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Sinapse química

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Informações de fundo

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Ilustração dos principais elementos em uma sinapse protótipo. Sinapses permitir células nervosas para se comunicar uns com os outros através de axônios e dendrites, convertendo impulsos elétricos em sinais químicos.

Sinapses químicas são junções especializados através dos quais neurónios sinal uns aos outros e às células não neuronais, tais como aqueles em músculos ou glândulas. Sinapses químicas permitem neurónios para formar circuitos interligados no interior da sistema nervoso central. Eles são, portanto, crucial para os cálculos biológicos que fundamentam a percepção e pensamento. Eles proporcionam os meios através dos quais o sistema nervoso se conecta ao e controla os outros sistemas do corpo, por exemplo, a sinapse especializada entre um neurónio motor e uma célula muscular é chamado um junção neuromuscular.

As crianças pequenas têm cerca de 10 16 sinapses (10 quatrilhões). Este número diminui com a idade, estabilizando na idade adulta. As estimativas para adultos variam de 15-05 outubro × 10 15 (1-5) quatrilhão de sinapses.

A palavra "sinapse" vem de "synaptein", que Sir Charles Scott Sherrington e colegas inventou do "syn" Greek ("juntos") e "haptein" ("apertar"). Sinapses químicas não são o único tipo de sinapse biológica: eléctrica e sinapses imunológicas também existem. Sem um qualificador, no entanto, "sinapse" normalmente se refere a uma sinapse química.

Estrutura

um diagrama de uma célula nervosa que mostra os diferentes lugares onde poderia ocorrer uma sinapse

Sinapses químicas passar informação direccional a partir de uma célula pré-sináptica de uma célula pós-sináptica e são, portanto, assimétricas na estrutura e função. O terminal pré-sináptico, ou sináptica bouton, é uma área especializada dentro do axónio pré-sináptico da célula que contém neurotransmissores fechado em pequenas esferas ligadas à membrana chamados vesículas sinápticas. Vesículas sinápticas são ancorado no pré-sináptico membrana plasmática em regiões chamadas zonas activas (AZ).

Imediatamente em frente é uma região do neurotransmissor pós-sináptico de células contendo receptores; para sinapses entre dois neurônios da região pós-sináptica pode ser encontrado no dendritos ou corpo celular. Imediatamente por trás da membrana pós-sináptica é um complexo de proteínas elaborada interligadas chamado densidade pós-sináptica (PSD).

As proteínas no PSD estão envolvidos em ancoragem e receptores de neurotransmissores tráfico e modular a actividade destes receptores. Os receptores e PSDs são freqüentemente encontrados em saliências especializados do principal eixo dendrítica chamado espinhas dendríticas.

Entre as células de pré- e pós-sinápticos, é uma lacuna cerca de 20 nm de largura chamado a fenda sináptica . O pequeno volume da fenda permite que a concentração do neurotransmissor para ser levantada e abaixada rapidamente. As membranas das duas células adjacentes são mantidos juntos por proteínas de adesão celular.

A sinalização através das sinapses químicas

Liberação do neurotransmissor

A libertação de um neurotransmissor é desencadeada pela chegada de um impulso nervoso (ou do potencial de acção ) e ocorre através de uma invulgarmente rápido processo de secreção celular, também conhecido como exocitose: Dentro do terminal do nervo pré-sináptico, vesículas contendo neurotransmissor se sente "ancorado" e pronto na membrana sináptica. O potencial de ação chega produz um influxo de os iões de cálcio através dependentes de voltagem, canais iônicos do cálcio selectivos no curso baixo do potencial de ação (corrente de cauda). Os íons de cálcio, em seguida, disparar uma cascata bioquímica que resulta em vesículas de fusão com a membrana pré-sináptica e liberando seu conteúdo para a fenda sináptica dentro de 180 ms da entrada de cálcio. Fusão das vesículas é conduzido por acção de um conjunto de proteínas na terminação pré-sináptica conhecido como SNAREs.

A membrana adicionados por esta fusão mais tarde é recuperada por endocitose e reciclado para a formação de vesículas cheias de fresco de neurotransmissores.

De ligação ao receptor

Receptores do lado oposto das moléculas de neurotransmissores lacuna de ligação sinápticas e responder abrindo canais de íons nas proximidades na membrana da célula pós-sináptica, fazendo com que os íons se apressar dentro ou para fora e mudar o local, potencial transmembranar da célula. A alteração resultante em tensão é chamado um potencial pós-sináptico. Em geral, o resultado é excitatório, no caso de despolarizante correntes, ou inibidora no caso de hiperpolarizantes correntes. Se uma sinapse excitatória é ou inibidor depende de que tipo (s) de canal de iões conduzir o visor corrente pós-sináptica (s), que por sua vez é uma função do tipo de receptores de neurotransmissores e empregues na sinapse.

Terminação

O sinal é terminado por ou destruição dos neurotransmissores, ou recaptação, este último é principalmente no neurónio pré-sináptico para aproveitar a reciclagem do transmissor.

Recaptação

Seguindo a fusão das vesículas sinápticas e a libertação de moléculas de transmissor para a fenda sináptica, pequenos neurotransmissores, tais como a glicina, são rapidamente eliminados do espaço para a reciclagem por proteínas de membrana especializadas na membrana pré-sináptica ou pós-sináptica.

Avaria

Alguns neurotransmissores, por exemplo, acetilcolina e grande porte, como peptídeos, são discriminadas sem qualquer recaptação direto. O parte de colina de acetilcolina, no entanto, é em grande medida tomada pelo neurónio pré-sináptico para reciclagem. Os péptidos, por outro lado, deve ser resintetizado a partir do neurónio soma.

A modulação da transmissão sináptica

A transmissão sináptica pode ser modulada por exemplo dessensibilização, homotrópica e modulação heterotópica:

Dessensibilização

A dessensibilização dos receptores pós-sinápticos é uma diminuição da resposta ao mesmo estímulo neurotransmissor. Isto significa que a força de uma sinapse pode com efeito diminuir à medida que um trem de potenciais de acção chegar em rápida sucessão - um fenómeno que dá origem à chamada dependência de sinapses frequência. O sistema nervoso explora essa propriedade para fins computacionais, e pode sintonizar suas sinapses através de meios como fosforilação das proteínas envolvidas.

Modulação homotrópica

Homotrópica modulação é uma modulação do neurónio pré-sináptico pelos seus próprios neurotransmissores, isto é, uma forma de sinalização autócrina. A modulação pode incluir tamanho, número e taxa de reposição das vesículas. Muitas vezes, é inibidora, com o efeito da inibição pré-sináptica, fazendo com que o neurotransmissor auto-regulação.

Um exemplo são neurônios do sistema nervoso simpático (SNS), que libertam noradrenalina, que, além de afetar os receptores pós-sinápticos, também afetam receptores α2-adrenérgicos, inibindo ainda mais liberação de noradrenalina. Este efeito é utilizado com clonidina para realizar efeitos inibitórios sobre o SNS.

Modulação heterotrópico

Modulação heterotópica é uma modulação de terminais pré-sinápticos de neurônios nas proximidades. Mais uma vez, a modulação pode incluir tamanho, número e taxa de reabastecimento de vesículas.

Um exemplo são novamente neurônios do sistema nervoso simpático, que liberam noradrenalina, que, além disso, gerar o efeito inibitório sobre os terminais pré-sinápticos dos neurónios do sistema nervoso parassimpático.

Intervenção farmacológica

Por exemplo, uma classe de drogas conhecida como serotonina ou inibidores da recaptação ISRSs afectar certas sinapses através da inibição da recaptação do neurotransmissor serotonina. Em contraste, um importante neurotransmissor excitatório, acetilcolina, é quebrado para baixo em primeiro de etilo e colina pela enzima acetilcolinesterase antes da remoção da sinapse.

Integração de entradas sinápticas

De um modo geral, se uma sinapse excitatória é forte, um potencial de acção no neurónio pré-sináptico irá desencadear outra na célula pós-sináptica, enquanto que, em uma sinapse fraco, o potencial excitatório pós-sináptico ("EPSP") não vai chegar ao limiar de acção potencial iniciação. No cérebro, no entanto, cada neurónio forma sinapses com muitos outros, e, de igual modo, cada recebe entradas sinápticas a partir de muitos outros. Quando os potenciais de acção do fogo simultaneamente em vários neurónios que fracamente sinapse em uma única célula, que pode dar início a um impulso, em que a célula, embora as sinapses são fracas. Este processo é conhecido como somatório. Por outro lado, um neurónio pré-sináptico libertando um neurotransmissor inibitório, tal como GABA pode provocar potencial pós-sináptico inibitório no neurônio pós-sináptico, diminuindo sua excitabilidade e, portanto, diminuindo a probabilidade do neurônio de disparar um potencial de ação. Deste modo, a saída de um neurónio pode depender da entrada de muitos outros, cada um dos quais pode ter um diferente grau de influência, dependendo da força do seu sinapse com que neurónio. John Carew Eccles realizou algumas das importantes experiências iniciais sobre a integração sináptica, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1963. Complexo de entrada / saída relacionamentos formam a base de computações em transistor baseada em computadores , e são pensados para figurar de forma semelhante em circuitos neurais.

Força sináptica

A força de uma sinapse é definida pela variação do potencial transmembranar que resulta da activação dos receptores de neurotransmissores pós-sinápticos. Esta mudança na tensão é conhecida como um potencial pós-sináptico, e é um resultado directo da iónico correntes que fluem através dos canais iônicos pós-sinápticos. Mudanças na força sináptica pode ser de curto prazo e sem mudanças estruturais permanentes nas próprias, duram de segundos a minutos neurônios - ou a longo prazo ( potenciação a longo prazo, ou PLP), em que a activação repetida ou contínua sináptica pode resultar em moléculas de segundos mensageiros que iniciam a síntese de proteínas, resultando em alterações da estrutura do próprio sinapse. Aprendizagem e memória Acredita-se que resultam de alterações a longo prazo na força sináptica, através de um mecanismo conhecido como plasticidade sináptica.

Relação com sinapses elétricas

Um sinapse elétrica é uma mecânica e eletricamente ligação condutora entre dois encosto neurónios que é formado numa fenda estreita entre as pré- e pós-sinápticos células conhecidas como um junções de hiato. Em junções comunicantes, as células aproximar a menos de cerca de 3,5 nm um do outro, em vez do que a distância de 20 a 40 nm, que separa as células em sinapses químicas. Ao contrário de sinapses químicas, o potencial pós-sináptico em sinapses eléctricas não é causado pela abertura de canais iónicos por transmissores químicos, mas por acoplamento eléctrico directo entre ambos os neurónios. As sinapses elétricas são, portanto, mais rápido e mais confiável do que as sinapses químicas. As sinapses elétricas são encontrados em todo o sistema nervoso, ainda são menos comuns do que as sinapses químicas.

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