Sinapsis kimia dapat diklasifikasikan menurutnya lokasi Dan aksesoris struktur yang sesuai: perifer (neuromuskular, neurosekretori, reseptor-neuronal); sentral (axosomatic, axodendritic, axoaxonal, somatodendritic, somatosomatic); dengan tanda shs tindakan - rangsang dan penghambatan; Oleh penengah yang melakukan penularan - kolinergik, adrenergik, serotonergik, glisinergik, dll.

Sinaps terdiri dari tiga elemen utama: membran prasinaps, membran pascasinaps, dan celah sinaptik. Ciri membran postsinaptik adalah adanya membran khusus di dalamnya reseptor, sensitif terhadap mediator tertentu, dan adanya saluran ion yang bergantung pada kemo. Eksitasi ditransmisikan menggunakan mediator (perantara). Mediator - ini adalah zat kimia yang, tergantung pada sifatnya, dibagi menjadi beberapa kelompok berikut: monoamina (asetilkolin, dopamin, norepinefrin, serotonin), asam amino (asam gamma-aminobutirat - GABA, asam glutamat, glisin, dll.) dan neuropeptida ( zat P , endorfin, neurotensin, angiotensin, vasopresin, somatostatin, dll). Pemancar terletak di vesikel penebalan prasinaps, di mana ia dapat tiba dari daerah pusat neuron menggunakan transpor aksonal, atau dengan mengambil kembali pemancar dari celah sinaptik. Ia juga dapat disintesis di terminal sinaptik dari produk pemecahannya.

Ketika AP tiba di terminal akson dan membran prasinaps mengalami depolarisasi, ion kalsium mulai mengalir dari cairan ekstraseluler ke ujung saraf (Gbr. 8). Kalsium mengaktifkan pergerakan vesikel sinaptik ke membran prasinaps, di mana mereka dihancurkan dengan pelepasan pemancar ke dalam celah sinaptik. Dalam sinapsis rangsang, pemancar berdifusi ke dalam celah dan berikatan dengan reseptor membran postsinaptik, yang mengarah pada pembukaan saluran untuk ion natrium, dan akibatnya pada depolarisasi - munculnya potensi postsinaptik rangsang(EPSP). Arus lokal muncul antara membran yang terdepolarisasi dan area yang berdekatan dengannya. Jika mereka mendepolarisasi membran ke tingkat kritis, maka timbul potensial aksi di dalamnya. Dalam sinapsis penghambatan, pemancar (misalnya, glisin) berinteraksi dengan cara yang sama dengan reseptor membran pascasinaps, tetapi membuka saluran kalium dan/atau klorin di dalamnya, yang menyebabkan transisi ion sepanjang gradien konsentrasi: kalium dari sel, dan klorin ke dalam sel. Hal ini menyebabkan hiperpolarisasi membran postsinaptik - penampilan potensi penghambatan postsinaptik(TPSP).

Mediator yang sama dapat berikatan bukan pada satu, tetapi pada beberapa reseptor berbeda. Jadi, asetilkolin di sinapsis neuromuskular otot rangka berinteraksi dengan reseptor H-kolinergik, yang membuka saluran natrium, yang menyebabkan EPSP, dan di sinapsis vagokardiak, ia bekerja pada reseptor M-kolinergik, yang membuka saluran untuk ion kalium (dihasilkan oleh IPSP ). Akibatnya, sifat rangsang atau penghambatan kerja mediator ditentukan oleh sifat membran pascasinaps (jenis reseptor), dan bukan oleh mediator itu sendiri.

Beras. 8. Persimpangan neuromuskular

Potensial aksi (AP) tiba di ujung serabut saraf; vesikel sinaptik melepaskan pemancar (asetilkolin) ke dalam celah sinaptik; asetilkolin (ACh) berikatan dengan reseptor pada membran postsinaptik; potensi membran postsinaptik menurun dari minus 85 menjadi minus 10 mV (terjadi EPSP). Di bawah pengaruh arus yang mengalir dari daerah depolarisasi ke daerah non-depolarisasi, timbul potensial aksi pada membran serat otot.

Selain neurotransmiter, ujung presinaptik melepaskan zat yang tidak terlibat langsung dalam transmisi sinyal dan berperan sebagai neuromodulator efek sinyal. Modulasi dilakukan dengan mempengaruhi pelepasan mediator atau pengikatannya oleh reseptor neuron postsinaptik, serta respon neuron ini terhadap mediator. Fungsi mediator klasik dilakukan oleh amina dan asam amino, fungsi neuromodulator dilakukan oleh neuropeptida. Mediator disintesis terutama di terminal akson; neuropeptida terbentuk di badan neuron melalui sintesis protein, dari mana mereka dipecah di bawah pengaruh protease.

Sinapsis dengan transmisi eksitasi kimia memiliki sejumlah sifat umum: eksitasi melalui sinapsis dilakukan hanya dalam satu arah, yang ditentukan oleh struktur sinapsis (mediator dilepaskan hanya dari membran prasinaps dan berinteraksi dengan reseptor sinapsis. membran postsinaptik); transmisi eksitasi melalui sinapsis lebih lambat dibandingkan melalui serabut saraf (synaptic delay); sinapsis memiliki labilitas yang rendah dan kelelahan yang tinggi, serta sensitivitas yang tinggi terhadap zat kimia (termasuk farmakologi); transformasi ritme eksitasi terjadi di sinapsis.

Fungsi dasar sinapsis

Pentingnya mekanisme fungsi sel menjadi jelas ketika proses interaksinya diperlukan untuk pertukaran informasi. Informasi dipertukarkan menggunakan sistem saraf dan dalam dirinya sendiri. Tempat kontak antar sel saraf (sinapsis) berperan penting dalam transfer informasi. Informasi berupa rangkaian potensial aksi berasal dari yang pertama ( prasinaptik) neuron pada detik ( pascasinaps). Hal ini dimungkinkan secara langsung dengan membentuk arus lokal antara sel-sel yang berdekatan atau, lebih sering, secara tidak langsung melalui pembawa kimia.

Tidak ada keraguan tentang pentingnya fungsi sel untuk keberhasilan berfungsinya seluruh organisme. Namun, agar tubuh dapat berfungsi secara keseluruhan, harus ada interkoneksi antar selnya - transfer berbagai bahan kimia dan informasi. Berpartisipasi dalam transmisi informasi, misalnya, hormon, dikirim ke sel melalui darah. Namun pertama-tama, transmisi informasi terjadi di sistem saraf dalam bentuk impuls saraf. Dengan demikian, organ indera menerima informasi dari dunia sekitar, misalnya berupa suara, cahaya, bau, dan meneruskannya lebih jauh melalui saraf yang bersangkutan ke otak. sistem syaraf pusat, pada bagiannya, harus memproses informasi ini dan, sebagai hasilnya, kembali mengeluarkan beberapa informasi ke pinggiran, yang secara kiasan dapat direpresentasikan dalam bentuk perintah tertentu ke organ efektor perifer, seperti otot, kelenjar, dan organ sensorik. Ini akan menjadi respons terhadap iritasi eksternal.

Transmisi informasi, misalnya, dari reseptor organ pendengaran ke otak, termasuk pemrosesannya di sistem saraf pusat. Untuk melakukan hal ini, jutaan sel saraf harus berinteraksi satu sama lain. Hanya berdasarkan pemrosesan informasi yang diterima inilah respons akhir dapat dibentuk, misalnya, tindakan terarah atau penghentian tindakan, pelarian, atau serangan tersebut. Kedua contoh ini menunjukkan bahwa pemrosesan informasi di sistem saraf pusat dapat menimbulkan reaksi yang melibatkan proses eksitasi atau penghambatan. Zona kontak antar sel saraf - sinapsis - juga berperan dalam transmisi informasi dan pembentukan respon dari sistem saraf pusat. Selain kontak sinaptik antar interneuron di sistem saraf pusat, proses ini dilakukan melalui kontak sinaptik yang terletak pada jalur transmisi. eferen informasi, sinapsis antara akson dan neuron eksekutif dan di luar sistem saraf pusat (di pinggiran) antara neuron eksekutif dan organ efektor. Konsep “sinaps” diperkenalkan pada tahun 1897 oleh ahli fisiologi Inggris F. Sherrington. Sinapsis antar akson neuron motorik dan serat otot rangka ditelepon sinapsis mioneural .

Telah ditunjukkan bahwa ketika tereksitasi, neuron menghasilkan potensial aksi. Rangkaian potensial aksi adalah pembawa informasi. Tugas sinapsis adalah mengirimkan sinyal-sinyal ini dari satu neuron ke neuron lain atau ke sel efektor. Biasanya, hasil pengodean ulang adalah munculnya potensial aksi, yang dapat ditekan di bawah pengaruh kontak sinaptik lainnya. Pada akhirnya, konduksi sinaptik kembali menyebabkan fenomena listrik. Ada dua kemungkinan di sini. Transmisi sinyal cepat dilakukan sinapsis listrik, lebih lambat - bahan kimia, di mana pembawa bahan kimia berperan sebagai transmisi sinyal. Namun, dalam kasus ini ada dua kemungkinan mendasar. Dalam satu kasus, pembawa kimia dapat secara langsung menyebabkan fenomena listrik pada membran sel di sekitarnya, dan efeknya relatif cepat. Dalam kasus lain, zat ini hanya menyebabkan rangkaian proses kimia lebih lanjut, yang pada gilirannya menyebabkan fenomena listrik pada membran neuron berikutnya, yang berhubungan dengan waktu yang lama.

Terminologi berikut biasanya diterima. Jika sel tempat transmisi informasi terarah dilakukan terletak di depan sinapsis, maka sel tersebut prasinaptik. Sel yang terletak setelah sinapsis disebut pascasinaps .

Sinaps adalah titik kontak antara dua sel. Informasi dalam bentuk potensial aksi berpindah dari sel pertama, yang disebut prasinaps, ke sel kedua, yang disebut pascasinaps.

Sinyal melintasi sinapsis ditransmisikan secara elektrik melalui pembangkitan arus lokal antara dua sel (sinapsis listrik), secara kimiawi di mana sinyal listrik ditransmisikan secara tidak langsung oleh pemancar (sinapsis kimia), dan oleh kedua mekanisme secara bersamaan (sinapsis campuran).

Sinapsis listrik

Sinapsis listrik dan kimia      Sifat listrik sinapsis 

Transmisi sinyal dari sel ke sel. dapat dilakukan baik melalui jalur langsung potensial aksi (sinapsis listrik), atau dengan dengan bantuan khusus molekul - neurotransmiter ( sinapsis kimia). Tergantung pada Anda fungsi tertentu sinapsis memiliki struktur yang sangat berbeda. DI DALAM sinapsis kimia jarak antara sel adalah - 20-40 nm celah sinaptik antar sel- ini adalah bagian ruang antar sel itu berisi cairan hambatan listrik rendah, Jadi sinyal listrik menghilang sebelum mencapai kotak berikutnya. Transmisi listrik, sebaliknya, hanya dilakukan di struktur khusus - kontak slot, dimana sel-selnya berada pada jarak 2 nm dan dihubungkan melalui saluran penghantar. Faktanya, ada sesuatu yang mirip di sini dengan syncytium yang didalilkan sebelumnya, atau kontinum sitoplasma multiseluler. Ironisnya, sejarah ilmu pengetahuan      Sistem pasif transportasi yang selanjutnya disebut saluran tidak bersifat tunggal kelompok fungsional elemen dalam membran. Saat istirahat, saluran ditutup dan memasuki keadaan konduktif hanya setelah saluran dibuka. Pembukaan, atau mekanisme gerbang, dimulai secara elektrik, yaitu saat berubah potensi membran, atau secara kimia- saat berinteraksi dengan molekul tertentu. Sifat kimia mekanisme gerbang sehubungan erat dengan biokimia sinapsis dibahas dalam Bab. 8 dan 9. Saya hanya ingin mencatat itu mekanisme gerbang juga berbeda dari transportasi lainnya sistem menurut farmakologinya, selektivitas ion dan kinetika.       Di antara banyak contoh yang menunjukkan pentingnya tautan komunikasi, dapat dikutip fenomena listrik konjugasi sel. Biasanya, membran sel memiliki sangat tinggi hambatan listrik, namun, di dalam membran sel yang berkontak terdapat area dengan resistensi rendah- rupanya daerah kontak slot. Salah satu bentuk paling sempurna sambungan komunikasi- ini adalah sinapsis, terspesialisasi kontak antara neuron. Impuls syaraf, melewati membran satu neuron, merangsang sekresi kuantum substansi kimia(perantara) siapa melewati celah sinapsis dan inisiasi terjadinya impuls saraf di neuron kedua.      Serat saraf adalah dirimu sendiri tabung berisi bahan agar-agar yang sangat memanjang larutan garam satu komposisi dan bisa dicuci larutan garam komposisi yang berbeda. Solusi ini mengandung bermuatan listrik ion, dalam kaitannya dengan kemiripannya cangkang membran saraf mempunyai permeabilitas selektif. Karena perbedaan dalam tingkat difusi negatif dan positif ion bermuatan antara dalaman Dan permukaan luar serabut saraf ada perbedaan potensial. Jika langsung tereduksi, yaitu terjadi depolarisasi lokal, depolarisasi ini akan menyebar ke area sekitar membran, akibatnya gelombangnya akan merambat sepanjang serat. Inilah yang disebut potensi lonjakan, atau impuls syaraf. Membran tidak dapat dilepaskan sebagian; ia terdepolarisasi seluruhnya sepanjang jalur atau tidak terdepolarisasi sama sekali. Apalagi setelahnya perjalanan impuls perlu beberapa waktu untuk mengembalikan aslinya potensi membran, dan sampai saat itu sedangkan potensial membran tidak akan pulih serabut saraf tidak akan bisa melewatkan dorongan berikutnya. Alam terjadinya impuls saraf(menurut undang-undang semua atau tidak sama sekali) dan sebagai berikut lewatnya suatu impuls periode refraktori(atau periode kembalinya serat ke keadaan semula) akan kita lihat lebih detail di bab terakhir buku ini. Jika eksitasi diterima di suatu tempat di tengah-tengah serat, impuls harus merambat ke dua arah. Namun hal ini biasanya tidak terjadi karena jaringan saraf dirancang Dengan demikian sehingga sinyal pada saat tertentu masuk beberapa arah tertentu. Untuk ini serabut saraf terhubung antara dirimu sendiri di saraf melalui formasi khusus, sinapsis, mentransmisikan sinyal hanya dalam satu arah.       Saluran transpor ion pasif melewati membran yang dapat dirangsang, berisi dua komponen fungsional mekanisme gerbang Dan penyaring selektif. Mekanisme gerbang, mampu membuka atau menutup saluran, dapat diaktifkan secara elektrik oleh perubahan potensi membran atau secara kimia, misalnya dalam sinapsis, dengan mengikat molekul neurotransmiter. Filter selektif mempunyai dimensi sebagai berikut dan struktur seperti itu, yang memungkinkan Anda untuk melewatinya       Sinapsis adalah tempat komunikasi antar sel saraf. Sinapsis kimia dan listrik berbeda mekanisme transmisi informasi.       Dalam bab. 1 telah dikatakan bahwa hampir semua fungsi saraf pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil karena sifat-sifat membran. Secara khusus, fenomena seperti perambatan impuls saraf, listrik atau transmisi kimia dari sel ke sel, transpor ion aktif, pengenalan seluler dan pengembangan sinapsis, interaksi dengan neuromodulator, zat neurofarmakologis dan neurotoksin. Pandangan yang agak sepihak ini diklarifikasi dalam bab ini dengan mempertimbangkan sitoplasma neuron. Meskipun pada dasarnya mirip dengan sitoplasma sel lain – organel yang sama (dan juga sinaptik vesikel) dan enzim (dan, sebagai tambahan, mereka yang terlibat dalam mediator metabolisme), Namun saraf sitoplasma diadaptasi dengan cara tertentu khususnya untuk fungsi neuron.       DARI pembentukan mikrotubulus atau dari kehadiran mediator nli Ca2+ kontak sinaptik bukan karena kehadiran mediator, aktivitas listrik atau pembentukan fungsional reseptor. Tidak ada penelitian yang dilakukan sejauh ini yang sepenuhnya menjawab pertanyaan tentang hal ini mekanisme pembentukan, kekhususan dan stabilisasi sinapsis dan tidak memecahkan masalah pendidikan bertahap jaringan syaraf, bertanggung jawab untuk lebih tinggi fungsi saraf sistem. Pertama Bab ini kami telah menyoroti masalah ini sebagai salah satu yang paling penting dalam neurobiologi, tapi kita akan melihatnya lebih detail nanti.       Fisostigmin dimainkan peran penting V sejarah ilmu pengetahuan. Ini menghambat enzim kolinesterase, yang memecah asetilkolin (lihat bagian 6.2). Berkat ini, yang terakhir, sebagai neurotransmitter, tetap berada di otak untuk waktu yang lama. ujung saraf. Hal ini memungkinkan untuk mengisolasinya dari mereka, menentukan fungsinya dan berkembang secara umum teori kimia transmisi listrik impuls melalui sinapsis saraf sistem.       Dasarnya sistem saraf membentuk saraf sel - neuron, yang terhubung di antara dirimu sendiri sinapsis. Terimakasih untuk struktur seperti itu sistem saraf mampu mentransmisikan impuls saraf. Impuls syaraf- Ini sinyal listrik, yang bergerak Oleh kandang untuk saat ini tidak akan mencapai ujung saraf, di mana di bawah oleh aksi listrik sinyal, molekul yang disebut neurotransmiter dilepaskan. Mereka dan membawa sinyal(informasi) melalui sinapsis, mencapai sel saraf lain.      Penelitian biokimia struktur dan mekanisme aksi sinapsis listrik belum dilakukan. Namun kontak slot terhubung tidak hanya sel saraf, tetapi juga sel hati, epitel, otot dan banyak lainnya kain. Dari jumlah tersebut, dimungkinkan untuk mengisolasi dan mengkarakterisasi metode biokimia Dan mikroskop elektron fragmen membran, yang pasti zona yang dilestarikan kontak antar sel.Mikrograf elektron menunjukkan struktur yang teratur partikel yang cukup baik disebut koneksi dan bentuk yang mana saluran antar sel, berjarak 2 nm. Dua polipeptida dengan M 25.000 dan 35.000, yang disebut connexins, diisolasi dari membran ini. Ada kemungkinan bahwa dua koneksi sel yang bertetangga, melalui dpmerisasi, bisa membentuk saluran(Gbr. 8.1). Hal ini menunjukkan bahwa saluran ini tidak hanya lewat ion logam alkali, tetapi n molekul dengan M 1000-2000. Dengan demikian, koneksi, kecuali antarmuka listrik, memberi sel kesempatan untuk bertukar metabolit. Permeabilitas saluran tersebut bisa mengatur ion kalsium.       Neuron mewakili dirimu sendiri sel dengan proses yang panjang, mampu dipimpin listrik sinyal. Biasanya, sinyal dirasakan oleh dendrit dan tubuh sel, dan kemudian ditransmisikan sepanjang akson dalam bentuk potensial aksi. Komunikasi dengan neuron lain terjadi di sinapsis, tempat sinyal ditransmisikan menggunakan bahan kimia-neurotransmitter. Di samping itu neuron gugup kain selalu mengandung berbeda sel glial yang menjalankan fungsi pendukung.       Rp. 19-4. Diagram yang khas sinapsis. Sinyal listrik, yang akan datang di parit sel akson, mengarah ke pelepasan celah sinaptik pembawa pesan kimia (neurotransmitter) yang menyebabkan perubahan listrik pada membran dendrit sel B       Dalam istilah neurokimia, sinapsis elektromotor organ listrik ikan, di mana ACh berfungsi sebagai neurotransmitter, telah dipelajari lebih baik dibandingkan sinapsis lainnya. Pada awal tahun 70-an, di laboratorium W. Whittucker di Jerman, untuk pertama kalinya dimungkinkan untuk mengisolasi sebagian kecil vesikel sinaptik dari organ listrik ikan pari Torpedo marmorata. Itu ada di situs ini dengan menggunakan biokimia, metode imunositokimia dan magnet nuklir       Neuron dicirikan oleh tingkat metabolisme yang luar biasa tinggi, yang sebagian besar ditujukan untuknya penyediaan pekerjaan pompa natrium dalam membran dan pemeliharaan keadaan kegembiraan. Dasar kimia transmisi impuls saraf sepanjang akson telah dibahas di Bab. 5, bagian B, 3. Pembukaan saluran natrium pertama dan kemudian saluran kalium secara berurutan itu bisa dipertimbangkan mapan. Yang kurang jelas adalah pertanyaan apakah perubahan permeabilitas ionik dibutuhkan untuk perambatan potensial aksi, dengan spesial apa pun proses enzimatik. Nachmanzon menunjukkan bahwa asetilkolinesterase hadir di konsentrasi tinggi seluruh membran neuron, dan tidak hanya di sinapsis. Dia berasumsi demikian peningkatan permeabilitas Ke ion natrium karena koperasi pengikatan beberapa molekul asetilkolin dengan reseptor membran, yang merupakan saluran natrium itu sendiri atau mengatur derajat pembukaannya. Di mana asetilkolin dilepaskan dari tempat akumulasi yang terletak pada membran sebagai akibat dari depolarisasi. Sebenarnya, urutan peristiwa harus Apakah itu perubahan listrik bidang dalam membran menginduksi perubahan konformasi protein, dan ini sudah mengarah pada pelepasan asetilkolin. Di bawah pengaruh asetilkolinesterase, yang terakhir hancur dengan cepat, Dan permeabilitas membran Untuk ion natrium kembali ke tingkat semula. Secara umum uraian yang diberikan berbeda dengan yang diuraikan skema sebelumnya transmisi sinaptik hanya dalam satu hal di neuron asetilkolin terakumulasi di terkait bentuk protein, sedangkan di sinapsis - di vesikel khusus. Ada pendapat bahwa kerja saluran kalium diatur oleh ion kalsium. Sensitif terhadap perubahan kelistrikan bidang, protein pengikat Ca melepaskan Ca +, yang pada gilirannya mengaktifkan saluran untuk K", yang terakhir terjadi dengan beberapa penundaan dibandingkan dengan waktu pembukaan saluran natrium, yang disebabkan oleh perbedaan konstanta laju ini dua proses. Penutupan saluran kalium dipastikan energi hidrolisis April. ada juga asumsi lainnya HAI mekanisme saraf daya konduksi Beberapa dari mereka beranggapan bahwa konduksi saraf sepenuhnya diberikan pekerjaan pompa natrium.      Jarak antara membran prasinaps dan pascasinaps - celah sinaptik- Dapat mencapai 15-20 nm. Di myoneural putusnya koneksi bahkan lebih - hingga 50-100 nm. Pada saat yang sama, terdapat sinapsis dengan membran prasinaps dan pascasinaps yang sangat dekat dan bahkan menyatu. Oleh karena itu, dua diimplementasikan tipe transmisi. Dengan celah yang besar, transmisinya bersifat kimia, dengan kontak jarak dekat Mungkin listrik langsung interaksi. Di sini kita melihat transmisi kimia.       Setelah mengetahuinya sifat listrik sel dalam keadaan istirahat, pertimbangkan proses yang terkait dengannya eksitasi membran. Keadaan kegembiraan dapat didefinisikan sebagai penyimpangan sementara potensi membran dari potensial istirahat yang disebabkan oleh stimulus eksternal. Stimulus listrik atau kimia ini menggairahkan membran, mengubahnya konduktivitas ionik, yaitu resistansi pada rangkaian berkurang (Gbr. 5.4). Eksitasi menyebar dari area yang distimulasi ke area terdekat daerah membran, di mana ada perubahan konduktivitas, dan karena itu potensial. Perambatan (generasi) eksitasi ini disebut pulsa. Ada dua jenis impuls potensial aksi, ketika sinyal merambat tidak berubah dari situs eksitasi ke ujung saraf, Dan potensi lokal,. berkurang dengan cepat seiring bertambahnya jarak dari tempat eksitasi. Potensi lokal terdapat pada sinapsis, potensi postsinaptik rangsang (e.p.z.p.) dan penghambatan postsinaptik potensi (.r.z.r.)) dan masuk saraf sensorik ujung potensial reseptor atau generator). Potensi lokal dapat dijumlahkan, yaitu dapat meningkat dengan eksitasi berikutnya, sedangkan potensi aksi tidak memiliki kemampuan ini - dan muncul menurut prinsip semua atau tidak sama sekali.       Beras. 6. . a - diagram serabut saraf dengan sinapsis. Sistem ditampilkan transportasi (ATRAse) dan tiga berbagai sistem transportasi pasif. Di sebelah kanan - kemoeksitasi sistem transportasi diatur oleh molekul non-promotor, misalnya saluran di membran postsinaptik otot piring terakhir, melewatkan ion kalium dan natrium di sebelah kiri - secara terpisah saluran K a + - dan K + di membran akson, dikontrol Medan listrik dan bis terbuka selama depolarisasi - konduktivitas natrium gNg (b) dan kalium ёk, (c), serta arus masuk natrium/ka dan kalium/k keluar setelah depolarisasi (60 mV). Kinetika yang terdiferensiasi dengan jelas dua proses N3 dan k menyiratkan adanya molekuler individu struktur untuk transpor pasif natrium dan kalium.       CI penemuan listrik sinapsis oleh Fershpan dan Potter terjadi pada tahun 1959, ketika teori saraf akhirnya diganti yang retikuler.       Sinapsis listrik relatif jarang, dan perannya dalam sistem syaraf pusat organisme tingkat tinggi masih belum jelas. Ferspan dan Potter menemukannya di saraf perut kepiting, dan kemudian ditemukan di banyak organisme, moluska, artropoda, dan mamalia. Sebaliknya sinapsis kimia, Di mana lewatnya suatu impuls agak tertunda karena pelepasan dan difusi mediator, sinyal melalui sinapsis listrik ditransmisikan dengan cepat. Oleh karena itu, kepentingan fisiologis sinapsis tersebut mungkin terkait dengan kebutuhan akan pemasangan sel-sel tertentu secara cepat.       Yang juga patut diperhatikan adalah yang sangat berguna saluran seluler- Garis sel PC 12, diklon dari pheochromocytoma - tumor jaringan kromafin kelenjar adrenal. Sel PC 12 serupa sel kromafin oleh kemampuannya untuk mensintesis, menyimpan dan melepaskan katekolamin. Sepertinya tidak saraf sel, mereka berkembang biak, tetapi di bawah pengaruh N0 mereka berhenti membelah, berpartisipasi dalam proses neuritis dan menjadi sangat mirip neuron simpatik. Mereka memperoleh rangsangan listrik, merespons asetilkolin dan bahkan membentuk fungsional sinapsis kolinergik. Sel PC 12 digunakan sebagai sistem model untuk belajar diferensiasi saraf, tindakan hormonal Dan faktor trofik, fungsi dan metabolisme hormonal reseptor (lihat hal. 325).       Dasar dari setiap NS berdandan secara relatif sederhana, dalam banyak kasus, elemen dari tipe yang sama (sel). Berikut ini, neuron akan dipahami sebagai neuron buatan, yaitu sel NS (Gbr. 19.1). Setiap neuron mempunyai ciri khasnya masing-masing kondisi saat ini dengan analogi dengan sel saraf otak, yang dapat dirangsang atau dihambat. Ia memiliki sekelompok sinapsis - koneksi input searah yang terhubung keluaran orang lain neuron, dan juga memiliki akson - keluaran koneksi ini sebuah neuron dari mana sinyal (eksitasi atau penghambatan) tiba di sinapsis neuron berikutnya. Setiap sinapsis ditandai dengan besarnya koneksi sinaptik atau beratnya dan, yang mana arti fisik setara dengan konduktivitas listrik.       Sinyal yang dibawa oleh neuron ditransmisikan dari satu sel ke sel lain secara khusus tempat kontak, disebut sinapsis (Gbr. 18-3). Biasanya transfer ini dilakukan, anehnya kelihatannya pada pandangan pertama, secara tidak langsung. Sel bersifat elektrik diisolasi satu sama lain, sel prasinaps dipisahkan dari sel pascasinaps dengan interval - celah sinaptik. Perubahan listrik potensi dalam sel prasinaps mengarah ke pelepasan zat, disebut neurotransmitter (atau neurotransmitter), yang berdifusi melalui celah sinaptik Dan menyebabkan perubahan keadaan elektrofisiologi sel pascasinaps. Ta- 

Paling jalan mudah transmisi sinyal dari neuron ke neuron adalah listrik langsung interaksi melalui celah kontak. Pasir listrik seperti itu antar neuron ditemukan di beberapa daerah sistem saraf pada banyak hewan, termasuk vertebrata. Utama keuntungan dari listrik sinapsisnya adalah sinyal ditransmisikan tanpa penundaan. Di sisi lain, sinapsis ini tidak disesuaikan implementasi beberapa fungsi dan tidak dapat disesuaikan sehalus sinapsis kimia, yang melaluinya mayoritas dilakukan koneksi antar neuron. Sambungan listrik melalui celah kontak dulu dibahas dalam bab      Otot rangka serat vertebrata, serupa sel saraf, mampu membuat bersemangat oleh arus listrik, Dan neuromuskular terhubung (Gbr. 18-24) dapat berfungsi model yang bagus sinapsis kimia sama sekali. Pada Gambar. 18-25 membandingkan struktur halus sinapsis ini dengan sinapsis khas antara dua neuron otak. Saraf motorik dan otot yang dipersarafinya dapat dipisahkan dari jaringan di sekitarnya dan dipertahankan keadaan berfungsi V lingkungan tertentu komposisi. Dengan merangsang saraf melalui elektroda eksternal, respons sel tunggal dapat direkam menggunakan mikroelektroda intraseluler. sel otot(Gbr. 18-26). Mikroelektroda relatif mudah untuk dimasukkan ke dalamnya serat rangka otot, karena merupakan sel yang sangat besar (diameter sekitar 100 mikron).       Dua pengamatan sederhana menunjukkan bahwa untuk transmisi sinaptik masuknya non Ca ke dalam terminal akson. Pertama, jika Ca tidak ada di lingkungan ekstraseluler, pemancar tidak akan dilepaskan dan transmisi sinyal tidak terjadi. Kedua, jika Ca dimasukkan secara artifisial ke dalam sitoplasma ujung saraf menggunakan mikropipet, pelepasan neurotransmitter terjadi bahkan tanpa rangsangan listrik pada akson, yang sulit dicapai pada sambungan neuromuskular karena ukuran kecil penghentian akson oleh karena itu, percobaan semacam itu dilakukan di sinapsis antara neuron cumi-cumi raksasa.) Pengamatan ini memungkinkan untuk merekonstruksi kelahiran setelahnya pentingnya peristiwa yang terjadi di penghentian akson, yang dijelaskan di bawah. 

Potensi pascasinaps(PSP) adalah perubahan sementara pada potensial membran pascasinaps sebagai respons terhadap sinyal yang datang dari neuron prasinaps. Ada:

potensi postsinaptik rangsang (EPSP), yang menyediakan depolarisasi membran postsinaptik, dan

potensi postsinaptik penghambatan (IPSP), yang menyebabkan hiperpolarisasi membran postsinaptik.

EPSP mendekatkan potensial sel ke nilai ambang batas dan memfasilitasi terjadinya potensial aksi, sedangkan IPSP sebaliknya menghambat terjadinya potensial aksi. Secara konvensional, kemungkinan memicu potensial aksi dapat digambarkan sebagai potensial istirahat + jumlah seluruh potensial postsinaptik rangsang - jumlah semua potensial postsinaptik penghambatan > ambang batas untuk memicu potensial aksi.

PSP individu biasanya memiliki amplitudo kecil dan tidak menimbulkan potensial aksi dalam sel pascasinaps; namun, tidak seperti potensial aksi, PSP bersifat bertahap dan dapat diringkas. Ada dua opsi untuk penjumlahan:

sementara - menggabungkan sinyal yang datang melalui satu saluran (ketika pulsa baru tiba sebelum saluran sebelumnya memudar)

spasial - tumpang tindih EPSP dari sinapsis tetangga

Kebanyakan sinapsis di sistem saraf menggunakan bahan kimia untuk mengirimkan sinyal dari neuron prasinaps ke neuron pascasinaps - mediator atau neurotransmiter. Sinyal kimia terjadi melalui sinapsis kimia(Gbr. 14), termasuk membran sel pra dan pascasinaps serta memisahkannya celah sinaptik- wilayah ruang ekstraseluler dengan lebar sekitar 20 nm.

Gambar 14. Sinapsis kimia

Di daerah sinapsis, akson biasanya mengembang membentuk apa yang disebut. plak presinaptik atau pelat ujung. Terminal presinaptik berisi vesikel sinaptik- gelembung yang dikelilingi oleh membran dengan diameter sekitar 50 nm yang masing-masing mengandung 10 4 - 5x10 4 molekul mediator. Celah sinaptik diisi dengan mukopolisakarida, yang merekatkan membran pra dan pascasinaps.

Urutan peristiwa berikut selama transmisi melalui sinapsis kimia telah ditetapkan. Ketika potensial aksi mencapai terminal prasinaps, membran di zona sinapsis mengalami depolarisasi, saluran kalsium membran plasma diaktifkan, dan ion Ca 2+ memasuki terminal. Peningkatan kadar kalsium intraseluler memulai eksositosis vesikel yang berisi mediator. Isi vesikel dilepaskan ke ruang ekstraseluler, dan beberapa molekul pemancar, berdifusi, berikatan dengan molekul reseptor pada membran pascasinaps. Diantaranya adalah reseptor yang dapat mengontrol saluran ion secara langsung. Pengikatan molekul mediator ke reseptor tersebut merupakan sinyal untuk aktivasi saluran ion. Jadi, bersama dengan saluran ion yang bergantung pada tegangan yang dibahas di bagian sebelumnya, terdapat saluran yang bergantung pada pemancar (atau disebut saluran yang diaktifkan ligan atau reseptor ionotropik). Mereka membuka dan membiarkan ion yang sesuai masuk ke dalam sel. Pergerakan ion sepanjang gradien elektrokimia menghasilkan natrium depolarisasi(rangsangan) atau arus hiperpolarisasi (penghambatan) kalium (klorida). Di bawah pengaruh arus depolarisasi, potensi rangsang pascasinaps berkembang atau potensial pelat ujung(PKP). Jika potensi ini melebihi tingkat ambang batas, saluran natrium berpintu tegangan terbuka dan AP terjadi. Kecepatan konduksi impuls di sinapsis lebih kecil dibandingkan di serat, yaitu. penundaan sinaptik diamati, misalnya, pada sinapsis neuromuskular katak - 0,5 ms. Urutan peristiwa yang dijelaskan di atas adalah tipikal dari apa yang disebut. transmisi sinaptik langsung.

Selain reseptor yang secara langsung mengontrol saluran ion, transmisi kimia juga terlibat Reseptor berpasangan protein G atau reseptor metabotropik.

Protein G, dinamai berdasarkan kemampuannya mengikat nukleotida guanin, adalah trimer yang terdiri dari tiga subunit: α, β dan γ. Ada sejumlah besar varietas dari masing-masing subunit (20 α, 6 β , 12γ). yang menciptakan dasar untuk sejumlah besar kombinasinya. Protein G dibagi menjadi empat kelompok utama berdasarkan struktur dan target subunit α-nya: G s merangsang adenilat siklase; G i menghambat adenilat siklase; G q berikatan dengan fosfolipase C; target C 12 belum diketahui. Keluarga G i mencakup G t (transdusin), yang mengaktifkan cGMP fosfodiesterase, serta dua isoform G 0 yang berikatan dengan saluran ion. Pada saat yang sama, setiap protein G dapat berinteraksi dengan beberapa efektor, dan protein G yang berbeda dapat memodulasi aktivitas saluran ion yang sama. Dalam keadaan tidak aktif, guanosin difosfat (PDB) dikaitkan dengan subunit α, dan ketiga subunit tersebut digabungkan menjadi trimer. Interaksi dengan reseptor yang diaktifkan memungkinkan guanosin trifosfat (GTP) menggantikan PDB pada subunit α, sehingga mengakibatkan disosiasi α -- dan subunit βγ (dalam kondisi fisiologis β - dan subunit γ tetap terikat). Subunit α- dan βγ bebas berikatan dengan protein target dan memodulasi aktivitasnya. Subunit α bebas memiliki aktivitas GTPase sehingga menyebabkan hidrolisis GTP dengan pembentukan PDB. Akibatnya α -- dan subunit βγ mengikat kembali, mengakibatkan terhentinya aktivitas mereka.

Saat ini, >1000 reseptor metabotropik telah diidentifikasi. Meskipun reseptor yang terikat saluran menyebabkan perubahan listrik pada membran pascasinaps hanya dalam beberapa milidetik atau lebih cepat, reseptor yang tidak terikat saluran memerlukan beberapa ratus milidetik atau lebih untuk mencapai efeknya. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa serangkaian reaksi enzimatik harus terjadi antara sinyal awal dan respons. Selain itu, sinyal itu sendiri sering kali “kabur” tidak hanya dalam waktu, tetapi juga dalam ruang, karena telah diketahui bahwa pemancar tidak dapat dilepaskan dari ujung saraf, tetapi dari penebalan varises (nodul) yang terletak di sepanjang akson. Dalam hal ini, tidak ada sinapsis yang diekspresikan secara morfologis, nodul tidak berdekatan dengan area reseptif khusus sel pascasinaps. Oleh karena itu, mediator berdifusi ke sejumlah besar jaringan saraf, bertindak (seperti hormon) segera pada bidang reseptor banyak sel saraf yang terletak di berbagai bagian sistem saraf dan bahkan di luarnya. Inilah yang disebut tidak langsung transmisi sinaptik.

Selama fungsinya, sinapsis mengalami penataan ulang fungsional dan morfologis. Proses ini disebut plastisitas sinaptik. Perubahan seperti itu paling menonjol selama aktivitas frekuensi tinggi, yang merupakan kondisi alami berfungsinya sinapsis in vivo. Misalnya, frekuensi penembakan interneuron di sistem saraf pusat mencapai 1000 Hz. Plastisitas dapat memanifestasikan dirinya sebagai peningkatan (potensiasi) atau penurunan (depresi) efisiensi transmisi sinaptik. Ada bentuk plastisitas sinaptik jangka pendek (berlangsung dalam hitungan detik dan menit) dan jangka panjang (berlangsung dalam hitungan jam, bulan, tahun). Yang terakhir ini sangat menarik karena berkaitan dengan proses pembelajaran dan memori. Misalnya, potensiasi jangka panjang adalah peningkatan transmisi sinaptik yang berkelanjutan sebagai respons terhadap stimulasi frekuensi tinggi. Plastisitas jenis ini bisa bertahan berhari-hari atau berbulan-bulan. Potensiasi jangka panjang diamati di semua bagian sistem saraf pusat, tetapi paling banyak dipelajari di sinapsis glutamatergik di hipokampus. Depresi jangka panjang juga terjadi sebagai respons terhadap stimulasi frekuensi tinggi dan memanifestasikan dirinya sebagai melemahnya transmisi sinaptik dalam jangka panjang. Jenis plastisitas ini memiliki mekanisme yang mirip dengan potensiasi jangka panjang, tetapi berkembang pada konsentrasi ion Ca2+ intraseluler yang rendah, sedangkan potensiasi jangka panjang terjadi pada konsentrasi ion Ca2+ yang tinggi.

Pelepasan mediator dari terminal prasinaps dan transmisi kimia impuls saraf di sinapsis dapat dipengaruhi oleh mediator yang dilepaskan dari neuron ketiga. Neuron dan pemancar tersebut dapat menghambat transmisi sinaptik atau, sebaliknya, memfasilitasinya. Dalam kasus ini kita bicarakan modulasi heterosinaptik - penghambatan atau fasilitasi heterosinaptik tergantung pada hasil akhirnya.

Dengan demikian, transmisi kimia lebih fleksibel daripada transmisi listrik, karena efek rangsang dan penghambatan dapat dilakukan tanpa kesulitan. Selain itu, ketika saluran pascasinaps diaktifkan oleh bahan kimia, arus yang cukup kuat dapat timbul sehingga dapat mendepolarisasi sel-sel besar.

Mediator - poin penerapan dan sifat tindakan

Salah satu tugas tersulit yang dihadapi ahli saraf adalah identifikasi kimia yang tepat dari pemancar yang bekerja di berbagai sinapsis. Sampai saat ini, cukup banyak diketahui senyawa yang dapat bertindak sebagai perantara kimia dalam transmisi impuls saraf antar sel. Namun, hanya sejumlah kecil mediator yang telah diidentifikasi secara akurat; beberapa di antaranya akan dibahas di bawah ini. Agar fungsi mediator suatu zat dalam jaringan mana pun dapat dibuktikan secara tidak terbantahkan, kriteria tertentu harus dipenuhi:

1. bila diterapkan langsung pada membran pascasinaps, zat tersebut akan menyebabkan efek fisiologis yang persis sama pada sel pascasinaps seperti ketika serat prasinaps teriritasi;

2. harus dibuktikan bahwa zat ini dilepaskan ketika neuron prasinaps diaktifkan;

3. aksi zat tersebut harus diblokir oleh zat yang sama yang menekan konduksi alami sinyal.

Sinapsis adalah tempat terjadinya kontak fungsional dan bukan fisik antar neuron; itu mengirimkan informasi dari satu sel ke sel lainnya. Biasanya terdapat sinapsis antara cabang terminal akson salah satu neuron dan dendrit ( aksodendritik sinapsis) atau badan ( aksosomatik sinapsis) dari neuron lain. Jumlah sinapsis biasanya sangat banyak, sehingga menyediakan area yang luas untuk transfer informasi. Misalnya, terdapat lebih dari 1000 sinapsis pada dendrit dan badan sel neuron motorik individu di sumsum tulang belakang. Beberapa sel otak dapat memiliki hingga 10.000 sinapsis (Gambar 16.8).

Ada dua jenis sinapsis - listrik Dan bahan kimia- tergantung pada sifat sinyal yang melewatinya. Di antara terminal neuron motorik dan permukaan serat otot terdapat sambungan neuromuskular, strukturnya berbeda dari sinapsis interneuron, tetapi serupa secara fungsional. Perbedaan struktural dan fisiologis antara sinapsis normal dan sambungan neuromuskular akan dijelaskan nanti.

Struktur sinapsis kimia

Sinapsis kimia adalah jenis sinapsis yang paling umum pada vertebrata. Ini adalah penebalan ujung saraf yang disebut plak sinaptik dan terletak di dekat ujung dendrit. Sitoplasma plak sinaptik mengandung mitokondria, retikulum endoplasma halus, mikrofilamen dan banyak lagi. vesikel sinaptik. Setiap vesikel berdiameter sekitar 50 nm dan berisi penengah- suatu zat yang melaluinya sinyal saraf ditransmisikan melintasi sinapsis. Membran plak sinaptik pada daerah sinapsis itu sendiri menebal akibat pemadatan sitoplasma dan terbentuk membran prasinaps. Membran dendrit di daerah sinapsis juga menebal dan terbentuk membran pascasinaps. Membran ini dipisahkan oleh sebuah celah - celah sinaptik lebarnya sekitar 20 nm. Membran prasinaptik dirancang sedemikian rupa sehingga vesikel sinaptik dapat menempel padanya dan mediator dapat dilepaskan ke celah sinaptik. Membran postsinaptik mengandung molekul protein besar yang bertindak sebagai reseptor mediator, dan banyak lagi saluran Dan pori-pori(biasanya tertutup), melalui mana ion dapat memasuki neuron pascasinaps (lihat Gambar 16.10, A).

Vesikel sinaptik mengandung pemancar yang terbentuk di badan neuron (dan memasuki plak sinaptik, melewati seluruh akson), atau langsung di plak sinaptik. Dalam kedua kasus tersebut, sintesis mediator memerlukan enzim yang dibentuk di badan sel pada ribosom. Dalam plak sinaptik, molekul pemancar “dikemas” ke dalam vesikel di mana mereka disimpan sampai dilepaskan. Mediator utama sistem saraf vertebrata adalah asetilkolin Dan norepinefrin, namun ada mediator lain yang akan dibahas nanti.

Asetilkolin adalah turunan amonium, rumusnya ditunjukkan pada Gambar. 16.9. Ini adalah mediator pertama yang diketahui; pada tahun 1920, Otto Lewy mengisolasinya dari ujung neuron parasimpatis saraf vagus di jantung katak (bagian 16.2). Struktur norepinefrin dibahas secara rinci di bagian ini. 16.6.6. Neuron yang melepaskan asetilkolin disebut kolinergik, dan mereka yang melepaskan norepinefrin - adrenergik.

Mekanisme transmisi sinaptik

Dipercaya bahwa kedatangan impuls saraf pada plak sinaptik menyebabkan depolarisasi membran prasinaps dan peningkatan permeabilitasnya terhadap ion Ca 2+. Ion Ca 2+ yang masuk ke dalam plak sinaptik menyebabkan peleburan vesikel sinaptik dengan membran prasinaps dan keluarnya isinya dari sel (eksositosis), akibatnya ia memasuki celah sinaptik. Keseluruhan proses ini disebut kopling elektrosekresi. Setelah mediator dilepaskan, bahan vesikel digunakan untuk membentuk vesikel baru yang berisi molekul mediator. Setiap botol mengandung sekitar 3000 molekul asetilkolin.

Molekul mediator berdifusi melalui celah sinaptik (proses ini memakan waktu sekitar 0,5 ms) dan berikatan dengan reseptor yang terletak di membran pascasinaps yang mampu mengenali struktur molekul asetilkolin. Ketika molekul reseptor berikatan dengan pemancar, konfigurasinya berubah, yang menyebabkan terbukanya saluran ion dan masuknya ion ke dalam sel pascasinaps, menyebabkan depolarisasi atau hiperpolarisasi(Gbr. 16.4, A) membrannya, tergantung pada sifat mediator yang dilepaskan dan struktur molekul reseptor. Molekul pemancar yang menyebabkan perubahan permeabilitas membran pascasinaps segera dikeluarkan dari celah sinaptik baik melalui reabsorpsi oleh membran prasinaptik, atau melalui difusi dari celah atau hidrolisis enzimatik. Kapan kolinergik sinapsis, asetilkolin yang terletak di celah sinaptik dihidrolisis oleh enzim asetilkolinesterase, terlokalisasi pada membran postsinaptik. Sebagai hasil hidrolisis, kolin terbentuk, diserap kembali ke dalam plak sinaptik dan diubah lagi menjadi asetilkolin, yang disimpan dalam vesikel (Gbr. 16.10).

DI DALAM merangsang Pada sinapsis, di bawah pengaruh asetilkolin, saluran natrium dan kalium spesifik terbuka, dan ion Na+ masuk ke dalam sel, dan ion K+ keluar sesuai dengan gradien konsentrasinya. Akibatnya terjadi depolarisasi membran postsinaptik. Depolarisasi ini disebut potensi postsinaptik rangsang(EPSP). Amplitudo EPSP biasanya kecil, namun durasinya lebih lama dibandingkan potensial aksi. Amplitudo EPSP berubah secara bertahap, menunjukkan bahwa pemancar dilepaskan dalam porsi, atau “kuanta”, bukan dalam bentuk molekul individu. Rupanya, setiap kuantum berhubungan dengan pelepasan pemancar dari satu vesikel sinaptik. EPSP tunggal, sebagai suatu peraturan, tidak mampu menyebabkan depolarisasi nilai ambang batas yang diperlukan untuk terjadinya potensial aksi. Namun efek depolarisasi dari beberapa EPSP bertambah, dan fenomena ini disebut penjumlahan. Dua atau lebih EPSP yang terjadi secara bersamaan di sinapsis berbeda pada neuron yang sama dapat secara kolektif menghasilkan depolarisasi yang cukup untuk merangsang potensial aksi di neuron pascasinaps. Ini disebut penjumlahan spasial. Pelepasan pemancar yang berulang-ulang dengan cepat dari vesikel plak sinaptik yang sama di bawah pengaruh stimulus yang kuat menyebabkan EPSP individu, yang sering mengikuti satu sama lain dalam waktu sehingga efeknya juga dijumlahkan dan menyebabkan potensial aksi di neuron pascasinaps. Itu disebut penjumlahan waktu. Dengan demikian, impuls dapat timbul dalam satu neuron pascasinaps baik sebagai akibat dari lemahnya rangsangan pada beberapa neuron prasinaptik yang terkait, atau sebagai akibat dari rangsangan berulang pada salah satu neuron prasinaptiknya. DI DALAM rem di sinapsis, pelepasan pemancar meningkatkan permeabilitas membran postsinaptik karena terbukanya saluran khusus untuk ion K + dan Cl -. Bergerak sepanjang gradien konsentrasi, ion-ion ini menyebabkan hiperpolarisasi membran, yang disebut potensi penghambatan postsinaptik(TPSP).

Mediator sendiri tidak memiliki sifat rangsang atau penghambatan. Misalnya, asetilkolin memiliki efek rangsang pada sebagian besar sambungan neuromuskular dan sinapsis lainnya, namun menyebabkan penghambatan pada sambungan neuromuskular jantung dan otot visceral. Efek berlawanan ini disebabkan oleh peristiwa yang terjadi pada membran pascasinaps. Sifat molekuler reseptor menentukan ion mana yang akan memasuki neuron pascasinaps, dan ion-ion ini, pada gilirannya, menentukan sifat perubahan potensial pascasinaps, seperti dijelaskan di atas.

Sinapsis listrik

Pada banyak hewan, termasuk coelenterata dan vertebrata, transmisi impuls melalui beberapa sinapsis dilakukan melalui aliran arus listrik antara neuron pra dan pascasinaps. Lebar celah antara neuron-neuron ini hanya 2 nm, dan hambatan total terhadap arus dari membran dan cairan yang mengisi celah tersebut sangat kecil. Impuls melewati sinapsis tanpa penundaan, dan transmisinya tidak dipengaruhi oleh obat-obatan atau bahan kimia lainnya.

Persimpangan neuromuskular

Persimpangan neuromuskular adalah jenis sinapsis khusus antara ujung neuron motorik (motoneuron) dan endomisium serat otot (bagian 17.4.2). Setiap serat otot memiliki area khusus - pelat ujung motor, di mana akson neuron motorik (motoneuron) bercabang, membentuk cabang tak bermielin setebal 100 nm, berjalan dalam alur dangkal di sepanjang permukaan membran otot. Membran sel otot - sarcolemma - membentuk banyak lipatan dalam yang disebut lipatan postsinaptik (Gbr. 16.11). Sitoplasma terminal neuron motorik mirip dengan isi plak sinaptik dan, selama stimulasi, melepaskan asetilkolin menggunakan mekanisme yang sama seperti yang dibahas di atas. Perubahan konfigurasi molekul reseptor yang terletak pada permukaan sarkolema menyebabkan perubahan permeabilitasnya terhadap Na+ dan K+, akibatnya terjadi depolarisasi lokal yang disebut potensial pelat ujung(PKP). Depolarisasi ini cukup besar untuk menghasilkan potensial aksi, yang merambat sepanjang sarkolema jauh ke dalam serat sepanjang sistem tubulus transversal ( sistem-T) (bagian 17.4.7) dan menyebabkan kontraksi otot.

Fungsi sinapsis dan sambungan neuromuskular

Fungsi utama sinapsis interneuron dan sambungan neuromuskular adalah mengirimkan sinyal dari reseptor ke efektor. Selain itu, struktur dan organisasi tempat sekresi bahan kimia ini menentukan sejumlah ciri penting konduksi impuls saraf, yang dapat diringkas sebagai berikut:

1. Transmisi searah. Pelepasan pemancar dari membran prasinaps dan lokalisasi reseptor pada membran pascasinaps memungkinkan transmisi sinyal saraf sepanjang jalur ini hanya dalam satu arah, yang menjamin keandalan sistem saraf.

2. Memperoleh. Setiap impuls saraf menyebabkan pelepasan asetilkolin yang cukup pada sambungan neuromuskular sehingga menimbulkan respon penyebaran pada serat otot. Berkat ini, impuls saraf yang tiba di persimpangan neuromuskular, betapapun lemahnya, dapat menyebabkan respons efektor, dan ini meningkatkan sensitivitas sistem.

3. Adaptasi atau akomodasi. Dengan stimulasi terus menerus, jumlah pemancar yang dilepaskan di sinapsis secara bertahap berkurang hingga cadangan pemancar habis; kemudian mereka mengatakan bahwa sinapsisnya lelah, dan transmisi sinyal lebih lanjut ke sana terhambat. Nilai adaptif dari kelelahan adalah mencegah kerusakan efektor akibat eksitasi berlebihan. Adaptasi juga terjadi pada tingkat reseptor. (Lihat penjelasan di bagian 16.4.2.)

4. Integrasi. Neuron postsinaptik dapat menerima sinyal dari sejumlah besar neuron prasinaptik rangsang dan penghambat (konvergensi sinaptik); dalam hal ini, neuron pascasinaps mampu merangkum sinyal dari semua neuron prasinaps. Melalui penjumlahan spasial, neuron mengintegrasikan sinyal dari berbagai sumber dan menghasilkan respons terkoordinasi. Pada beberapa sinapsis terdapat fasilitasi dimana setelah setiap stimulus, sinapsis menjadi lebih sensitif terhadap stimulus berikutnya. Oleh karena itu, rangsangan lemah yang berurutan dapat menimbulkan respons, dan fenomena ini digunakan untuk meningkatkan sensitivitas sinapsis tertentu. Fasilitasi tidak dapat dianggap sebagai penjumlahan sementara: terdapat perubahan kimia pada membran pascasinaps, dan bukan penjumlahan listrik dari potensial membran pascasinaps.

5. Diskriminasi. Penjumlahan temporal pada sinapsis memungkinkan impuls latar belakang yang lemah disaring sebelum mencapai otak. Misalnya, eksteroseptor pada kulit, mata, dan telinga terus-menerus menerima sinyal dari lingkungan yang tidak terlalu penting bagi sistem saraf: yang penting hanyalah sinyal tersebut. perubahan intensitas stimulus, yang mengarah pada peningkatan frekuensi impuls, yang memastikan transmisinya melintasi sinaps dan respons yang sesuai.

6. Pengereman. Transmisi sinyal melintasi sinapsis dan sambungan neuromuskular dapat dihambat oleh zat penghambat tertentu yang bekerja pada membran pascasinaps (lihat di bawah). Penghambatan prasinaptik juga dimungkinkan jika pada ujung akson tepat di atas sinapsis tertentu, akson lain berakhir, membentuk sinapsis penghambatan di sini. Ketika sinapsis penghambatan tersebut distimulasi, jumlah vesikel sinaptik yang dilepaskan pada sinaps rangsang pertama berkurang. Perangkat semacam itu memungkinkan Anda untuk mengubah efek neuron prasinaps tertentu menggunakan sinyal yang berasal dari neuron lain.

Efek kimia pada sinapsis dan sambungan neuromuskular

Bahan kimia melakukan banyak fungsi berbeda dalam sistem saraf. Efek beberapa zat tersebar luas dan dipelajari dengan baik (seperti efek stimulasi asetilkolin dan adrenalin), sedangkan efek zat lain bersifat lokal dan belum dipahami dengan baik. Beberapa zat dan fungsinya diberikan dalam tabel. 16.2.

Beberapa obat yang digunakan untuk gangguan mental seperti kecemasan dan depresi diyakini mempengaruhi transmisi kimiawi di sinapsis. Banyak obat penenang dan obat penenang (imipramine antidepresan trisiklik, reserpin, inhibitor monoamine oksidase, dll.) memberikan efek terapeutiknya melalui interaksi dengan mediator, reseptornya, atau enzim individu. Misalnya, inhibitor monoamine oksidase menghambat enzim yang terlibat dalam pemecahan adrenalin dan norepinefrin, dan kemungkinan besar memberikan efek terapeutik pada depresi dengan meningkatkan durasi kerja mediator ini. Tipe halusinogen Dietilamid asam lisergat Dan mescaline, mereproduksi aksi beberapa mediator alami otak atau menekan aksi mediator lain.

Penelitian terbaru mengenai efek obat penghilang rasa sakit tertentu yang disebut opiat heroin Dan morfin- Menunjukkan bahwa otak mamalia mengandung zat alami (endogen) zat yang menyebabkan efek serupa. Semua zat yang berinteraksi dengan reseptor opiat secara kolektif disebut endorfin. Sampai saat ini, banyak senyawa serupa telah ditemukan; Dari jumlah tersebut, kelompok peptida yang relatif kecil yang paling baik dipelajari disebut enkephalin(met-enkephalin, β-endorphin, dll.). Mereka dipercaya dapat menekan rasa sakit, mempengaruhi emosi, dan berhubungan dengan beberapa penyakit mental.

Semua ini telah membuka jalan baru untuk mempelajari fungsi otak dan mekanisme biokimia yang mendasari efek nyeri dan pengobatan menggunakan berbagai metode seperti sugesti, hipno? dan akupunktur. Banyak zat lain seperti endorfin masih harus diisolasi dan struktur serta fungsinya masih harus ditetapkan. Dengan bantuan mereka, pemahaman yang lebih lengkap tentang fungsi otak dapat diperoleh, dan ini hanya masalah waktu, karena metode untuk mengisolasi dan menganalisis zat yang ada dalam jumlah kecil terus ditingkatkan.

Sinapsis kimia.

Sinapsis kimia dicirikan oleh:

1. Penundaan sinaptik, berlangsung setidaknya 0,5 detik;

2. Kurangnya arus listrik dari membran pra-sinaptik.

3. Potensi pascasinaps sebagai akibat berfungsinya sinapsis kimia. Potensi postsinaptik (PSP) adalah tujuan berfungsinya sinapsis kimia dan dapat bersifat rangsang (EPSP) atau penghambatan (IPSP). Istilah EPSP dan IPSP paling sering diterapkan pada sinapsis yang dibentuk oleh neuron pada neuron. Di persimpangan neuromuskular, target sinaptik transfer adalah pembentukan potensial aksi yang berhubungan dengan kontraksi otot selanjutnya.

4. Peningkatan konduktifitas membran postsinaptik selama pelaksanaan fungsi sinapsis (PSP berupa IPSP atau EPSP disebabkan oleh pergerakan ion melalui saluran ion di dalam membran).

5. Vesikel sinaptik, atau vesikel, terdapat di terminal prasinaps, karakteristik pewarnaan spesifik pada membran pascasinaps.

6. Ketergantungan proses pelepasan, atau pelepasan pemancar, pada masuknya ion Ca++ ke terminal prasinaps.

Sinapsis kimia yang menggairahkan

Sinapsis kimia dicirikan oleh wilayah prasinaps, celah sinaptik, dan wilayah pascasinaps.

Celah sinaptik pada sinapsis kimia memiliki jarak bebas 20 hingga 50 nm. Di daerah prasinaps selalu terdapat vesikel yang berisi pemancar (pemancar, neurotransmitter, neurotransmitter) .

Pada jenis sinapsis yang dipertimbangkan, karena tingginya resistansi membran sinaptik dan celah sinaptik yang lebar, potensial elektrotonik dan AP tidak dapat berpindah ke daerah pascasinaps menggunakan sifat kabel membran. Koefisien transfer dalam hal ini kurang dari seperseribu, dan shunt ekstraseluler memiliki resistansi rendah dan “membawa” muatan. Sepanjang serat presinaptik, mekanisme transpor aksonal (400 mm/hari) melakukan pergerakan sistem enzim dan prekursor untuk sintesis mediator dan vesikel. Di terminal sinaptik selalu ada persediaan pemancar tertentu yang siap disekresi, dikemas dalam vesikel.

Sintesis mediator dilakukan dengan bantuan enzim, misalnya asetilkolin ACh disintesis oleh kolin asetiltransferase, yang mentransfer gugus asetil dari asetil koenzim A ke kolin. Sekitar 85% mediator jadi disimpan dalam vesikel. Proses sintesis dan pemecahan ACh terjadi terus-menerus.

Pelepasan pemancar dari terminal juga terjadi terus menerus, inilah yang disebut pelepasan non-kuantum, intensitasnya dapat melebihi pelepasan kuantum efektif hingga puluhan kali lipat, tetapi tidak menimbulkan akibat elektrogenik (memiliki efek trofik pada objek persarafan), dan ACh dihancurkan tanpa mengubah permeabilitas membran postsinaptik.

Hasil kuantum AX memiliki konsekuensi yang signifikan secara elektrik. Inisiasi pelepasan kuantum diatur oleh masuknya potensial aksi di sepanjang akson, yang pada terminal prasinaptik yang telah kehilangan mielin mendepolarisasi membrannya, yang mengarah pada pembukaan saluran Ca++ yang sensitif terhadap tegangan. Karena gradien elektrokimia dan konsentrasi yang tinggi, ion Ca++ memasuki terminal prasinaps. Kalsium diperlukan agar vesikel dengan mediator dapat terhubung ke membran luar dan melepaskan sebagian (kuantum) mediator ke celah sinaptik melalui eksositosis. Hingga ratusan vesikel dapat dikosongkan di sinapsis secara bersamaan. Ada 10 2 hingga 10 5 molekul ACh dalam satu kuantum.

Target ACh pada sinapsis kolinergik adalah molekul protein kompleks reseptor kolinergik . Reseptor kolinergik sensitif terhadap nikotin, termasuk dalam jenis reseptor H-kolinergik, hingga otot- Reseptor M-kolinergik (metabotropik). Reseptor N-kolinergik terletak (diekspresikan) pada membran serat otot otot rangka, neuron sistem saraf pusat, dan ganglia simpatis.

Reseptor N-kolinergik, ionotropik , terdiri dari 5 (kadang 7) subunit protein, salah satunya terduplikasi (bvbgd). Ukuran total (11×8,5 nm) molekul adalah dua kali ketebalan membran. Urutan asam amino dari protein semua subunit telah ditetapkan; ternyata spesifik untuk spesies, meskipun perbedaan pada spesies hewan yang berkerabat dekat tidak signifikan. Digandakan B-subunit sensitif terhadap ligan. Reseptor kolinergik dapat dianggap sebagai saluran ion karena, sebagai protein membran integral, ia menjangkau membran sel dan memiliki pori sentral. Ada 2 keadaan molekul reseptor kolinergik yang diketahui - tertutup dan terbuka. Dalam keadaan terbuka, pori sentral reseptor kolinergik berukuran sekitar 0,7 nm, yang cukup untuk penetrasi kation monovalen, terutama Na + dan K +, melaluinya.

Setelah ACh berikatan dengan reseptor H-kolinergik dan pori terbuka, arus ionik mengalir melalui membran pascasinaps, yang disebabkan oleh pergerakan ion Na+ dan K+ sepanjang gradien elektrokimia dan konsentrasi. Karena gradien untuk natrium diarahkan ke dalam sel, dan untuk kalium - ke luar, ketika mereka bergerak ke arah yang berlawanan, arus total mampu menggeser potensial membran secara lokal ke CLP di sinapsis neuromuskular atau menyebabkan depolarisasi signifikan pada membran neuron. dalam sinapsis neuro-neuronal. Respon lokal berupa depolarisasi dalam hal ini disebut PSP - potensial postsinaptik, atau EPSP, potensi postsinaptik rangsang. Sebelumnya, nama end plate potensial (EPP) sering digunakan untuk sambungan neuromuskular.

Respon lokal dalam bentuk EPSP mematuhi hukum konduksi potensial melintasi membran dan dapat merambat dalam jarak pendek karena keterbatasan yang disebabkan oleh sifat kapasitif dan resistif membran - konstanta waktu dan panjang konstan. Karena terdapat banyak sinapsis pada membran neuron atau serat otot, respons sel selalu terdiri dari aktivitas masukan sinaptik individu.

Penjumlahan EPP mengarah pada keadaan di mana potensial membran digeser oleh depolarisasi ke CUD, dan terjadi pembentukan AP. Kalsium memasuki sel melalui saluran kalsium berpintu tegangan dan terlibat dalam mekanisme kontraksi otot.

Setelah ACh memenuhi peran sebagai molekul pemberi sinyal dan memicu konformasi reseptor kolinergik dari keadaan tertutup menjadi terbuka, maka perlu dilakukan persiapan sistem untuk menerima sinyal berikutnya. Oleh karena itu, membran postsinaptik memiliki mekanisme inaktivasi pemancar. Pada sinapsis kolinergik, inaktivasi ACh dicapai melalui pembelahan enzimatik menggunakan asetilkolinesterase. Pada jenis sinapsis lain, inaktivasi terjadi secara berbeda, misalnya norepinefrin pada sinapsis adrenergik mengalami masuk kembali (pengambilan) ke terminal prasinaps.

Asetilkolinesterase dapat diblokir, dalam hal ini saluran reseptor kolinergik terus terbuka dan kontrol otot terganggu. Sediaan insektisida seperti “Prima” dan “Diclofos” memiliki prinsip kerja seperti ini, oleh karena itu berbahaya tidak hanya bagi hama rumah tangga, tetapi juga bagi hewan berdarah panas.

Tahapan berfungsinya transmisi sinaptik kimia

1. Sintesis, penyimpanan dan pengangkutan mediator dalam vesikel.

2. Sekresi transmitter selama depolarisasi membran prasinaps dan masuknya ion kalsium ke terminal.

3. Reaksi membran pascasinaps berupa pengikatan mediator oleh reseptor dan perubahan permeabilitas membran pascasinaps terhadap kation.

4. Pembangkitan potensi postsinaptik.

5. Inaktivasi mediator.

Sinapsis kimia rangsang yang terbentuk pada neuron sangat banyak, diselingi dengan sinapsis penghambatan, dan tidak pernah sendirian memastikan bahwa membran mencapai CUD. Neuron mampu mengintegrasikan sinyal sinaptik dan mengeluarkannya ke keluaran, di bagian sel yang paling terangsang, misalnya, jika itu adalah neuron motorik, di bukit akson, PD setelah analisis PSP diterima melalui input sinaptik.

Dalam sinapsis neuro-neuronal, tidak hanya ACh yang paling sering menjadi mediator, asam amino rangsang glutamat dan aspartat, norepinefrin, neuropeptida, ATP dan NO melakukan fungsi mediator.

Neurotransmisi sinaptik rangsang glutamat paling tersebar luas di sistem saraf pusat. Penerimaan glutamat di sinapsis dilakukan oleh reseptor NMDA dan AMPA (ionotropik); mekanisme sinaptik di dalamnya sangat kompleks dan belum sepenuhnya dipahami.

Karena proses pelepasan dan penghancuran pemancar di sinapsis memiliki waktu implementasi yang lama, terdapat penundaan sinaptik dalam fungsi jaringan saraf. Oleh karena itu, mereka mengatakan bahwa sinapsis kimia berfungsi sebagai filter frekuensi dan memiliki labilitas yang rendah.

Karena sinyal dari sinapsis individu dapat diringkas dan menentukan muatan total membran, fenomena fasilitasi dan depresi sinaptik tetanik mungkin terjadi.

Sifat-sifat sinapsis kimia

1. Kecepatan transmisi sinyal lambat, penundaan sinaptik yang lama.

2. Konduksi sinyal unilateral dari membran prasinaps ke membran pascasinaps, tetapi tidak sebaliknya.

3. Keandalan transmisi yang tinggi dalam kondisi pengoperasian normal.

4. Adanya proses jejak (jejak depolarisasi dan hiperpolarisasi, yang meningkatkan kemungkinan integrasi sinyal oleh neuron).