GRAĐA I FUNKCIJA SINAPSI I STANIČNI TEMELJI PONAŠANJA

Temelji neuroznanosti2008

Sinapsa :

Funkcionalno povezuje dva neurona.Sastoji se od tri dijela:1. Presinaptički element2. Sinaptička pukotina3. Postsinaptički element

Nerve cells talking - and making sense

Sinaptička signalizacija je:

• jednosmjerna• brza (120 m/s)• kratkotrajna ( 0,3 do1 ms)• specifična• precizna

Dvostruko prevođenje signala

• 1. Električni signal prevodi se u kemijski• 2. Kemijski signal prevodi se u:

– a) električni (ionotropni-izravno, metabotropni-neizravno)– b) kemijski (metabotropni, ionotropni: c(Ca2+ )i se povećava)

Kemijska sinaptička signalizacija

• 1. EGZOCITOZA NEUROTRANSMITERA• 2. AKTIVACIJA RECEPTORA

• 1. PROMJENA IONSKE VODLJIVOSTI• 2. PROMJENA c(Ca2+)i POSTSINAPTIČKE

STANICE

Postsinaptički potencijali

• EPSP – depolarizira staničnu membranu• OLAŠAVA NASTANAK AKCIJSKOGA POTENCIJALA

• IPSP – hiperpolarizira staničnu membranu• OTEŽAVA NASTANAK AKCIJSKOGA POTENCIJALA

• Sinaptička odgoda (latencija)• Sinaptičko zamaranje• Sinaptički blok

I: Struktura sinapse i njenih dijelova

Presinaptički element, sinaptička pukotina i postsinaptički element

Fig. 1.6.4. Axo-spinous synapse. The short spine of a thin type (S) originates from the dendritic stem (D). Note obliquely sectioned thin parallel filaments in the postsynaptic density (so far unknown andundescribed structure). Microtubule marked by arrow. Scale = 200 nm. (Mouse, neocortex.)

-mitohondriji-sinaptički mjehurići-presinaptičko zgusnuće-presinaptička vezikularna rešetka (aktivna zona)-presinaptička membrana-sinaptička pukotina-postsinaptička membrana-receptor-postinaptičko zgusnuće

Sinaptički mjehurići

• 1. Mali mjehurići bistre srži (40-50 nm, AcH, glutamat, GABA, glicin)

• 2. Mali ili srednji mjehurići zgusnute srži (50-80nm, dopamin, noradrenalin, adrenalin, serotonin)

• 3. Veliki mjehurići zgusnute srži (100-150 nm, neuropeptidi)

• 4. Neurosekretni mjehurići (150-200 nm, nerohormoni stražnjeg režnja hipofize)

Sinaptička pukotina

• Širina: centralne 10-20 nm, neuromišićna 60-100 nm

• Međustanična ploča• Poliionske veze• Velika koncentracija glikoproteina i

mukopolisaharida

Postsinaptički element

• Receptori• Ionski kanali• Postsinaptičko zgusnuće (30-ak vrsta proteina;

aktin, fodrin, kalmodulin itd., enzimi)– kora velikog mozga: CaM-K II i PKA

II. Vrste sinapsi

Klasifikacija sinapsi

(MarcColonnier; asimetrične sinapse)Sinapsa I

Gray 1959Sinapsa II (MarcColonnier; simetrične

sinapse)

TIP SINAPSE

NEUROTRANSMITER VRSTA LOKACIJA MJEHURIĆ

Sinapsa I(asimetrična, široka pukotina)

GLUTAMAT Eksc. dendritičkitrnovi

samookrugli

Sinapsa II(simetrična, uska pukotina)

GABA Inhib. soma ilipočetak dendrita

okrugli isplošteni

Fig. 1.6.7. Two axo-dendritic synapses on a dendritic stem (D). The asymmetrical (Gray I) type with spherical synaptic vesicles in the presynaptic bouton and prominent postsynaptic density (S, red asterisk) on the right, the symmetrical (Gray II) type with pleiomorphic or flat vesicles in the presynaptic boutonand only slight postsynaptic density (F, blue asterix on the left. Scale = 200 nm. (Rat, lateral geniculatenucleus.)

III. Egzocitoza

Prispijeće akcijskog potencijala u aksonski završetak - depolarizacija

Utok Ca2+ u stanicu + Mjehurići u aktivnim zonama

Kvantizirana egzocitoza neurotransmitera

CIKLUS SINAPTIČKIH MJEHURIĆA-mali mjehurići bistre srži-1 ms + 5 s + 55 s

-proteini sinaptičkih mjehurića-proteini presinaptičke membrane-proteini otopljeni u citosolu

Ciklus sinapt. mjehurića Ostale egzocitoze

• Lokalni autonomni proces u aksonskom završetku, ne ovisi o Golgijevom kompleksu

• Brza (50 x u sekundi)• Samo mjehurići u

aktivnoj zoni• U sinaptičku pukotinu

• Ovisi o Gogijevom kompleksu

• Spora• Mjehurići ne moraju biti u

aktivnoj zoni• Oslobađaju se pokraj

sinaptičke pukotine (neurohormoni hipofize u blizinu kapilara)

IV. Postinaptički potencijali

-NASTAJU VEZANJEM LIGANDA (NEUROTRANSMITERA) NA RECEPTOR NA POSTSINAPTIČKOJ MEMBRANI

- PRI TOME NASTAJE ILI EKSCITACIJSKI ILI INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL

EKSCITACIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL

POVEĆAVA VJEROJATNOST NASTANKA AKCIJSKOGA POTENCIJALA=INFORMACIJA SE DALJE PRENOSI

INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL

UMANJUJE VJEROJATNOST NASTANKA AKCIJSKOGA POTENCIJALA=INFORMACIJA SE DALJE NE PRENOSI

• METODA PRIKOVANOG NAPONA –eksperimentalna metoda kojom se napon stanice održava konstantnim na nekoj razini

• POTENCIJAL OBRATA – membranski potencijal pri kojem nema neto protjecanja struje kroz membranu

EPSP

-ACh-raste g(Na) i g(K)-struja Na u stanicu-struja K van-depolarizacija

Vm= -65 mVENa= +55 mVEK= - 75 mVEEPSP= 0mV

EPSP Akcijski potencijal

• Na+ i K + kreću se kroz isti kanal istodobno

• Ionotropni receptor –kanal reguliran neurotransmiterom

• Nije regenerativan proces

• Blokator nikotinskih receptora: α-bungarotoksin

• Na+ i K + kreću se kroz dva naponska kanala

• Kanali regulirani naponom

• Stalno se otvaraju novi kanali regulirani naponom

• Blokator Na+ kanala: tetrodotoksin

IPSP-GABA, glicin-g(Cl-) raste (ionotropni) ili-g(K+) raste (metabotropni)-hiperpolarizacija-Vm= -65 mV-ECl= -70 mV-EK= -80 mV

V. Centralna i neuromišićna sinapsa

• Fig. 2: Basic shape of dendritic spine (left) compared to that of the neuromuscular junction (right). The dendritic spine attaches to the dendrite with a narrow neck and receives a synapse on a bulb-like head. This lollipop shape is similar to the shape of the interfolds sectioned transversely. Opened axon terminal in green, synaptic vesicles in purple.

Centralna sinapsa Neuromišićna sinapsa

• Široka 15-20 nm• EPSP < 1 mV• 3-10 AP = 1 sinaptički

mjehurić• Nekoliko presinaptičkih AP

= 1 postinaptički AP• Velika koncentracija

neurotransmitera – slab afinitet vezanja

• Eksitacijske i inhibicijske• Različiti neurotransmiteri• Brojne sinapse na istom

neuronu

• Široka 60-100 nm• EPSP znatno veći• 1 AP = 200 sinaptičkih

mjehurića• 1 presinaptički AP = 1

postinaptički AP• Visoki afinitet vezanja

(40% za Ach)• Samo ekscitacijske sinapse• Samo jedan neurotransmiter

(Ach)

VII. Vremensko i prostorno zbrajanje

VIII. Odstranjivanje neurotransmitera iz sinaptičke pukotine

• Difuzija• Enzimska razgradnja neurotransmitera (Ach-

esteraza)• Reuptake (noradrenalin, dopamin, serotonin,

glutamat, GABA, glicin)

IX. Bolesti sinapse

• Lambert-Eatonov sindrom• Otrovi• Myastenia gravis• Kurare• Inhibitori reuptake-a (kokain za dopamin,

triciklički antidepresivi za noradrenalin i serotonin)

Neuronski nizovi, putovi, krugovi, mreže i sustavi

Tractuscorticospilaris

GMN – piramidnineuron V. slojaDMN – α-motoneuron

Primjer zatvorenogneuronskog kruga

umetnuti neuron uvijek jeinhibicijski!

• Naknadno odašiljanje• Novačenje: oblik facilitacije postignut ponavljanim

podraživanjem

• Povratna sprega