SİNAPTİK İLETİM Dr. Ayşe DEMİRKAZIK

About this Chapter How cells communicate Electrical and chemical signals Receptor types and how they function Local regulation of cells Modification of receptors and signals Homeostatic balance depends on communication Feedback regulates integration of systems

Cell to Cell Conduction: the Synapse Electrical synapses: gap junctions Very fast conduction Example: cardiac muscle Chemical synapses Pre synaptic terminal Synthesis of Neurotransmitters Ca2+ releases Neurotransmitters Synaptic cleft Postsynaptic cell: Neurotransmitter receptors

Cell to Cell Conduction: the Synapse

Synapses

Types of Synapses Axodendritic – synapses between the axon of one neuron and the dendrite of another Axosomatic – synapses between the axon of one neuron and the soma of another Other types of synapses include: Axoaxonic (axon to axon) Dendrodendritic (dendrite to dendrite) Dendrosomatic (dendrites to soma)

Electrical Synapses Electrical synapses: Are less common than chemical synapses Correspond to gap junctions found in other cell types Are important in the CNS in: Arousal from sleep Mental attention Emotions and memory Ion and water homeostasis

Chemical Synapses Specialized for the release and reception of neurotransmitters Typically composed of two parts: Axonal terminal of the presynaptic neuron, which contains synaptic vesicles Receptor region on the dendrite(s) or soma of the postsynaptic neuron

Overview of Cell to Cell Communication: Chemical Autocrine & Paracrine: local signaling Endocrine system: distant, diffuse target Electrical Gap junction: local Nervous system: fast, specific, distant target

Gap Junctions and CAMs Protein channels - connexin Direct flow to neighbor Electrical- ions (charge) Signal chemicals CAMs Need direct surface contact Signal chemical Figure 6-1a, b: Direct and local cell-to-cell communication

Paracrines and Autocrines Local communication Signal chemicals diffuse to target Example: Cytokines Autocrine–receptor on same cell Paracrine–neighboring cells Figure 6-1c: Direct and local cell-to-cell communication

Long Distance Communication: Hormones Signal Chemicals Made in endocrine cells Transported via blood Receptors on target cells Figure 6-2a: Long distance cell-to-cell communication

Long Distance Communication: Neurons and Neurohormones Electrical signal down axon Signal molecule (neurotransmitter) to target cell Neurohormones Chemical and electrical signals down axon Hormone transported via blood to target Figure 6-2 b: Long distance cell-to-cell communication

Long Distance Communication: Neurons and Neurohormones Figure 6-2b, c: Long distance cell-to-cell communication

Figure 6-3: Signal pathways Signal molecule (ligand) Receptor Intracellular signal Target protein Response Figure 6-3: Signal pathways

Figure 6-4: Target cell receptors Receptor locations Cytosolic or Nuclear Lipophilic ligand enters cell Often activates gene Slower response Cell membrane Lipophobic ligand can't enter cell Outer surface receptor Fast response Figure 6-4: Target cell receptors

Presinaptik-postsinaptik kavramı Bir sinapsta postsinaptik olan bir nöron Bir başka sinapsta presinaptik olabilir Sinir sisteminin tek bir organizasyonunda birçok presinaptik ve postsinaptik nöron olabilir

Yaptığı uyarıya göre sinaps türleri Uyarıcı sinaps; postsinaptik nöronu eksite eden, uyaran sinapstır...yani AP oluşturmasını kolaylaştırır İnhibe edici sinaps; postsinaptik nöronu inhibe eden sinapstır

iki farklı kimyasal sinaps eksitatör inhibitör Postsinaptik membranda çalışan sinyal iletme mekanizması tipi ve Reseptörün etkilediği kanalın tipi sinyalin formunu belirler Postsinaptik membrandaki transmitter etkisi iki tür olabilir; Uyarıcı İnhibe edici

İyon kanalları postsinaptik nöronun birinci etkilenme yolu Na kanallarının açılması; nöronu uyarır, yani Na kanallarını açan NT eksitatördür Cl- kanallarının açılması; nöronu inhibe eder, yani Cl- kanallarını açan NT inhibitördür Katyon kanalları; çoğunlukla Na, bazen de K ve Ca iyonlarının geçişine izin verir Anyon kanalları; en çok Cl olmak üzere diğer bazı anyonları da geçirebilir

Postsinaptik nöronda eksitasyon Sodyum iyon kanallarının açılması Eksitasyonun en sık kullanılan şeklidir Klorür iyon kanallarının baskılanması Potasyum iyon kanallarının baskılanması Eksitatör reseptör sayısının artması İnhibitör reseptör sayısının azalması Hücre içi metabolik değişiklikler Hücre aktivitesini uyarmak için yapılan değişiklikler

Postsinaptik nöronda inhibisyon Klorür iyon kanallarının açılması Potasyum iyon iletiminde artış Eksitatör reseptör sayısının azalması İnhibitör reseptör sayısının artması Hücresel metabolik fonksiyonları inhibe eden düzenlemeler

EPSP Eksitatör PostSinaptik Potansiyel Presinaptik eksitatör nörotransmitter salınımı Postsinaptik eksitatör reseptörlerin uyarılması Na iyon kanallarının açılması Na geçirgenliğinin artması Elektrokimyasal olarak Na’un hücre içine akışının artması EPSP’nin oluşması

Potansiyelin anlamı Tek başına bir EPSP aksiyon potansiyeli oluşturmak için yeterli değildir Amplitüdün büyümesi için iki yol vardır; Birçok terminalden eş zamanlı deşarjların olması Aynı terminalden kısa aralıklarla deşarjın tekrarlanması

AP’nin oluşması EPSP yeterli büyüklüğe ulaştığında AP ortaya çıkar AP’nin başlangıç yeri akson başlangıç segmentidir

IPSP İnhibitör PostSinaptik Potansiyel Presinaptik inhibitör nörotransmitter salınımı Postsinaptik inhibitör reseptörlerin uyarılması K ve Cl kanallarında ortaya çıkan değişiklikler K iyonlarının dışarı akması Cl iyonlarının içeri akması IPSP’nin oluşması (hiperpolarizasyon)

Yavaş postsinaptik potansiyeller EPSP ve IPSP’ye ek olarak; Yavaş formlar da vardır K geçirgenliğindeki düşüşe bağlı olarak yavaş EPSP K geçirgenliğindeki artışa bağlı olarak da yavaş IPSP’ler oluşur

Sumasyon Spasyal-uzaysal Bir postsinaptik nöron; Çeşitli presinaptik nöronlardan aynı zamanda impulslar alır ve bu EPSP’ler toplanırsa

Sumasyon Temporal-zamansal Bir postsinaptik nöron; Uygun aralıklarla Aynı presinaptik sinapstan deşarjlar alır Ve bu EPSP’ler toplanırsa

EPSP ve IPSP

İnhibitör ve Eksitatör potansiyeller

diverjans-dağılma Bir nörondan gelen impulsların sinapslar sayesinde pekçok nörona ulaşmasına denir Bu sayede bir nöron çok geniş alanlarda etkili olabilir

konverjans-toplanma Bir postsinaptik nöron binlerce presinaptik nörondan gelen uyarıların etkisi altında olabilir Bu binlerce farklı nöronun impulslarının bir hücreyi etkilemesine konverjans denir

sinapslarda inhibisyon 1.Direkt inhibisyon; Bir IPSP tarafından nöronda meydana getirilen inhibisyondur Postsinaptik deşarj olmadan gerçekleşir 2.İndirek inhibisyon; Nöronda AP oluştuktan sonra oluşan inhibisyondur Refrakter periyod, ard hiperpolarizasyon döneminde nöron indirekt olarak inhibe durumdadır

Presinaptik inhibisyon Bazen bir presinaptik AP henüz sinaptik aralığa ulaşamadan aksoaksonal sinaps tarafından söndürülür Klor iletkenliğinde artış K dışa akışında artma Ca’un hücreye girişi için gerekli potansiyele ulaşılamaz GABA’nın en çok kullandığı inhibisyon yolu

Negatif feed back inhibisyon Nöronlar kendi kendilerini de inhibe edebilirler Akson kollateralleri, ara nöronlarla sinaps yapar Bu ara nöronlar sinyalin çıktığı nöronu ve/veya başka nöronları inhibe ederler Renshaw hücreleri (nöronları)...

Renshaw hücre inhibisyonu

Membrane Receptor Classes Ligand- gated channel Receptor enzymes G-protein-coupled Integrin

Membrane Receptor Classes Figure 6-5: Four classes of membrane receptors

Figure 6-8: Biological signal transduction Transforms signal energy Protein kinase Second messenger Activate proteins Phosporylation Bind calcium Cell response Figure 6-8: Biological signal transduction

Figure 6-7: Signal amplification Small signal produces large cell response Amplification enzyme Cascade Figure 6-7: Signal amplification

Figure 6-10: Tyrosine kinase, an example of a receptor-enzyme Receptor Enzymes Transduction Activation cytoplasmic Side enzyme Example: Tyrosine kinase Figure 6-10: Tyrosine kinase, an example of a receptor-enzyme

G-Protein-coupled Receptors Hundreds of types Main signal transducers Activate enzymes Open ion channels Amplify: adenyl cyclase-cAMP Activates synthesis

G-Protein-coupled Receptors Figure 6-11: The G protein-coupled adenylyl cyclase-cAMP system

Transduction Reviewed Figure 6-14: Summary of signal transduction systems

Novel Signal Molecules Calcium: muscle contraction Channel opening Enzyme activation Vesicle excytosisNitric Oxide (NO) Paracrine: arterioles Activates cAMP Brain neurotransmitter Carbon monoxide (CO)

Novel Signal Molecules Figure 6-15: Calcium as an intracellular messenger