Cheminės sinapsės: apibrėžimas, funkcija ir neurotransmiteriai smegenyse

Cheminės sinapsės - tai sinapsės, kuriose signalams perduoti naudojami cheminiai pasiuntiniai, vadinami neurotransmiteriais. Jų yra visame organizme. Ypač centrinėje nervų sistemoje ir smegenyse.

Neuronai informacijai perduoti naudoja elektrinius signalus. Šie signalai vadinami veikimo potencialais. Apskaičiuota, kad vidutinėse žmogaus smegenyse yra 86 mlrd. neuronų. Neuronai veikia ne vieni. Jiems reikia jungtis su kitais neuronais ir perduoti vienas kitam pranešimus. Elektrinis signalas negali vienas įveikti tarpo tarp neuronų. Todėl signalams perduoti iš vieno neurono į kitą reikalingi neuromediatoriai. Šia prasme jie skiriasi nuo elektrinių sinapsių, kurios perduoda elektrinius signalus tiesiogiai kitam neuronui. Cheminės sinapsės gali būti toliau klasifikuojamos priklausomai nuo funkcijos ir struktūros.

Sinapsės struktūra

Cheminė sinapsė paprastai susideda iš trijų pagrindinių dalių:

Presinaptinė dalis – tai nervo galūnėlė arba aksoninis galo išsiplėtimas, kuriame saugomos neurotransmiterių pūslelės (vezikulės) ir vyksta jų išsiskyrimas.
Sinapsinė plyšis – siauras tarpas tarp presinaptinės ir postsinaptinės membranos, per kurį neurotransmiteriai difuzijos būdu pereina pas kitą ląstelę.
Postsinaptinė dalis – membrana arba specializuota vieta kito neurono (pvz., dendrito ar kūno) paviršiuje, kurioje yra receptoriai, prijungiami prie neurotransmiterių.

Kaip vyksta signalų perdavimas

Veikimo potencialui pasiekus presinaptinį galą, atsidaro įtampos priklausomi Ca2+ kanalai, įvyksta kalcio įtekėjimas į ląstelę. Dėl to sinapsinės vezikulės suartėja su membrana ir išskiria neurotransmiterius į sinapsinį plyšį. Neurotransmiteriai prisijungia prie specifinių receptorių postsinaptinėje membranoje ir sukelia arba jonų pratekėjimą (greitas atsakas), arba lėtesnį signalų perdavimo keitimą per G baltymus ir antrinius poslenkinius kelius.

Receptorių tipai

Jonotropiniai receptoriai (atitinka ioninių kanalų): veikia greitai, sukelia tiesioginį jonų srautą (pvz., tam tikri glutamato ar GABA receptoriai).
Metabotropiniai receptoriai (G baltymais susiję): veikia lėčiau, bet moduliuoja ląstelės fiziologiją per antrinius signalus (pvz., dopamino ar serotonino receptoriai).

Neurotransmiteriai – svarbiausi pavyzdžiai

Cheminiame sinapsių pasaulyje svarbūs tiek mažieji neurotransmiteriai, tiek neuromoduliatoriai. Tarp dažniausiai minimų yra:

Glutamatas – pagrindinis excitacinis (sukeliantis sužadinimą) neurotransmiteris smegenyse.
GABA (gamma-aminobutiratas) – pagrindinis inhibitorinis (slopinantis) neurotransmiteris.
Acetilcholinas – svarbus motorinei kontrolei, atminties procesams ir autonominei sistemai.
Dopaminas – susijęs su motyvacija, atlygio sistemomis ir judesių reguliavimu.
Serotoninas – dalyvauja nuotaikos, miego ir apetito reguliacijoje.
Norepinefrinas (noradrenalinas) – svarbus dėmesiui ir budrumui.

Signalo nutraukimas ir reguliacija

Po to, kai neurotransmiteris atliko savo funkciją, signalas sinapsėje turi būti užbaigtas, kad būtų išvengta pastovaus aktyvavimo. Tai vyksta trimis pagrindiniais mechanizmais:

Reuptake (pasiglemžimas) – presinaptiniai transporteriai grąžina neurotransmiterius į ląstelę (pvz., serotonino reuptake inhibitoriai blokuoja šį procesą, todėl ilgesnį laiką veikia serotoninas).
Fermentinė degradacija – tam tikri fermentai (pvz., acetilcholinesterazė) skaido neurotransmiterius sinapsiniame plyšyje.
Difuzija – dalis molekulių išsisklaido iš sinapsinio plyšio ir pašalinama krauju ar extraceluliniais skysčiais.

Tipai pagal funkciją ir struktūrą

Cheminės sinapsės gali būti klasifikuojamos pagal funkciją (eksitacinės vs. inhibitorinės) arba pagal lokalizaciją (pvz., axodendritinės, axosomatinės, axoaxoninės). Skirtingos lokalizacijos ir tipai lemia, kaip stipriai ir kokiu būdu sinapsė veikia postsinaptinį neuroną.

Sinapsinė plastiškumas — mokymasis ir atmintis

Cheminės sinapsės yra pagrindinis smegenų plastiškumo mechanizmas. Ilgalaikė potencijacija (LTP) ir ilgalaikė depresija (LTD) – tai pokyčiai sinapsių stiprybėje, kurie siejami su įgūdžių įsisavinimu, atminties formavimu ir adaptacija. Šie pokyčiai priklauso nuo neurotransmiterių išsiskyrimo, receptorių skaičiaus ir postsinaptinių signalo kelių remodeliavimo.

Klinikinė reikšmė

Cheminės sinapsės sutrikimai yra susiję su daugeliu neurologinių ir psichiatrinių ligų: Parkinsono liga (dopamino trūkumas), depresija (serotonino/norepinefrino disbalansas), Alzheimerio liga (sinapsių praradimas, cholinerginės sistemos sutrikimai) ir epilepsija (sutrikęs excitacijos/inhibicijos balansas). Daugelis vaistų veikia sinapsių lygiu – moduliuoja neurotransmiterių išsiskyrimą, reuptake ar receptorių aktyvumą.

Santrauka

Cheminės sinapsės yra pagrindinis neuronų bendravimo būdas, užtikrinantis sudėtingą informacijos apdorojimą smegenyse. Jos apima suderintą presinaptinių procesų, sinapsinio plyšio ir postsinaptinių receptorių veikimą, o jų gebėjimas keistis (plastiškumas) yra esminis mokymuisi, atminčiai ir adaptacijai. Geresnis cheminių sinapsių supratimas padeda kurti veiksmingesnius gydymo metodus neurologinėms ir psichikos ligoms.

Tipiška cheminė sinapsė

Struktūra

Tipiškos cheminės sinapsės struktūrą sudaro trys dalys:

Priešsinapsinis terminalas paprastai būna aksone. Iš jo į sinapsinį plyšį išsiskiria neuromediatoriai. Priešsinapsinis terminalas yra pirmoji sinapsinio perdavimo dalis, todėl turi priešdėlį "pre-".
Posinapsinės ląstelės sinapsinė membrana paprastai yra ant kito neurono dendrito. Ji sugeria neuromediatorius į postsinapsinį neuroną (signalą priimantį neuroną). Posinapsinė ląstelė yra paskutinė perdavimo proceso dalis, todėl turi "post-" priesagą.
Sinapsinis plyšys yra dviejų membranų viduryje. Šią erdvę užpildo ekstraląstelinis (ekstra- = už. ląstelinis = gyva ląstelė.) baltymų matriksas, kuris iš esmės padeda sulaikyti du neuronus.

Dviejų tipų cheminės sinapsės

I tipo sinapsės yra dažniau pasitaikančios cheminės sinapsės žmogaus smegenyse. Šios sinapsės sužadina (paleidžia) kitą neuroną. Įvykus šiam sinapsiniam perdavimui, kitas neuronas sukuria veikimo potencialą. Šios sinapsės paprastai būna ant postsinapsinės ląstelės dendritų. Priešsinapsinis terminalas yra ant perdavimo signalą siunčiančio neurono (priešsinapsinės ląstelės) aksono. I tipo sinapsės yra simetriškos formos.
II tipo sinapsės žmogaus smegenyse pasitaiko rečiau. Šios sinapsės yra asimetriškos formos. Jos slopina. Užuot sukėlusios veiksmo potencialą kitame neurone, šios sinapsės sustabdo veiksmo potencialą. Jos pasitaiko rečiau nei I tipo sinapsės.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra cheminės sinapsės?

A: Cheminės sinapsės - tai sinapsės, kuriose signalams tarp neuronų perduoti naudojami neuromediatoriai.

K: Kur randamos cheminės sinapsės?

A: Cheminių sinapsių yra visame organizme, ypač centrinėje nervų sistemoje ir smegenyse.

K: Kaip neuronai perduoda informaciją?

A: Neuronai perduoda informaciją elektriniais signalais, vadinamais veikimo potencialais.

K: Kiek neuronų yra vidutinėse žmogaus smegenyse?

A: Apskaičiuota, kad vidutinėse žmogaus smegenyse yra 86 mlrd. neuronų.

K: Kodėl neuronai turi jungtis su kitais neuronais?

A: Neuronai turi jungtis prie kitų neuronų, kad galėtų perduoti pranešimus vienas kitam.

K: Kodėl cheminėse sinapsėse reikalingi neuromediatoriai?

A: Neurotransmiteriai reikalingi cheminėse sinapsėse, kad perduotų signalus iš vieno neurono kitam, nes vien tik elektrinis signalas negali įveikti tarpo tarp neuronų.

K: Kuo cheminės sinapsės skiriasi nuo elektrinių sinapsių?

A: Cheminėse sinapsėse signalams tarp neuronų perduoti naudojami neuromediatoriai, o elektrinėse sinapsėse elektriniai signalai perduodami tiesiai į kitą neuroną.