Sinaps (Yunanca gelen σύναψις, syn birlikte = ve haptein = temas, kavramak; yani bağlantı ) a, işlevsel temas bölgesi , iki arasında kurulur nöron veya bir nöronun ile diğeri arasında bir hücre ( kas hücreleri , vb duyu reseptörleri) . Presinaptik nöronda tetiklenen bir aksiyon potansiyelini postsinaptik hücrede bir sinyale dönüştürür. Bazı hücre tipleri için, tahmin edilmektedir (örneğin, piramit hücresi, Purkinje hücresi , vs.) zar yüzeyi arasında yaklaşık olarak% 40 sinaps ile kaplı olduğu,.
Genellikle iki tür sinaps vardır:
- bilgiyi iletmek için nörotransmitterleri kullanan kimyasal sinaps, çok baskın ;
- sinyalin bir boşluk bağlantısı yoluyla elektriksel olarak iletildiği elektriksel sinaps (İngilizce boşluk-kavşağı ).
Sinaptik yarık boyutuna göre bir elektron mikroskobu altında ayırt edilirler ; elektriksel sinapslar için 2 nanometre, kimyasal sinapslar için 10 ila 40 nm arasında . Ayrıca elektriksel sinapslarda iletişim bağlantılarını da gözlemleyebiliriz. Bir sinaps düzeyinde, her zaman iki plazma zarı arasında bir temas vardır, bir sinsityumda asla bir füzyon yoktur .
Tarihi
Kelimesi " nöron " ilk kez kullanıldı Waldeyer adayı sinir hücrelerine ve çalışma onların modunu anlama yolunda ilk adımın sonunda gerçekleşti XIX inci yüzyılın zaman Camillo Golgi bir boyama tekniği emprenye, icat gümüş film sağlayan optimum görselleştirme nöron ve uzantıları.
Daha sonra, Santiago Ramon y Cajal kullanılan Golgi boyama yöntemi desteklemek için nöron teorisi . Bu arada " sinaps " terimi, 1897'de fizyolog ve İngiliz Nobel Ödülü sahibi Sir Charles Scott Sherrington tarafından iki nöron arasındaki temas noktasını belirtmek için önerildi . Ancak Golgi'nin kendisi, sinir sisteminin süreksiz birimlerden oluşabileceği hipotezine karşı çıktı . In 1906 Golgi ve Cajal ortaklaşa alınan tıp ve fizyoloji Nobel Ödülü nöronal dokuda (neuronism ve reticularism) organizasyonu iki teorileri. Daha sonra elektriksel sinapsların çok nadir olduğu gösterildi ve şimdi sinir sisteminin esas olarak bitişik birimlerden oluştuğu kabul ediliyor (nöronist tez).
kimyasal sinaps
Kimyasal sinaps, sinir sistemindeki en yaygın sinapslardır . Bu tip sinaps , afferent nöron tarafından yayılan bir nörotransmitter kullanarak sinir sinyalini bir nörondan diğerine iletir, sinaptik aralığa yayılır ve postsinaptik reseptörlere bağlanır.


Nöron A'dan (verici) nöron B'ye (reseptör) kimyasal iletim
Bazı sinapslarda, glial hücreler, özellikle nörotransmitterin (örn.: glutamat) geri alımını gerçekleştirerek özellikle aktif bir rol oynar. Motor sinapslarda, bir enzim olan kolinesteraz , sinaptik yarıktaki nörotransmitteri parçalar.
morfoloji
İki kimyasal sinaps morfolojisi vardır: düğme sinaps ve "geçen" sinaps. İkisi de aynı şekilde çalışır ve aynı bileşenlere sahiptir. Düğme sinaps, sinir lifinin ucunda yer alırken, geçen sinapslar akson boyunca eşit olarak dağılmıştır .
Nöron tipine, lokasyona vb. bağlı olarak geniş bir kimyasal sinaps “hayvanı” vardır . Örneğin, işitsel beyin sapındaki tutulan kaliks, postsinaptik hücreyi neredeyse tamamen çevreleyen dev bir sinaps durumudur.
Sinaps üç kısımdan oluşur: presinaptik eleman, postsinaptik eleman ve sinaptikler arası boşluk.
- Presinaptik eleman, nörotransmitter içeren çeşitli şekillerdeki küçük veziküllerle (sinaptik veziküller) dolu bir akson çıkıntısı şeklindedir. Ayrıca oldukça gelişmiş bir Golgi aygıtı ve yoğun sentetik aktivitenin bir işareti olan çok sayıda mitokondri vardır . Nörotransmiterler gerçekten de kullanım noktasında kısmen sentezlenir.
- Postsinaptik eleman ise bu tip vezikülden tamamen yoksundur. Ancak sinapsın işleyişini sağlamak için gerekli olan bazı mitokondrileri içerir. Bazı durumlarda zar elektron mikroskobu altında (postsinaptik yoğunluk) daha kalın görünür, bu da genellikle glutamaterjik olan asimetrik sinapsları karakterize etmeyi mümkün kılar.
- Sinaptik boşluk (veya sinaptik yarık), iki nöronun zarlarını ayıran alandır. Küçüktür (birkaç on nanometre) ve bazal bıçağı yoktur ( motor plakasının aksine ).
Sinir uyarılarının iletimi
Sinir impulsu, bir nöron boyunca bir aksiyon potansiyeli dizisi şeklinde iletilir . Kimyasal bir sinaps düzeyinde, bilginin doğası değişir: sinaptik boşlukta nörotransmiterlerin salınmasıyla iletilir . Elektrokimyasal akımlar (aksiyon potansiyelleri) tarafından desteklenen depolarizasyon dalga dizileri, sinaptik aralıktaki nörotransmitter konsantrasyonu ile kodlamaya dönüştürülür.
Uzun bir süre boyunca inanç kanunun gücüydü: bir nöron, bir nörotransmitter. Bugün, bir nöronun, genellikle bir veya daha fazla nöropeptit ile ilişkili bir ana verici olan sinaps seviyesinde birkaç nörotransmitter salabildiğini biliyoruz . Ana verici, örneğin yaralanmayı takiben serotonin salgılayabilen bazı ortosempatik (noradrenerjik) nöronlar gibi bile değişebilir .
Presinaptik olaylar: nörotransmitterlerin salınımı
Peptit ve peptit olmayan nörotransmitterler arasında derhal ayrım yapmalıyız. Peptid nörotransmitterleri, nöron tarafından kanda bulunan öncü amino asitlerden üretilir. Bunların sentezi büyük bir kısmı yer alır pericaryon sonra hızlı anterograd taşıma (mRNA DNA'nın transkripsiyonu endoplazmik retikulum bir ribozom tarafından mRNA'nın okuma ve çeviri), tüm protein üretimi klasik bir model aşağıdaki boyunca akson hücre iskeletinin içinde Golgi aygıtının tomurcuklanmasından kaynaklanan veziküller . Golgian veziküllerinde bir olgunlaşma aşaması gerçekleşir (N-ter ve C-ter uçlarının ekzopeptidazlar tarafından bölünmesi, peptidde endopeptidazlar tarafından bölünme , glisin amino asitleri üzerinde amidasyon, asetilasyon, vb.). Veziküller daha sonra presinaptik uç yakınında birikerek depolarizasyonu beklerler.
Peptid olmayan nörotransmitterler, amino asitlerden ( tirozinden adrenalin veya noradrenalin gibi katekolaminler , GABA (Gama AminoButirik Asit)…), lipitlerden (TetraHidroCannabinol için THC) üretilir. Uyarılabilir nöron veya hücrenin sitoplazmasında üretilirler ve aktif olarak (ATP veya ATPaz kullanan enzimler tarafından) endozomlardan veya endositozdan kaynaklanan veziküllere pompalanırlar.
Aksiyon potansiyelinin (AP) bir sinapsa ulaşmasının neden olduğu membran polaritesindeki değişiklik, voltaja bağlı membran kalsiyum kanallarının açılmasını tetikler (VOC = Voltajla Çalışan Kanallar). Hücre içi kalsiyum konsantrasyonunda ortaya çıkan artış, veziküler zarın plazma zarı ile kaynaşmasına ve nörotransmiterlerin salınmasına neden olur. Bu fenomene ekzositoz denir . Hücre biyolojisi, bu ekzositozun, esas olarak 3 proteinden oluşan SNARE adlı bir kompleks tarafından sağlandığını göstermiştir:
- Vezikülün plazma zarına yerleştirilen VAMP (sinaptobrevin olarak da adlandırılır),
- hücrenin plazma zarına bağlı sintaksin,
- Plazma zarına sabitlenmiş SNAP 25,
Kalsiyum VOC'lerini (VOC Ca ++ ) açan depolarizasyon üzerine , ani bir kalsiyum girişi, VAMP'ın SNAP 25 ve vezikülleri plazma zarına sabitleyen sintaksin ile füzyonunu hızlandırır. Bu üçlü kompleksin üç boyutlu modifikasyonu, vezikülün membranla kaynaşmasına ve nörotransmitterin sinaptik yarığa salınmasına yol açar. SNARE'ler tarafından işletilen füzyon , bu iki kalsiyum bağlayıcı alan (C2A ve C2B) sayesinde bugün kalsiyum akışının detektörü olarak kabul edilen sinaptotagminin sinaptik veziküllerinin zarlarında bulunmasıyla önemli ölçüde hızlanır .
Üç mekanizma ekzositozu durdurabilir ve bu nedenle nörotransmitterin sinaptik yarığa salınmasını durdurabilir:
- zar potansiyelini orijinal değerine döndüren ve böylece potansiyele bağlı kanalları engelleyen potasyum kanallarının açılması;
- hücreye giren kalsiyum iyonlarını yakalayan ve kalsiyum sinyalini durduran retikulum ve mitokondri üzerinde bulunan kalsiyum pompaları;
- zarla kaynaşabilen nörotransmiterle yüklü sinaptik veziküllerin kaybolması (sinaptik yorgunluk).
Nörotransmitterlerin sinaptik yarığa difüzyonu
Sinaptik yarıktan salınan nörotransmiterler, basit difüzyonla postsinaptik zara ulaşır . Ekzositozu indüklemek için gereken zamanla birlikte, bu sinaptik iletimde en çok zaman alan adımdır. Motor plakası durumunda, yarık içindeki asetilkolin konsantrasyonu , serbest bırakılmasından sonra 100 mmol / l 10 µs'lik bir konsantrasyona ulaşır . Sıfıra yakın bir konsantrasyona geri dönmek yaklaşık 100 µs alacaktır. Nörotransmiterin sinaptik yarıktan bu şekilde kaybolması, özel bir enzim tarafından yeniden alımı veya hidrolizi içerebilir. Bilginin kodlanması frekans olduğundan, uyarımı mümkün olduğunca çabuk durdurmak önemlidir.
Postsinaptik olaylar: membran reseptörlerinin aktivasyonu
- İyonotropik reseptörler , iyon akımı üretmek için protein açma kanalı vardır;
- Metabotropik reseptörler düzenlemesi sinyal dönüştürücüleri G proteinlerine eşlenmiş olan ikinci haberciler sitoplazması içinde görülmemiştir. İkinci haberciler bir protein kanalıyla ilişki kurabilir veya bir dizi reaksiyona neden olabilir. Bu ikinci haberciler tarafından aktive edilen metabolik yollar arasında, hücre tarafından ifade edilen gen havuzunu etkileyen ve bu nedenle uzun vadeli sinaptik plastisite (LTP) ve hafıza fenomeninde yer alabilen DNA translasyon faktörleri yer alır. Bu rota ilkinden çok daha yavaştır.
Daha sonra potansiyel, dereceli potansiyel (PG) veya postsinaptik potansiyel olarak adlandırılan yerel bir fizyolojik tepkiye tanık oluyoruz . İki tür postsinaptik potansiyeli karakterize ediyoruz:
- postsinaptik uyarma potansiyeli (EPSP veya), plazma zarının her iki arasındaki potansiyel farkını azaltır. Başka bir deyişle, PPSE membranı lokal olarak depolarize eder;
- inhibe edici postsinaptik potansiyel (veya ppsi) potansiyel farkı artırır. Bu hiperpolarize membran.
Membran depolarizasyonun kritik eşiğini aşarsa, bir aksiyon potansiyeli başlatılır. PPSI'ler bir aksiyon potansiyelinin tetiklenmesini engellerken, PPSE'ler bunu teşvik eder.
Genellikle bir nöron, uyarıcı sinapslar ve engelleyici sinapslarla kaplıdır. Sinaptik girdilerin hem zamansal hem de uzaysal toplamı, bir aksiyon potansiyelinin tetiklenip tetiklenmediğine "karar vermek" için gerçekleşir. Aslında dendritler , aksiyon potansiyelini tetiklemekten sorumlu birkaç voltaja bağlı sodyum kanalına sahiptir . Bu nedenle, orada bir aksiyon potansiyelinin tetiklenmesi nadirdir. Postsinaptik potansiyeller dendritler boyunca perikaryona doğru yayılır. Perikaryon ve aksonun birleştiği yerde voltaja bağlı sodyum kanalları açısından özellikle zengin bir bölgedir, bu başlatma konidir. Daha sonra akson boyunca diğer sinapslara yayılacak olan aksiyon potansiyellerinin en sık üretildiği yer başlatma konisi seviyesindedir...
Aksiyon potansiyeli bir kez başlatıldığında, her zaman aynı genliğe ve aynı zaman akışına sahiptir. Bilgilendirici değeri, onu başlatan depolarizasyonun boyutuna bağlı değildir. Buna ya hep ya hiç yasası denir. Aksiyon potansiyelinin tetiklenmesinden sonra depolarizasyon yeterince uzun süre devam ederse, başka bir aksiyon potansiyeli başlatılabilir. Aksiyon potansiyelleri bilgiyi frekans olarak kodlar.
Sinaptik iletim sırasında birkaç molekül salındığından ve aynı sinaptik sonrası zar üzerinde aynı nörotransmitter için birkaç tip reseptör bulunabileceğinden, aynı anda birkaç etki meydana gelebilir. Bu, örneğin iyonotropik GABA A reseptörleri nedeniyle hızlı PPSI ve metabotropik GABA B reseptörleri nedeniyle yavaş PPSI sergileyen birçok GABAerjik sinaps için geçerlidir .
Sinir stimülasyonunun durdurulması
Postsinaptik nöronun uyarılmasının uzamasını önlemek için, iki sistem molekülü intersinaptik boşluktan uzaklaştırır:
- nörotransmitteri metabolize edecek spesifik enzimleri içeren ve postsinaptik nöron üzerindeki etkisini sonlandıran bozulma, örneğin mitokondriyal sentezlerden kaynaklanan MAO ;
- enzimatik bozulmadan kaynaklanan nörotransmitter veya öncüllerinin presinaptik nöron veya komşu glial hücre tarafından yeniden kullanılmak veya yok edilmek üzere geri kazanıldığı geri alım .
Psikoaktif maddelerin etkisi
Nörotransmitterlerde olduğu gibi, bu ilaçların birkaç olası etki şekli vardır:
- herhangi bir etkiye neden olmadan reseptörlere bağlanır ( antagonistik etki ). Reseptörler daha sonra agonisti (nörotransmitter) bağlamak için artık mevcut değildir;
- reseptörü daha fazla ve daha uzun süre aktive eden nörotransmitterlerin (örneğin fluoksetin ) salınımını veya yıkımını önlemek veya sınırlamak .
nöromüsküler kavşak
Miyotatik refleks KF fleksiyon refleksi sırasında presinaptik eleman, postsinaptik eleman olarak görev yapan ve birkaç yüz miyofibril içeren sarkolemma adı verilen bir plazma zarından oluşan kas lifinin motor plakası ile karşılaşır . Nöromüsküler kavşak tarihsel olarak çok önemlidir, çünkü zamanın elektriksel fenomenlere olan coşkusunun kanıtladığı gibi, genel halk üzerinde hızlı bir etkisi olan elektrobiyolojiyi doğuran kurbağanın pençesinin ekstansör kasındaki gözlemlerdir .
|Bir kavşağın ayrıntılı görünümü|
Asetilkolin sırasında kas kasılması katılır fleksiyon refleks veya uzatma nöromüsküler kavşakta. Onu üreten nöronlara kolinerjik nöronlar denir. Bu ön-maddeler olan kolin kan presinaptik terminalinde ve mitokondriyal kökenli asetilkoenzim A tarafından alınır, gıda kaynaklı. Onları asetilkoline dönüştüren kolin-asetiltransferaz (CAT) enzimi tarafından sentezlenirler. Bu nörotransmitterler daha sonra Golgi aygıtının tomurcuklanmasından kaynaklanan veziküller tarafından sarılır ve sinaptik çıkıntıya (veya düğmeye) taşınır. Presinaptik seviyede, daha büyük bir temas yüzeyi sağlamak için tek bir çıkıntı değil yüzlerce var, terminal ağaçlandırmadan bahsediyoruz.
Kalsiyumun etkisi altında, nörotransmitterlerle yüklü veziküller, içeriklerini sinaptik yarığa ( ekzositoz ) boşaltarak plazma zarı ile birleşir . Nörotransmitterler daha sonra kendilerini iskelet kasının motor plakasındaki belirli reseptörlere bağlarlar ve bu da kasın kasılmasına neden olur. Fazla nörotransmitter daha sonra bir enzim tarafından parçalanır : asetik asit ve kolin salan asetilkolinesteraz (ACHE) ve daha sonra presinaptik akson reseptörleri tarafından yeniden yakalanıp geri dönüştürülebilir.
Elektrik sinaps
Elektriksel sinapsta, iki nöronun zarları , bazen nexus (GAP bağlantıları) olarak da adlandırılan boşluk bağlantılarıyla bağlanır . İyonlar bu nedenle bir hücreden diğerine ve ayrıca ilgili membran depolarizasyonuna iletilir. Sinir impulsu, nörotransmitterin müdahalesi olmadan iletilir. Olgunlaşmamış sinir sisteminde önemli bir rol oynayan bu sinaps türü, daha sonra yetişkin aşamasında nispeten nadirdir ve esas olarak omurgasızlarda bulunur. Bu tür iletişim epitelde çok yaygındır .


Nöron A'dan (verici) nöron B'ye (alıcı) elektrik iletimi
sınıflandırma
Soma düzeyinde:
- Basit aksosomatik sinaps,
- İnvajinasyonlu aksosomatik sinaps,
- Spinöz aksosomatik sinaps.
- Basit aksodendritik sinaps, (2 zarın birleşmesi),
- Dikenli aksodendritik sinaps (dendritik dikenlerin tomurcuğundaki sinaps),
- Tepeli sinaps (dendritik tomurcuk tarafında),
- Dallı dikenli sinaps,
- Axo - "geçerken" dendritik sinaps,
- Karşılıklı aksodendritik sinaps,
- Poli-sinaptik sonlandırma,
- Interdigital dikenli sinaps.
İmplantasyon konisi ve akson seviyesinde:
- Proksimal akso – akson sinaps,
- İnhibitör akso – akson sinaps,
- Distal akso – akson sinaps,
- Axo - "bu arada" akson sinaps,
Dendritik sonlar süper hareketlidir.
Sinyal entegrasyonu: postsinaptik öğeyi yakınlaştırın
Sinapslar, ürettikleri etkilere göre iki kategoriye ayrılır: uyarıcı veya engelleyici. Beyindeki ana inhibitör nörotransmitter olan GABA bağlanan GABA A reseptör kanalları , bir klorid iyonu akışım ve zarın nedenle hiperpolarizasyonuna neden açıklığı olan,. Örneğin glutamat veya asetilkolin reseptörleri gibi uyarıcı iyonotropik reseptörlerin daha fazla çeşitliliği vardır . Postsinaptik element genellikle bu iki reseptör kategorisine ve ayrıca depolarizasyon ile aktive edilen sodyum veya kalsiyum kanallarına sahiptir. Uyarıcı (PPSE, uyarıcı postsinaptik potansiyel) ve engelleyici (PPSI, engelleyici postsinaptik potansiyel) sinyallerin geçici bir toplamını gerçekleştirir. Uyarıların toplamının engellemelerin toplamından büyük olması ve bir depolarizasyon eşiğine ulaşılması durumunda aksiyon potansiyelini yayacaktır. Bu eşik, yeterli sayıda sodyum kanalının etkinleştirildiği voltaja karşılık gelir.
Uzaysal toplama postsinaptik elemanı ile ilgili çeşitli sinaps belirtmektedir. Bir nöron gerçekten de binden fazla farklı afinite alabilir, ancak yalnızca bir şekilde tepki verebilir: iletim veya iletim yokluğu. Tüm afferent elemanların cebirsel toplamının sonucu bir eşik değerinden büyükse , yandaki diyagramda yaklaşık -15 mV ise, bütünleştirici nöron bir aksiyon potansiyelinin yeri olacaktır.
Postsinaptik öğe düzeyinde de zamansal toplam denilen bir şey gerçekleşir. İyonların hücre içine giriş hızından kaynaklanmaktadır. Çok sayıda PPSE zamanında bir araya getirilirse toplanırlar ve ayrıca depolarizasyon eşiğine ulaşabilir ve bir aksiyon potansiyeline yol açabilirler.
Son bir entegrasyon unsuru, nöronun refrakter periyodunun varlığından kaynaklanmaktadır. İki afferent uyarıcı sinyal bir milisaniyeden daha az ayrıysa, ikincisi herhangi bir PPSE'ye neden olmaz ve bu nedenle sessiz olur.
Patoloji
sinaptik seviye
Biyosferi oluşturan biyolojik organizmaların yapısı çeşitli organizasyon seviyelerine ayrılabilir : atomik , moleküler , hücresel , doku , organik , aparatlar ve son olarak organizmanın fonksiyonel bütünlüğü içinde.
Canlı organizmaların bilimsel çalışması, bu seviyelerin her birinin öğelerini araştırarak, ardından bu farklı seviyeler arasındaki etkileşimleri anlayarak gerçekleştirilir (bkz. " Bilimsel yöntem " makalesi ).
Sinaptik seviyenin incelenmesi, biyoelektrik ve kimyasal sinyallerin, nöronların kendileri arasında veya nöronlar ile organizmanın belirli elemanları ( duyu hücresi , düz veya çizgili kas , vb.) arasındaki iletiminin özelliklerini anlamayı mümkün kılar . Sinirsel sinyallerin iletimini anlamak temel bir zorunluluktur çünkü bu mekanizma sinir sisteminin işleyişinde temeldir.
Araştırma ve geliştirme, ileriye dönük
Araştırma çalışmaları, biyo-ilhamlı yapay sinapsların ( daha doğrusu nöro-ilhamlı ) yaratılmasına odaklanır .
Notlar ve referanslar
- Vincent, AF (2017). Nöro-ilhamlı elektronikler için yenilikçi bellek bileşenlerinin sinaptik kullanımına doğru (Doktora tezi, Paris Saclay)
Ekler
bibliyografya
- Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, William C. Hall, Anthony-Samuel LaMantia, James O. McNamara ve S. Mark Williams, Neurosciences , Brüksel, De Boeck Üniversitesi , koll. "Sinirbilim ve Biliş",, 3 e ed. , 811 s. ( ISBN 978-2-8041-4797-6 , çevrimiçi okuyun ) , böl. 5 (“Sinaptik aktarım”), s. 93-127.