Хімічні синапси, Збудливі хімічні синапси, Етапи функціонування хімічної
Хімічні синапси.
Для хімічного синапсу характерні:
1. Синаптична затримка, тривалістю не менше ніж 0,5 с;
2. Відсутність електричного струму від пре- до постсинаптичної мембрани.
3. Постсинаптичний потенціал як результат функціонування хімічного синапсу. Постсинаптичний потенціал (ПСП) є метою функціонування хімічного синапсу та може бути збуджуючим (ВПСП) або гальмівним (ТПСП). Терміни ВПСП та ТПСП застосовують частіше до синапсів, утворених нейронами на нейронах. У нервово-м'язовому синапсі метою синаптичної передачі є формування потенціалу дії, пов'язаного з наступним м'язовим скороченням.
4. Збільшення провідності постсинаптичної мембрани під час реалізації функцій синапсу (ПСП як ТПСП чи ВПСП обумовлені переміщенням іонів через іонні канали в мембрані).
5. Синаптичні бульбашки, або везикули, присутні у пресинаптичних закінченнях, специфічне фарбування характерне для постсинаптичної мембрани.
6. Залежність процесу вивільнення, або релізингу медіатора, від входу в пресинаптичне закінчення іонів Са++.
Збудливі хімічні синапси
Для хімічного синапсу характерні пресинаптична область, синаптична щілина та постсинаптична область.
Синаптична щілина має у хімічних синапсів просвіт від 20 до 50 нм. У пресинаптичній ділянці завжди є везикули, що містятьмедіатор (трансмітер, нейротрансмітер, нейромедіатор).
У аналізованому типі синапс через високого опору синаптичних мембран і широкої синаптичної щілини електротонічний потенціал і ПД не здатні перейти до постсинаптичної області, використовуючи кабельні властивості мембрани. Коефіцієнт передачі вУ цьому випадку менше тисячних часток, а позаклітинний шунт має низький опір і «відводить» заряд. По пресинаптичному волокну механізмом аксонного транспорту (400 мм/сут) здійснюється пересування ферментних систем та попередників для синтезу медіаторів та везикул. У синаптичному закінченні завжди є деякий запас готового для секреції медіатора, запакованого в везикули.
Синтез медіаторів здійснюється за допомогою ферментів, наприклад, ацетилхолін АХ синтезується холінацетилтрансферазою, яка переносить ацетильну групу від ацетилкоензиму А на холін. Приблизно 85% готового медіатора зберігається у везикулах. Процес синтезу та розпаду АХ відбувається постійно.
Вихід медіатора із закінчення також відбувається безперервно, це так званий неквантовий релізинг, його інтенсивність може перевищувати дієвий, квантовий у десятки разів, але електрогенних наслідків він не має (надає трофічну дію на об'єкт іннервації), і АХ руйнується без зміни проникності постсинаптичної мемебрани.
Квантовий вихід АХ має електрично значні наслідки. Ініціація квантового релізингу задається приходом за аксоном потенціалу дії, який у втратив мієлін пресинаптичному закінченні деполяризує його мембрану, що призводить до відкриття потенціалчутливих Са++ каналів. Через високий електрохімічний і концентраційний градієнт іони Са++ входять у пресинаптичне закінчення. Кальцій необхідний для того, щоб везикули з медіатором могли з'єднатися із зовнішньою мембраною та випустити порцію (квант) медіатора у синаптичну щілину шляхом екзоцитозу. Одночасно в синапсі може випорожнитись до сотень везикул. У кванті буває від 102 до 105 молекул АХ.
Мішенню АХ в холінергічному синапсі є комплексна білкова молекулахолінорецептор. Холінорецептори, чутливі донікотину, відносять до типу Н-холінорецепторів, домускарину- М-холінорецепторів (метаботропних). Н-холінорецептори розташовані (експресовані) на мембранах м'язових волокон скелетних м'язів, нейронів ЦНС та симпатичних гангліїв.
Н-холінорецептор,іонотропний, складається з 5 (іноді 7) білкових субодиниць, одна з яких дублюється (бвбгд). Загальний розмір (11?8,5 нм) молекули вдвічі більший за товщину мембрани. Амінокислотна послідовність білків всіх субодиниць встановлена, вона виявилася видоспецифічною, хоча відмінності у близьких видів тварин незначні. Продубльованіб -субодиниці мають чутливість до ліганду. Холінорецептор можна розглядати як іонний канал, оскільки як інтегральний мембранний білок він пронизує клітинну мембрану і має центральну пору. Відомі 2 стани молекули холінорецептора - закрите та відкрите. У відкритому стані центральна пора холінорецепторів має розмір близько 0,7 нм, що достатньо для проникнення через неї одновалентних катіонів, переважно Na + і К + .
Після зв'язування АХ з Н-холінорецептором та відкриття пори через постсинаптичну мембрану тече іонний струм, обумовлений переміщенням іонів Na+ та К+ електрохімічними та концентраційними градієнтами. Оскільки градієнт для натрію спрямований всередину клітини, а калію - назовні, при зустрічному їх переміщенні сумарний струм виявляється здатним локально змістити мембранний потенціал до КУД в нервово-м'язовому синапсі або викликати значну деполяризацію мембрани нейрона в нейро-нейрональному синапсі. Локальна відповідь у вигляді деполяризації в даному випадку зветься ПСП - постсинаптичний потенціал, або ВПСП, що збуджуєпостсинаптичний потенціал. Насамперед часто застосовувалася назва потенціал кінцевої платівки (ПКП) для нервово-м'язового синапсу.
Локальна відповідь у вигляді ВПСП підпорядковується законам проведення потенціалів по мембрані і може бути поширена на невелику відстань через обмеження, що накладаються ємнісними та резистивними властивостями мембрани - постійної часу та постійної довжини. Оскільки на мембрані нейрона чи м'язового волокна є безліч синапсів, відповідь клітини завжди складається з активності окремих синаптичних входів.
Сумація ПКП призводить до стану, коли мембранний потенціал зміщується деполяризацією до КУД, відбувається генерація ПД. У клітину по потенциалзависимым кальцієвим каналам входить кальцій, він бере участь у механізмі м'язового скорочення.
Після того, як АХ виконав роль сигнальної молекули та запустив конформацію холінорецептора із закритого у відкритий стан, необхідно підготувати систему до прийому наступного сигналу. Тому постсинаптична мемебрана має в своєму розпорядженні механізм інактивації медіатора. У холінергічному синапсі інактивація АХ досягається його ензиматичним розщепленням за допомогою ацетилхолінестерази. В інших типах синапсів інактивація проходить інакше, наприклад, норадреналін в адренергічному синапсі піддається зворотному надходженню (захоплення) в пресинаптичне закінчення.
Ацетилхолінестераза може бути заблокована, у такому разі канали холінорецептора постійно знаходяться у відкритому стані та управління м'язами порушується. Інсектицидні препарати типу "Прима", "Диклофос" мають такий принцип дії, тому небезпечні не тільки для побутових комах-шкідників, але й для теплокровних тварин.
Етапи функціонування хімічної синаптичної передачі
1. Синтез, зберігання татранспорт медіатора у везикулах.
2. Секреція медіатора при деполяризації пресинаптичної мембрани та вході іонів кальцію у закінчення.
3. Реакція постсинаптитської мемебрани у вигляді зв'язування медіатора рецептором та зміні проникності постсинаптичної мембрани для катіонів.
4. Генерація постсинаптичних потенціалів.
5. Інактивація медіатора.
Збудливі хімічні синапси, утворені на нейронах, дуже численні, перемежовуються з гальмівними, ніколи не забезпечують поодинці досягнення мембраною КУД. Нейрон здатнийінтегруватисинаптичні сигнали і видавати на виході, в найбільш збудливій частині клітини, наприклад, якщо це мотонейрон, ваксонному пагорбі,ПД після проведеного аналізу надійшли по синаптичних входах ПСП.
У нейронейрональних синапсах не тільки АХ може бути медіатором, що найчастіше збуджують амінокислоти глутамат і аспартат, норадреналін, нейропептиди, АТФ та NO виконують функції медіаторів.
Глутаматна збуджуюча синаптична нейропередача найбільш поширена в центральній нервовій системі. Рецепція глутамату в синапсах здійснюється NMDA та AMPA (іонотропними) рецепторами, синаптичні механізми в них дуже складні та до кінця не розкриті.
Через те, що процеси виділення та руйнування медіатора у синапсах мають тривалий час реалізації, існує синаптична затримка при функціонуванні нейронних мереж. Тому кажуть, що хімічний синапс працює як частотний фільтр і має низьку лабільність.
Оскільки сигнали від окремих синапсів можуть підсумовуватись та визначати сумарний заряд мембрани, можливі явища тетанічного синаптичного полегшення та депресії.
Властивості хімічного синапсу
1. Повільна швидкість передачі сигналу, великасинаптична затримка.
2. Одностороннє проведення сигналу від пре- до постсинаптичної мембрани, але не навпаки.
3. Висока надійність передачі за нормальних умов функціонування.
4. Існування слідових процесів (слідової деполяризації та гіперполяризації, що збільшує можливості інтегрування сигналів нейроном).