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Sinapse da Universidade Regional como contato funcional do tecido nervoso. Estrutura e função da sinapse

Sinapse da Universidade Regional como contato funcional do tecido nervoso. Estrutura e função da sinapse

Sinapse(Grego σύναψις, de συνάπτειν - abraçar, apertar, apertar a mão) - o local de contato entre dois neurônios ou entre a célula efetora que recebe o sinal. Serve para transmissão entre duas células, e durante a transmissão sináptica a amplitude e frequência do sinal podem ser ajustadas.

O termo foi introduzido em 1897 pelo fisiologista inglês Charles Sherrington.

Estrutura de sinapse

Uma sinapse típica é a química axodendrítica. Tal sinapse consiste em duas partes: pré-sináptico, formado por uma extensão em forma de taco da terminação do axônio da célula transmissora e pós-sináptico, representado pela área de contato do citolema da célula receptora (neste caso, a área do dendrito). Uma sinapse é um espaço que separa as membranas das células em contato às quais as terminações nervosas se aproximam. A transmissão dos impulsos é realizada quimicamente com o auxílio de mediadores ou eletricamente através da passagem de íons de uma célula para outra.

Entre ambas as partes existe uma fenda sináptica - uma lacuna de 10-50 nm de largura entre as membranas pós-sinápticas e pré-sinápticas, cujas bordas são reforçadas por contatos intercelulares.

A parte do axolema da extensão do clavado adjacente à fenda sináptica é chamada membrana pré-sináptica. A área do citolema da célula receptora que faz fronteira com a fenda sináptica no lado oposto é chamada membrana pós-sináptica, nas sinapses químicas é proeminente e contém numerosos.

Na extensão sináptica existem pequenas vesículas, as chamadas vesículas sinápticas, contendo um mediador (uma substância que medeia a transmissão) ou uma enzima que destrói esse mediador. Nas membranas pós-sinápticas, e muitas vezes nas pré-sinápticas, existem receptores para um ou outro mediador.

Classificação das sinapses

Dependendo do mecanismo de transmissão do impulso nervoso, existem

químico;
elétrico - as células são conectadas por contatos altamente permeáveis usando conexões especiais (cada conexão consiste em seis subunidades de proteínas). A distância entre as membranas celulares na sinapse elétrica é de 3,5 nm (a distância intercelular normal é de 20 nm)

Como a resistência do fluido extracelular é baixa (neste caso), os impulsos passam pela sinapse sem demora. As sinapses elétricas são geralmente excitatórias.

Dois mecanismos de liberação foram descobertos: com fusão completa da vesícula com o plasmalema e o chamado “beijou e fugiu” (eng. beijar e correr), quando a vesícula se conecta à membrana, e pequenas moléculas saem dela para a fenda sináptica, enquanto moléculas grandes permanecem na vesícula. O segundo mecanismo é presumivelmente mais rápido que o primeiro, com a ajuda dele a transmissão sináptica ocorre quando o conteúdo de íons cálcio na placa sináptica é alto.

A consequência desta estrutura da sinapse é a condução unilateral do impulso nervoso. Existe um chamado atraso sináptico- o tempo necessário para a transmissão de um impulso nervoso. Sua duração é de cerca de 0,5 ms.

O chamado “princípio de Dale” (um - um mediador) foi reconhecido como errôneo. Ou, como às vezes se acredita, é mais preciso: não um, mas vários mediadores podem ser liberados de uma extremidade de uma célula, e seu conjunto é constante para uma determinada célula.

História da descoberta

Em 1897, Sherrington formulou a ideia de sinapses.
Para pesquisa sistema nervoso, incluindo transmissão sináptica, em 1906 Prêmio Nobel recebeu Golgi e Ramón y Cajal.
Em 1921, o cientista austríaco O. Loewi estabeleceu a natureza química da transmissão da excitação através das sinapses e o papel da acetilcolina nela. Recebeu o Prêmio Nobel em 1936 junto com H. Dale.
Em 1933, o cientista soviético A.V. Kibyakov estabeleceu o papel da adrenalina na transmissão sináptica.
1970 - B. Katz (Grã-Bretanha), U. v. Euler (Suécia) e J. Axelrod (EUA) receberam o Prêmio Nobel pela descoberta da rolinorepinefrina na transmissão sináptica.

Todo organismo multicelular, todo tecido constituído por células necessita de mecanismos que garantam as interações intercelulares. Como eles são realizados? interações interneuronais? A informação viaja ao longo de uma célula nervosa na forma potenciais de ação. A transferência de excitação dos terminais do axônio para um órgão inervado ou outra célula nervosa ocorre através de formações estruturais intercelulares - sinapses (do grego "Sinapsis"- conexão, conexão).

Elementos básicos de uma sinapse

Uma sinapse é uma formação estrutural complexa que consiste em uma membrana pré-sináptica (na maioria das vezes é o ramo terminal de um axônio), uma membrana pós-sináptica (na maioria das vezes é uma seção da membrana do corpo ou o dendrito de outro neurônio), como bem como uma fenda sináptica.

A sinapse é tão estreita que sua estrutura só pode ser estudada com um microscópio eletrônico. O citoplasma no local de contato é compactado em ambos os lados ou apenas na célula pós-sináptica. O sinal é transmitido da parte pré-sináptica para a parte pós-sináptica. Entre eles está fenda sináptica largura 0,02-0,03 mícrons. O diâmetro da sinapse é de 1-2 mícrons ou menos.

No terminal pré-sináptico existem pequenas vesículas de membrana - vesículas. O diâmetro das vesículas pode ser de 0,02-0,06 µm ou mais; sua forma é esférica ou achatada. As vesículas estão cheias de substâncias fisiologicamente ativas - mediadores. Para cada neurônio específico, os parâmetros das sinapses que ele forma (o tamanho da lacuna, o diâmetro e a forma das vesículas, o número de moléculas transmissoras na vesícula) são constantes.

O conceito de sinapse foi introduzido pelo fisiologista inglês C.Sherrington em 1897, para denotar o contato funcional entre neurônios. Deve-se notar que já na década de 60 do século passado ELES. Sechenov enfatizou que sem comunicação intercelular é impossível explicar os métodos de origem até mesmo do processo nervoso mais elementar. Quanto mais complexo for o sistema nervoso, e mais número maior componentes dos elementos nervosos do cérebro, mais importante se torna a importância dos contatos sinápticos.

Ilustração esquemática sinapses Com químico(A), mecanismos de transmissão elétricos (B) e mistos (C)

O mecanismo de transmissão através das sinapses permaneceu obscuro por muito tempo, embora fosse óbvio que a transmissão do sinal na região sináptica difere acentuadamente do processo de condução de um potencial de ação ao longo do axônio. Porém, no início do século XX, foi formulada a hipótese de que a transmissão sináptica ocorre tanto elétrico ou quimicamente. A teoria elétrica da transmissão sináptica no sistema nervoso central foi reconhecida até o início dos anos 50, mas perdeu terreno significativamente depois que a sinapse química foi demonstrada em vários casos. sinapses periféricas. Então, por exemplo, A.V. Kibyakov, Tendo realizado um experimento no gânglio nervoso, bem como o uso da tecnologia de microeletrodos para registro intracelular dos potenciais sinápticos dos neurônios do SNC, foi possível tirar uma conclusão sobre a natureza química da transmissão nas sinapses interneuronais da medula espinhal. Estudos de microeletrodos nos últimos anos mostraram que em certas sinapses interneurônios há mecanismo de transmissão elétrica. Tornou-se agora óbvio que existem sinapses com um mecanismo de transmissão química e elétrico. Além disso, em algumas estruturas sinápticas, os mecanismos de transmissão elétrica e química funcionam juntos - estes são os chamados sinapses mistas.

Sinapses elétricas.

As sinapses elétricas são contatos bastante densos entre células (a largura da fenda sináptica é de apenas cerca de 2 nm), devido aos quais o impulso nervoso “salta” da membrana pré-sináptica para a pós-sináptica. Além disso, na sinapse elétrica entre a membrana pré-sináptica e pós-sináptica existem as chamadas pontes, que são proteínas de canal através das quais pequenas moléculas e íons podem passar. Graças a esses canais, não há perda de sinal devido ao vazamento de corrente elétrica pelo ambiente extracelular. Como resultado, alterações potenciais no terminal pré-sináptico podem ser transmitidas para a membrana pós-sináptica praticamente sem perda.

Sinapses elétricas e seu substrato morfológico - junções comunicantes - foram descobertos em várias partes do sistema nervoso de invertebrados e vertebrados inferiores. Sinapses elétricas também são encontradas no cérebro dos mamíferos. Eles são encontrados no tronco cerebral: no núcleo do nervo trigêmeo, no núcleo vestibular de Deiters, na oliva inferior da medula oblonga.

A excitação nessas sinapses ocorre rapidamente, com um ligeiro atraso ou mesmo sem atraso. As sinapses elétricas têm condução de excitação unilateral e bilateral. Isso é fácil de provar registrando-se o potencial elétrico na sinapse: quando as vias aferentes são estimuladas, a membrana da sinapse é despolarizada e, quando as fibras eferentes são estimuladas, ela hiperpolariza. Descobriu-se que as sinapses de neurônios com a mesma função têm condução bilateral de excitação (por exemplo, sinapses entre duas células sensíveis). Nessas sinapses, a corrente é possível em ambas as direções, mas às vezes a resistência em uma direção é maior do que na outra (efeito retificador).

As sinapses entre neurônios com funções diferentes (sensoriais e motoras) têm condução unidirecional. As sinapses elétricas permitem sincronizar a atividade de grupos de neurônios, pois permitem obter reações constantes e estereotipadas com exposições repetidas; eles são menos suscetíveis a influências metabólicas e outras do que as sinapses químicas.

Sinapses químicas.

As sinapses químicas são contatos funcionais entre células, cuja transmissão de sinais é realizada por intermediários químicos especiais - mediadores.

Vamos considerar como ocorre a transmissão química e sináptica. Esquematicamente, é assim: um impulso de excitação atinge a membrana pré-sináptica de uma célula nervosa (dendrito ou axônio), que contém vesículas sinápticas, preenchido com uma substância especial - mediador(do latim "Mídia"- meio, intermediário, transmissor). A membrana pré-sináptica contém muitos canais de cálcio. O potencial de ação despolariza o terminal pré-sináptico e, assim, altera o estado dos canais de cálcio, fazendo com que se abram. Como a concentração de cálcio (Ca 2+) no ambiente extracelular é maior do que no interior da célula, então através canais abertos o cálcio entra na célula. Um aumento no conteúdo intracelular de cálcio leva a fusão de bolhas com a membrana pré-sináptica. O transmissor sai das vesículas sinápticas para a fenda sinóptica. Fenda sináptica nas sinapses químicas é bastante amplo e tem em média 10-20 nm. Aqui, o mediador se liga a proteínas - receptores incorporados à membrana pós-sináptica. A ligação de um transmissor a um receptor inicia uma cadeia de eventos que leva a uma mudança no estado da membrana pós-sináptica e, em seguida, de toda a célula pós-sináptica. Após interação com a molécula mediadora, o receptor está ativado, a válvula se abre e o canal se torna transitável para um íon ou para vários íons simultaneamente.

Deve-se notar que as sinapses químicas diferem não apenas no mecanismo de transmissão, mas também em muitas propriedades funcionais. Por exemplo, em sinapses com mecanismo de transmissão química, a duração atraso sinóptico, isto é, o intervalo entre a chegada de um impulso ao terminal pré-sináptico e o início do potencial pós-sináptico em animais de sangue quente é de 0,2 - 0,5 ms. Além disso, as sinapses químicas são diferentes unilateralmente, isto é, o mediador que garante a transmissão do sinal está contido apenas no link pré-sináptico. Considerando que nas sinapses químicas o aparecimento do potencial pós-sináptico se deve a uma mudança permeabilidade iônica membrana pós-sináptica, eles fornecem efetivamente tanto excitação, então e frenagem.

Comparação de sinapses químicas e elétricas:

Propriedade	Sinapse elétrica	Sinapse química
Direção do sinal	possível em ambas as direções	apenas da membrana pré para pós-sináptica (geralmente)
Efeito fisiológico	apenas emoção	excitação e inibição
Taxa de transferência de informações	alto	há um atraso sináptico
Precisão na transmissão de informações	baixo	alto (estritamente de acordo com o endereço químico
Plástico	ausente	sim (a base da aprendizagem e da memória)
Sensibilidade à temperatura	Não	Há

Sinapseé uma formação de membrana de duas (ou mais) células na qual a excitação (informação) é transferida de uma célula para outra.

Existe a seguinte classificação de sinapses:

1) pelo mecanismo de transmissão da excitação (e pela estrutura):

Químico;

Elétrica (efas);

Misturado.

2) de acordo com o neurotransmissor liberado:

Adrenérgico – neurotransmissor norepinefrina;

Colinérgico – neurotransmissor acetilcolina;

Dopaminérgico – neurotransmissor dopamina;

Serotonérgico – neurotransmissor serotonina;

GABAérgico – neurotransmissor ácido gama-aminobutírico (GABA)

3) por influência:

Excitante;

Freio.

4) por localização:

Neuromusculares;

Neuro-neural:

a) axossomático;

b) axo-axonal;

c) axodendrítico;

d) dendrosomático.

Vamos considerar três tipos de sinapses: química, elétrica e mista(combinando as propriedades das sinapses químicas e elétricas).

Independentemente do tipo, as sinapses têm características estruturais comuns: o processo nervoso na extremidade forma uma extensão ( placa sináptica, SB); a membrana terminal do SB é diferente de outras partes da membrana do neurônio e é chamada membrana pré-sináptica(PreSM); a membrana especializada da segunda célula é designada membrana pós-sináptica (PostSM); localizado entre as membranas da sinapse fenda sináptica(SCH, Fig. 1, 2).

Arroz. 1. Esquema da estrutura de uma sinapse química

Sinapses elétricas(efases, ES) hoje são encontradas no SN não só de crustáceos, mas também de moluscos, artrópodes e mamíferos. ES tem uma série de propriedades únicas. Eles têm uma fenda sináptica estreita (cerca de 2-4 nm), devido à qual a excitação pode ser transmitida eletroquimicamente (como através de uma fibra nervosa devido a EMF) em alta velocidade e em ambas as direções: tanto da membrana PreSM para PostSM, quanto de PostSM para PreSM. Entre as células existem junções comunicantes (conexões ou conexões), formadas por duas proteínas conexinas. Seis subunidades de cada conexina formam os canais PreSM e PostSM, através dos quais as células podem trocar substâncias de baixo peso molecular com peso molecular de 1.000 a 2.000 Daltons. O trabalho das conexões pode ser regulado por íons Ca 2+ (Fig. 2).

Arroz. 2. Diagrama de uma sinapse elétrica

ES têm maior especialização em comparação com sinapses químicas e fornecer alta velocidade transferência de excitação. No entanto, parece estar privado da possibilidade de uma análise (regulação) mais subtil da informação transmitida.

Sinapses químicas dominam o SN. A história do seu estudo começa com os trabalhos de Claude Bernard, que em 1850 publicou o artigo “Pesquisa sobre Curare”. Isto é o que ele escreveu: “O curare é um veneno forte preparado por alguns povos (principalmente canibais) que vivem nas florestas... da Amazônia”. E ainda, “o curare é semelhante ao veneno de cobra, pois pode ser introduzido impunemente no trato digestivo de humanos ou animais, enquanto a injeção sob a pele ou em qualquer parte do corpo leva rapidamente à morte. ...depois de alguns momentos os animais deitam-se como se estivessem cansados. Então a respiração para e sua sensibilidade e vida desaparecem, sem que os animais gritem ou mostrem qualquer sinal de dor”. Embora C. Bernard não tenha chegado à ideia da transmissão química dos impulsos nervosos, seus experimentos clássicos com o curare permitiram que essa ideia surgisse. Mais de meio século se passou quando J. Langley estabeleceu (1906) que o efeito paralisante do curare está associado a uma parte especial do músculo, que ele chamou de substância receptora. A primeira sugestão sobre a transferência de excitação de um nervo para um órgão efetor por meio de uma substância química foi feita por T. Eliot (1904).

No entanto, apenas os trabalhos de G. Dale e O. Löwy aprovaram finalmente a hipótese da sinapse química. Dale, em 1914, estabeleceu que a irritação do nervo parassimpático é imitada pela acetilcolina. Löwy provou em 1921 que a acetilcolina é liberada pela terminação nervosa do nervo vago e, em 1926, descobriu a acetilcolinesterase, uma enzima que destrói a acetilcolina.

A excitação em uma sinapse química é transmitida usando mediador. Este processo inclui várias etapas. Consideremos essas características usando o exemplo da sinapse da acetilcolina, que é difundida no sistema nervoso central, nos sistemas nervoso autônomo e periférico (Fig. 3).

Arroz. 3. Esquema de funcionamento de uma sinapse química

1. O mediador acetilcolina (ACh) é sintetizado na placa sináptica a partir de acetil-CoA (a acetil-coenzima A é formada nas mitocôndrias) e colina (sintetizada pelo fígado) usando acetilcolina transferase (Fig. 3, 1).

2. A escolha está embalada vesículas sinápticas ( Castillo, Katz; 1955). A quantidade de mediador em uma vesícula é de vários milhares de moléculas ( mediador quântico). Algumas das vesículas estão localizadas no PreSM e estão prontas para liberação do mediador (Fig. 3, 2).

3. O mediador é liberado por exocitose após excitação do PreSM. A corrente de entrada desempenha um papel importante na ruptura da membrana e na liberação quântica do transmissor. Ca2+(Fig. 3, 3).

4. Escolha liberada liga-se a uma proteína receptora específica PostSM (Fig. 3, 4).

5. Como resultado da interação entre o mediador e o receptor mudanças de condutividade iônica PostSM: quando os canais de Na+ abrem, despolarização; a abertura dos canais K + ou Cl - leva a hiperpolarização(Fig. 3, 5).

6 . Após a despolarização, processos bioquímicos são lançados no citoplasma pós-sináptico (Fig. 3, 6).

7. O receptor é liberado do mediador: a ACh é destruída pela acetilcolinesterase (AChE, Fig. 3.7).

Observe que o mediador normalmente interage com um receptor específico com certa força e duração. Por que o curare é veneno? O local de ação do curare é justamente a sinapse da ACh. O curare se liga mais firmemente ao receptor de acetilcolina e o priva de interação com o neurotransmissor (ACh). A excitação dos nervos somáticos para os músculos esqueléticos, inclusive do nervo frênico para o músculo respiratório principal (diafragma), é transmitida com a ajuda da ACh, de modo que o curare causa relaxamento muscular e cessação da respiração (o que, de fato, causa a morte).

Observemos o principal Características de transmissão de excitação em uma sinapse química.

1. A excitação é transmitida por meio de um intermediário químico - um mediador.

2. A excitação é transmitida em uma direção: de PreSm para PostSm.

3. Na sinapse química ocorre atraso de tempo na condução da excitação, portanto a sinapse tem baixa labilidade.

4. A sinapse química tem alta sensibilidadeà ação não apenas de mediadores, mas também de outras substâncias biologicamente ativas, drogas e venenos.

5. Em uma sinapse química, ocorre uma transformação de excitações: a natureza eletroquímica da excitação no PreSM continua no processo bioquímico de exocitose de vesículas sinápticas e ligação de um mediador a um receptor específico. Isto é seguido por uma mudança na condutividade iônica do PostSM (também um processo eletroquímico), que continua com reações bioquímicas no citoplasma pós-sináptico.

Em princípio, tal transferência de excitação em vários estágios deveria ter uma significado biológico. Observe que em cada etapa é possível regular o processo de transferência de excitação. Apesar do número limitado de mediadores (pouco mais de uma dúzia), em uma sinapse química existem condições para uma grande variedade na decisão do destino da excitação nervosa que chega à sinapse. A combinação de características das sinapses químicas explica a diversidade bioquímica individual dos processos nervosos e mentais.

Agora vamos nos concentrar em dois processos importantes que ocorrem no espaço pós-sináptico. Observamos que, como resultado da interação da ACh com o receptor no PostSM, tanto a despolarização quanto a hiperpolarização podem se desenvolver. O que determina se um mediador será excitatório ou inibitório? O resultado da interação entre um mediador e um receptor determinado pelas propriedades da proteína receptora(outra propriedade importante de uma sinapse química é que o PostSM está ativo em relação à excitação que chega até ele). Em princípio, uma sinapse química é uma formação dinâmica, ao alterar o receptor, a célula que recebe a excitação pode influenciar seu destino futuro; Se as propriedades do receptor são tais que sua interação com o transmissor abre canais de Na +, então quando ao isolar um quantum do mediador no PostSM, o potencial local se desenvolve(para a junção neuromuscular é denominado potencial de placa terminal em miniatura - MEPP).

Quando ocorre a DP? A excitação pós-SM (potencial pós-sináptico excitatório - EPSP) surge como resultado da soma dos potenciais locais. Você pode selecionar dois tipos de processos de soma. No liberação sequencial de vários quanta transmissores na mesma sinapse(a água desgasta a pedra) surge temporário UM Eu sou um resumo. Se quanta de mediadores são liberados simultaneamente em diferentes sinapses(pode haver vários milhares deles na membrana de um neurônio) ocorre soma espacial. A repolarização da membrana PostSM ocorre lentamente e após a liberação de quanta individuais do mediador, o PostSM fica em estado de exaltação por algum tempo (a chamada potencialização sináptica, Fig. 4). Talvez, desta forma, ocorra o treinamento sináptico (a liberação de quanta do transmissor em certas sinapses pode “preparar” a membrana para uma interação decisiva com o transmissor).

Quando os canais K + ou Cl - se abrem no PostSM, aparece um potencial pós-sináptico inibitório (IPSP, Fig. 4).

Arroz. 4. Potenciais de membrana pós-sináptica

Naturalmente, se o IPSP se desenvolver, a propagação adicional da excitação poderá ser interrompida. Outra opção para interromper o processo de excitação é inibição pré-sináptica. Se uma sinapse inibitória for formada na membrana de uma placa sináptica, então, como resultado da hiperpolarização do PreSM, a exocitose das vesículas sinápticas pode ser bloqueada.

O segundo processo importante é o desenvolvimento de reações bioquímicas no citoplasma pós-sináptico. Uma mudança na condutividade iônica do PostSM ativa o chamado mensageiros secundários (intermediários): cAMP, cGMP, proteína quinase dependente de Ca 2+, que por sua vez ativam várias proteínas quinases, fosforilando-as. Essas reações bioquímicas podem “descer” profundamente no citoplasma até o núcleo do neurônio, regulando os processos de síntese protéica. Assim, uma célula nervosa pode responder à excitação recebida não apenas decidindo seu futuro destino (responder com um EPSP ou IPSP, ou seja, realizar ou não continuar), mas também alterar o número de receptores ou sintetizar uma proteína receptora com novos propriedades em relação a um certo para o mediador. Conseqüentemente, outra propriedade importante de uma sinapse química: graças aos processos bioquímicos do citoplasma pós-sináptico, a célula se prepara (aprende) para futuras interações.

Uma variedade de sinapses funcionam no sistema nervoso, que diferem em mediadores e receptores. O nome da sinapse é determinado pelo mediador, ou mais precisamente, pelo nome do receptor de um mediador específico. Portanto, vamos considerar a classificação dos principais mediadores e receptores do sistema nervoso (veja também o material distribuído na palestra!!).

Já observamos que o efeito da interação entre o mediador e o receptor é determinado pelas propriedades do receptor. Portanto, os mediadores conhecidos, com exceção do ácido g-aminobutírico, podem desempenhar as funções de mediadores excitatórios e inibitórios. Com base na sua estrutura química, distinguem-se os seguintes grupos de mediadores.

Acetilcolina, amplamente distribuído no sistema nervoso central, é mediador nas sinapses colinérgicas do sistema nervoso autônomo, bem como nas sinapses neuromusculares somáticas (Fig. 5).

Arroz. 5. Molécula de acetilcolina

Conhecido dois tipos de receptores colinérgicos: nicotina ( Receptores H-colinérgicos) e muscarínicos ( Receptores M-colinérgicos). O nome foi dado às substâncias que provocam efeito semelhante ao da acetilcolina nestas sinapses: N-colinomiméticoé nicotina, Um M-colinomimético- toxina agárica mosca Amanita muscaria ( muscarina). Bloqueador do receptor H-colinérgico (anticolinérgico)é d-tubocurarina(o principal componente do veneno curare), e M-anticolinérgicoé uma toxina de beladona de Atropa belladonna – atropina. Curiosamente, as propriedades da atropina são conhecidas há muito tempo e houve um tempo em que as mulheres usavam atropina da beladona para causar dilatação das pupilas visuais (para tornar os olhos escuros e “bonitos”).

Os quatro mediadores principais a seguir têm semelhanças na estrutura química, por isso são classificados como monoaminas. Esse serotonina ou 5-hidroxitriptaminas (5-HT), desempenha um papel importante nos mecanismos de reforço (o hormônio da alegria). É sintetizado a partir do aminoácido essencial para o homem - o triptofano (Fig. 6).

Arroz. 6. Molécula de serotonina (5-hidroxitriptamina)

Três outros mediadores são sintetizados a partir do aminoácido essencial fenilalanina e, portanto, estão unidos sob o nome comum catecolaminas- Esse dopamina (dopamina), norepinefrina (norepinefrina) e adrenalina (epinefrina, Fig. 7).

Arroz. 7. Catecolaminas

Entre aminoácidos mediadores incluem ácido gama-aminobutírico(g-ABA ou GABA - conhecido como o único neurotransmissor inibitório), glicina, ácido glutâmico, ácido aspártico.

Os mediadores incluem vários peptídeos. Em 1931, Euler descobriu uma substância em extratos do cérebro e dos intestinos que causa contração da musculatura lisa intestinal e dilatação dos vasos sanguíneos. Este transmissor foi isolado em sua forma pura do hipotálamo e recebeu o nome substância P(do inglês pó - pó, composto por 11 aminoácidos). Posteriormente, foi estabelecido que a substância P desempenha um papel importante na condução das excitações dolorosas (o nome não precisou ser alterado, pois dor em inglês é dor).

Peptídeo Delta do sono recebeu esse nome por sua capacidade de causar ritmos lentos e de alta amplitude (ritmos delta) no eletroencefalograma.

Sintetizado no cérebro uma série inteira mediadores proteicos de natureza narcótica (opiáceos). Estes são pentapeptídeos Met-encefalina E Leu-encefalina, e também endorfinas. Estes são os bloqueadores mais importantes das excitações dolorosas e mediadores de reforço (alegria e prazer). Em outras palavras, nosso cérebro é uma excelente fábrica de medicamentos endógenos. O principal é ensinar o cérebro a produzi-los. "Como?" - você pergunta. É simples: os opiáceos endógenos são produzidos quando sentimos prazer. Faça tudo com prazer, force sua fábrica endógena a sintetizar opiáceos! Naturalmente, essa oportunidade nos é dada desde o nascimento - a grande maioria dos neurônios reage ao reforço positivo.

As pesquisas nas últimas décadas permitiram descobrir outro mediador muito interessante - óxido nítrico (NO). Descobriu-se que o NO não só desempenha um papel importante na regulação do tônus dos vasos sanguíneos (a nitroglicerina que você conhece é uma fonte de NO e dilata os vasos coronários), mas também é sintetizado nos neurônios do sistema nervoso central.

Em princípio, a história dos mediadores ainda não acabou, existem várias substâncias que estão envolvidas na regulação da excitação nervosa. Só que o fato de sua síntese nos neurônios ainda não foi estabelecido com precisão, eles não foram encontrados nas vesículas sinápticas e não foram encontrados receptores específicos para eles.

Estrutura de sinapse

Na extensão sináptica existem pequenas vesículas, as chamadas vesículas sinápticas, contendo um mediador (uma substância que medeia a transmissão da excitação) ou uma enzima que destrói esse mediador. Nas membranas pós-sinápticas, e muitas vezes nas pré-sinápticas, existem receptores para um ou outro mediador.

Classificações de sinapses

Dependendo do mecanismo de transmissão do impulso nervoso, existem

químico;
elétrico - as células são conectadas por contatos altamente permeáveis usando conexões especiais (cada conexão consiste em seis subunidades de proteínas). A distância entre as membranas celulares na sinapse elétrica é de 3,5 nm (a distância intercelular normal é de 20 nm)

Como a resistência do fluido extracelular é baixa (neste caso), os impulsos passam pela sinapse sem demora. As sinapses elétricas são geralmente excitatórias.

As sinapses elétricas são menos comuns no sistema nervoso dos mamíferos do que as químicas.

sinapses mistas: O potencial de ação pré-sináptico produz uma corrente que despolariza a membrana pós-sináptica de uma sinapse química típica, onde as membranas pré e pós-sinápticas não estão firmemente adjacentes uma à outra. Assim, nessas sinapses, a transmissão química serve como um mecanismo de reforço necessário.

As mais comuns são as sinapses químicas.

As sinapses químicas podem ser classificadas de acordo com sua localização e pertencentes às estruturas correspondentes:

periférico

neuromuscular
neurossecretor (axo-vasal)
receptor-neuronal

central

axo-dendrítico- com dendritos, incl.

axo-espinhoso- com espinhos dendríticos, protuberâncias em dendritos;

axossomático- com os corpos dos neurônios;
axo-axonal- entre axônios;
dendro-dendrítico- entre dendritos;

Dependendo de mediador as sinapses são divididas em

aminérgico, contendo aminas biogênicas (por exemplo, serotonina, dopamina;)

incluindo adrenérgicos contendo adrenalina ou norepinefrina;

colinérgico, contendo acetilcolina;
purinérgico, contendo purinas;
peptidérgico, contendo peptídeos.

Ao mesmo tempo, nem sempre apenas um transmissor é produzido na sinapse. Normalmente a palheta principal é lançada junto com outra que faz a função de modulador.

Por sinal de ação:

estimulante
freio.

Se os primeiros contribuem para a ocorrência de excitação na célula pós-sináptica (nelas, como resultado da chegada de um impulso, ocorre a despolarização da membrana, o que pode causar um potencial de ação sob certas condições), então os últimos, no pelo contrário, parar ou impedir a sua ocorrência e impedir a propagação do impulso. Tipicamente inibitórias são as sinapses glicinérgicas (mediador - glicina) e GABAérgicas (mediador - ácido gama-aminobutírico).

As sinapses inibitórias são de dois tipos: 1) sinapse, em cujas terminações pré-sinápticas é liberado um transmissor, hiperpolarizando a membrana pós-sináptica e causando potencial pós-sináptico inibitório; 2) sinapse axo-axonal, proporcionando inibição pré-sináptica. Sinapse colinérgica (s. colinérgica) - uma sinapse na qual a acetilcolina é o mediador.

Presente em algumas sinapses condensação pós-sináptica- zona eletrodensa composta por proteínas. Com base na sua presença ou ausência, as sinapses são distinguidas assimétrico E simétrico. Sabe-se que todas as sinapses glutamatérgicas são assimétricas e as sinapses GABAérgicas são simétricas.

Nos casos em que diversas extensões sinápticas estão em contato com a membrana pós-sináptica, múltiplas sinapses.

Formas especiais de sinapses incluem aparelho espinhoso, em que pequenas saliências únicas ou múltiplas da membrana pós-sináptica do dendrito entram em contato com a extensão sináptica. Os aparelhos da coluna vertebral aumentam significativamente o número de contatos sinápticos em um neurônio e, conseqüentemente, a quantidade de informação processada. As sinapses não espinhais são chamadas de sinapses sésseis. Por exemplo, todas as sinapses GABAérgicas são sésseis.

O mecanismo de funcionamento da sinapse química

Quando o terminal pré-sináptico é despolarizado, os canais de cálcio sensíveis à voltagem se abrem, os íons de cálcio entram no terminal pré-sináptico e desencadeiam a fusão das vesículas sinápticas com a membrana. Como resultado, o transmissor entra na fenda sináptica e se liga às proteínas receptoras da membrana pós-sináptica, que são divididas em metabotrópicas e ionotrópicas. Os primeiros estão associados à proteína G e desencadeiam uma cascata de reações de transdução de sinal intracelular. Estes últimos estão associados a canais iônicos, que se abrem quando um neurotransmissor se liga a eles, o que leva a uma alteração no potencial de membrana. O mediador atua por um período muito curto, após o qual é destruído por uma enzima específica. Por exemplo, nas sinapses colinérgicas, a enzima que destrói o transmissor na fenda sináptica é a acetilcolinesterase. Ao mesmo tempo, parte do transmissor pode se mover com a ajuda de proteínas transportadoras através da membrana pós-sináptica (captação direta) e na direção oposta através da membrana pré-sináptica (captação reversa). Em alguns casos, o mediador também é absorvido pelas células neurogliais vizinhas.

O chamado “princípio de Dale” (um neurônio – um transmissor) foi reconhecido como errôneo. Ou, como às vezes se acredita, é mais preciso: não um, mas vários mediadores podem ser liberados de uma extremidade de uma célula, e seu conjunto é constante para uma determinada célula.

História da descoberta

Em 1897, Sherrington formulou a ideia de sinapses.
Pelas suas pesquisas sobre o sistema nervoso, incluindo a transmissão sináptica, Golgi e Ramón y Cajal receberam o Prêmio Nobel em 1906.
Em 1921, o cientista austríaco O. Loewi estabeleceu a natureza química da transmissão da excitação através das sinapses e o papel da acetilcolina nela. Recebeu o Prêmio Nobel em 1936 junto com H. Dale.
Em 1933, o cientista soviético A.V. Kibyakov estabeleceu o papel da adrenalina na transmissão sináptica.
1970 - B. Katz (Grã-Bretanha), U. v. Euler (Suécia) e J. Axelrod (EUA) receberam o Prêmio Nobel pela descoberta do papel da norepinefrina na transmissão sináptica.

1. O conceito de sinapse.

2.Estrutura da sinapse.

3. Classificação das sinapses.

4. O mecanismo de funcionamento da sinapse química.

5. História da descoberta da sinapse.

Universidade Federal de Kazan (região do Volga)

Instituto de Mecânica e Matemática

de acordo com a anatomia da idade

Concluído:

Aluno do 1º ano, turma 1101

Valitova Yulia.

Verificado:

Rusinova S.I.

A maioria das sinapses no sistema nervoso usa substâncias químicas para transmitir sinais do neurônio pré-sináptico para o neurônio pós-sináptico - mediadores ou neurotransmissores. A sinalização química ocorre através sinapses químicas(Fig. 14), incluindo membranas de células pré e pós-sinápticas e separando-as fenda sináptica- uma região do espaço extracelular com cerca de 20 nm de largura.

Figura 14. Sinapse química

Na área da sinapse, o axônio costuma se expandir, formando o chamado. placa pré-sináptica ou placa terminal. O terminal pré-sináptico contém vesículas sinápticas- bolhas rodeadas por uma membrana com um diâmetro de cerca de 50 nm, cada uma contendo 10 4 - 5x10 4 moléculas mediadoras. A fenda sináptica é preenchida com mucopolissacarídeo, que une as membranas pré e pós-sinápticas.

A seguinte sequência de eventos durante a transmissão através de uma sinapse química foi estabelecida. Quando o potencial de ação atinge o terminal pré-sináptico, a membrana na zona de sinapse se despolariza, os canais de cálcio da membrana plasmática são ativados e os íons Ca 2+ entram no terminal. Um aumento nos níveis de cálcio intracelular inicia a exocitose de vesículas cheias de mediador. O conteúdo das vesículas é liberado no espaço extracelular, e algumas das moléculas transmissoras, difundindo-se, ligam-se às moléculas receptoras da membrana pós-sináptica. Entre eles estão receptores que podem controlar diretamente os canais iônicos. A ligação de moléculas mediadoras a tais receptores é um sinal para a ativação de canais iônicos. Assim, juntamente com os canais iônicos dependentes de voltagem discutidos na seção anterior, existem canais dependentes de transmissores (também chamados de canais ativados por ligantes ou receptores ionotrópicos). Eles abrem e permitem que os íons correspondentes entrem na célula. O movimento dos íons ao longo de seus gradientes eletroquímicos gera sódio despolarizando corrente hiperpolarizante (inibitória) (excitatória) ou de potássio (cloreto). Sob a influência de uma corrente despolarizante, um potencial excitatório pós-sináptico se desenvolve ou potencial da placa final(PKP). Se esse potencial exceder o nível limite, os canais de sódio dependentes de voltagem se abrem e ocorre PA. A velocidade de condução do impulso na sinapse é menor do que na fibra, ou seja, observa-se um atraso sináptico, por exemplo, na sinapse neuromuscular de um sapo - 0,5 ms. A sequência de eventos descrita acima é típica dos chamados. transmissão sináptica direta.

Além dos receptores que controlam diretamente os canais iônicos, a transmissão química envolve Receptores acoplados à proteína G ou receptores metabotrópicos.

As proteínas G, assim denominadas por sua capacidade de se ligar aos nucleotídeos de guanina, são trímeros que consistem em três subunidades: α, β e γ. Existe um grande número de variedades de cada uma das subunidades (20 α, 6 β , 12γ). o que cria a base para um grande número de suas combinações. As proteínas G são divididas em quatro grupos principais com base na estrutura e nos alvos das suas subunidades α: Gs estimula a adenilato ciclase; G i inibe a adenilato ciclase; Gq liga-se à fosfolipase C; os alvos do C 12 ainda não são conhecidos. A família G i inclui G t (transducina), que ativa a fosfodiesterase cGMP, bem como duas isoformas G 0 que se ligam a canais iônicos. -- Ao mesmo tempo, cada proteína G pode interagir com vários efetores, e diferentes proteínas G podem modular a atividade dos mesmos canais iônicos. No estado inativado, o difosfato de guanosina (PIB) está associado à subunidade α e todas as três subunidades são combinadas em um trímero. A interação com o receptor ativado permite que o trifosfato de guanosina (GTP) substitua o GDP na subunidade α, resultando na dissociação de α - e subunidades βγ (sob condições fisiológicas β -- e as subunidades γ permanecem ligadas). As subunidades α e βγ livres ligam-se às proteínas alvo e modulam sua atividade. A subunidade α livre possui atividade GTPase, causando hidrólise do GTP com formação de GDP. Como resultado

e as subunidades βγ se religam, resultando na cessação de sua atividade. Atualmente, foram identificados mais de 1.000 receptores metabotrópicos. Enquanto os receptores ligados a canais causam alterações elétricas na membrana pós-sináptica em apenas alguns milissegundos ou mais rápido, os receptores não ligados a canais levam várias centenas de milissegundos ou mais para atingir seu efeito. Isto se deve ao fato de que uma série de reações enzimáticas deve ocorrer entre o sinal inicial e a resposta. Além disso, o próprio sinal é muitas vezes “turvo” não apenas no tempo, mas também no espaço, uma vez que foi estabelecido que o transmissor pode ser liberado não de terminações nervosas, mas de espessamentos varicosos (nódulos) localizados ao longo do axônio. Neste caso, não há sinapses expressas morfologicamente, os nódulos não são adjacentes a nenhuma área receptiva especializada da célula pós-sináptica. Portanto, o mediador se difunde por um volume significativo de tecido nervoso, agindo (como um hormônio) imediatamente no campo receptor de muitas células nervosas localizadas em diferentes partes do sistema nervoso e até mesmo além dele. Este é o chamado indireto

transmissão sináptica. Durante seu funcionamento, as sinapses passam por rearranjos funcionais e morfológicos. Este processo é chamado. Tais mudanças são mais pronunciadas durante a atividade de alta frequência, que é uma condição natural para o funcionamento das sinapses in vivo. Por exemplo, a frequência de disparo dos interneurônios no sistema nervoso central chega a 1.000 Hz. A plasticidade pode manifestar-se como um aumento (potenciação) ou uma diminuição (depressão) na eficiência da transmissão sináptica. Existem formas de plasticidade sináptica de curto prazo (com duração de segundos e minutos) e de longo prazo (com duração de horas, meses, anos). Estes últimos são especialmente interessantes porque se relacionam com os processos de aprendizagem e memória. Por exemplo, a potenciação a longo prazo é um aumento sustentado na transmissão sináptica em resposta à estimulação de alta frequência. Esse tipo de plasticidade pode durar dias ou meses. A potenciação a longo prazo é observada em todas as partes do sistema nervoso central, mas tem sido mais completamente estudada nas sinapses glutamatérgicas no hipocampo. A depressão prolongada também ocorre em resposta à estimulação de alta frequência e se manifesta como um enfraquecimento prolongado da transmissão sináptica. Este tipo de plasticidade tem um mecanismo semelhante à potenciação a longo prazo, mas desenvolve-se a uma baixa concentração intracelular de iões Ca2+, enquanto a potenciação a longo prazo ocorre a uma concentração elevada.

A liberação de mediadores do terminal pré-sináptico e a transmissão química do impulso nervoso na sinapse podem ser influenciadas por mediadores liberados pelo terceiro neurônio. Tais neurônios e transmissores podem inibir a transmissão sináptica ou, pelo contrário, facilitá-la. Nestes casos falamos sobre modulação heterossináptica - inibição ou facilitação heterossináptica dependendo do resultado final.

Assim, a transmissão química é mais flexível que a transmissão elétrica, uma vez que tanto os efeitos excitatórios como os inibitórios podem ser realizados sem dificuldade. Além disso, quando os canais pós-sinápticos são ativados por agentes químicos, pode surgir uma corrente suficientemente forte que pode despolarizar células grandes.

Mediadores – pontos de aplicação e natureza da ação

Uma das tarefas mais difíceis enfrentadas pelos neurocientistas é a identificação química precisa de transmissores que atuam em várias sinapses. Até o momento, são conhecidos muitos compostos que podem atuar como intermediários químicos na transmissão intercelular dos impulsos nervosos. Contudo, apenas um número limitado de tais mediadores foi identificado com precisão; alguns deles serão discutidos abaixo. Para que a função mediadora de uma substância em qualquer tecido seja comprovada de forma irrefutável, alguns critérios devem ser atendidos:

1. quando aplicada diretamente na membrana pós-sináptica, a substância deve causar exatamente os mesmos efeitos fisiológicos na célula pós-sináptica que quando irrita a fibra pré-sináptica;

2. deve ser comprovado que esta substância é liberada quando o neurônio pré-sináptico é ativado;

3. a ação da substância deve ser bloqueada pelos mesmos agentes que suprimem a condução natural do sinal.