If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Курс: Биологична библиотека > Раздел 33

Урок 2: Неврон и нервна система
Наука
Биологична библиотека
Биология на човека
Неврон и нервна система
© 2024 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки

Синапс

Класна стая на Google
Как невроните комуникират по между си при сипансите. Чрез химически или електрически процеси.

Основни идеи

  • Невроните комуникират помежду си чрез синапси. В синапса един неврон изпраща съобщение до друг - ефекторен неврон.
  • Повечето синапси са химични. В тях невроните използват химични посредници, за да комуникират. Другият вид синапси са електрични. В тези синапси има директен йонен поток от едната клетка към другата.
  • При химичните синапси акционен потенциал отключва освобождаване на невротрансмитери от пресинаптичния неврон. Тези молекули се свързват с постсинаптичната клетка и увеличават или намаляват възможността тя да генерира акционен потенциал.

Въведение

Един неврон (нервна клетка) може да прави много неща! Той може да поддържа потенциал на покой - полярност на мембраната. Невронът може да генерира акционни потенциали, както и да изпълнява метаболитни процеси, които го поддържат жив.
Сигнализирането на неврона е много вълнуващо, когато разглеждаме връзките му с други неврони. Отделни неврони се свързват с ефекторни неврони и стимулират или инхибират тяхната активност, образувайки мрежи. Невронните мрежи могат да обработват информация, идваща от външната среда, и да осъществят реакции в отговор на тази информация.
Как невроните си "говорят" едни с други? Всичко се случва в синапса, мястото на комуникация между два неврона или между неврон и ефекторната му клетка, например мускулна или жлезиста клетка. В синапса акционният потенциал от единия неврон – пресинаптичния неврон или неврона подател на информация, води до предаване на сигнал до другия неврон – постсинаптичния неврон или неврона получател. Тази информация увеличава или намалява вероятността постсинаптичният неврон да произведе акционен потенциал.
Схема на синаптично предаване на сигнал. Акционният потенциал се предава по дължината на аксона на пресинаптичната (изпращаща) клетка и стига до аксоналното окончание. Аксоналното окончание е близо до дендрита на постсинаптичната клетка (клетката получател). Мястото на близък контакт на аксона и дендрита се нарича синапс.
В тази статия ще погледнем отблизо синапса и механизмите, по които невроните изпращат сигнали през него. За да извлечеш най-много от статията, може първо да прочетеш за структурата на неврона и за акционните потенциали.

Електрично или химично предаване?

В края на XIX и в началото на XX век е имало много спорове за това дали синаптичното предаване е електрично, или химично.
  • Някои изследователи смятали, че сигнализирането през синапса се осъществява чрез директен поток на йони от един неврон към друг - електрично предаване.
  • Други мислели, че сигнализирането се дължи на отделяне на химикал от единия неврон, което предизвиква отговор в ефекторния неврон - химично предаване.
Днес знаем, че синаптичното предаване на сигнали може да бъде електрично или химично, а в някои случаи и двата вида могат да съжителстват в един и същ синапс!
Химичното предаване е много по-често срещано и много по-сложно, отколкото електричното. Нека първо разгледаме химичното предаване.

Преглед на предаването на сигнали в химичния синапс

Химичното предаване на сигнали е свързано с отделяне на химични посредници, наречени невротрансмитери. Невротрансмитерите носят информация от пресинаптичния неврон или неврона подател, до постсинаптичния неврон или неврона получател на информация.
Както може би си спомняш от статията за структура и функция на неврона, синапсите обикновено се образуват между нервни окончания - аксонални окончания, от страна на неврона подател, и клетъчното тяло или дендритите от страна на неврона получател.
Схема на синаптично предаване на сигнал. Акционният потенциал пътува по дължината на аксона на пресинаптичната (изпращаща) клетка и стига до множеството аксонални окончания, на които се разклонява аксонът. Аксоналното окончание е близо до дендрита на постсинаптичната клетка (клетката получател). Мястото на близък контакт на аксона и дендрита се нарича синапс.
Един аксон може да има множество разклонения, което му позволява да участва в синапси с различни постсинаптични клетки. Също така един неврон може да получава хиляди синаптични сигнали от различни пресинаптични неврони.
В аксоналното окончание на пресинаптичната клетка има много синаптични везикули. Това са сфери, оградени от мембрана, които са пълни с молекули на невротрансмитери. Има малко пространство между аксоналното окончание на пресинаптичния неврон и мембраната на постсинаптичната клетка, което се нарича синаптична цепка.
Фигурата показва аксоналното окончание на пресинаптичната клетка, което съдържа синаптични везикули, пълни с невротрансмитери. Волтаж-зависими калциеви канали са разположени на външната повърхност на аксоналното окончание. От другата страна на синаптичната цепка е постсинаптичната клетка, чиято повърхност е покрита с рецептори (лиганд-зависими йонни канали) за невротрансмитери.
Когато акционен потенциал (нервен импулс) достигне до аксоналното окончание, той активира волтаж-зависими калциеви йонни канали на клетъчната мембрана. Ca2+ йони, чиято концентрация е много по-висока извън неврона, отколкото във вътрешността му, започват да навлизат в клетката. Благодарение на Ca2+ йони синаптичните везикули се сливат с мембраната на аксоналното окончание, освобождавайки невротрансмитер в синаптичната цепка.
Фигура, показваща какво се случва, когато акционен потенциал пристигне в аксоналното окончание и предизвика йонен поток и деполяризиране на ефекторната клетка. Стъпка по стъпка: 1. Акционен потенциал стига до аксоналното окончание и деполяризира мембраната. 2. Волтаж-зависими калциеви канали се отварят и в клетката навлиза поток от калциеви йони. 3. Навлезлите калциеви йони карат синаптичните везикули да освободят невротрансмитер. 4.Невротрансмитерът се свързва с рецептори на ефекторната клетка. В този случай това води до навлизане на поток от положителни йони в ефекторната клетка.
Молекулите на невротрансмитера прекосяват синаптичната цепка чрез дифузия и се свързват с рецептори на постсинаптичната клетка. Активирането на постсинаптичните рецептори води до отваряне или затваряне на йонни канали на клетъчната мембрана. Това може да деполязира клетката (да направи вътрешността ѝ по-положителна) или да я хиперполяризира (да направи вътрешността ѝ по-отрицателна) в зависимост от вида на йоните, които преминават през мембраната.
В някои случаи ефектите върху каналите са преки. Рецепторът е лиганд-зависим йонен канал, както във фигурата по-горе. В други случаи самият рецептор не е йонен канал, но активира йонни канали чрез сигнален път. За повече информация прочети статията за невротрансмитери и рецептори.

Възбудни и задръжни постсинаптични потенциали

Щом невротрансмитерът се свърже с рецептора си на клетката получател, той предизвиква отваряне или затваряне на йонни канали. Това може да доведе до локална промяна на мембранния потенциал на постсинаптичната клетка.
  • В някои случаи тази промяна увеличава вероятността постсинаптичната клетка да генерира собствен акционен потенциал. Тогава промяната на мембранния потенциал се нарича възбуден постсинаптичен потенциал (ВПСП
    • EPSP от англ. excitatory postsynaptic potential).
  • В други случаи промяната намалява вероятността в ефекторната клетка да се породи акционен потенциал. Тогава имаме задръжен постсинаптичен потенциал (ЗПСП
    • IPSP от англ. inhibitory post-synaptic potential).
Възбудният постсинаптичен потенциал (ВПСП) е деполяризиращ и прави вътрешността на клетката по-положителна, доближавайки мембранния потенциал по-близо до критичния праг за генериране на акционен потенциал. Понякога един ВПСП не е достатъчен, за да се премине критичния праг за пораждане на акционен потенциал, но той може да се събере с други ВПСП и да предизвика акционен потенциал.
Задръжните постсинаптични потенциали (ЗПСП) имат противоположен ефект. Те задържат мембранния потенциал на постсинаптичния неврон под прага за генериране на акционен потенциал. ЗПСП са важни, защото могат да противодействат или да неутрализират възбудните ефекти на ВПСП.

Пространствено и временно сумиране на постсинаптичните потенциали

Как си взаимодействат ВПСП и ЗПСП? На практика постсинаптичният неврон събира (или интегрира) всички възбудни и задръжни сигнали, които получава, и "решава" дали може да генерира акционен потенциал.
  • Интеграцията на постсинаптични потенциали, които се пораждат на различни места в клетката, но по едно и също време, се нарича пространствено сумиране.
  • Интеграцията на постсинаптични потенциали, които се случват на едно и също място в клетката, но с малки разлики във времето, се нарича временно сумиране.
Да предположим, че два дендрита от един и същ постсинаптичен неврон образуват възбудни синапси, както е показано по-долу. Нито един от синапсите не може да произведе ВПСП, който е достатъчно голям, за да се достигне критичния праг в аксоналното хълмче. Аксоналното хълмче е мястото, където се генерира акционния потенциал, оградено по-долу. Но ако двата подпрагови ВПСП възникнат по едно и също време, те могат да се сумират, да се съберат, и мембраната да достигне до критичния праг за генериране на акционен потенциал.
Илюстрация на пространствено сумиране. Показаният неврон има два синапса на два различни дендрита. И двата синапса са възбудни. Никой от тях не предизвиква достатъчно голям възбуден постсинапстичен потенциал (ВПСП) за генериране на акционен потенциал в аксоналното хълмче. Аксоналното хълмче е мястото, където аксонът се свързва с клетъчното тяло и където започва акционният потенциал. Въпреки това, когато синапсите получат сигнал по почти едно и също време, ВПСП се сумират, достига се критичния праг и се генерира акционен потенциал.
Този процес е показан на графика, в която волтажът (в mV) е представен на оста Y, а времето (ms) на оста X. Графиката следва мембранния потенциал (волтажа) на аксоналното хълмче. В началото той е -70 mV - потенциал на покой. След това идва сигнал от единия синапс, което води до малка деполяризация до около -60 mV. Това не е достатъчно за достигане на критичния праг от -55 mV. Малко по-късно идва сигнал и от другия синапс, който се сумира с първата деполяризация и води до пълна деполяризация, която достига –55 mV и генерира акционен потенциал - деполяризация до +40 mV, последвана от реполяризация и хиперполяризация до под -90 mV. По-късно се наблюдава постепенно възвръщане към потенциала на покой от –70 mV.
Фигурата е модифицирана от Комуникация между невроните: фигура 2 от колеж Оупънстакс, Анатомия и физиолигя, CC BY 3.0 и Акционен потенциал от tiZom, CC BY-SA 3.0. Модифицираната фигура е под лиценз CC BY-SA 3.0.
От друга страна, ако ЗПСП възникне едновременно с двата ВПСП, той може да попречи на мембранния потенциал да достигне прага и да спре генерирането на акционен потенциал в неврона. Това са примери за пространствено сумиране.
А какво представлява временнато сумиране? Ключовият фактор е, че постсинаптичните потенциали не са мигновени, а продължават известно време преди да изчезнат. Ако пресинаптичен неврон изпрати сигнал два пъти един след друг, предизвиквайки два ВПСП, вторият ВПСП може да пристигне преди първият да се е разсеял. В резултат на това мембраната може да премине критичнния праг за генериране на акционен потенциал. Това е пример за временно сумиране.

Прекратяване на сигнала

Синапсът може да функционира ефективно само ако има механизъм, по който да "изключва" сигнали, които вече са изпратени. Прекратяването на сигнал позволява на постсинаптичната клетка се върне към нормалния си мембранен потенциал на покой, за да е готова за пристигането на нови сигнали.
За да се прекрати сигналът, синаптичната цепка трябва да бъде почистена от невротрансмитера. Има няколко различни начина за това. Невротрансмитерът може да се разгради от ензим, може да се върне обратно в пресинаптичния неврон или просто да се разсее чрез дифузия. В някои случаи невротрансмитерът може да бъде "почистен" от близки глиални клетки (те не са показани на диаграмата по-долу).
Обратен захват в пресинаптичния неврон, ензимно разграждане или дифузия извън синапса намаляват нивата на невротрансмитера, прекратявайки сигнала.
Фигурата е модифицирана от Нервна система: фигура 9 от колеж Оупънстакс, Биология, адаптация на Робърт Беър и Дейвид Ринтоул, CC BY 4.0
Всичко, което нарушава процеса на прекратяване на синаптичния сигнал, може да има сериозни физиологични ефекти. Например някои инсектициди убиват насекомите, като инхибират ензим, разграждащ невротрансмитера ацетилхолин. От друга страна, лекарства, които възпрепятстват обратния захват на невротрансмитера серотонин в човешкия мозък, се използват като антидепресанти, например Прозак.1

Химичните синапси са пластични

Ако си спомняш за акционните потенциали, вероятно знаеш, че акционният потенциал се генерира на принципа "всичко или нищо". Това означава, че или протича с пълна сила, или не протича изобщо.
Но от друга страна можем да кажем, че синаптичното сигнализиране е много пластично. Например изпращащият неврон може да увеличи или да намали количеството отделен невротрансмитер в отговор на постъпващ акционен потенциал. По същия начин клетката получател може да промени броя на рецепторите, които поставя на мембраната си и готовността, с която отговаря на активирането на тези рецептори. Подобни промени могат да засилят или да отслабят комуникацията в даден синапс.
Пресинаптичните и постинаптичните клетки могат динамично да променят сигнализиращото си поведение в зависимост от вътрешното си състояние или в зависимост от сигнали, които получават от други клетки. Този вид пластичност, или способност за промяна, прави синапса ключово място, където се изменя силата на невронните мрежи. Освен това синапсът има важна роля за ученето и паметта. Синаптичната пластичност участва и в появата на зависимости.
Също така различните пресинаптични и постсинаптични клетки произвеждат различни невротрансмитери и невротрансмитерни рецептори с различни взаимодействия и различни ефекти върху постсинаптичната клетка. За повече информация можеш да прочетеш статията за невротрансмитери и рецептори.

Електрични синапси

За разлика от химичните синапси, при електричните синапси има директна физическа връзка между пресинаптичния и постсинаптичния неврон. Тази връзка е под формата на цепковиден контакт, който позволява на йони да протичат директно от едната към другата клетка.
Електричен синапс, в който виждаме пресинаптична клетка, цепковиден контакт, постсинаптична клетка и движение на положителни йони от пресинаптичната към постсинаптичната клетка.
Изображението е основано на подобна фигура от Переда2 (фигура 1).
Сигналите се предават по-бързо през електричните синапси, отколкото през химичните. Някои синапси могат да са и електрични, и химични. В тези синапси електричният отговор настъпва по-рано от химичния.
Какви са предимствата на електричните синапси? Първо, те са бързи, което може да е много важно, особено в невронни мрежи, които помагат на даден организъм да избяга от хищник. Освен това електричните синапси допринасят за синхронизираната дейност на групи от клетки. В много случаи те носят потоци от йони и в двете посоки, така че деполяризация в постсинаптичния неврон може да доведе до деполяризация в пресинаптичния. Това от своя страна променя дефинициите за пресинаптичен и постсинаптичен неврон!
Какви са недостатъците на електричните синапси? За разлика от химичните синапси, електричните синапси не могат да превърнат възбуден сигнал в един неврон в инхибиторен сигнал в друг неврон. По-общо казано, те нямат гъвкавостта, пластичността и способността за модулация на сигнала, която виждаме при химичните синапси.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила
Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.