Синапс

Содержание

Слайд 2

Синапс - это структура, посредством которой обеспечивается передача информации между нервными клетками,

Синапс - это структура, посредством которой обеспечивается передача информации между нервными клетками,
нервными и мышечными клетками.

Термин cинапс предложен Ч. Шеррингтоном в 1897 г.
В переводе с греческого означает – смыкать.

Слайд 3

КЛАССИФИКАЦИЯ СИНАПСОВ

1. По местоположению:
а.) центральные (головной и спинной мозг)
- аксосоматические, аксоаксональные,

КЛАССИФИКАЦИЯ СИНАПСОВ 1. По местоположению: а.) центральные (головной и спинной мозг) -
аксодендретические;
- дендросоматические, дендродендретические.
б.) переферические ( нервно-мышечные, нейросекреторные).
2. По характеру действия:
а.) возбуждающие
б.) тормозные
3.) По способу передачи сигнала:
а.) электрические;
б.) химические;
в.) смешанные.
4.) По развитию в онтогенезе:
а.) стабильные (синапсы дуг безусловного рефлекса);
б.) динамичные (появляются в процессе развития индивидуума).

Слайд 4

5.) По природе медиатора химические делятся на следующие группы: I. Группа биогенных аминов: а.)

5.) По природе медиатора химические делятся на следующие группы: I. Группа биогенных
катехоламины – норадреналин, адреналин, дофамин. б.) холинергические – ацетилхолин. II. Группа аминокислот: глутаминовая кислота (глутамат), аспарагиновая кислота (аспартат), γ-аминомаслянная кислота (ГАМК). III. Пептидергические а.) опиоидные (энкефалины, эндорфины), тахикинины (вещество Р, нейро- кинин А), вазопрессин и др. IY. Пуринергические: АТФ, аденозин. Y. Газы: NO, CO, SH2

Слайд 5

Локализация синапсов разного типа

Локализация синапсов разного типа

Слайд 6

Для ЦНС характерен широкий спектр медиаторов:
АХ, НА, ГАМК, АТФ, дофамин, серотонин,

Для ЦНС характерен широкий спектр медиаторов: АХ, НА, ГАМК, АТФ, дофамин, серотонин,
пептиды и т. д.
Функционально делятся на тормозные и возбуждающие.
Принцип Дейла (одним нейроном выделяется один медиатор) в настоящее время пересмотрен.

Слайд 8

Строение химического синапса:
пресинаптическая мембрана,
постсинаптическая мембрана,
синаптическая щель

В синаптическом окончании содержится много

Строение химического синапса: пресинаптическая мембрана, постсинаптическая мембрана, синаптическая щель В синаптическом окончании
митохондрий и синаптических пузырьков.
В каждом пузырьке - тысячи молекул медиатора (например, ацетилхолина) и молекулы АТФ.

Слайд 9

Строение химического синапса

Пресинаптическая мембрана образована аксональным окончанием, которое теряет в этом месте

Строение химического синапса Пресинаптическая мембрана образована аксональным окончанием, которое теряет в этом
миелиновую оболочку. Здесь содержаться синаптические пузырьки, диаметром 30-50 нм и многочисленные митохондрии. Синаптические везикулы содержат медитор и АТФ (составляющие квант медиатора), имеют отрицательный заряд и отталкиваются от пресинаптической мембраны, сосредоточены везикул в «активных зонах».
Синаптические пузырьки находятся в нескольких фракциях – резервном и рециркулирующем пуле. Выделяется порционно – квантами.
Ширина синаптической щели составляет 20-50 нм. Она заполнена межклеточной жидкостью и содержит структурные элементы: базальную мембрану, состоящую из фиброзных волокон, которые соединяют между собой пре- и постсинаптические мембраны. Здесь же находятся ферменты, разрушающие молекулы медиатора.

Слайд 10

Постсинаптическая мембрана (или концевая пластинка) имеет многочисленные складки, увеличивающие площадь ее взаимодействия

Постсинаптическая мембрана (или концевая пластинка) имеет многочисленные складки, увеличивающие площадь ее взаимодействия
с медитором. На мембране нет потенцило-зависимых ионных каналов, зато высока плотность рецептор-управляемых каналов (ионная селективность их низкая).
Число рецепторов на поверхности ПСП мембраны может варьировать. Так, при длительном выделении больших количеств медиатора – происходит десинтезация рецепторов, т.е. снижение их чувствительн-ости к медиатору. В частности, может уменьшаться количество рецепторов на постсинаптической мембране (элиминация рецепторов).
Наоборот, при денервации, когда выделение медиатора резко снижается, количество рецепторов может резко возрастать.
Таким образом, синапс является весьма динамичной структурой, что определяет его пластичность.

Слайд 11

Элементы нервно-мышечного синапса

Элементы нервно-мышечного синапса

Слайд 12

Активные зоны в двигательных нервных окончаниях лягушки и мыши

лягушка

мышь

Синаптический бутон

Активные зоны в двигательных нервных окончаниях лягушки и мыши лягушка мышь Синаптический бутон

Слайд 13

1954 Дель Кастилло и Катц детально описывают ПКП и МПКП в нервно-мышечном

1954 Дель Кастилло и Катц детально описывают ПКП и МПКП в нервно-мышечном
синапсе. Они предположили, что медиатор освобождается определенными порциями- квантами.
1955 Пали, Паллад, Де Робертис и Беннетт обнаружили синаптические везикулы с использованием электронного микроскопа.

Освобождение медиатора в синапсе происходит порциями (квантами). Квант медиатора находится в синаптической везикуле и освобождается из нервного окончания посредством экзоцитоза.

Квантово-везикулярная теория.

Слайд 16

Потенциал концевой пластинки

Возбуждающий потенциал концевой пластинки (ВПСП) существует только локально на

Потенциал концевой пластинки Возбуждающий потенциал концевой пластинки (ВПСП) существует только локально на
постсинаптической мембране. Его величина определяется количеством выделившихся квантов медиатора.
1) Поэтому ВПСП, в отличие от ПД, не подчиняется закону «Все или ничего»., а подчиняется правилу суммации:
Чем больше выделяется медиатора, тем больше величина ВПСП.
2) Второе отличие ВПСП от ПД состоит в электротоническом распространении, т.е. затухании потенциала по мере удаления от концевой пластинки.
Вне возбуждения – на концевой пластинке регистрируются миниатюрные потенциалы концевой пластинки, представляющие собой небольшие волны деполяризации, величиной 0,5 мВ. Их происхождение связано со спонтанным выделением квантов медиатора из пресинаптичесской мембраны, вследствие самопроизвольного слипания синаптических пузырьков с мембраной (~1 квант в сек).
Для возникновения ВПКП необходимо одновременное выделение нескольких сотен квантов медиатора.

Слайд 17

Потенциалы и токи концевой пластинки на разных расстояниях от нее

Потенциалы и токи концевой пластинки на разных расстояниях от нее

Слайд 18

Если синапс возбуждающий, то увеличивается проницаемость постсинаптической мембраны для натрия и калия.

Если синапс возбуждающий, то увеличивается проницаемость постсинаптической мембраны для натрия и калия.
Возникает ВПСП. Он существует локально только на постсинаптической мембране. Но если величина деполяризации достигает критического уровня, то возникает потенциал действия.

Если синапс тормозной, то выделяющийся медиатор повышает проницаемость постсинаптической мембраны для калия и хлора. Развивающаяся гиперполяризация ( ТПСП ) распространяется на мембрану эфферентной клетки, увеличивает порог возбуждения и снижает возбудимость.

Слайд 19

Постсинаптические потенциалы

Постсинаптические потенциалы

Слайд 20

МЕХАНИЗМ ТРАНСФОРМАЦИИ ВПКП В ПД КЛЕТКИ

После возникновения ВПКП, между деполяризованной мембраной концевой

МЕХАНИЗМ ТРАНСФОРМАЦИИ ВПКП В ПД КЛЕТКИ После возникновения ВПКП, между деполяризованной мембраной
пластинки и находящемся в покое участком электровозбудимой мембраны мышечного волокна, прилегающего к концевой пластинке – возникает локальный ток. Этот ток обусловлен перераспределением ионов Nа+, вошедших через хемочувствительные каналы - между концевой пластинкой и сарколеммой.
Если величина локального тока позволяет деполяризовать мембрану мышечного волокна до Екр., то открываются потенциалозависимые Са 2+ каналы сарколеммы, которые завершают деполяризацию - возникает ПД, который далее распространяется по мышечному волокну.
Таким образом, ВПКП перерастает (или трансформируется) в ПД мышечного волокна.

Слайд 21

Расположение рецепор-управляемых и потенциалозависимых каналов на мембране мышечной клетки.

ПП= -80 мВ ПП=

Расположение рецепор-управляемых и потенциалозависимых каналов на мембране мышечной клетки. ПП= -80 мВ
-80мВ

-80 мВ

Рецептор-управляемые каналы

Потенциало-зависимые Са каналы

Потенциало-зависимые Са каналы

Постсинаптическая мембрана

Слайд 22

ТРАНСФОРМАЦИЯ ВПКП В ПД

-80 мВ


-30 мВ

-80 мВ

Nа+

Nа+

Екр=-60 мВ Екр=-60мВ

-30

ТРАНСФОРМАЦИЯ ВПКП В ПД -80 мВ -30 мВ -80 мВ Nа+ Nа+
мВ

Са2+

Са2+

ВПКП

ПД

ПД

Nа+

Nа+

Слайд 23

Проведение возбуждения в нервных волокнах

Проведение возбуждения в нервных волокнах

Слайд 25

Химические синапсы по эффекту , оказываемому медиатором на постсинаптическую мембрану делят на:

Химические синапсы по эффекту , оказываемому медиатором на постсинаптическую мембрану делят на: Ионотропные Метаботропные

Ионотропные
Метаботропные

Слайд 26

Ионотропный синапс

Ионотропный синапс

Слайд 27

Передача возбуждения в химическом синапсе

1. Молекулы нейромедиатора поступают в мембранные синаптические пузырьки,

Передача возбуждения в химическом синапсе 1. Молекулы нейромедиатора поступают в мембранные синаптические
располагающиеся в пресинаптической терминали и концентрирующиеся в активных зонах пресинаптической мембраны.
2. Приходящий по аксону ПД деполяризует пресинаптическую мембрану.
3. Вследствие деполяризации открываются потенциалозависимые Са2+‑каналы, и Са2+ поступает в терминаль.
4. Увеличение внутриклеточного [Са2+] запускает слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной и выброс нейромедиатора в синаптическую щель (экзоцитоз).

Слайд 28

Передача возбуждения в химическом синапсе

5. Кванты нейромедиатора, поступившие в синаптическую щель, диффундируют

Передача возбуждения в химическом синапсе 5. Кванты нейромедиатора, поступившие в синаптическую щель,
в ней. Часть молекул нейромедиатора связывается со специфичными для них рецепторами постсинаптической мембраны.
6. Связавшие нейромедиатор рецепторы активированы, что приводит к изменению поляризации постсинаптической мембраны либо прямо (поступление ионов через ионотропные рецепторы) либо опосредованно — активация ионных каналов через систему G‑белка (метаботропные рецепторы).
7. Инактивация нейромедиаторов происходит либо путём их ферментной деградации, либо молекулы нейромедиатора захватываются клетками.

Слайд 29

Временная суммация

Временная суммация

Слайд 30

Пространственная суммация

Пространственная суммация

Слайд 31

Метаботропный синапс

Метаботропный синапс

Слайд 32

Постсинаптические рецепторы

Ионотропные
Быстрые
Единый комплекс с ионным каналом
Работают на открытие каналов
Никотиновые холинорецепторы, рецепторы ГАМК,

Постсинаптические рецепторы Ионотропные Быстрые Единый комплекс с ионным каналом Работают на открытие
глицина, часть рецепторов к АК

Метаботропные
Медленные
Активизация ферментных каскадов
Впоследствии могут открывать или закрывать (опосредовано) каналы
Мускариновые холинорецепторы, рецепторы большинства нейропептидов, большинство рецепторов катехоламинов и серотонина

Слайд 33

Никотиновый и мускариновый холинорецепторы

Никотиновый и мускариновый холинорецепторы

Слайд 34

Метаболизм медиаторов: АХ

Метаболизм медиаторов: АХ

Слайд 35

Метаболизм медиаторов: НА

Метаболизм медиаторов: НА

Слайд 36

Регуляция синаптической передачи

а – блокада обратного поглощения медиатора (антидепрессант имипрамин кокаин и

Регуляция синаптической передачи а – блокада обратного поглощения медиатора (антидепрессант имипрамин кокаин
амфитамин - моноаминов, флуоксетин – серотонина, бупроприон – дофамина; b – ингибирование моноаминоксидазы, c – блокада или стимуляция рецепторов постсинаптической мембраны (антипсихотический галоперидол – блокатор дофаминовых рецепторов), d – действие на вторичный мессенджер (антидепрессант карбонат лития подавляет синтез фосфатидилинозитола)

Слайд 37

Механизмы передвижения везикул

Doussau, Augustine, 2000; Merrifield et al., 2005

Перемещение везикул на

Механизмы передвижения везикул Doussau, Augustine, 2000; Merrifield et al., 2005 Перемещение везикул
дальние расстояния
(аксональный транспорт)

Кинезины передвигаются по микротрубочкам в сторону их плюс (+) конца (антероградный транспорт),
а динеины – по направлению к минус (-) концу (ретроградный транспорт)

Локальный транспорт синаптических везикул в нервном окончании

Векторная сборка актина (при участии WASP, Arp2/3)
облегчает инвагинирование (1) и отделение (2) везикулярной мембраны, а также транспортировку везикулы (3) вглубь НО. После отсоединения
везикулы от синапсинового “якоря” (4), везикула “цепляется” миозиновым мотором и доставляется в АЗ (5). САМ - кальмодулин, САМК II – Са- кальмодулин зависимая протеинкиназа II, КЛЦМ – киназа легких цепей миозина.

Слайд 38

Готовый к
освобождению
пул

Мобилизационный
пул

Рециклирующий
пул

Резервный пул

В некоторых синапсах в секреции медиатора при высокочастотной активности

Готовый к освобождению пул Мобилизационный пул Рециклирующий пул Резервный пул В некоторых
принимают участие только два пула синаптических везикул, а рециклирование идет по короткому пути (нервно-мышечный синапс мыши, гиппокампальные синапсы)

Зефиров и др. 2008

Слайд 39

Готовый к
освобождению
пул

Мобилизационный
пул

Рециклирующий
пул

Резервный пул

В некоторых синапсах в секреции медиатора при высокочастотной активности

Готовый к освобождению пул Мобилизационный пул Рециклирующий пул Резервный пул В некоторых
принимают участие три пула синаптических везикул, а рециклирование идет по короткому и длинному пути (нервно-мышечный синапс лягушки)

Зефиров и др. 2008

Слайд 40

Пулы синаптических везикул и пути рециклирования

Зефиров, 2007

Короткий путь в
рециклирующий
пул (50

Пулы синаптических везикул и пути рециклирования Зефиров, 2007 Короткий путь в рециклирующий
секунд)

Длинный путь в резервный пул
(5 минут)

Слайд 41

Современные представления о синаптической везикуле

(Takamori et al. 2006)

Протонная помпа

Везикулярный транспортер ацетилхолина

Современные представления о синаптической везикуле (Takamori et al. 2006) Протонная помпа Везикулярный
(ВТАХ)

Заполнение везикулы ацетилхолином (АХ)

Белки везикул можно разделить на три класса: белки-транспортеры, которые ведут захват медиатора и других компонентов (ионов цинка, хлора, протонов) в полость везикулы, транспортные, моторные белки, ответственные за перемещение везикулы внутри клетки и белки обеспечиваюшие слияние везикулы с пресинаптической мембраной.

Слайд 43

Отпочковывание пузырьков от эндосомы

Подход к мембране

Подготовка к слиянию

Слияние и опорожнение пузырька (экзоцитоз)

Заполнение

Отпочковывание пузырьков от эндосомы Подход к мембране Подготовка к слиянию Слияние и
синаптических пузырьков медиатором

Транспорт пузырьков к местам освобождения

Слайд 44

Синаптические везикулы фиксируются большей частью на цитоскелете посредством протеина синапсина (sinapsin).

Синаптические везикулы фиксируются большей частью на цитоскелете посредством протеина синапсина (sinapsin). Oн
покрывает везикулы снаружи и взаимодействует со спектрином, расположенным на волокнах F-актина цитоскелета.
Меньшая часть везикул связана специфическими протеинами с внутренней стороной пресинаптической мембраны. Со стороны везикул – синаптобревин, со стороны пресинаптической мембраны – синтаксин. Именно эти везикулы непосредственно выделяют медиатор.
После повышения [ Са 2+i], он связывается с синаптотагмином, который входит в состав мембран везикул, связанных с пресинаптическими мембранами, и взикулы раскрываются.
Одновременно, комплекс полипептида синаптофизина сливается с неидентифицированными протеинами пресинаптической мембраны. При этом образуется пора, через которую осуществляется регулируемый экзоцитоз (причем протеин везикул rab 3A регулирует этот процесс).
Высокий уровень Са 2+ , кроме этого активирует Са-кальмодулинзависимую протеиназу II. В пресинаптическом окончании этот фермент фосфорилирует синапсин. После этого, везикулы освобождаются от цитоскелета и перемещаются на пресинаптическую мембрану, для осуществления дальнейшего цикла.
После прекращения пресинаптического ПД, Са 2+i удаляется посредством Са 2+ -АТФазы и 2Nа+/ Са 2+ -обменника.

Слайд 47

Экзоцитоз синаптических везикул:
- Вызванный
(синхронный и асинхронный)
- Спонтанный

Tang et al., 2006

Экзоцитоз синаптических везикул: - Вызванный (синхронный и асинхронный) - Спонтанный Tang et al., 2006

Слайд 49

Докирование

Праймирование

Экзоцитоз

АДФ+Ф АТФ

Ca++

Полное слияние

Разборка
SNARE-
комплекса

Ca++

“Kiss-and-run”

Приближение

VAMP/синаптобревин - v-SNARE

SNAP-25

Синтаксин

Синаптотагмин

α-SNAP

NSF

Са канал

Медиатор

t-SNARE

Экзоцитоз синаптической везикулы.
SNARE-

Докирование Праймирование Экзоцитоз АДФ+Ф АТФ Ca++ Полное слияние Разборка SNARE- комплекса Ca++
гипотеза

1993 Соллнер, Беннет и др. выдвинули гипотезу об универсальной единице докирования и слияния (SNAP - receptor).

NSF – N-этилмалеидчувствительный фактор
SNAP – растворимый NSF-связывающий протеин

Слайд 50

Скорость везикулярного цикла и надежность синаптической передачи

Нарушение везикулярного цикла (блокирование эндоцитоза)
и

Скорость везикулярного цикла и надежность синаптической передачи Нарушение везикулярного цикла (блокирование эндоцитоза)
синаптическая эффективность при высокочастотной активности

Скорость высокая

Скорость низкая

Зефиров, 2007, Зефиров и др. 2008а,б

Время рециклирования в нервно-мышечных синапсах около 45-50с , а в центральных – около 15-20 с.

Слайд 51

Физиологические особенности
химических синапсов:
- односторонняя проводимость
- синаптическая задержка
- квантовый характер выделения

Физиологические особенности химических синапсов: - односторонняя проводимость - синаптическая задержка - квантовый
медиаторов
-истощение медиатора при длительной стимуляции
- лабильность синапса меньше, чем у нерва
- трасформация ритма возбуждения
- высокая чувствительность к недостатку О2 и ядам

Слайд 52

Классификация блокаторов нервно-мышечной передачи

1.) Местные анестетики, блокируют проведение возбуждение к пресинаптической мембране

Классификация блокаторов нервно-мышечной передачи 1.) Местные анестетики, блокируют проведение возбуждение к пресинаптической
(новокаин, лидокаин и др.).
2.) Блокаторы, препятствующие высвобождению медиатора из пресинаптических окончаний (ботулин токсин, Mn, простоглагндины).
3.) Блокаторы, нарушающие обратный захват пресинаптической мембраной продуктов гидролиза медиатора (холина), тем самым препятствуя его ресинтезу (гемохолиний).
4.) Блокаторы АХ-рецепторов на постсинаптической мембране:
а.) конкурентного действия – тубокурорин.
б.) неконкурентного действия – престонал, α-бунгаротоксин.
5.) Блокаторы антихолиностеразного действия - угнетают холиностеразу, что вызывает глубокую деполяризацию и инактивацию рецепторов. К ним относятся фосфоорганические соединения: дихлофос, карбофос.

Слайд 53

Электрический синапс.
Характерны для ЦНС, но встречаются и на периферии (сердце, гладкомышечная ткань

Электрический синапс. Характерны для ЦНС, но встречаются и на периферии (сердце, гладкомышечная
). Представляют собой тесный контакт мембран двух клеток. Ширина синаптической щели на порядок меньше, чем в химическом синапсе.
Мембраны обеих клеток имеют общие интегральные белки, которые образуют межклеточные ионные каналы (нексусы).
Их существование резко снижает межклеточное сопротивление, что делает возможным распространение двусторонней деполяризации между клетками.

Слайд 54

Ультраструктура нексуса (щелевого контакта)

Ультраструктура нексуса (щелевого контакта)

Слайд 55

2

1

3

3

Электрический синапс

1 – пресинаптическая
мембрана
2 – постсинаптическая
мембрана
3 - нексус

2 1 3 3 Электрический синапс 1 – пресинаптическая мембрана 2 –

Слайд 57

Электрический синапс
А. Распределение токов. При возбуждении клетки 1 в нее входит натриевый

Электрический синапс А. Распределение токов. При возбуждении клетки 1 в нее входит
ток (INa). Она связана с клеткой 2 нексусом (щелевым контактом). Часть тока, входящего в клетку 1, проходит через нексус в клетку 2 и вызывает ее деполяризацию.
Б. Импульс тока (красный график), действующий на пресинаптическую клетку, вызывает генерирование электротонического потенциала, который запускает в ней потенциал действия. Потенциал, появляющийся в постсинаптической клетке после прохождения тока через нексус, представляет собой уменьшенное подобие пресинаптического потенциала.

Слайд 58

Проведение возбуждения в нервных волокнах

Проведение возбуждения в нервных волокнах

Слайд 59

Отличия электрического синапса от химического:
- отсутствие синаптической задержки
двустороннее проведением возбуждения
относится к возбуждающим

Отличия электрического синапса от химического: - отсутствие синаптической задержки двустороннее проведением возбуждения
синапсам
мене чувствителен к изменениям температуры
значительно меньше утомляем

Слайд 60

Структура смешанного синапса

А - участок химической
передачи. Б - участок электрической
передачи. 1. Пресинаптическая

Структура смешанного синапса А - участок химической передачи. Б - участок электрической

мембрана. 2. Постсинаптическая
мембрана. 3. Синаптическая щель.

Слайд 61

Пути передачи инфор-мации

Пути передачи инфор-мации

Слайд 62

Цепь реакций с участием внутриклеточного посредника ИФз (инозитолтрифосфата). Как и в

Цепь реакций с участием внутриклеточного посредника ИФз (инозитолтрифосфата). Как и в системе
системе цАМФ, внеклеточный сигнал опосредован через белок G, который в данном случае активирует фосфодиэстеразу (ФДЭ). Этот фермент расщепляет фосфатидилинозиндифосфат (ФИФ2) в плазматической мембране до ИФз и диацилглицерола (ДАГ); ИФз диффундирует в цитоплазму. Здесь он вызывает выброс Са2+ из эндоплазматического ретикулума; повышение концентрации Са2+ в цитоплазме ([Са2+]i) активирует протеинкиназу, которая фосфорилирует и, следовательно, активирует ферменты. Другой продукт, ДАГ, остается в мембране и активирует протеинкиназу С (кофактор–фосфатидилсерин, ФС). Протеинкиназа С также фосфорилирует ферменты, опосредующие специфическое действие, связанное со стимуляцией внешнего рецептора R. Ветви цепи реакций с участием ИФз и ДАГ могут быть активированы независимо иономицином и форболовым эфиром соответственно.

Слайд 63

Некоторые заболевания, потенциально связанные с нарушением везикулярного цикла и процессов экзо- и

Некоторые заболевания, потенциально связанные с нарушением везикулярного цикла и процессов экзо- и эндоцитоза Зефиров, Петров, 2010
эндоцитоза

Зефиров, Петров, 2010

Имя файла: Синапс.pptx
Количество просмотров: 27
Количество скачиваний: 0