcium: muscle contractionCalcium: muscle contraction– Channel openingChannel opening– Enzyme activationEnzyme activation– Vesicle excytosisNitric Oxide (NO)Vesicle excytosisNitric Oxide (NO)– Paracrine: arteriolesParacrine: arterioles
– Activates cAMPActivates cAMP– Brain neurotransmitterBrain neurotransmitter
Carbon monoxide (CO)Carbon monoxide (CO)
Novel Signal MoleculesNovel Signal Molecules
Figure 6-15: Calcium as an intracellular messenger