Transcript Cell to Cell Conduction: the Synapse

SİNAPTİK İLETİM
Dr. Ayşe DEMİRKAZIK
About this Chapter
How cells communicate
Electrical and chemical signals
Receptor types and how they function
Local regulation of cells
Modification of receptors and signals
Homeostatic balance depends on
communication
Feedback regulates integration of systems
Cell to Cell Conduction: the Synapse
Electrical synapses: gap junctions
– Very fast conduction
– Example: cardiac muscle
Chemical synapses
– Pre synaptic terminal
Synthesis of Neurotransmitters
Ca2+ releases Neurotransmitters
– Synaptic cleft
– Postsynaptic cell: Neurotransmitter receptors
Cell to Cell Conduction: the Synapse
Synapses
Types of Synapses
Axodendritic – synapses between the axon
of one neuron and the dendrite of another
Axosomatic – synapses between the axon of
one neuron and the soma of another
Other types of synapses include:
– Axoaxonic (axon to axon)
– Dendrodendritic (dendrite to dendrite)
– Dendrosomatic (dendrites to soma)
Electrical Synapses
Electrical synapses:
– Are less common than chemical synapses
– Correspond to gap junctions found in other cell
types
– Are important in the CNS in:
Arousal from sleep
Mental attention
Emotions and memory
Ion and water homeostasis
Chemical Synapses
Specialized for the release and reception of
neurotransmitters
Typically composed of two parts:
– Axonal terminal of the presynaptic neuron, which
contains synaptic vesicles
– Receptor region on the dendrite(s) or soma of
the postsynaptic neuron
Overview of Cell to Cell
Communication:
Chemical
– Autocrine & Paracrine: local signaling
– Endocrine system: distant, diffuse target
Electrical
– Gap junction: local
– Nervous system: fast, specific, distant target
Gap Junctions and CAMs
Protein channels connexin
Direct flow to neighbor
– Electrical- ions (charge)
– Signal chemicals
CAMs
– Need direct surface
contact
– Signal chemical
Figure 6-1a, b: Direct and local cell-to-cell communication
Paracrines and Autocrines
Local
communication
Signal chemicals
diffuse to target
Example: Cytokines
– Autocrine–receptor
on same cell
– Paracrine–
neighboring cells
Figure 6-1c: Direct and local cell-to-cell communication
Long Distance Communication:
Hormones
Signal
Chemicals
Made in
endocrine cells
Transported via
blood
Receptors on
target cells
Figure 6-2a: Long distance cell-to-cell communication
Long Distance Communication:
Neurons and Neurohormones
Neurons
– Electrical signal down axon
– Signal molecule (neurotransmitter) to target cell
Neurohormones
– Chemical and electrical signals down axon
– Hormone transported via blood to target
Figure 6-2 b: Long distance cell-to-cell communication
Long Distance Communication:
Neurons and Neurohormones
Figure 6-2b, c: Long distance cell-to-cell communication
Signal Pathways
Signal molecule (ligand)
Receptor
Intracellular signal
Target protein
Response
Figure 6-3: Signal pathways
Receptor locations
Cytosolic or Nuclear
– Lipophilic ligand
enters cell
– Often activates gene
– Slower response
Cell membrane
– Lipophobic ligand
can't enter cell
– Outer surface
receptor
– Fast response
Figure 6-4: Target cell receptors
Presinaptik-postsinaptik kavramı
Bir sinapsta
postsinaptik olan bir
nöron
Bir başka sinapsta
presinaptik olabilir
Sinir sisteminin tek bir
organizasyonunda
birçok presinaptik ve
postsinaptik nöron
olabilir
Yaptığı uyarıya göre sinaps
türleri
Uyarıcı sinaps;
postsinaptik nöronu
eksite eden, uyaran
sinapstır...yani AP
oluşturmasını
kolaylaştırır
İnhibe edici sinaps;
postsinaptik nöronu
inhibe eden sinapstır
iki farklı kimyasal sinaps
eksitatör
inhibitör
Postsinaptik
membrandaki
transmitter etkisi iki
tür olabilir;
– Uyarıcı
– İnhibe edici
Postsinaptik
membranda çalışan
sinyal iletme
mekanizması tipi ve
Reseptörün etkilediği
kanalın tipi sinyalin
formunu belirler
İyon kanalları
postsinaptik nöronun birinci etkilenme yolu
Katyon kanalları;
çoğunlukla Na, bazen
de K ve Ca
iyonlarının geçişine
izin verir
Anyon kanalları;
en çok Cl olmak
üzere diğer bazı
anyonları da
geçirebilir
Na kanallarının
açılması; nöronu
uyarır, yani Na
kanallarını açan NT
eksitatördür
Cl- kanallarının
açılması; nöronu
inhibe eder, yani Clkanallarını açan NT
inhibitördür
Postsinaptik nöronda eksitasyon
Sodyum iyon kanallarının açılması
– Eksitasyonun en sık kullanılan şeklidir
Klorür iyon kanallarının baskılanması
Potasyum iyon kanallarının baskılanması
Eksitatör reseptör sayısının artması
İnhibitör reseptör sayısının azalması
Hücre içi metabolik değişiklikler
– Hücre aktivitesini uyarmak için yapılan değişiklikler
Postsinaptik nöronda inhibisyon
Klorür iyon kanallarının açılması
Potasyum iyon iletiminde artış
Eksitatör reseptör sayısının azalması
İnhibitör reseptör sayısının artması
Hücresel metabolik fonksiyonları inhibe
eden düzenlemeler
EPSP
Eksitatör PostSinaptik Potansiyel
Presinaptik eksitatör
nörotransmitter salınımı
Postsinaptik eksitatör
reseptörlerin uyarılması
Na iyon kanallarının
açılması
– Na geçirgenliğinin
artması
– Elektrokimyasal olarak
Na’un hücre içine
akışının artması
EPSP’nin oluşması
Potansiyelin
anlamı
Tek başına bir EPSP
aksiyon potansiyeli
oluşturmak için yeterli
değildir
Amplitüdün büyümesi
için iki yol vardır;
– Birçok terminalden eş
zamanlı deşarjların olması
– Aynı terminalden kısa
aralıklarla deşarjın
tekrarlanması
AP’nin oluşması
EPSP yeterli
büyüklüğe
ulaştığında AP
ortaya çıkar
AP’nin başlangıç
yeri akson
başlangıç
segmentidir
IPSP
İnhibitör PostSinaptik Potansiyel
Presinaptik inhibitör
nörotransmitter salınımı
Postsinaptik inhibitör
reseptörlerin uyarılması
K ve Cl kanallarında
ortaya çıkan değişiklikler
– K iyonlarının dışarı
akması
– Cl iyonlarının içeri akması
IPSP’nin oluşması
– (hiperpolarizasyon)
Yavaş postsinaptik potansiyeller
EPSP ve IPSP’ye ek olarak;
– Yavaş formlar da vardır
K geçirgenliğindeki düşüşe bağlı
olarak yavaş EPSP
K geçirgenliğindeki artışa bağlı
olarak da yavaş IPSP’ler oluşur
Sumasyon
Spasyal-uzaysal
Bir postsinaptik nöron;
– Çeşitli presinaptik nöronlardan aynı zamanda impulslar
alır ve bu EPSP’ler toplanırsa
Sumasyon
Temporal-zamansal
Bir postsinaptik
nöron;
– Uygun
aralıklarla
– Aynı presinaptik
sinapstan
deşarjlar alır
– Ve bu EPSP’ler
toplanırsa
EPSP ve IPSP
İnhibitör ve Eksitatör
potansiyeller
diverjans-dağılma
Bir nörondan gelen impulsların sinapslar
sayesinde pekçok nörona ulaşmasına
denir
Bu sayede bir nöron çok geniş alanlarda
etkili olabilir
konverjans-toplanma
Bir postsinaptik
nöron binlerce
presinaptik
nörondan gelen
uyarıların etkisi
altında olabilir
Bu binlerce farklı
nöronun
impulslarının bir
hücreyi
etkilemesine
konverjans denir
sinapslarda inhibisyon
1.Direkt inhibisyon;
– Bir IPSP
tarafından
nöronda meydana
getirilen
inhibisyondur
– Postsinaptik
deşarj olmadan
gerçekleşir
2.İndirek inhibisyon;
– Nöronda AP
oluştuktan sonra
oluşan inhibisyondur
– Refrakter periyod,
ard
hiperpolarizasyon
döneminde nöron
indirekt olarak
inhibe durumdadır
Presinaptik inhibisyon
Bazen bir presinaptik AP henüz sinaptik aralığa
ulaşamadan aksoaksonal sinaps tarafından
söndürülür
Klor iletkenliğinde
artış
K dışa akışında
artma
Ca’un hücreye
girişi için gerekli
potansiyele
ulaşılamaz
GABA’nın en çok kullandığı inhibisyon yolu
Negatif feed back inhibisyon
Nöronlar kendi kendilerini de inhibe
edebilirler
Akson kollateralleri, ara nöronlarla sinaps
yapar
Bu ara nöronlar sinyalin çıktığı nöronu
ve/veya başka nöronları inhibe ederler
Renshaw hücreleri (nöronları)...
Renshaw
hücre
inhibisyonu
Membrane Receptor Classes
Ligand- gated channel
Receptor enzymes
G-protein-coupled
Integrin
Membrane Receptor Classes
Figure 6-5: Four classes of membrane receptors
Signal Transduction
Transforms signal
energy
Protein kinase
Second
messenger
Activate proteins
– Phosporylation
– Bind calcium
Cell response
Figure 6-8: Biological signal transduction
Signal Amplification
Small signal
produces large cell
response
Amplification
enzyme
Cascade
Figure 6-7: Signal amplification
Receptor Enzymes
Transduction
Activation
cytoplasmic
– Side enzyme
Example:
Tyrosine kinase
Figure 6-10: Tyrosine kinase, an example of a receptor-enzyme
G-Protein-coupled Receptors
Hundreds of types
Main signal transducers
– Activate enzymes
– Open ion channels
– Amplify:
adenyl cyclase-cAMP
– Activates synthesis
G-Protein-coupled Receptors
Figure 6-11: The G protein-coupled adenylyl cyclase-cAMP system
Transduction Reviewed
Figure 6-14: Summary of signal transduction systems
Novel Signal Molecules
Calcium: muscle contraction
– Channel opening
– Enzyme activation
– Vesicle excytosisNitric Oxide (NO)
– Paracrine: arterioles
– Activates cAMP
– Brain neurotransmitter
Carbon monoxide (CO)
Novel Signal Molecules
Figure 6-15: Calcium as an intracellular messenger