Будова синапсу. Структура та функція синапсу
Розглянемо будову синапсу з прикладу аксо- соматичного. Синапс складається з трьох частин: пресинаптичного закінчення, синаптичної щілини та пост-синаптичної мембрани (рис. 9).
Пресинаптичне закінчення (синаптична бляшка) є розширеною частиною терміналі аксона. Синаптична щілина – це простір між двома контактуючими нейронами. Діаметр синаптичної щілини становить 10 – 20 нм. Мембрана пресинаптичного закінчення, звернена до синаптичної щілини, називається пресинаптичною мембраною. Третя частина синапсу - постсинаптична мембрана, яка розташована навпроти пресинаптичної мембрани.
Пресинаптичне закінчення заповнене пухирцями (везикулами) та мітохондріями. У везикулах знаходяться біологічно активні речовини – медіатори. Медіатори синтезуються в сомі і мікротрубочками транспортуються в пресинаптичне закінчення. Найчастіше як медіатор виступають адреналін, норадреналін, ацетилхолін, серотонін, гамма-аміномасляна кислота (ГАМК), гліцин та інші. Зазвичай синапс містить один із медіаторів у більшій кількості порівняно з іншими медіаторами. За типом медіатора прийнято позначати синапси: адреноергічні, холінергічні, серотонінергічні та ін.
До складу постсинаптичної мембрани входять спеціальні білкові молекули - рецептори, які можуть приєднувати молекули медіаторів.
Синаптична щілина заповнена міжклітинною рідиною, в якій знаходяться ферменти, що сприяють руйнуванню медіаторів.
На одному постсинаптичному нейроні може бути до 20000 синапсів, частина яких є збудливими, а частина - гальмівними.
Крім хімічних синапсів, у яких за взаємодії нейронів беруть участь медіатори, у нервовій системі зустрічаються електричні синапси. В електричних синапс взаємодія двох нейронів здійснюється за допомогою біострумів. У цент-
ПД нервового волокна (ПД – потенціал дії)
яка мембрана рецептори
ральної нервової системи переважають хімічні синапси.
У деяких міжнейронних синапсах електрична та хімічна передача здійснюється одночасно – це змішаний тип синапсів.
Вплив збудливих та гальмівних синапсів на збудливість постсинаптичного нейрона підсумовується, і ефект залежить від місця розташування синапсу. Чим ближче синапси розташовані до аксонального пагорба, тим вони ефективніші. Навпаки, що далі розташовані синапси від аксонального горбка (наприклад, на закінчення дендритів), тим менш ефективні. Таким чином, синапси, розташовані на сомі та аксональному пагорбі, впливають на збудливість нейрона швидко та ефективно, а вплив віддалених синапсів повільно і плавно.
Ампмщ iipinl системи
Нейронні мережі
Завдяки синаптичним зв'язкам нейрони об'єднані у функціональні одиниці – нейронні мережі. Нейронні мережі можуть бути утворені нейронами, розташованими на невеликій відстані. Таку нейронну мережу називають локальною. Крім того, в мережу можуть бути об'єднані нейрони, віддалені один від одного, з різних галузей мозку. Найвищий рівень організації зв'язків нейронів відбиває з'єднання кількох областей центральної нервової системи. Таку нервову мережу називають шляхом або системою. Розрізняють низхідні та висхідні шляхи. По висхідних шляхах інформація передається від нижчих областей мозку до вищих (наприклад, від спинного мозку до кори півкуль великого мозку). Спадні шляхи пов'язують кору великих півкуль мозку зі спинним мозком.
Найскладніші мережі називаються розподільчими системами. Вони утворюються нейронами різних відділів мозку, управляючих поведінкою, у яких бере участь організм як єдине ціле.
Деякі нервові мережі забезпечують конвергенцію (сходження) імпульсів на обмежену кількість нейронів. Нервові мережі можуть бути побудовані також на кшталт дивергенції (розбіжність). Такі мережі зумовлюють передачу інформації на значні відстані. Крім того, нервові мережі забезпечують інтеграцію (підсумовування чи узагальнення) різноманітних інформації (рис. 10).
Синапс-спеціалізовані структури, які забезпечують передачу збудження з однієї збудливої клітини на іншу. Поняття СІНАПС введено у фізіологію Ч.Шеррінгтоном (з'єднання, контакт). Синапс забезпечує функціональний зв'язок між окремими клітинами. Поділяються на нервово-нервові, нервово-м'язові та синапси нервових клітин із секреторними клітинами (нервово-залізисті). У нейроні виділяється три функціональні відділи: сома, дендрит, аксон. Тому між нейронами є всі можливі комбінації контактів. Наприклад, аксо-аксональний, аксо-соматичний та аксо-дендритний.
Класифікація.
1) за місцем розташування та належності відповідним структурам:
- периферичні(нервово-м'язові, нейросекреторні, рецепторнонейрональні);
- центральні(аксо-соматичні, аксо-дендрітні, аксо-аксональні, сомато-дендрітні. сомато-соматичні);
2) механізму дії - збуджуючі та гальмівні;
3) способу передачі сигналів- хімічні, електричні, мішані.
4) хімічні класифікують за медіатором, за допомогою якого здійснюється передача- холінергічні, адренергічні, серотонінергічні, гліцинергічні. і т.д.
Будова синапсу.
Синапс складається з таких основних елементів:
Пресинаптичні мембрани (в нервово-м'язовому синапсі - це кінцева пластинка):
Постсинаптичні мембрани;
Синаптичної щілини. Синаптична щілина заповнена олігосахаридвмісною сполучною тканиною, яка відіграє роль підтримуючої структури для обох контактуючих клітин.
Систему синтезу та звільнення медіатора.
Систему інактивації.
У нервово-м'язовому синапсі пресиніптична мембрана-частина мембрани нервового закінчення в області контакту його з м'язовим волокном, постсинаптична мембрана-частина мембрани м'язового волокна.
Будова нервово-м'язового синапсу.
1-мієлінізоване нервове волокно;
2-нервове закінчення з бульбашками медіатора;
3-субсинаптична мембрана м'язового волокна;
4-синаптична щілина;
5-постсинаптична мембрана м'язового волокна;
6-міофібрили;
7-саркоплазма;
8-потенціал дії нервового волокна;
9-потенціал кінцевої платівки (ВПСП):
10-потенціал дії м'язового волокна.
Частина постсинаптичної мембрани, що розташована навпроти пресинаптичної, називається субсинаптичною мембраною. Особливістю субсинаптичної мембрани є наявність у ній спеціальних рецепторів, чутливих до певного медіатора та наявність хемозалежних каналів. У постсинаптичній мембрані, за межами субсинаптичної, є потенціалозалежні канали.
Механізм передачі збудження в хімічних збуджувальних синапсах. В 1936 Дейл довів, що при подразненні рухового нерва в його закінченнях в скелетному м'язі виділяється ацетилхолін. У синапсах із хімічною передачею збудження передається за допомогою медіаторів (посередників). Медіатори – хімічні речовини, які забезпечують передачу збудження у синапсах. Медіатором у нервово-м'язовому синапсі є ацетилхолін, у збуджуючих та гальмівних нервово-нервових синапсах – ацетилхолін, катехоламіни – адреналін, норадреналін, дофамін; серотонін; нейтральні амінокислоти – глутамінова, аспарагінова; кислі амінокислоти – гліцин, гамма-аміномасляна кислота; поліпептиди: речовина Р, енкефалін, соматостатин; інші речовини: АТФ, гістамін, простагландини.
Медіатори в залежності від їхньої природи діляться на кілька груп:
Моноаміни (ацетилхолін, дофамін, норадреналін, серотонін.);
Амінокислоти (гама-аміномасляна кислота - ГАМК, глутамінова кислота, гліцин та ін);
Нейропептиди (речовина Р, ендорфіни, нейротензин, АКТГ, ангіотензин, вазопресин, соматостатин та ін.).
Накопичення медіатора в пресинаптичному освіті відбувається з допомогою його транспорту з навколоядерної області нейрона з допомогою швидкого акстока; синтезу медіатора, що протікає в синаптичних терміналях із продуктів його розщеплення; зворотного захоплення медіатора із синаптичної щілини.
Пресинаптичне нервове закінчення містить структури синтезу нейромедіатора. Після синтезу нейромедіатор пакується у везикули. При збудженні ці синаптичні везикули зливаються з пресинаптичною мембраною і нейромедіатор вивільняється у синаптичну щілину. Він дифундує до постсинаптичної мембрани та зв'язується там зі специфічним рецептором. В результаті утворення нейромедіатор-рецепторного комплексу постсинаптична мембрана стає проникною для катіонів та деполяризується. Це призводить до виникнення збудливого постсинаптичного потенціалу, а потім потенціалу дії. Медіатор синтезується у пресинаптичній терміналі з матеріалу, що надходить сюди аксональним транспортом. Медіатор "інактивується", тобто. або розщеплюється, або видаляється із синаптичної щілини за допомогою механізму зворотного транспорту в пресинаптичну терміналь.
Значення іонів кальцію у секреції медіатора.
Секреція медіатора неможлива без участі у цьому процесі іонів кальцію. При деполяризації пресинаптичної мембрани кальцій входить у пресинаптичну терміналь через специфічні потенційно залежні кальцієві канали в цій мембрані. Концентрація кальцію в аксоплазмі 110 -7 М, при вході кальцію та підвищення його концентрації до 110 - 4 М відбувається секреція медіатора. Концентрація кальцію в аксоплазмі після закінчення збудження знижується роботою систем: активного транспорту з терміналі, поглинанням мітохондріями, зв'язуванням внутрішньоклітинними буферними системами. У стані спокою відбувається нерегулярне спорожнення везикул, при цьому відбувається вихід не лише одиничних молекул медіатора, а й викид порцій, квантів медіатора. Квант ацетилхоліну містить приблизно 10000 молекул.
Синапс- місце контакту одного нейрона з іншим, на який впливають іннервованим органом.
Види синапсів:
· За місцем контактів (нейрональні, аксодендричний, дендродендричний, акомальний, аксосамальний, дендросомальний, нервово-м'язовий, нейросекреторний)
· Збудливі та гальмівні
· Хімічні (проводять імпульс в одному напрямі) та електричні (проводять нервовий імпульс у будь-якому напрямку, більш вузька синаптична щілина, швидка швидкість проведення, є у безхребетних та нижчих хребетних тварин).
Будова.
1. Педсинаптичний відділ
2. Синаптична щілина
3. Постсинаптичний відділ
4. Візикули-бульбашки з медіатором
5. Медіаор – хімічна речовина, яка або збуджує, або блокує її
У більшості синапсів постсинаптична мембрана складчаста, для збільшення площі поверхні.
Роль у проведенні.
Порушення через синапси передається хімічним шляхом за допомогою особливої речовини - посередника, або медіатора, що знаходиться в синаптичних пухирцях, які розташовані в пресинаптичній терміналі. У різних синапсах виробляються різні медіатори. Найчастіше це ацетилхолін, адреналін чи норадреналін.
Вирізняють також електричні синапси. Вони відрізняються вузькою синаптичною щілиною та наявністю поперечних каналів, що перетинають обидві мембрани, тобто між цитоплазмами обох клітин є прямий зв'язок. Канали утворені білковими молекулами кожної із мембран, з'єднаних комплементарно. Схема передачі збудження в такому синапсі подібна до схеми передачі потенціалу дії в гомогенному нервовому провіднику.
У хімічних синапс механізм передачі імпульсу наступний. Прихід нервового імпульсу в пресинаптичне закінчення супроводжується синхронним викидом у синаптичну щілину медіатора із синаптичних бульбашок, розташованих у безпосередній близькості від неї. Зазвичай в пресинаптичне закінчення приходить серія імпульсів, їх частота зростає при збільшенні сили подразника, приводячи до збільшення виділення медіатора в синаптичну щілину. Розміри синаптичної щілини дуже малі, і медіатор, швидко досягаючи постсинаптичної мембрани, взаємодіє з її речовиною. Внаслідок цієї взаємодії структура постсинаптичної мембрани тимчасово змінюється, проникність її для іонів натрію підвищується, що призводить до переміщення іонів і, як наслідок, виникнення збудливого постсинаптичного потенціалу. Коли цей потенціал досягає певної величини, виникає збудження, що поширюється - потенціал дії. За кілька мілісекунд медіатор руйнується спеціальними ферментами.
Виділяють також спеціальні синапси гальмівної дії. Вважають, що в спеціалізованих нейронах, що гальмують, в нервових закінченнях аксонів виробляється особливий медіатор, що надає гальмуючий вплив на наступний нейрон. У корі великих півкуль головного мозку таким медіатором вважають гамма-аміномасляну кислоту. Структура та механізм роботи синапсів гальмівної дії аналогічні таким у синапсів збудливої дії, лише результатом їхньої дії є гіперполяризація. Це веде до виникнення гальмівного постсинаптичного потенціалу, внаслідок чого настає гальмування.
Медіатори синапсу
Медіатор (від латинського Media – передавач, посередник чи середина). Такі медіатори синапс дуже важливі в процесі передачі нервового імпульсу.
Морфологічна відмінність гальмівного та збуджуючого синапсу полягає в тому, що вони не мають механізму звільнення медіатора. Медіатор у гальмівному синапсі, мотонейроні та іншому гальмівному синапсі вважається амінокислотою гліцином. Але гальмівний чи збуджуючий характер синапсу визначається їх медіаторами, а властивістю постсинаптичної мембрани. Наприклад, ацетилхолін дає збудливу дію в нервово-м'язовому синапсі терміналей (блукаючих нервів у міокарді).
Ацетилхолін служить збуджуючим медіатором в холінергічних синапсах (пресинаптичну мембрану в ньому грає закінчення спинного мозку мотонейрона), в синапсі на клітинах Реншоу, в пресинаптичному терміналі потових залоз, мозкової речовини наднирників, в синапс кишечника і в гангліях. Ацетилхолі-нестеразу та ацетилхолін знайшли також у фракції різних відділів мозку, іноді у великій кількості, але крім холінергічного синапсу на клітинах Реншоу поки не змогли ідентифікувати решту холінергічних синапсів. За словами вчених, медіаторна збудлива функція ацетилхоліну в центральній нервовій системі дуже ймовірна.
Кателхоміни (дофамін, норадреналін та адреналін) вважаються адренергічними медіаторами. Адреналін та норадреналін синтезуються у закінченні симпатичного нерва, у клітині головної речовини надниркового залозу, спинного та головного мозку. Амінокислоти (тирозин та L-фенілаланін) вважаються вихідною речовиною, а адреналін заключним продуктом синтезу. Проміжна речовина, до якої входять норадреналін та дофамін, теж виконують функцію медіаторів у синапсі, створених у закінченнях симпатичних нервів. Ця функція може бути або гальмівною (секреторні залози кишечника, кілька сфінктерів і гладкий м'яз бронхів і кишечника), або збудливою (гладкі м'язи певних сфінктерів та кровоносних судин, у синапсі міокарда – норадреналін, у підкровних ядрах головного мозку).
Коли завершують свою функцію медіатори синапсу, катехоламін поглинається пресинаптичним нервовим закінченням, включаючи трансмембранний транспорт. Під час поглинання медіаторів синапси знаходяться під захистом від передчасного виснаження запасу протягом тривалої та ритмічної роботи.
Також результат активності дрібних нервових клітин. Але це надзвичайно необхідна і складна робота була б неможлива без синапсів, які забезпечують взаємодію нейронів і пов'язують їх у єдині нейронні мережі.
Якщо перекласти слово "синапс" з грецької, то вийде "зв'язок". Це місце зв'язку, з'єднання двох нейронів. Здавалося б, що тут такого особливого у звичайному поєднанні? Але саме синапси уможливлюють проходження імпульсу по ланцюгу нервових клітин і відіграють важливу роль у всіх.
Місце синапсів у нервовій системі
Одне з головних завдань нейронів – збереження та обробка інформації, що надходить із зовнішнього світу. Від органів чуття, м'язів, зв'язок і т. д. слабкі електричні сигнали по нервових волокнах потрапляють у головний мозок, там вони поширюються по нейронних ланцюгах, створюючи вогнища збудження та зв'язку між окремими нейронами, центрами та відділами головного мозку. Так коротко відбуваються всі процеси у нашій психіці: від найпростіших безумовних рефлексів, до найскладнішої мисленнєвої діяльності.
Поширення нервових імпульсів відбувається завдяки наявним у нейронів відросткам. Короткі та сильно розгалужені дендрити спеціалізуються на прийомі сигналів від інших нейронів. В однієї нервової клітки може бути до 1500 дендритів. А ось передавальне нервове волокно – аксон – одне, але воно довге і може сягати 1,5 метрів. Поєднуючись із відростками дендритів, аксон передає сигнал від одного нейрона до іншого.
Але проблема в тому, що прямо імпульс найчастіше пройти не може, тому що між «гілками» дендриту однієї нервової клітини та аксоном іншої є щілина – простір, заповнений міжклітинною речовиною.
Відбувається таке: в процесі руху імпульсу в місці з'єднання нервових волокон виникає біохімічна реакція, утворюється білкова молекула - нейротрансмітер або медіатор (посередник) - і закупорює щілину, створюючи своєрідний місток для проходження сигналу.
Так виникає те, що ще 1897 року англійський фізіолог Ч. Шеррінгтон назвав синапсом.
Структура синапсу
Якщо врахувати, що розмір нервової клітини рідко перевищує 100 мкм, то місце з'єднання передавального та приймаючого волокон двох нейронів взагалі мікроскопічне. І тим не менш, синапс має складну будову, що включає три основні відділи:
- Нервове закінчення «гілок» дендриту, яке є мікроскопічним потовщенням, зване пресинаптичної мембраною. Це дуже важлива частина синапсу, яка відповідає за синтез білкових молекул.
- Аналогічний потовщення на відростках аксона. Воно має спеціальні рецептори, що дозволяють приймати сигнали медіаторів. Це постсинаптична мембрана.
- Синаптична щілина, в якій утворюється медіатор - білкова молекула, що проводить імпульс. Ця частина синапсу водночас і перешкоджає проходженню сигналу, і є причиною виникнення молекул білків, які грають роль «містків», а й беруть участь у роботі нервової системи та організму загалом.
Функції цих білкових сполук різноманітні, оскільки нейрони виробляють різні види медіаторів, та його хімічний склад надає різне впливом геть процеси у нервової системі. Причому вплив цей настільки сильний, що він багато в чому керує психічними реакціями, а недолік навіть одного з білків може призвести до серйозних захворювань, таких як хвороба Паркінсона або Альцгеймера.
Наразі виявлено та вивчено понад 60 видів нейротрансмітерів з різними властивостями. Ось приклади деяких із них:
- Норадреналін - гормон. Він має збудливу дію, підвищує активність всіх систем організму і додає почуття люті в наш емоційний стан.
- Серотонін. Його функції різноманітні: від забезпечення процесу травлення до впливу рівень сексуального потягу.
- Глутамат необхідний для запам'ятовування та збереження інформації, але його надлишок токсичний і може спричинити загибель нервових клітин.
- Дофамін - гормон щастя, джерело позитивних, що дарує стан блаженства. І водночас цей білок, як і багато інших, забезпечує ефективність пізнавальних процесів. А його недолік може викликати стан і призвести до недоумства.
Це далеко не всі білки, які виробляють нейрони, але навіть такий приклад дозволяє оцінити значення нейротрансмітерів та роль синапсів в організації нормальної діяльності головного. Руйнування нервових зв'язків внаслідок хвороби або травми може призвести і до серйозних порушень психічних функцій.
Види синапсів
Синапси забезпечують зв'язки між нейронами мозку, а й з нервовими клітинами органів чуття, рецепторами, розташованими у внутрішніх органах, м'язах і зв'язках. Тому існує велика різноманітність синапсів залежно від спеціалізації нейронів, від характеру їх впливу, від тієї білкової сполуки, яка виробляється під час проходження імпульсу.
У нашій нервовій системі існує два основні процеси, що визначають її діяльність. Це збудження та гальмування. Відповідно до них і синапси поділяються на два види:
- збуджуючі проводять сигнали, які розповсюджують реакцію збудження нервових клітин;
- гальмують забезпечують проходження нервового імпульсу, який передає нейронам «команду» гальмування.
За місцем розташування синапси розрізняються:
- на центральні, розташовані у головному мозку;
- периферичні, які забезпечують зв'язку нейронів поза мозку – в периферичної нервової системі.
Передача імпульсів через синаптичну щілину теж може проводитися різними способами, відповідно до цього виділяють три види синапсів:
- Хімічні синапси розташовані у корі головного мозку. Вони проводять сигнал за допомогою нейротрасмітерів, які утворюються внаслідок біохімічної реакції.
- Електричні – частина синапсів, які здатні передавати електричний сигнал без посередників-медіаторів. Наприклад, це стосується нейронів, розташованих у зоровому рецепторі. І тут хімічна реакція немає, і обмін сигналами здійснюється швидше.
- Електрохімічні синапси поєднують у собі особливості обох цих груп.
Також існує класифікація синапсів за видами трансмітерів. Наприклад, якщо виробляється норадреналін, але ці синапси називаються адренергічні, а якщо ацетилхолін, то - холінергічні. Враховуючи, що білків, які виробляють нейрони, кілька десятків видів, ми маємо дуже об'ємну класифікацію, яка тут навряд чи доречна.
Синапси та нейронні мережі
Синапси, встановлюючи зв'язки між нервовими волокнами, що проводять, забезпечують виникнення і підтримку в робочому стані нейронних ланцюгів. З'єднуючись і переплітаючись, вони утворюють складні нейронні мережі, якими з величезною швидкістю проносяться електричні імпульси.
За останніми науковими даними, лише у корі головного мозку функціонує близько 100 млрд нейронів. Кожен із них здатний мати до 10 000 синапсів, тобто зв'язків з іншими нервовими клітинами. І можуть обмінюватися сигналами зі швидкістю 100 м/сек. Уявляєте, який обсяг інформації циркулює у нашій нервовій системі?
Результати недавніх досліджень американських нейрофізіологів дають змогу стверджувати, що потенційний обсяг пам'яті головного мозку людини вимірюється петабайтами. 1 петабайт – 10 15 байт чи 1 мільйон гігабайт. І це можна порівняти з обсягом інформації, що циркулює у всесвітньому інтернет-просторі. Тому коли не надто радісний студент каже, що в нього розпухла голова від отриманих знань і нічого більше туди впхнути він не може, то варто засумніватись.
Останнє оновлення: 29/09/2013
Синапс – визначення, структура, роль синапсу у будові нервової системи
Синапс у структурі нервової системи – це невелика ділянка в кінці нейону, що відповідає за передачу інформації між нервовими клітинами. У його формуванні беруть участь дві клітини – передавальна та сприймаюча.
Визначення поняття
Синапс є невеликим відділом наприкінці нейрона. З його допомогою ведеться передача інформації від одного нейрона до іншого. Синапс розташовуються в тих ділянках нервових клітин, де вони контактують один з одним. Крім того, синапс є в місцях, де нервові клітини вступають у поєднання з різними м'язами або залозами організму.
Будова синапсу
Структура синапсу складається з трьох частин, кожна з яких має свої функції в процесі передачі інформації. У його будові задіяні обидві клітини, що і передає, і сприймає.
На кінці аксона клітини, що передає, розташовується початкова частина синапсу - пресинаптичне закінчення. Воно здатне викликати у клітині запуск (термін має кілька назв – «нейромедіатори», «посередники», «медіатори») – спеціальних хімічних речовин, завдяки яким реалізується передача електричного сигналу між двома нейронами.
Середня частина синапсу є синаптичною щілиною - простір між двома нервовими клітинами, що вступають у взаємодію. Саме через цю щілину і йде електричний імпульс від клітини, що передає.
Заключна частина синапсу є частиною сприймаючої клітини і називається постсинаптичним закінченням – контактуючим фрагментом клітини з безліччю чутливих рецепторів у своїй структурі.
Механізм роботи синапсу
З пресинаптичного закінчення вниз по аксону нейрона проходить електричний заряд від клітини, що передає, до сприймаючої. Він запускає викид у синаптичну щілину нейротрансмітерів. Дані медіатори рухаються через синаптичну щілину до закінчення післясинаптичного наступної клітини, де вступають у взаємодію з численними її рецепторами. Цей процес викликає ланцюг біохімічних реакцій і, як наслідок, провокує запуск електричного імпульсу з короткою зміною свого потенціалу на ділянці клітини. Дане явище відоме як потенціал дії (або хвиля збудження під час проходження нервового сигналу).
