Download
1 / 44
460 likes | 1.2k Views
הסינפסה ( The Synapse ). כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לקצה האקסון, הוא משפיע על תא אחר, בצורה ישירה או בצורה בלתי ישירה. בכמה מקרים ספציפיים, פוטנציאל הפעולה יכול לעבור ישירות מתא לתא אחר. אבל ברוב המקרים פוטנציאל הפעולה נעצר בקצה האקסון, וגורם לשחרור חומר כימי שנקרא נוירוטרנסמיטר.
E N D
הסינפסה (The Synapse) • כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לקצה האקסון, הוא משפיע על תא אחר, בצורה ישירה או בצורה בלתי ישירה. • בכמה מקרים ספציפיים, פוטנציאל הפעולה יכול לעבור ישירות מתא לתא אחר. • אבל ברוב המקרים פוטנציאל הפעולה נעצר בקצה האקסון, וגורם לשחרור חומר כימי שנקרא נוירוטרנסמיטר. • הסינפסה: מקום העברת האינפורמציה ביו הנוירון, לבין תא אחר. • במערכת העצבים גם התא האחר הוא נוירון.
הסינפסה • סינפסה בין נוירון לנוירון, נמצאת בין האקסון של נוירון אחד, לבין הדנדריטים, גוף התא, או האקסון של תא אחר. • ברוב המקרים הסינפסה נמצאת בין האקסון של הנוירון הראשון, לבין הדנדריטים או גוף התא של הנוירון השני. • ההעברה העצבית היא בכיוון אחד: מהאקסון של הנוירון הראשון, שהוא הנוירון הפרה-סינפטי (Presynaptic), לנוירון השני שהוא הנוירון הפוסט-סינפטי (Postsynapyic). • או לתא השני (שריר, בלוטה) שהוא תא פוסט-סינפטי.
הסינפסה • בתחילת המאה העשרים רוב הפיזיולוגים חשבו שההעברה העצבית היא חשמלית (Electrical). • ז"א שפוטנציאל הפעולה (זרם של יונים) עובר ישירות מתא לתא אחר. • ההיגיון מאחורי מחשבה זו: הקירבה הגדולה בין הנוירון הפרה-סינפטי לבין התא הפוסט-סינפטי. • הנוירון הפרה-סינפטי נראה כאילו הוא בא במגע עם הנוירון הפוסט-סינפטי. • סיבה נוספת היתה שה Delay (השהיה) בהעברה העצבית היתה קצרה ביותר: כחצי מלי שנייה.
הסינפסה • לאחר מכן, ועקב פיתוח שיטות היסטולוגיות משופרות, ניתן היה לראות מרווחים זעירים בין התא הפרה-סינפטי לבין התא הפוסט-סינפטי. • בנוסף לזאת אפשר היה לגרום לאותו אפקט שמתקבל ע"י עצב מסוים, גם ע"י חומרים כימיים. • כל זה הוביל להיפותזה שההעברה העצבית היא ברוב המקרים העברה כימית: ז"א מתבצעת ע"י חומרים כימיים. • בהעברה הכימית הנוירון הפרה-סינפטי משחרר חומר כימי מהכפתורים הסינפטיים שנמצאים בתירמינל. • חומר זה נקרא נוירוטרנסמיטר (Neurotransmitter), שגורם לאפקט בתא הפוסט-סינפטי.
סוגים של סינפסות • ישנם שני סוגים של סינפסות: סינפסה חשמלית וסינפסה כימית. • סינפסה חשמלית: מתרחשת כאשר שני תאים סמוכים שמצומדים חשמלית אחד לשני, קשורים אחד לשני ע"י צמתי מעבר (Gap Junctions). • בצמתי המעבר האלה הממברנות של שני תאים מופרדים, או מרוחקים רק ע"י nm2 . • בגלל ההמשכיות והרציפות בין ממברנת הפלסמה לבין הציטופלסמה, פוטנציאל הפעולה (זרם של יונים) ממשיך דרך הממברנה הפוסט-סינפטית כאילו הוא שייך לאותו תא.
סינפסה חשמלית • סינפסות חשמליות נמצאות בין תאי שריר הלב, ובין סוגים של תאי שריר חלק. • הן מאפשרות הפעלה וכיווץ מאסה גדולה של שרירים. • סינפסות חשמליות נמצאות גם במערכת העצבים, בשלבים מוקדמים של ההתפתחות העוברית, ונעלמות אחרי שהרקמה עוברת ספיצלזציה. • סינפסות אלה לאחר מכן מוחלפות ע"י סוג אחר של סינפסות, שהוא יותר מסובך: סינפסות כימיות. • למה הכוונה?
סינפסה חשמלית: Aplysia • סינפסות חשמליות נמצאות ב Aplysia (ארנב הים). • זו היא רכיכה ימית החיה בחופי ים, באזורים שונים בעולם. • הזן הנחקר ביותר מבחינה התנהגותית הוא California Aplysia. • האורך שלה כ 30 ס"מ, והמשקל שלה כ ק"ג אחד. • כאשר חייה זו מאוימת, היא משחררת ענן של דיו כחול-סגול, שמסנוור את התוקף.
סינפסה חשמלית: Aplysia • ה Aplysia הפכה למודל אצל נוירוביולוגים, היות ותגובת השחרור של הענן היא בתיווך סינפסות חשמליות. • סינפסות אלה מאפשרות להרבה נוירונים לירות באופן סינכרוני (בו-זמנית). • מה היתרון לסוג זה של סינפסה? • תגובה עצבית זו חשובה להרחקת הסכנה מהחיה. • מה ההבדל בינה לבין סינפסה כימית?
סינפסות כימיות • הסינפסות הכימיות נקראות בשם הזה בגלל שהן משתמשות בחומר כימי, Neurotransmitter (N.T), להעברת סיגנל מתא פרה-סינפטי לתא פוסט -סינפטי. • מרכיבי הסינפסה הכימית: • כפתורים סינפטיים: הסיומת של הסתעפויות ה Terminal בנוירון הפרה-סינפטי. • כל כפתור סינפטי מכיל הרבה ויזיקולות, שבכל אחת מהן יש כעשרת אלפים מולקולות של נוירוטרנסמיטר. • מרווח סינפטי (Synaptic Cleft): המקום בין הכפתורים הסינפטיים וממברנת התא הפוסט-סינפטי. מרווח קטן מאוד, nm20-30. • ממברנת התא הפוסט-סינפטי: חלבונים שנמצאים מול הכפתורים הסינפטיים. אלה הם רצפטורים שאליהם נקשר ה N.T.
מנגנונים להעברה העצבית (Synaptic Transmission) • פוטנציאל הפעולה שהתקדם לאורך האקסון, עוצר בTerminal של האקסון. הוא לא יכול לעבור את המרווח הסינפטי. • פוטנציאל הפעולה גורם לשחרור N.T מהכפתורים הסינפטיים. • N.T עובר את המרווח הסינפטי, וגורם לתגובה בתא הפוסט-סינפטי. • נוירוטרנסמיטר אקסטטורי (Excitatory Neurotransmitter) גורם לדה-פולריזציה של ממברנת הנוירון או התא הפוסט-סינפטי. • נוירוטרנסמיטר אינהיביטורי (Inhibitory Neurotransmitter) גורם להיפרפולרזציה של ממברנת הנוירון או התא הפוסט-סינפטי.
מנגנונים להעברה העצבית • ניתן לסכם את מנגנון ההעברה העצבית ברצף הבא של אירועים: • 1) כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לכפתורים הסינפטיים, הוא גורם לדה-פולריזציה, ופתיחה של תעלות סידן תלויות מתח. • לכן סידן נכנס לתוך הכפתורים הסינפטיים במהירות. • 2) העלייה ברמת הסידן גורמת לתנועה של שלפוחיות המכילות N.T לממברנה של התירמינל. • כתוצאה מכך ממברנת השלפוחית עוברת איחוי עם ממברנת האקסון (ממברנת הכפתורים הסינפטיים), ותוכן השלפוחית משתחרר החוצה (מנגנון של אקסוציטוזה). • בדרך בזו משוחררות אלפי מולקולות של N.T למרווח הסינפטי.
מנגנונים להעברה העצבית • 3) מולקולות ה N.T עוברות בדיפוזיה למרווח הסינפטי, והן נקשרות לרצפטורים ספציפיים שנמצאים על גבי הממברנה הפוסט-סינפטית. • N.T גורם לפתיחה של תעלה יונית בממברנת התא הפוסט-סינפטי. • תעלות אלה נקראות Chemically Gated Channels, או Ligand gated channels . • זאת בגלל שהתעלות (או השערים בתעלות האלה) נפתחים כתוצאה מקישור חומר כימי לממברנה הפוסט-סינפטית. • תעלות אלה נמצאות בממברנת התא הפוסט-סינפטי (דנדריטים, וגוף התא). • תעלות תלויות מתח לא נמצאות בדנדריטים, וגוף התא, הן נמצאות רק באקסון.
מנגנונים להעברה העצבית • 4) פתיחת תעלות יוניות בממברנת התא הפוסט-סינפטי בתגובה ל N.T גורמת ליצירת פוטנציאל מקומי שנקרא PSP: Post Synaptic Potential. • נוירוטרנסמיטר אקסטטורי גורם ל: Post Synaptic PotentialExcitatory (EPSP). • פוטנציאלים אלה גורמים לגירוי הנוירון הפוסט-סינפטי, על מנת לייצר פוטנציאל פעולה. • תהליך זה מתרחש כתוצאה מפתיחה של תעלות נתרן.
מנגנונים להעברה העצבית • נוירוטרנסמיטר אנהיביטורי גורם ל: Post Synaptic PotentialInhibitory (IPSP). • פוטנציאלים אלה מונעים מהנוירון הפוסט-סינפטי לייצר פוטנציאל פעולה. • תהליך זה מתרחש עקב פתיחה של תעלות אשלגן, או כלוריד. • מדוע פתיחת תעלות אשלגן גורמת ל IPSP? • מדוע פתיחת תעלות כלוריד גורמות ל IPSP?
IPSP IPSP
מנגנונים להעברה העצבית • EPSPו IPSP מיוצרים בדנדריטים. • הם חייבים להגיע ל Axon Hillock על מנת להשפיע על היצירה של פוטנציאל הפעולה. • אם נוצר פוטנציאל פעולה, הוא יתקדם לאורך האקסון ללא דעיכה . • 5) אחרי שהN.T נקשר לרצפטור וגרם לאפקט שלו, השפעתו מסתיימת במהירות. • סילוק הנוירוטרנסמיטר מהמרווח הסינפטי מתרחש במנגנונים שונים.
מנגנונים להעברה העצבית • חלק מה N.T עוברים קליטה בחזרה (Reuptake) לתוך הנוירון, לשימוש חוזר. • דוגמאות: נוראדרנלין, דופאמין, סרוטונין. • ניתן לעכב את תהליך ה Reuptake ע"י תרופות. • תרופות כנגד דיכאון למשל מעכבות קליטה בחזרה של נוראדרנלין ו\או סרוטונין. • כמו למשל התרופה Fluoxetine (Prozac) השייכת לתרופות ממשפחת SSRI: Selective SerotonineReuptake Inhibitor.
מנגנונים להעברה העצבית • לפעמים ה N.T מתפרק ע"י אנזמים לחומר לא פעיל. • דוגמה: אצטילכולין. נוירוטרנסמיטר זה מתפרק ע"י האנזים אצטילכולין אסטראז. • ניתן לעכב את תהליך הפירוק של הנוירוטרנסמיטר ע"י תרופות הניתנות במצבים קליניים שונים. • כמו למשל השימוש בתרופות Rivastigmine(Exelon) ו Donepezil (Aricept) לטפל במחלת אלצהיימר. • במקרה של אצטילכולין גם גזי עצבים גורמים לעיכוב הפירוק שלו: זאת ע"י עיכוב לא הפיך של האנזים אצטילכולין אסטראז. • מהן ההשלכות של עיכוב הפירוק של אצטילכולין בצורה לא הפיכה?
Temporal Summationסיכום בזמן: • כאשר כפתור סינפטי בודד (סינפסה אחת) מפעיל נוירון פוסט-סינפטי במהירות פעמיים או יותר , השפעתו יכולה להתווסף משך תקופת זמן קצרה ליצירת פוטנציאל פעולה. • תופעה זאת נקראת סיכום בזמן: Temporal Summation. • מדוע? • בגלל שכל ESPSנמשך כ 15 מלי שניות, השחרור הבא של נוירוטרנסמיטר חייב להתרחש מייד אחרי הראשון, על מנת להתרחש סיכום בזמן. • מתי זה קורה?
Spatial Summationסיכום במרחב: • בדרך כלל אלפים, ולפעמים מאות אלפי כפתורים סינפטיים, מייצרים מגע סינפטי עם נוירון פוסט-סינפטי אחד. • כמות ה N.T המשתחררת מכפתור סינפטי אחד אינה מספיקה ליצירת פוטנציאל פעולה בתא הפוסט-סינפטי. • אבל תהליך זה גורם ליצירת פוטנציאל מקומי: EPSP. • כאשר הרבה כפתורים סינפטיים מופעלים בו-זמנית, הם משחררים את התוכן שלהם. • הנוירוטרנסמיטרים המשוחררים במצב זה מפעילים אזורים שונים בממברנה הפוסט-סינפטית.
Spatial Summationסיכום במרחב: • פוטנציאלים מקומיים יכולים להתפשט מספיק רחוק על מנת להגיע ל Axon Hillock. • במקום הזה הם יכולים להתווסף (Summate) אחד לשני. • אם סכום הפוטנציאלים המקומיים מגיע לערך הסף, נפתחות תעלות נתרן תלויות מתח,Voltage Gated Na Channels , ב Axon Hillock. • כתוצאה מכך נוצר פוטנציאל פעולה, שמתקדם לאורך האקסון ללא דעיכה. • תופעה זאת נקראת סיכום במרחב: Spatial Summation.
Spatial Summationסיכום במרחב: • בדרך כלל משוחררים נוירוטרנסמיטרים אקסטטוריים ואינהיבטוריים באותו זמן מנוירונים שונים. • נוירוטרנסמיטרים אלה משפיעים על אותו נוירון פוסט-סינפטי. • N.T אקסטטורי מייצר EPSP. • מתי זה יכול להתרחש? • N.T אינהיבטורי מייצר IPSP. • מתי זה יכול להתרחש?
Spatial Summationסיכום במרחב: • סיכום ההשפעות המנוגדות נעשה ב Axon Hillock, באותו מקום שיש תעלות נתרן תלויות מתח. • אם EPSP הם הדומיננטיים מעל IPSP והם מגיעים לערך הסף: נוצר פוטנציאל פעולה. • לאחר מכן פוטנציאל פעולה יתקדם לאורך האקסון ללא דעיכה. • אם IPSP הם הדומיננטיים מעל EPSP, פוטנציאל הממברנה לא יגיע לערך הסף. • לכן לא תהיה פתיחה של תעלות נתרן תלויות מתח ב Axon Hillock, ולא תהיה יצירה של פוטנציאל הפעולה.
נוירוטרנסמיטרים • הדרך שבה נוירונים "מדברים" ביניהם. • הנוירון הפרה-סינפטי משחרר נוירוטרנסמיטר שמפעיל, או מדכא את התא הפוסט-סינפטי. • מיון הנוירוטרנסמיטרים: • 1) לפי הפונקציה: האם הנוירוטרנסמיטר הוא אקסטטורי או אינהיביטורי. • בעיה בחלוקה הזאת: לפעמים ה N.T הוא אקסטטורי בסינפסה מסויימת, ואנהיבטורי בסינפסה אחרת.
נוירוטרנסמיטרים • למשל אצטילכולין בשריר שלד הוא נוירוטרנסמיטר אקסטטורי, ובשריר הלב הוא נוירוטרנסמיטר אנהיבטורי. • למה הכוונה? • לכן השפעת הנוירוטרנסמיטר נקבעת לפי סוג הרצפטור שהוא נקשר אליו, ולא לפי הנוירוטרנסמיטר עצמו. • הרצפטור לאצטילכולין בלב (רצפטור מוסקריני), שונה מהרצפטור לאצטילכולין בשריר שלד (רצפטור ניקוטיני). • 2) לכן יותר יעיל למיין את ה נוירוטרנסמיטרים לפי המבנה הכימי.
