przegląd mechanizmów synaptycznych
TRANSCRIPT
![Page 1: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/1.jpg)
PRZEGLĄD MECHANIZMÓW SYNAPTYCZNYCHNEUROFIZJOLOGIA – SEMINARIUM 1, 5/11/2014
Patrycja Góralczyk, Artur Nowakowski – Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
![Page 2: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/2.jpg)
PLAN PREZENTACJI
2
![Page 3: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/3.jpg)
PLAN PREZENTACJI
3
![Page 4: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/4.jpg)
Przekaźnictwo synaptyczne
Przekaźnictwo chemiczne
Uwolnienie neuroprzekaźnika z pęcherzyka synaptycznego pod
wpływem potencjału czynnościowego
Potencjały rozprzestrzeniają się z dużą szybkością i bez zaburzeń,
dwukierunkowo
Przekaźnictwo elektryczne
Działa za pośrednictwem połączeń szczelinowych (parzyste
heksametryczne kanały jonowe zwane koneksonami)
PRZEKAŹNICTWO SYNAPTYCZNE
4
![Page 5: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/5.jpg)
Receptory neuroprzekaźników
Jonotropowe (klasyczne) – ich integralną częścią są jonoselektywne kanały jonowe bramkowane ligandem
Szybkie przekaźnictwo = pobudzenie receptorów jonotropowych
Metabotropowe (neuromodulacja) –związane z białkiem G. Białko G wpływa
w sposób pośredni/ bezpośredni na przepuszczalność jonową błony.
Wolne przekaźnictwo synaptyczne = pobudzenie receptorów
metabotropowych
• Zjawisko kotransmisji• Usuwanie neuroprzekaźników synaptycznych
RECEPTORY NEUROPRZEKAŹNIKÓW
5
![Page 6: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/6.jpg)
PLAN PREZENTACJI
6
![Page 7: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/7.jpg)
Szybkie przekaźnictwo glutaminianergiczne:• Kwas glutaminowy jest podstawowym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w układzie nerwowym
ssaków• Większość szlaków tworzących długie projekcje w OUN ma charakter glutaminianergiczny
Receptory AMPA/kainowe:• Odpowiadają za większość przekaźnictwa glutaminianergicznego• Kanały jonowe bramkowane ligandem
Postsynaptyczne potencjały pobudzające (EPSP):Cechy EPSP:• Wywołane pobudzeniem kilku synaps, rejestrowane z perykarionu• Występuje opóźnienie synaptyczne• Niewielka amplituda (od dziesiątych części mV do 8 mV)• W szybkim przekaźnictwie trwają od 10 do 20 ms, w wolnym przekaźnictwie mogą trwać kilka minut
SZYBKIE PRZEKAŹNICTWO SYNAPTYCZNE
7
![Page 8: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/8.jpg)
Rejestracja prądów synaptycznych będących podstawą EPSP:• Polega na stymulacji synaps potencjałem zadanym o różnej wartości• Potencjał przy którym nie obserwuje się przepływu prądu nosi nazwę potencjału odwrócenia
+60 mV
+20 mV
0 mv
-20 mV
-60 mV
Potencjał zadany
8
![Page 9: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/9.jpg)
Szybkie przekaźnictwo GABAergiczne:• GABA jest najważniejszym neuroprzekaźnikiem hamującym OUN• Większość interneuronów hamujących uwalnia GABA
Receptory GABAA:• Bramkowane ligandem• Ich aktywacja prowadzi do otwarcia kanału wybiórczego wobec jonów Cl-
Postsynaptyczne potencjały hamujące (IPSP):• Efekt pobudzenia który polega na niewielkiej hiperpolaryzacji oddala potencjał błony od progu
generacji potencjałów czynnościowych
SZYBKIE PRZEKAŹNICTWO SYNAPTYCZNE
9
![Page 10: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/10.jpg)
Rejestracja prądów synaptycznych będących podstawą IPSP:• Potencjał odwrócenia dla prądu odpowiedzialnego za szybkie GABAergiczne IPSP wynosi ok. -70 mV.
Jest to wartość potencjału równowagi dla jonów Cl-
0 mV
-30 mV
-70 mV
-100 mV
-130 mV
Potencjał zadany
10
![Page 11: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/11.jpg)
PLAN PREZENTACJI
11
![Page 12: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/12.jpg)
Białko G:• Trimer składający się z podjednostek α, β, γ• Podjednostka α
• Zdolność wiązania nukleotydów guaninowych• Sprzęga receptory metabotropowe z kanałami jonowymi
lub enzymami wtórnych przekaźników• Po związaniu neuroprzekaźnika z receptorem
metabotropowym białko G:• Otwiera/ zamyka sprzężone kanały jonowe• Oddziałuje z enzymami włączającymi/ wyłączającymi
wtórne przekaźniki, które regulują kanały jonowe
Rodzaje białek G:• Różnią się z reguły podjednostką α:
• GS, Gi oddziałują z cyklazą adenylanową• GQ oddziałują z fosfolipazą C
12
![Page 13: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/13.jpg)
Aktywacja cyklazy adenylanowej• Katalizuje reakcję przekształcenia ATP w cykliczny 3’,5’-adenozynomonofosforan (cAMP)
cAMP kinaza białkowa A fosforylacja białek kanałów z odpowiednią sekwencją aminokwasową otwarcie/ zamknięcie kanału
Mechanizmy znoszące działanie cAMP:• Hydroliza cAMP do AMP przez fosfodiestrazę• Defosforylacja białek przez fosfatazy• Odwrażliwienie receptora, który długotrwale
połączony jest z neuroprzekaźnikiem
Hamowanie cyklazy adenylanowej:• Niektóre receptory są ujemnie sprzężone z cyklazą
adenylanową• Wiążą białka GI hamujące aktywność enyzmu
13
![Page 14: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/14.jpg)
Kaskada fosfoinozytolowa• Odpowiadają za nią receptory sprzężone z białkami GQ (aktywuje fosfolipazę C)
14
![Page 15: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/15.jpg)
PLAN PREZENTACJI
15
![Page 16: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/16.jpg)
UWALNIANIE PĘCHERZYKOWE
Sprzężenie pobudzeniowo – wydzielnicze:1. Potencjał czynnościowy dociera do zakończenia nerwowego2. Napływ jonów Ca2+ (krótkotrwały, lokalny)3. Egzocytoza pęcherzyków wydzielniczych4. Uwolnienie neuroprzekaźnika do szczeliny synaptycznej5. Endocytoza błony pęcherzykowej6. Powstanie nowych pęcherzyków i napełnienie ich neuroprzekaźnikami
Pozapęcherzykowe uwalnianie neuroprzekaźnika:• Niezależne od Ca2+
• Np. GABA & kwas glutaminowy
16
![Page 17: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/17.jpg)
KWANTOWY CHARAKTER UWALNIANIA NEUROPRZEKAŹNIKA
Kwant neuroprzekaźnika:• Zawartość pojedynczego pęcherzyka synaptycznego uwalniana do szczeliny synaptycznej• Ok. 4000 cząsteczek neuroprzekaźnika• Uwalnianie neuroprzekaźnika jest procesem przypadkowym
Miniaturowy potencjał postsynaptyczny/ płytki końcowej (MPSP/ MEPP):• W synapsach OUN/ płytki końcowej• W wyniku spontanicznego, przypadkowego uwolnienia pojedynczego kwantum neuroprzekaźnika• MPSP pobudzające/ hamujące
• W zależności od rodzaju neuroprzekaźnika• W wyniku ich sumowania powstaje potencjał postsynaptyczny
17
![Page 18: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/18.jpg)
EGZOCYTOZA
Egzocytoza pęcherzyka synaptycznego:• Wymaga obecności Ca2+
1. Rekrutacja:1. Pęcherzyki związane z białkami cytoszkieletu znajdują się w puli rezerwowej pęcherzyków synaptycznych2. Zależna od Ca2+ fosforylacja synapsyny I 3. Odłączenie pęcherzyków synaptycznych4. Pula pęcherzyków, z której może zostać uwolniony neuroprzekaźnik
• Znajduje się w pobliżu strefy aktywnej• Uczestniczy w powtarzalnych cyklach egzocytozy i endocytozy przy niskiej częstotliwości aktywności
neuronu2. Dokowanie:
1. Związanie synaptobrewiny (v-SNARE) z syntaksyną (t-SNARE)• Syntaksyna jest związana z napięciowozależnym kanałem dla Ca2+ – optymalne umiejscowienie
pęcherzyka w stosunku do miejsca wystąpienia sygnału wapniowego18
![Page 19: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/19.jpg)
19
![Page 20: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/20.jpg)
EGZOCYTOZA
3. Aktywacja:• Dochodzi do częściowej fuzji błony pęcherzyka z błoną presynaptyczną• Z udziałem hydrolizy ATP
4. Gotowość pęcherzyków do uwolnienia zawartości:• Egzocytoza zachodzi pod wpływem silnego impulsu wapniowego, niezbędnego do zakończenia fuzji błon1. Utworzenie poru fuzyjnego2. Związanie synaptotagminy (v-SNARE) z Ca2+
3. Fuzja pęcherzyka z błoną presynaptyczną
20
![Page 21: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/21.jpg)
ENDOCYTOZA
Endocytoza pęcherzyków synaptycznych:• Wymaga Ca2+
• Wzrost stężenia Ca2+ powoduje jednocześnie egzocytozę i endocytozę1. Okrycie fragmentu błony klatryną2. Odkształcenie i wpuklenie błony do wnętrza zakończenia nerwowego3. Dynamina wytwarza ’kołnierz’ wokół wpuklenia4. Rozkład związanego z dynaminą GTP5. Odszczepienie pęcherzyka
21
![Page 22: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/22.jpg)
NAPEŁNIANIE
Napełnianie pęcherzyków synaptycznych:• Małe pęcherzyki są napełniane neuroprzekaźnikami w zakończeniach nerwowych
• Transport wtórny – energia powstaje z wypompowywania H+ na zewnątrz• Cząsteczki neuroprzekaźników peptydowych
1. Synteza na rybosomach w obrębie perykarionu2. RER3. AG4. Szybki transport aksonalny
22
![Page 23: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/23.jpg)
PLAN PREZENTACJI
23
![Page 24: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/24.jpg)
Kanały wapniowe są odpowiedzialne za:• Sprzężenie pobudzeniowo – wydzielnicze w neuronach• Potencjały czynnościowe w dendrytach• Sprzężenie elektromechaniczne w mięśniach
Typy kanałów wapniowych:• Typu L (HVA)
• Aktywacja przy silnej depolaryzacji błony (-20 mV)• Używa się wobec nich terapeutycznych środków farmakologicznych
– w chorobach sercowo – naczyniowych, udarze mózgu• ↓ pobudliwość neuronów
• Typu T (LVA)• Aktywacja przy niewielkiej depolaryzacji (-65 mV)• Dość szybka inaktywacja• Pozwalają na wytwarzanie serii potencjałów czynnościowych
NAPIĘCIOWOZALEŻNE KANAŁY WAPNIOWE
24
![Page 25: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/25.jpg)
PLAN PREZENTACJI
25
![Page 26: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/26.jpg)
INAKTYWACJA NEUROPRZEKAŹNIKA
Konieczność występowania inaktywacji:• Modulacja sygnałów przekazywanych przez synapsy zachodzi bardzo szybko• Umożliwia reakcję połączenia synaptycznego na gwałtowne zmiany częstotliwości generowania potencjałów
czynnościowych przez neuron presynaptyczny• Pozwala na szybką zmianę odpowiedzi komórki postsynaptycznej w odpowiedzi na zmieniający się sygnał
Sposoby inaktywacji neuroprzekaźnika:• Rozkład enzymatyczny
• Hydroliza acetylocholiny (Ach) przez acetylocholinesterazę (AChE)• Transport poza szczelinę synaptyczną do komórek nerwowych/ glejowych
• Dotyczy neuroprzekaźników klasycznych• Grupa kotransporterów Na+ /K+
• Grupa kotransporterów Na+ /Cl-
• Dyfuzja bierna poza synapsę• Dotyczy GABA, glutaminianu, neuroprzekaźników peptydowych 26
![Page 27: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/27.jpg)
PLAN PREZENTACJI
27
![Page 28: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/28.jpg)
AUTORECEPTORY
28
Funkcje autoreceptorów:• Reagują na neuroprzekaźnik uwalniany przez neuron, na którym się znajdują• Występują w obrębie zakończeń presynaptycznych, perykarionu, dendrytów• Regulują uwalnianie, syntezę neuroprzekaźnika oraz modulację częstotliwości generowania potencjałów
czynnościowych
Regulacja uwalniania neuroprzekaźnika:• Większość ↓ napływ jonów Ca2+ do wnętrza zakończenia nerwowego
• ↓ uwalnianie neuroprzekaźnika
Heteroreceptory:• Receptory presynaptyczne• Nie reagują na neuroprzekaźnik uwalniany przez neuron, na którym się znajdują• Regulują uwalnianie neuroprzekaźnika
![Page 29: Przegląd mechanizmów synaptycznych](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020101/55aab0bb1a28ab333e8b465c/html5/thumbnails/29.jpg)
BIBLIOGRAFIA
Konturek Fizjologia Człowieka, podręcznik dla studentów medycyny. Stanisław Konturek. Wydawnictwo Elsevier.Fizjologia człowieka, t. IV. Stanisław Konturek. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego.Neurobiologia. Krótkie wykłady. A. Longstafff
29