Введение в современную нейробиологию Краткий курс Проф. Эдуард Коркотян Пермский государственный университет, Россия Институт им. Вейцмана, Реховот, Израиль Лекция 7 Синапс в действии
1 Синапсы бывают либо электрическими, либо химическими Тип синапса Расстояние между преи пост- мембраной Мембранный континуум Ультраструктурные компоненты синапса Посредники при передаче сигнала Синаптическая задержка Направление передачи Электрический 3 -5 нм да Канал зазор-переход Ионный ток Отсутствует Двусторонее Химический 20 -40 нм нет Пресинаптические везикулы и постсинаптические рецепторы Химический трансмиттер Не менее 0. 3 мс, как правило 1 -5 мс Одностороннее Химический синапс может работать как усилитель сигналов Электрический синапс не обладает порогом срабатывания Электронная микрография показывает структуру пресинаптической терминали и синаптическую щель. Стрелками отмечены активные зоны, где происходит выброс трансмиттера из син. везикул.
2 Схема работы химического синапса
3 Нервно-мышечный синапс Темные гранулы – ацетилхолиновые рецепторы на постсинаптической мембране. Постсинаптическая мембрана отмечена стрелкой. Увеличение в 1800 раз. Ацетилхолиновый (АЦХ) рецептор и ионный канал, ассоциированный с ним. Реконструирован по электронной микро-грамме.
4 Почему активация ацетилхолинового рецептора ведет к изменению потенциала концевой пластинки? Как было сказано ранее, ток, текущий через мембрану в результате ее проводимости для ионов вычисляется из значения проводимости и величины электродвижущей силы (ЭДС), действущей на ион (или ионы), проходящие сквозь каналы. Возбудительный постсинаптический потенциал (ВПСП), который образуется на концевой пластинке: При потенциале покоя в -90 м. В на концевой пластинке наблюдается положительный (входящий) ток. K+ не может быть источником этого тока. В случае, если бы Na+ ток был единственным источником формирования потенциала на концевой пластинке, то мы наблюдали бы деполяризацию ее до +55 м. В (равновесный понетциал для Na+) при открытии АЦХканалов. Однако, в действительности реверсивный потенциал (когда ДС направленная внутрь компен-сируется), наблюдается при потенциале около 0, что говорит о совместном участии Na+ и K+ токов. При этом говорят, что достигнут реверсивный потенциал для токов через данный канал.
5 Суммарный ток формирует ПД в нервно-мышечном синапсе Потенциал - Ёмкостной ток -Ток утечки Ток -Ток ВПСП Таким образом, ПД формируется как под воздействием проводимости АЦХканалов-рецепторов, так и на основе пассивных свойств мышечного волокна (миоцита).
6 Измерение токов через единичный канал Методика фиксации локуса или «петч-кламп» где G -элементарная проводимость Зная элементарный ток через канал, можно рассчитать элементарную проводимость G. В случае потенциала -90 м. В (рис В 2), элементарный ток составляет -2. 7*10 -12 А / 9*10 -2 W = 30*10 -12 S или 30 р. S. В случае потенциала -130 м. В (рис С) получаем: -3. 9 p. A / 130 m. W = 30 p. S. Таким образом, проводимость действительно не зависит от соотношения I/V, или вернее сказать, ток I через канал напрямую зависит от потенциала V.
7 Первая запись от единичного ионного канала Бердт Сакман Эрвин Неер http: //www. ipmc. cnrs. fr/~duprat/neurophysiology/patch. htm
8 Единичный открытый АЦХ-(чувствительный) канал функционирует как простой резистор Таким образом, суммарный ток ВПСП ( IEPSP) может быть вычислен по следующей формуле, где N – число каналов, po -вероятность их открытия, γ – проводимость каждого отдельного канала, (Vm – EEPSP) – движущая сила для данного иона.
9 Суммарные токи и их направление
10 Окончательная схема развития потенциала действия в мышечной клетке
11 Представление о возбудительном (ВПСП) и тормозном постсинаптическом потенциале (ТПСП)
12 2 типа синапсов Без тормозного входа ТПСП С тормозным входом Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1852 -1934)
13 Фиксация тока и фиксация потенциала в записи возбудительной синаптической активности Слева: регистрация потенциала при фиксации тока. Видно, что изменение потенциала, при пропускании фиксированных токов (для более объективного замера проводимости) происходит в полном соответствии с суммарными ионными токами через ионный канал. Справа: регистрация тока при фиксации потенциала. Видно, что суммарный натриевый и калиевый возбудительные токи через канал возбудительного рецептора зависят от текущего уровня фиксации потенциала.
14 Основные типы возбудительных каналов
15 Особенности NMDA-канала Вероятность открытия NMDA-канала зависит от уровня потенциала и присутствия иона Mg 2+ В присутствии 1. 2 м. М Mg 2+, NMDA практически не открывается в отрицательной зоне, будучи Заблокированным Mg 2+. В положительной области потенциала этот блок не действует. В условиях отсутствия внеклеточного Mg 2+, канал одинаково активен во всех зонах потенциала.
16 Вклад NMDA-канал-рецептора в ВПС-ток ограничивается только малым поздним компонентом А: синий сектор демонстрирует вклад NMDA в комплексный постсинаптический ток, выявленный при помощи добавления APV – блокатора NMDA каналов. Пунктир отграничивает первые 25 мс, соответствующих раннему компоненту ответа. В: Затемненные треугольники показывают не. NMDA ток. Линейная зависимость ток / вольтаж показывает простой «резисторный» тип этого канала. В то же время, ток через NMDA канал ведет себя более сложным образом, обладая зависимостью от Mg 2+: если ранний компонент этих токов близок к 0, то более поздний компонент выражает сильную нелинейность в области отрицательных значений потенциала (закрашенные кружки). Незакрашенные треугольники и кружки показывают запись с добавлением 50 мк. М APV.
17 Тормозные события в химическом синапсе – результат открытия ионных каналов, селективных для ионов Cl- IPSP
18 Записи от единичных ионных каналов различных типов А и В – записи токов через глицинэргический и ГАМКэргический тормозные каналы. Потенциал установлен в области отрицательных значений. С – запись от единичного глютаматэргического канала типа NMDA. Наблюдается реверсия токов от направления внутрь к направлению наружу в области 0, когда суммарные Na+ K+ Ca 2+ токи взаимно компенсируются (обнуляются). Видно, что в области -60 м. В токи сильнее, по сравнению с областью -30 м. В. D – запись от ГАМКэргического канала. В области -60 м. В, реверсивной для Cl-, ток обнуляется, а с увеличением положительности потенциала он нарастает за счет входа ионов Cl- в клетку.
19 Синаптический потенциал в дендрите может произвести потенциал действия в зоне аксонного холмика В зоне аксонного холмика плотность вольтажзависимых Na+ каналов резко возрастает, тогда как порог чувствительности сильно понижен. Это способствует выработке потенциала действия в этой специфической области. Пунктирная линия на нижней панели показывает падение синаптического потенциала в зоне аксона, в случае если сигнал не усилен дополнительно.
20 Временная и пространственная виды суммации Центральные нейроны способны интегрировать синаптические входы посредством их суммации. На А в клетку осуществляется 2 синаптических входа, разделенных временным отрезком. В случае, если у постсинаптической клетки большая временная константа (затухания), то сигналы отчасти суммируются и преодолеют порог. На В в клетке записаны 2 параллельных входа от двух независимых источников, разделенных пространственно, но находящихся на равном расстоянии от триггерной зоны. В случае большой пространственной константы клетки (одна пространственная константа), сигналы от источников снизятся то 37% от их исходной величины и в сумме преодолеют порог. В случае короткой пространственной константы такая суммация окажется недостаточной для срабатывания.
21 Расположение синапсов и их характер Поскольку тормозный вход в клетку никак не усиливается по ходу его продвижения, то локализация такого входа будет иметь первостепенную роль, а именно, в случае расположения синапса на удаленном дендрите, его влияние на активную зону буден незначительным по сравнению с аксосоматической локализацией.
22 Простой пример интеграции возбудительного и тормозного синаптических входов
23 Последние данные Annu. Rev. Neurosci. 2005. 28: 503 -532. Dendritic Computation Michael London and Michael H¨ausser Wolfson Institute for Biomedical Research and Department of Physiology, University College London, London WC 1 E 6 BT; email: m. london@ucl. ac. uk,
24 Последние данные Annu. Rev. Neurosci. 2005. 28: 503 -532. Dendritic Computation Michael London and Michael H¨ausser Wolfson Institute for Biomedical Research and Department of Physiology, University College London, London WC 1 E 6 BT; email: m. london@ucl. ac. uk,
Скачать презентацию Введение в современную нейробиологию Краткий курс Проф Эдуард
7_синапс в действии.pptx