NEURONY (KOMÓRKI NERWOWE)

Neurony to komórki, które występują w układzie nerwowym i składają się z ciała komórki (perikarion, soma) oraz wypustek cytoplazmatycznych — dendrytów i aksonów. Za ich pomocą tworzą połączenia z innymi neuronami, bądź komórkami wykonawczymi — efektorowymi. Połączenie między komórkami nerwowymi to synapsa.

Neurony można podzielić:

1. ze względu na kierunek przekazywania sygnału:

• neurony czuciowe (aferentne, dośrodkowe) — biegnące od receptora do ośrodka; zazwyczaj jednobiegunowe, mające jedną dużą wypustkę; dzieli się ona na dwie gałęzie: jedna do ośrodkowego układu nerwowego, a druga do receptorów czuciowych

• neurony ruchowe (eferentne, odśrodkowe) — biegnące od ośrodka do efektora; posiadają duże ciało neuronu (w celu pokrywania potzreb metabolicznych dużych aksonów; mają duże dendryty

• neurony kojarzeniowe (pośredniczące) — występujące między innymi pomiędzy neuronami czuciowymi i ruchowymi

ze względu na kształt:

• wielobiegunowe — najpowszechniejsze; posiadają więcej niż jeden dendryt

• z długim aksonem — (przykład: neurony ruchowe rdzenia kręgowego)

• z krótkim aksonem (dendrytem) — (przykład: neurony kojarzeniowe w istocie szarej mózgu i rdzenia kręgowego)

• dwubiegunowe — posiadają jeden dendryt; wystepują w nabłonkach czuciowych (przykład: w siatkówce oka i błonie węchowej)

• pozornie jednobiegunowe — mają jedną wypusytkę, która rozgałęzia się w kształt litery T; pojedyncza wypustka to leżący obok siebie dendryt i neuryt (przykład: zwoje czuciowe nerwów czaszkowych i rdzeniowych)

• jednobiegunowe — (przykład: podwzgórze)

• ze względu na długość wypustek:

• Golgi I — długie aksony, na długie odległości

• Golgi II — krótkie wypustki, na małe odległośc

Ciało komórki

Jest to sferyczna, centralna część neuronu, której przekrój w typowym neuronie wynosi około 20 mikrometrów. Płyn wypełniający komórkę jest bogatą w potas zawiesiną oddzieloną od przestrzeni międzykomórkowej przez błonę komórkową. Wewnątrz ciała komórki znajduje się organelle — w większości te, które znajdują się we wszystkich komórkach zwierzęcych.

• tworzy je plazma otaczająca jądro komórki

• znajdują się w istocie szarej

• uczestniczy w odbieraniu i gromadzeniu impulsów nerwowych

• jego jądro jest okrągłe, duże i centralnie położone

• duża aktywność cytolazmy — szeroko rozbudowana siateczka śródplazmatyczna szorstka

• występuje tu tigroid (ciałka Nissla) — grudki substancji zasadochłonnej; obecność tigroidu jest jedną z przyczyn szarej barwy skupisk ciał komórek nerwowych — stąd noszą one nazwę istoty szarej; tigroid to specyficzna dla neuronów postać szorstkiej siateczki śródplazmatycznej, miejsce intensywnej syntezy białek (skupisko rybosomów i RNA).

• zawiera liczne mitochondria zaspokajające zapotrzebowanie neuronu na energię

• aparat Golgiego jest dobrze rozwinięty i bierze udział w procesach wydzielniczych

• zawiera neurofilamenty — o średnicy około 10 nm; białko neurofilamentów stanowi wewnętrzne rusztowanie utrzymujące kształt ciała komórki

Wypustki

Są to rurkowate twory odchodzące od ciała komórki nerwowej, umożliwiające komunikację jednego neuronu z innymi. Wyróżnia się dwa rodzaje wypustek nerwowych:dendryty (komórka może mieć ich wiele) i akson (może być tylko jeden).

• dendryty — są to rozgałęzione struktury, które przenoszą sygnały otrzymywane z innych neuronów przez synapsy do ciała komórki. Wypełnione są neurotubulami i neurofilamentami i otoczone błoną komórkową. W miarę rozgałęzianaia się zmniejsza się ich średnica. Posiadają wiele zgrubień — pączków dendrytycznych — synaps chemicznych. Dendryty mogą mieć albo wolne zakończenia w innych tkankach (receptory czuciowe) albo posiadają synapsy z innymi neuronami. Wzdłuż błony dendrytów przewodzone są impulsy nerwowe w kierunku ciała komórki (zawsze i tylko w tym kierunku).

• akson (neuryt) — przekazuje informacje z ciała komórki do kolejnych neuronów lub komórek efektorowych (przykład: do komórek mięśniowych bądź gruczołowych). Neuryt może być osłonięty osłonką włókien nerwowych. Jest z reguły dłuższy od dendrytów — może osiągać długość do 100 cm. W komórce występuje pojedynczo, choć może być rozgałęziony. Jego średnica na całej długości jest jednakowa i wynosi od 1 do 20 mikrometrów. Z tego powodu narażony jest na uszkodzenia mechaniczne. W celu usztywnienia jest on wypełniony licznymi mikrotubulami i neurofilamentami. Cały akson otoczony jest aksolemą (błona komórkową) i wypełniony aksoplazmą. Nie ma tutaj szorstkiej siateczki śródplazmatycznej i aparatu Golgiego, dlatego też syntezowane w ciele komórki białka, lipidy itp. są transportowane wzdłuż wypustek od ciała komórki ku zakończeniom (prędkość: od 1 mm do 20 cm na dobę). Rodzaje aksonów:

• niemielinowany — jest to akson, które nie posiada osłonki mielinowej. Opór błony niemielinowanej jest znacznie mniejszy niżmielinowanej, pojemność natomiast znacznie większa, co sprawia, że właściwości transmisyjne aksonu niemielinowanego są znacznie gorsze niż aksonu posiadającego osłonkę. W aksonach niemielinowanych szybkość przemieszczania się ładunków wzdłuż błony jest tym większa, im grubszy jest akson. Aksony niezmielinizowane przewodzą informację z termoreceptorów i receptorów bólowych

• mielinowany — jest to akson, które posiada osłonkę mielinową. Osłonki mielinowe stanowią izolację elektryczną aksonu, dzięki czemu zmniejszona jest „ucieczka” prądu z błony aksonu.

KOMÓRKI GLEJOWE (NEUROGLEJ)

obok komórek nerwowych stanowią drugi składnik tkanki nerwowej.

Mikroglej

• stanowi około 5-20% populacji komórek nieneuronalnych w mózgu

• to szczególny rodzaj makrofagów

• mają wiele mitochondriów, aparat Golgiego i liczne lizosomy

• występuje w warunkach normalnych w formie spoczynkowej

• w stanach chorobowych ulegają aktywacji, rozmnażają się i zwiększają swoja objętość

• główne funkcje fizjologiczne to monitorowanie mikrośrodowiska tkanki, usuwanie umierających neuronów i reakcje w wyniku stwierdzenia obecności obcego antygenu

• w formie nieaktywnej posiada liczne i długie rozgałęzienia części cytoplazmatycznej komórki

• aktywacja mikrogleju jaką wywołuje uszkodzenie tkanki związana jest ze wzrostem poziomu czynników o funkcji immunologicznej;

• w wyniku kontaktu z uszkodzonym neuronem lub degenerującym połączeniem neuronalnym mikroglej wykazuje zdolność do transformacji w fagocyta — makrofaga mającego za cel usunięcie pozostałości z miejsca uszkodzenia tkanki nerwowej.

Makroglej

• astrocyty

• największe komórki glejowe

• charakteryzują się nieregularnym kształtem

• posiadają wypustki rozgałęziające się we wszystkich kierunkach; wypustki zawierają filamenty pośrednie (glikofilamenty), zbudowane z kwaśnego fibrylarnego białka glejowego

• otaczają cały ośrodkowy układ nerwowy

• stanowią zrąb dla układu nerwowego

• biorą udział w tworzeniu bariery krew-mózg — otaczają naczynia krwionośne za pomocą wypustek zakończonych płaską płytką (stopką ssącą); płytka ta wywołuje zmiany w budowie śródbłonka naczyń krwionośnych (mózgowych), sprawiając, że jest on mało przepuszczalny (staje się barierą dyfuzyjną pomiędzy krwią i mózgiem)

• otaczają synapsy

• zabezpieczają przed wydostawaniem się neuroprzekaźników poza ich obręb

• uczestniczą w metabolizmie neuroprzekaźników (takich jak glutaminian, GABA, czy serotonina)

• tworzą tzw. blizny glejowe (w zniszczonych rejonach mózgu, jeżeli ubytek tkanki nie jest duży)

• występują dwa rodzaje:

• włókniste — występujące w istocie białej; mają długie wypustki i liczne wiązki glikofilamentów; mają względnie małe jądra, skąpą cytoplazmę

• protoplazmatyczne — najczęściej występujące w istocie szarej; posiadają cienkie i długie wypustki z pojedynczymi wiązkami glikofilamentów; mają duże pojedyncze jądra; regulują proliferację i różnicowanie komórek nerwowych

• oligodendrocyty

• komórki gleju formujące osłonki mielinowe w centralnym układzie nerwowym, co ma podstawowe znaczenie dla efektywności i szybkości przekazywania impulsów w szlakach nerwowych

• zawierają liczne mitochondria i mająrozbudowany aparat Golgiego

• mają mało elementów cytoszkieletu

• układają się wzdłuż włókien nerwowych

• ich liczne wypustki w wyniku kontaktu z aksonem zaczynają obwijać go swoją błoną komórkową w postaci spiralnych zwojów

• komórki prekursorowe dla oligodendrocytów pozostają rozsiane w centralnym układzie nerwowym stanowiąc pulę komórek uczestniczącą w odnawianiu puli dorosłych oligodendrocytów

• jeden oligodendrocyt wysyła kilka wypustek i mielinizuje kilka okolicznych aksonów
  

• komórki Schwanna (lemocyty)

• komórka glejowa obwodowego układu nerwowego

• powstaje przez owinięcie się protoplazmy komórki wokół włókien nerwowych

• tworzą osłonki nerwowe: osłonkę Schwanna i osłonkę mielinową

• cytoplazma komórki Schwanna wiąże aksony razem (ale nie pozwala im się dotykać)

• osłonka mielinowa powstaje tylko na włóknach, które wcześniej miały już osłonkę Schwanna — jest zbudowana z wielokrotnie okręconego wokół aksonu podwójnego fałdu błony komórkowej; osłonka ta spełnia funkcję ochronną dla aksonu, ale przede wszystkim zwiększa tempo przewodzenia impulsów nerwowych (dzięki przewężeniom Ranviera)
  

BUDOWA BŁONY KOMÓRKOWEJ

Błona otaczająca cytoplazmę i oddzielająca wnętrze komórki od środowiska zewnętrznego nosi nazwę błony komórkowej, błony plazmatycznej lub plazmolemmy. Błony śródplazmatyczne otaczają organelle i dzielą cytoplazmę na poszczególne przedziały, w których mogą toczyć się odmienne procesy metaboliczne.

Składnikami błon biologicznych są odpowiednio:

1. lipidy

2. białka

3. glikoproteiny

4. woda

LIPIDY

Lipidy błonowe zalicza się do kilku klas: fosfolipidy, tłuszcze obojętne (trójglicerydy), cholesterol i jego estry oraz glikolipidy.
Podstawową strukturą błony jest podwójna warstwa fosfolipidowa.
Lipidy są związkami amfipatycznymi, tj. cząsteczkami asymetrycznymi strukturalnie z jednym końcem silnie polarnym, hydrofilnym, drugim niepolarnym, hydrofobowym zbudowanym z węglowodorów.

• koniec hydrofilny (główka) - skierowany na zewnątrz - fosforan

• koniec hydrofobowy (ogon) - skierowany do środka - dwa łańcuchy kwasu tłuszczowego
  

Zdolność fosfolipidów do tworzenia błon jest związana z ich amfipatycznym charakterem. Fosfolipidy rozprzestrzeniają się na powierzchni wody, tworząc pojedynczą warstwę cząsteczek fosfolipidowych, z hydrofobowymi „ogonami" skierowanymi ku górze, i hydrofilowymi „głowami" kontaktują­cymi się z wodą. Dwie takie jednocząsteczkowe warstwy mogą łączyć się na zasadzie „ogon z ogonem", tworząc dwuwarstwę fosfolipidową. Taka orientacja jest najbardziej korzystna pod względem energetycznym, gdyż pozwala na swobodny kontakt hydrofilowych głów z wodą, podczas gdy hydrofobowe łańcuchy kwasów tłuszczowych unikają kontaktu z wodą, gromadząc się w środku układu. Dodatkowo cząsteczki fosfolipidów mają w przybliżeniu jednakową szerokość, co również sprzyja układaniu się ich w podwójne warstwy cylindrycznych struktur.

Stabilizację błony komórkowej zapewniają cząsteczki cholesterolu, których pierścień sterolowy oddziaływuje na łańcuchy acylowe fosfolipidów i wpływa na płynność błony komórkowej.

Cząsteczki fosfolipidów znajdują się w stałym ruchu, wykazując ruchy obrotowe w osi prostopadłej do powierzchni błony, ruchy boczne w płaszczyźnie błony (dyfuzja boczna) i ruchy z jednej warstwy fosfolipidowej do drugiej ("flip-flop").

BIAŁKA

Według modelu mozaikowego budowy błony komórkowej białka błony są zanurzone w podwójnej, płynnej warstwie lipidowej.

Przyjmuje się istnienie dwu typów białek globularnych: powierzchniowych i integralnych.

• Białka powierzchniowe - znajdują się na powierzchni zewnętrznej lub wewnętrznej błony

• posiadają ładunki elektryczne, mają charakter hydrofilowy, pełniąc funkcje podporowe

• są przyczepione do błony przez reszty glikozylo-fosfatydyloinozytylowe, dają sie łatwo usunąć z błony

• białka powierzchniowe, związane z wewnętrzną stroną błony, stanowią część szkieletu komórki

• białka powierzchniowe, związane z zewnętrzną stroną błony, są składnikami glikokaliksu (struktury składającej się z glikolipidów i glikoprotein pokrywającej błonę komórkową, który spełnia istotną rolę - może wiązać różne jony, np. jon wapnia i uczestniczy w reakcjach obronnych organizmu).

• Białka integralne -związane są z hydrofobową środkową warstwą błony

• pozbawione są ładunków, mają charakter hydrofobowy, wnikają na różne głębokości błony, przechodząc niekiedy całą jej grubość

• są ściśle związane z wnętrzem hydrofobowym błony i dają się usunąć tylko środkami drastycznymi, np. detergentami

Cząsteczki białka błon komórkowych mogą mieć charakter strukturalny (białka podporowe), lub działać jako:

• pompy aktywnie transportujące jony przez błonę lub jako nośniki przenoszące różne substancje zgodnie z gradientem stężeń (elektrochemicznym)

• kanały jonowe, ułatwiające transport jonów wody poprzez błonę

• enzymy katalizujące reakcje zachodzące w błonie

• receptory wiążące różne hormony, ich pobudzenie wywołuje reakcję komórki

• glikoproteiny biorące udział w wytwarzaniu przeciwciał

Białka, podobnie jak fosfolipidy, wykazują ruchy , nadające błonie plazmatycznej cechy płynnej mozaiki. Płynność mozaiki jest ściśle związana z asymetrią, zarówno strukturalną, jak i funkcjonalną błony.

Ważnym elementem składowym błony są cząsteczki węglowodanów w postaci glikoprotein i glikolipidów.
Zwykle cząsteczki te wysterczają na zewnątrz błony, stanowiąc element receptorowy lub antygenowy błony.


FUNKCJE BŁONY KOMÓRKOWEJ

• oddziela wnętrze komórki od otaczającego środowiska

• stanowi barierę selektywną dla różnych substancji polarnych - hydrofilowych, a umożliwia swobodne przenikanie substancji apolarnych - hydrofobowych

• stanowi barierę o wysokiej oporności elektrycznej, utrzymując różnicę potencjału elektrycznego pomiędzy stroną zewnętrzną (dodatnią) a wewnętrzną (ujemną)

• umożliwia transport błonowy na drodze dyfuzji i poprzez odpowiednie kanały lub nośniki (transportery)

• oddziałuje na zmiany fizykochemiczne środowiska za pośrednictwem swoistych receptorów

• reaguje na bodźce impulsami (komórki pobudliwe) i przewodzi te impulsy do innych okolic komórki lub przekazuje na sąsiednie komórki

• uczestniczy w połączeniach międzykomórkowych (desmosomy, połączenia szczelinowe)

• uwalnia do bezpośredniego otoczenia substancje, które wpływają ochronnie na komórkę (cytoprotekcja) - np. PG uwalniane z kwasu arachidonowego pod wpływem COX

PRZEPUSZCZALNOŚĆ BŁONY KOMÓRKOWEJ

1. Substancje rozpuszczalne w tłuszczach dyfundują przez podwójną warstwę lipidów błony komórkowej. Przepuszczalność dla tych substancji jest proporcjonalna do ich rozpuszczalności w tłuszczach

2. Substancje rozpuszczalne w wodzie dyfundują przez kanały wodne utworzone z białek przedbłonowych. Przepuszczalność dla tych substancji jest zależna od ich wielkości, kształtu cząsteczek oraz ładunku elektrycznego, jak również od ilości kanałów, przez które mogą dyfundować

Ponieważ przez błonę mogą przenikać także substancje nierozpuszczalne w tłuszczach, jak woda lub elektrolity, przyjęto, że w błonie istnieją kanały (pory), przez które odbywa się transport tych substancji przez warstwę dwulipidową błony.

Przepuszczalność błony komórkowej dla danej substancji zależy od rozmiaru i ładunku jej cząsteczek. Błona jest przepuszczalna, gdy cząsteczki swobodnie przez nią przenikają, i odwrotnie - jest nieprzepuszczalna, gdy cząsteczki nie są w stanie się przez nią przedostać. Błona selektywnie przepuszczalna (półprzepuszczalna) przepuszcza tylko niektóre rodzaje cząsteczek, podczas gdy inne zatrzymuje.

Niektóre cząsteczki przenikają przez podwójną warstwę lipidową dość łatwo (szczeliną powstałą na skutek odchylenia się łańcucha kwasu tłuszczowego) np. cząsteczki wody, tlen, dwutlenek węgla, azot, małe cząsteczki polarne (np.glicerol) i niektóre większe cząsteczki niepolarne (np. węglowodory). Cząsteczki większe, np. glukoza i jony różnej wielkości nie przedostają się przez podwójną warstwę lipidową z powodu zbyt dużych rozmiarów lub na skutek odpychania przez naładowaną powierzchniową warstwę błony.

Półprzepuszczalność błony wiąże się z występowaniem w błonach specyficznych białek transportujących zwanych nośnikami (dotyczy to wszystkich błon plazmatycznych - otaczających i budujących różne struktury). Błony są selektywnie przepuszczalne dla różnych rodzajów cząsteczek. Zestaw białek transportujących zawarty w błonie komórkowej czy w błonie organelli we­wnątrzkomórkowych ściśle określa, jakie substancje mogą wejść do ko­mórki lub organelli oraz z nich wyjść. Aby nadać impuls i zapewnić poprawny, złożony ruch drobnych cząsteczek, zarówno wchodzących do komórki, jak i z niej wychodzących oraz przemieszcza­nych pomiędzy cytozolem a różnymi organellami komórki, każda błona w komórce zawiera charakterystyczny dla siebie zestaw przenośników. Tak więc w błonie komórkowej znajdują się przenośniki importujące sub­stancje odżywcze, takie jak cukry, aminokwasy i nukleotydy; w wewnętrz­nej błonie mitochondrialnej znajdują się przenośniki do importu pirogronianu (w komórkach roślinnych także: jabłczanu i szczawiooctanu) i ADP oraz eksportu ATP itd. W odpowiedzi na zmianę warunków środowiska lub na aktualne zapotrzebowanie komórki błona komórkowa może stawać się barierą nie do przebycia dla cząstek danej substancji, w innych natomiast okolicznościach może je aktywnie transportować.

TRNASPORT BIERNY PRZEZ BŁONĘ KOMÓRKOWĄ

Transport bierny zachodzi zgodnie z różnicą (gradientem) stężeń, dlatego nie wymaga wydatków energetycznych. Do mechanizmów transportu biernego zaliczamy dyfuzję prostą, osmozę i tzw. dyfuzję ułatwioną (wspomaganą).

1. Dyfuzja prosta

Dyfuzja prosta jest procesem, który polega na samorzutnym transporcie cząsteczek mającym na celu wyrównanie stężeń.
W obrębie komórki dyfuzja prosta prowadzi do wyrównania stężeń po obu stronach błony biologicznej.
W mechanizmie tym przemieszczane są przez błonę substancje o niewielkich wymiarach cząstek i ładunku obojętnym (np. gazy - CO2,O2 ), a także substancje rozpuszczalne w tłuszczach np. kwasy tłuszczowe, etanol i hormony sterydowe.
Zgodnie z mechanizmem dyfuzji cząsteczki substancji rozpuszczonej (jeżeli błona komórkowa jest dla niej przepuszczalna) przemieszczają się do roztworu o mniejszym stężeniu (roztwór hipotoniczny).

• każda z cząsteczek porusza się w sposób niemożliwy do przewidzenia, chociaż prawdopodobieństwo ruchu z obszarów o wyższym stężeniu do obszarów o niższym stężeniu jest większe niż w kierunku przeciwnym

• efektywny ruch cząsteczek ustaje po wyrównaniu się ich stężenia w roztworze (równowaga dyfuzyjna)

• po osiągnięciu stanu równowagi, bezładny ruch cząsteczek trwa nadal, ale ich stężenie w roztworze się nie zmienia


Zgodnie z regułą Ficka szybkość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do różnicy stężeń pomiędzy dwoma przedziałami, a odwrotnie proporcjonalna do masy cząsteczek.
Wartość dyfuzji netto z jednego przedziału do drugiego zależy od czynników:

1. temperatury - im wyższa, tym większa szybkość ruchu cząsteczek

2. masy cząsteczkowej - cząstki o większej masie wolniej dyfundują

3. powierzchni przekroju poprzecznego, przez który przebiega dyfuzja

4. środowiska - w śr. gazowym cząstki dyfundują szybciej niż w wodnym

Wiele procesów w żywym organizmie zachodzi na zasadzie dyfuzji. Wymiana gazowa w płucach (O₂ i CO₂) pomiędzy powietrzem wypełniającym pęcherzyki płucne a krwią przepływającą przez naczynia włosowate pęcherzyków zachodzi niemal wyłącznie na drodze dyfuzji.
Dyfuzja warunkuje też wymianę gazową pomiędzy krwią przepływającą przez naczynia włosowate tkanek a płynem tkankowym oraz pomiędzy tym płynem a komórkami i pomiędzy cytoplazmą a organellami.

2. Dyfuzja ułatwiona (wspomagana)

Polega na transporcie za pomocą nośników. Proces ten umożliwia przechodzenie przez błonę cząstek, które ze względu na wielkość nie mogą przechodzić przez kanały błonowe na drodze dyfuzji prostej (np. wiele jonów czy substancji odżywczych).
Za pomocą dyfuzji ułatwionej odbywa sie transport glukozy przez błonę krwinek czerwonych i mięśni szkieletowych oraz do tkanki tłuszczowej (w obecności insuliny)

W wypadku dyfuzji ułatwionej cząsteczki przemieszczają się zgodnie z gradientem stężeń, bez konieczności nakładu energii z zewnątrz.


• Białka nośnikowe podlegają powtarzalnym, samoistnym zmianom strukturalnym, podczas których miejsca wiążące przenoszoną substancję są odsłaniane na przemian po stronie ICF (płyn wewnątrzkomórkowy) i ECF (płyn zewnątrzkomórkowy)

• prawdopodobieństwo związania cząsteczek substancji przenoszonej jest większe po tej stronie błony komórkowej, po której substancja występuje w większym stężeniu. Natomiast prawdopodobieństwo odłączenia jest większe po tej stronie błony, po której stężenie substancji przenoszonej jest mniejsze

3. Osmoza

Jest to bierny przepływ wody przez błonę półprzepuszczalną zgodny z gradientem ciśnienia osmotycznego.

Gradient ciśnienia osmotycznego powstaje wówczas, gdy istnieje różnica stężeń substancji w roztworze przedzielonym błoną półprzepuszczalną.

1. ciśnienie osmotyczne jest cechą roztworu, co oznacza, że zależy od ilości cząsteczek rozpuszczonych w roztworze. Tak więc to różnica stężeń osmotycznych odzwierciedla różnicę stężenia cząsteczek

2. W kontekście osmozy roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, tego w którym przybywa nazywa się hipertonicznym. Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej, mówi się że są wzajemnie izotoniczne względem siebie.

KLASYFIKACJA KANAŁÓW JONOWYCH

Kanały jonowe - wyspecjalizowane białka, których struktura umożliwia przepływ jonów w poprzek błony komórkowej. Przepływ jonów jest regulowany przez zmiany konformacji łańcuchów białka kanałowego.
Kanał jonowy - stany funkcjonalne:

1. otwarty - przepuszczalny dla jonów

2. zamknięty - nieprzepuszczalny dla jonów

Na każdy z tych stanów może wpływać jeden lub więcej stanów konformacji łańcuchów białkowych Np. aksonalny kanał sodowy ma 2 elementy wpływające na jego przepuszczalność dla jonów sodu: bramkę aktywującą i bramkę inaktywującą.

• Bramki te są fragmentami łańcucha białka kanałowego, które mogą zmieniać swoją konformację pod wpływem bodźców oddziaływanych na kanał.

• Zamknięcie obydwu lub jednej z bramek - jony nie mogą przepływać przez kanał, jest zamknięty.

• Kanał umożliwia przepływ jonów tylko wtedy, gdy obydwie bramki są otwarte!

Cechy dla każdego kanału jonowego:

• selektywność

• kanały jonowe są selektywne, bo przez otwarty kanał mogą przepływać tylko ściśle określone jony, charakterystyczne dla danego kanału

• kanał sodowy przepuszcza tylko jony sodowe, potasowy jony potasowe etc.

• ma to podstawowe znaczenie dla prawidłowego przekazu zmian potencjału elektrycznego wzdłuż błony komórkowej

• czynnik, który powoduje zmiany konformacyjne w obrębie łańcucha białkowego -> wywołuje otwarcie lub zamknięcie kanału

• stosując kryterium tego czynnika, kanały jonowe dzielimy na:

• mechaniczne

• ligandozależne

• zaeżne od temperatury

• potencjałozależne

• Mechaniczne kanały jonowe

• zmiana konformacyjna związana często z mechanicznym odkształceniem łańcuchów białkowych

• odkształcenie błony komórkowej, która jest silnie chemicznie związana z białkiem kanałowym powoduje fizyczne przesunięcie elementów łańcucha białkowego

• np. kanały jonowe w kom. rzęskowatych ucha wewn., w mięśniowych receptorach na rozciąganie

• Ligandozależne kanały jonowe

• zbudowane z białek allosterycznych, w których zmiana konformacji jest po przyłączeniu liganda do miejsca receptorowego

• na stan ligandozależnych kanałów jonowych mogą wpływać substancje pochodzenia wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowego

• kanały zależne od ligandów zewnątrzkomórkowych związane są z mechanizmem przenoszenia informacji między komórkami, na niewielkie (neuroprzekaźniki) i znaczne (hormony) odległości i z procesami recepcji (ból, smak itp.)

• kanały otwierające się po przyłączeniu cyklicznych nukleotydów należą do wyodrębnionej grupy kanałów bramkowanych cyklicznymi nukleotydami

• zmiana strukturalna przez aktywację białka G i odpowiednich enzymów prowadzi do syntezy przekaźników drugiego stopnia (cGMP, cAMP, IP₃), przekaźniki te mogą mieć charakter ligandów wewnątrzkomórkowych dla kanałów jonowych i wpływać na nie bezpośrednio

• często przekaźniki II stopnia nie wpływają na białka kanałów jonowych bezpośrednio, lecz pośrednio przez kinazy biakowe.

• kinazą zależną od cAMP - kinaza A (PKA)

• kinaza aktywowana przy powstawaniu IP₃- kinaza C (PKC)

• w wyniku aktywacji kinaz dochodzi do fosforylacji białek kanałowych ==> zmiany konformacyjne, które prowadzą do zamknięcia lub otwarcia kanału

• kanały, których stan otwarcia jest modulowany przez fosforylację

• funkcjonalnie ich stan zależny jest od pojawienia się liganda zewnątrzkomórkowego, ale jego wpływ na konformcję białka kanałowego jest pośredni

• kanały wyciekowe są specjalnym typem ligandozależnych kanałów jonowych.

• Kanały te mogą pozostać otwarte nawet, gdy na komórkę nie działają żadne bodźce.

• Zwiększają one przepuszczalność błony dla niektórych jonów nieorganicznych (np. potasu, sodu).

• Kanały te odgrywają istotną rolę w regulacji wartości potencjału spoczynkowego błony komórkowej.

• Kanały jonowe zależne od temperatury

• reagują zmianą konformacji na zmiany temperatury.

• Dzielą się na

1. kanały reagujące na fizjologicznie wysokie temperatury (>33°C)

2. kanały reagujący na fizjoloficznie niskie temperatury (<33°C)

• Potencjałozależne kanały (napięciozależne)

• czynnikiem wpływającym na konformację łańcucha białkowego jest potencjał elektryczny błony komórkowej, wynikający z rozkładu ładunków elektrycznych po obydwu stronach błony.

• w komórkach znajdujących się w stanie spoczynku ładunek wewnętrzny jest ujemny w stosunku do ładunku środowiska zewnętrznego

• zmiana wartości ładunku wewnętrznego wpływa na stan kanałów potencjałozależnych.

• mechanizm zmiany konformacji białka kanałowego jest związany w występowaniem tzw. czujnika potencjału

• Czujnik potencjału jest fragmentem transmembranowego łańcucha białkowego, składającym się z aminokwasów o jednoimiennym ładunku.

• Zmiana potencjału błony komórkowej powoduje zmianę położenia czujnika potencjału, która z kolei wpływa na konformację pozostałych części łańcucha białkowego.

• Obecność tych kanałów umożliwia powstawanie potencjałów czynnościowych i przewodzenie informacji wzdłuż błony komórkowej na znaczne odległości.

• przepływ jonów związany z otwieraniem się kanałów jonowych odbywa się na zasadzie transportu biernego

TRANSPORT AKTYWNY PRZEZ BŁONĘ KOMÓRKOWĄ

• Transport aktywny zachodzi wbrew gradientowi stężeń.

• taki transport błonowy przeciwko gradientowi elektrochemicznemu posiada wszystkie cechy transportu z udziałem nośników, wykazuje więc stereospecyficzność, nasycenie i współzawodnictwo, jest to proces wymagający nakładów energetycznych

• ilość energii zużywanej do takiego transportu jest zależna od stopnia zagęszczenia przenoszonej substancji po drugiej stronie błony

• Biorą w nim udział tzw. pompy jonowe. Pompy to struktury tworzone przez kompleksy białkowe. Przenoszą substancje (jony, glukoza, aminokwasy) dzięki energii pochodzącej z hydrolizy ATP

• Do takich pomp należy pompa sodowo-potasowa. Jest to enzym, który uczestniczy w aktywnym transporcie jonów potasu i sodu.

• transport aktywny może być pierwotny i dotyczy jednego typu substancji, lub może być to transport aktywny wtórny, gdy transport aktywny jednej substancji stwarza niezbędny gradient chemiczny do transportu drugiej substancji

• Wyróżnia się 3 rodzaje transportu aktywnego pierwotnego:

• Uniport to transport jednej cząsteczki,

• symport polega na transporcie dwóch cząsteczek w tym samym kierunku

• antyport to transport dwóch cząsteczek w przeciwnych kierunkach. Przykładem antyportu jest właśnie pompa sodowo-potasowa.
  Innym przykładem pompy jest pompa protonowa. Jest to białko integralne, dzięki któremu zachodzi transport jonów wodorowych H+ przez błony biologiczne.

MECHANIZM DZIAŁANIA POMPY SODOWO - POTASOWEJ

• wpływa na transport kationów sodu i potasu.

• transportuje jony sodowe z wnętrza komórki na zewnątrz z jednoczesnym transportem jonów potasowych do wnętrza komórki.

• w czasie jednego cyklu 2 jony K⁺ wchodzą do komórki a 3 jony Na⁺ wychodzą z komórki

• działanie pompy sodowo-potasowej wpływa na 3 aspekty fizjologii:

• w wyniku aktywności pompy skład chemiczny cytoplazmy zmienia się - spada stężenie jonów sodowych, wzrost potasowych; powstaje gradient stężeń tych jonów między wnętrzem i śr. zewn.

• przy każdym cyklu dwa ładunki dodatnie (potas) są transportowane do wnętrza, a trzy ujemne (sód) są transportowane na zewnątrz ==> powoduje to utratę jednego ładunku dodatniego z komórki ==> zwiększenie ujemnego ładunku wnętrza komórki!!!

• ma pośredni udział w regulacji bilansu wodnego

• intensywność pracy pompy może być modulowana przez zmieniające się gradienty stężeń jonów, ale transport jonów odbywa się przez cały czas życia komórki

• Enzymy transportujące jony Na+ i K+ przez błonę komórkową przeciw gradientowi stężeń czerpie energię z hydrolizy ATP do ADP

• zapewnia wysokie wewnątrzkomórkowe stężenie K⁺, i niskie stężenie Na⁺ w stosunku do tych stężeń zewnątrzkomórkowych

• Optymalna praca pompy sodowo-potasowej wymaga:

• Stałego dopływu do komórek tlenu i substancji energetycznych (glukozy)

• Stałej resyntezy ATP z ADP i fosforanu w procesie oddychania komórkowego

• Stałego odprowadzenia z komórek ostatecznego produktu rozpadu substancji energetycznych - dwutlenku węgla

• Odpowiedniego stosunku kationów Na⁺ do K⁺ w płynie zewnątrzkomórkowym

• Odpowiedniej temperatury dla procesów enzymatycznych wewnątrzkomórkowych 37°

POTENCJAŁ RÓWNOWAGI

• Jeśli po dwu stronach przegrody przepuszczalnej dla jonów wytworzyć różnicę stężeń tych jonów, to na skutek dyfuzji będą one przechodziły z przedziału o stężeniu wyższym do przedziału o stężeniu niższym.

• Przepływ jonów pomiędzy przedziałami można zatrzymać wytwarzając pomiędzy nimi odpowiednią różnicę potencjałów.

• Pole elektryczne będzie powodowało ruch jonów (migrację) w stronę przeciwną do kierunku ich ruchu związanego z dyfuzją.

• W ten sposób może dojść do równowagi pomiędzy strumieniem dyfuzyjnym i migracyjnym.

• Tym samym całkowity strumień przez przegrodę będzie równy zero i stężenia jonów w obu przedziałach przestaną się zmieniać.

• Wartość różnicy potencjałów przy której dochodzi do takiej równowagi nazywamy potencjałem równowagi (Nernsta).

V=RT/zF In Ko/Ki

V-potencjał, przy którym siła chemiczna jest równoważona przez siłę elektrostatyczną
R-stała gazowa
T- temperatura absolutna

F- stała Faradaya

Ko i Ki - zewnątrz - i wewnątrzkomórkowe stężenie jonów potasowych

RÓWNANIE GOLDMANA

• równanie pozwalające obliczyć potencjał spoczynkowy błony komórkowej uwzględniając wszystkie rodzaje jonów biorących udział w procesie.

• Dla układu jonów Na⁺, K⁺ i Cl⁻ przybiera ono postać:
  
  
  

R - stała gazowa
T - temperatura bezwzględna
F - stała Faradaya
[C]z i [C]w - stężenie jonu C na zewnątrz (z) i wewnątrz (w) komórki
Px - względna przepuszczalność dla jonu x

POTENCJAŁ SPOCZYNKOWY KOMÓRKI NERWOWEJ

• Powierzchnia neuronu w stanie spoczynku jest izopotencjalna - nie wykazuje żadnych różnic potencjału pomiędzy dwoma dowolnymi punktami tej powierzchni.

• potencjał spoczynkowy błony komórkowej ma wartość ujemną i jest wynikiem różnicy w liczbie ładunków elektrycznych między wnętrzem komórki a jej środowiskiem zewnętrznym

• W czasie spoczynku można wykazać różnicę potencjału rzędu -60 do -90 mV

• ta różnica potencjału zwana potencjałem spoczynkowym jest spowodowana czterema głównymi składnikami:

1. różnicą stężeń jonowych, głównie Na⁺ i K⁺ po obu stronach błony

2. dyfuzją tych jonów przez błonę zgodnie z ich gradientem stężeń (potencjał dyfuzyjny)

3. selektywną przepuszczalnością błony względem tych jonów

4. obecnością metabolicznej błony względem tych jonów

• w różnych komórkach bezwzględna wartość potencjału spoczynkowego może być różna

• w neuronach i komórkach mięśniowych wartość ta zawiera między -40 a -90mV

• W m. szkieletowych - 90 mV

• W m. roboczym serca - 85 mV

• W neuronie - 70 mV

• W m. gładkich - 50 mV

• w stanie spoczynku błona komórkowa jest więc spolaryzowana, z biegunem ujemnym po cytoplazmatycznej stronie błony i biegunem dodatnim po zewnętrznej stronie bł. kom.

• pod wpływem czynników wpływających na stan kanałów jonowych i wielkości prądów jonowych polaryzacja może się zwiększać (hiperpolaryzacja) lub zmniejszać (depolaryzacja)

• Kanały jonowe zbudowane są z białek będących składowymi błony kom a ich wzajemny układ przestrzenny decyduje o otwartości

• Od czego zależy potencjał spoczynkowy

• oporu naczyń

• funkcji serca

• działania układu nerwowego

• regulacja wartości potencjału na danym poziomie jest utrzymywana dzięki występowaniu w błonie kanałów wyciekowych i umożliwia precyzyjny przekaz jak i decyduje o wrażliwości komórki

• źródłem energii potencjału spoczynkowego jest konstytutywna aktywność pomp jonowych, a zwłaszcza pompy sodowo-potasowej

• energia zgromadzona w postaci potencjału spoczynkowego błony jest źródłem wzmocnienia odpowiedzi komórki na bodźce powodujące otwieranie kanałów jonowych

• Elementy genezy potencjału spoczynkowego

• obecność dużych anionów organicznych we wnętrzu komórki

• gradient stężeń jonów w poprzek błony komórkowej, a zwłaszcza gradient stężenia jonów potasowych

• elektrogenne działanie pompy sodowo-potasowej

POTENCJAŁ LOKALNY

• powstaje w części błony, w której znajdują się kanały otwarte przez działający na komórkę bodziec, i jest przewodzony we wszystkich kierunkach pod błoną komórkową jako cytoplazmatyczny prąd jonowy

• ma charakter depolaryzacji lub hiperpolaryzacji w zależności od tego, który kanał się otwiera pod wpływem bodźca

• postsynaptyczny potencjał hamujący - może powstawać w wyniku otwarcia kanałów jonowych selektywnych dla jonów chlorkowych; ujemnie naładowane jony wpływają do wnętrza komórki, powodując hiperpolaryzację błony

• postsynaptyczny potencjał pobudzający - powstaje w wyniku otwarcia kanałów sodowo-potasowych; ich otwarcie powoduje powstanie gwałtownego dokomórkowego prądu sodowego, którego rezultatem jest depolaryzacja błony

• amplituda potencjału lokalnego zależy od liczby otwartych kanałów jonowych; prawdopodobieństwo otwarcia kanałów rośnie wraz ze wzrastającą siłą bodźca

• im silniejszy bodziec, tym więcej kanałów jonowych zostanie otwartych i tym większa będzie amplituda

• parametr zawierający informację o sile bodźca - amplituda potencjału

• zaleta: bezpośrednie odzwierciedlenie siły bodźca

• wada: utrata jakości informacji wraz z rozchodzeniem się sygnału

• potencjał lokalny może rozchodzić się bez utraty informacji na niewielkie odległości

Potencjał lokalny (bierny)	Potencjał czynnościowy
Powstaje zwykle w dendrytach lub ciele komórki w wyniku otwarcia kanałów jonowych mechanicznych lub ligandozależnych	Powstaje zwykle w aksonie w wyniku otwarcia potencjałozależnych kanałów jonowych
Stopniowana amplituda	Amplituda generowana zgodnie z zasadą „wszystko albo nic”
Ma postać depolaryzacji lub hyperpolaryzacji	Związany z sekwencją zmian polaryzacji błony, z dominacją depolaryzacji
Rozchodzi się z dekrementem	Samoregenerujący, propagowany bez dekrementu
Informacja kodowana w amplitudzie (analogowo)	Informacja kodowana w częstotliwości (cyfrowo)
Amplituda podlega procesom sumowania	Procesy sumowania amplitudy niemożliwe

POTENCJAŁ CZYNNOŚCIOWY

• Geneza - bodziec działając na błonę zmienia jej właściwości co wywołuje pot czynnościowy. Do wnętrza neuronu napływają jony sodu co powoduje wyrównanie ładunków elektrycznych pomiędzy wew a zew. Zjawisko depolaryzacji błony kom impulsem nerwowym szerzy się falą depolaryzacji od miejsca zadziałania bodźca na błonę aż do zakończeń neuronu.

• Występuje tylko w kom pobudliwych (mm, nn)

• Polega na zmianie potencjału, pojawiające się po przekroczeniu wartości progowej (-65 w mięśniach, - 55 w neuronach)

• Jest to szybka depolaryzacja o dużej amplitudzie

• Może mieć krótki albo długi czas trwania

• Szerzy się samoistnie

• Potencjał w miejscach, w których się rozpoczyna, poprzedza skurcz
  

• Powstawanie na błonie komórkowej neuronu potencjału czynnościowego jest uwarunkowane obecnością w błonie specyficznych typów kanałów jonowych. Błona aksonu charakteryzuje się głównie liczną obecnością kanałów sodowych i potasowych

• aksonalne potencjałozależne kanały sodowe mają dwie bramki: aktywacyjną i inaktywacyjną; gdy komórka jest w stanie potencjału spoczynkowego, bramka aktywacyjna - zamknięta, a inaktywacyjna - otwarta (kanał sodowy zamknięty i nieprzepuszczalny dla jonów sodowych)

• zmiana potencjału błony w kierunku depolaryzacji powoduje uruchomienie 2 procesów:

1. szybkiego otwierania się bramki aktywacyjnej

2. powolnego zamykania się bramki inaktywacyjnej

• aksonalne potencjałozależne kanały potasowe mają tylko jedną bramkę, która przy potencjale spoczynkowym jest zamknięta. Otwiera sie pod wypływem depolaryzacji - przepływ jonów potasu

• Cykl Hodkina (dodatnie sprzężenie zwrotne)

• Jeżeli prąd sodowy będzie miał chociaż minimalnie większe natężenie niż prąd potasowy, to obserwuje się zwiększającą się depolaryzację błony, związaną ze zwiększeniem liczby kationów po wewnątrzkomórkowej stronie błony komórkowej

• Ta rosnąca depolaryzacja jest elementem dodatniego sprzężenia zwrotnego, które powoduje gwałtowną depolaryzację błony komórkowej

• im większa depolaryzacja tym większe prawdopodobieństwo otwierania się kolejnych kanałów sodowych, a tym samym większy dokomórkowy prąd sodowy, który zwiększa depolaryzację błony i powoduje dalsze zwiększanie się prawdopodobieństwa otwarcia kolejnych kanałów sodowych

• Jest to sprzężenie zwrotne dodatnie, pojawiające się w początkowej fazie potencjału czynnościowego

• elementem kontrolnym jest bramka inaktywacyjna, gdyż ten cykl trwa tylko do momentu zamknięcia bramki inaktywacyjnej kanału sodowego




• Potencjał czynnościowy powstanie tylko wtedy gdy zostanie otwarta taka liczba kanałów sodowych, która jest wystarczająca do uruchomienia dodatniego sprzężenia zwrotnego powodującego gwałtowną depolaryzację błony komórkowej.

• najmniejszy bodziec wystarczający do wywołania potencjału czynnościowego - bodziec progowy, który powoduje powstanie depolaryzacji progowej, która powoduje otwarcie minimalnej liczby kanałów sodowych wystarczającej do zainicjowanie sprzężenia zwrotnego dodatniego

FAZY:

1. Przekroczenie pot progowego

2. Gwałtowna faza depolaryzacji(faza schodząca) - depolaryzacja błony kom spowodowana otwarem się kanałów i wędrówką Na+ do wnętrza komórek, co prowadzi do utraty ujemnego potencjału spoczynkowego a nawet do odwrócenia (uzyskania wartości dodatnich - nadstrzał +35)

3. Faza repolaryzacji - powrót do wartości potencjału spoczynkowego spowodowany wypływem jonów K+ z kom na zewnątrz

4. Potencjały następcze:

1. Hiperpolaryzacyjny pot następczy (bardziej ujemny niż spoczynkowy

2. Depolaryzacyjny (bardziej dodatni niż spoczynkowy)

CECHY POTENCJAŁU CZYNNOŚCIOWEGO KOMÓRKI NERWOWEJ

Potencjał czynnościowy charakteryzuje się kilkoma cechami:

1) Powstaje wg. zasady „wszystko albo nic”. Która oznacza, że powstanie on zawsze, gdy bodziec osiągnie co najmniej wartość progową, przy czym jego wartość (amplituda) nie zależy od siły bodźca. Siła jest kodowana częstotliwością wyładowań w jednostce czasu. We włóknach nie ma strat w przewodzeniu.

Ściśle wg tej zasady działają tylko aksony.

Pozostałe części neuronów i komórek receptorowych nie działają wg tej zasady. Powstają w nich tzw. potencjały stopniowe, których amplituda stopniu wzrasta wraz ze wzrostem siły działania bodźca.

2) Jest niewygasający.

3) Rozprzestrzenia się, przy czym przemieszcza się od miejsca powstania zawsze w kierunku zakończenia aksonu.

REFRAKCJA WZGLĘDNA I BEZWZGLĘDNA

Refrakcja bezwzględna (absolutna) - stan następujący bezpośrednio po przejściu impulsu nerwowego , odcinek włókna jest niepobudliwy, tzn. nie może w nim powstać potencjał czynnościowy (w warunkach doświadczalnych włókno nie reaguje na drażnienie prądem).

Jej mechanizm jest związany z zamykaniem bramek inaktywacyjnych kanałów sodowych na szczycie potencjału czynnościowego.
Czynnikiem, który powoduje zamknięcie się bramki inaktywacyjnej jest depolaryzacja i dopiero po powrocie potencjału błony do wartości zbliżonej do spoczynkowej, bramki inaktywacyjne zaczynają powracać do stanu spoczynkowego (otwartego)


Refrakcja względna - następuje po okresie refrakcji bezwzględnej, włókno może być pobudzone tylko przez bardzo silne bodźce.
Najbardziej oczywistym elementem wpływającym na refrakcję względną jest hiperpolaryzacja błony. Zaczyna się ona bowiem w początkowym okresie hiperpolaryzacji i kończy się po osiągnięciu przez błonę potencjału spoczynkowego

Okres refrakcji bezwzględnej i względnej jest tym dłuższy, im mniejsza jest grubość włókna. Od kalibru włókna zależy też szybkość przewodzenia impulsów, która wynosi od 1 m/s w cienkich włóknach bezmielinowych do 120 m/s w grubych włóknach z osłonką mielinową.

PROPAGACJA POTENCJAŁU CZYNNOŚCIOWEGO W KOMÓRCE NERWOWEJ

Propagacja potencjału czynnościowego polega na powstawaniu na kolejnych odcinkach błony aksonu kolejnych potencjałów czynnościowych de novo, pod wpływem depolaryzacji wywołanej potencjałami czynnościowymi pojawiającymi się wcześniej.

Gwarantuje to, że amplituda potencjału czynnościowego, rozchodzącego się w aksonie nawet na bardzo duże odległości, zachowuje swoją wartość.

Kierunek propagacji potencjału czynnościowego w neuronach jest zawsze taki sam: od wzgórka aksonalnego do zakończeń synaptycznych aksonu. Taki kierunek propagacji to ortodromowy, a przeciwny - antydromowy.

Podczas propagacji potencjału czynnościowego obszar znajdujący się bezpośrednio za propagowanym potencjałem czynnościowym jest tą częścią błony komórkowej, która jest objęta stanem inaktywacji sodowej. Na tym obszarze nie może powstać kolejny potencjał czynnościowy. - jest to istotne dla uporządkowania przenoszenia informacji przez akson.

SYNAPSA - mikrostruktura w błonie komórkowej służąca do przekazywania stanu czynnościowego z jednego neuronu na drugi lub z neuronu na narząd wykonawczy. W organizmie człowieka czynność tę wykonują z reguły synapsy chemiczne za pośrednictwem neuroprzekaźników. Natomiast między neuronami połączonymi synapsami elektrycznymi stan pobudzenia szerzy się elektronicznie (prądy jonowe).

TYPY SYNAPS ZE WZGLĘDU NA SPOSÓB PRZEKAZYWANIA INFORMACJI

I Chemiczne

a) akso-dentryczne (w obrębie dentrytów)

b) akso-somatyczne (w obrębie ciała komórki)

c) akso-aksonalne (między aksonem jednego neuronu i zakończeniem synaptycznym drugiego neuronu

d) dendro-dentryczne (kontaktują się przez nie niektóre neurony w opuszce węchowej)

II Elektryczne

BUDOWA SYNAPSY CHEMICZNEJ

Składa się z błony presynaptycznej, należącej do aksonu jednego neuronu, błony postsynaptycznej, należącej do perykarionu lub dendrytu drugiego neuronu, i szpary między tymi błonami, czyli szczeliny synaptycznej.

Po dojściu do neuronu lub narządu akson rozgałęzia się na włókna presynaptyczne, których końcowe odcinki nazywają się zakończeniami synaptycznymi. Na tych zakończeniach znajdują się kolbki synaptyczne. Błona presynaptyczna to część błony kolbki synaptycznej. W cytoplazmie kolbki znajduje się sieć mikrofilamentów aktynowych, do których są przytwierdzone pęcherzyki synaptyczne (magazyn substancji przekaźnikowej), dzielące się na małe i duże.

MECHANIZM DZIAŁANIA SYNAPSY CHEMICZNEJ

W synapsach chemicznych przewodzenie informacji odbywa się za pośrednictwem substancji chemicznej- neuroprzekażnika, uwalnianego z jednej z komórek tworzących synapsę. Synapsa chemiczna jest utworzona przez komórkę presynaptyczną i postsynaptyczną.
Przepływ informacji o zmianie potencjału odbywa się tylko w jednym kierunku (presynaptyczna->postsynaptyczna).


• W małych pęcherzykach synaptycznych znajdują się neuroprzekaźniki, w dużych - neuropeptyd.

• Pęcherzyki są przytwierdzone do mikrofilamentów aktynowych za pomocą białka synapsyny I, ale tylko wtedy, gdy synapsa nie zawiera reszt kwasu fosforowego.

• W błonie kolbki znajdują się kanały wapniowe, otwierane przez napięcie elektryczne.

• Gdy impuls nerwowy dojdzie do zakończeń synaptycznych i spowoduje depolaryzację ich błony, otwierają się kanały wapniowe i jony Ca2+ wchodzą do cytoplazmy kolbki synaptycznej.

• W cytoplazmie znajduje się nieaktywny enzym (kinaza CaMII), który uaktywnia się w obecności jonów Ca2+ i powoduje fosforylację synapsyny I.

• Ponieważ synapsa w postaci ufosforylowanej nie wiąże pęcherzyków z mikrofilamentami, oswobodzone pęcherzyki zbliżają się do błony presynaptycznej, zlewają się z nią i uwalniają swą zawartość do szczeliny synaptycznej.

• Proces ten również wymaga obecności jonów Ca2+. Substancja przekaźnikowa, gdy znajdzie się w szczelinie synaptycznej, działa na swoiste receptory zakotwiczone w błonie postsynaptycznej i powoduje pobudzenia lub hamowanie neuronu.

ROLA RECEPTORÓW JONOTROPOWYCH I METABOTROPOWYCH W PRZEKAŹNICTWIE SYNAPTYCZNYM

Rozróżnia się dwa rodzaje receptorów postsynaptycznych - jonotropowe i metabotropowe.

W synapsie może występować jeden albo obydwa rodzaje receptorów.

Receptor jonotropory (kanał jonowy bramkowany przekaźnikiem)

• rodzaj receptora błonowego hormonalnego sprzężonego z kanałem jonowym działającym na zasadzie transportu biernego.

• W części zewnątrzkomórkowej receptora znajduje się miejsce wiążące cząsteczkę sygnałową (ligand), w efekcie związania dochodzi do zmiany konformacji białek tworzących kanał jonowy.

• Przez otwarty kanał przenikają jony zgodnie z gradientem stężeń.

• Klasycznym przykładem takiego receptora jest receptor dla acetylocholiny, który funkcjonuje w płytce nerwowo-mięśniowej.

• Przykłady receptorów jonotropowych

• receptor GABA_A

• receptor nikotynowy

• receptor NMDA

• receptor glicynowy

• Receptory jonotropowe są kanałami jonowymi, które otwierają się, gdy neuroprzekaźnik zadziała na receptor w ścianie kanału. Zależnie od rodzaju synapsy, prowadzi to do szybkiej depolaryzacji lub hiperpolaryzacji błony komórkowej i powoduje krótkotrwałe pobudzenie lub zahamowanie neuronu.

• Każdy receptor jonotropowy pełni dwie funkcje: receptora i kanału jonowego.
  

Receptor metabotropowy

• rodzaj receptora błonowego hormonalnego.

• W organizmie wykryto kilkaset receptorów metabotropowych, które różnią się strukturą i funkcją. Zbudowany jest z:

• części zewnątrzkomórkowej, która jest właściwym receptorem dla liganda zewnętrznego - hormonu

• części transmembranalnej, która zbudowana jest z siedmiu helis

• części wewnątrzkomórkowej, która jest aktywatorem białka G

• Po przyłączeniu ligandu zewnątrzkomórkowego zmienia się konformacja części wewnątrzkomórkowej, do której może przyłączyć się podjednostka α białka G. W efekcie białko G zostaje zaktywowane i może dalej przekazywać sygnał danego szlaku fizjologicznego.

• Do tej grupy receptorów należą:

• receptory muskarynowe

• receptory histaminowe

• receptory GABA-B

Efektem aktywacji receptorów metabotropowych jest synteza przekaźników wtórnych, uruchomienie kaskady procesów biochemicznych i długotrwała modyfikacja metabolizmu komórki, niekiedy poprzez pobudzenie ekspresji genów.

I Postsynaptyczny potencjał pobudzający EPSP- powstawanie i znaczenie

Potencjał Postsynaptyczny

(przybiera postać)





Depolaryzacji Hiperpolaryzacji

1.Depolaryzacja błony postsynaptycznej

• Przyłączenie się neuroprzekaźnika do miejsca receptorowego

• Otworzenie kanałów sodowo-potasowych

• Zwiększa się przepuszczalność błony

• Gwałtowny napływ dodatnich jonów sodowych do wnętrza oraz powolny wypływ dodatnich jonów potasowych

• Przeważający dokomórkowy prąd sodowy wywołuje depolaryzację

• Dysocjacja neuroprzekaźnika, zamknięcie kanałów sodowo - potasowych

*Gwałtowny napływ jonów sodowych ponieważ ich potencjał równowagi ok. +55mV znacznie różni się od potencjału spoczynkowego ok. -70mV. Powolny wypływ jonów potasowych ponieważ ich potencjał równowagi ok. -85mV jest zbliżony do potencjału spoczynkowego.


Zmiana potencjału w postaci depolaryzacji błony postsynaptycznej - postsynaptyczny potencjał pobudzający (EPSP)

• EPSP - zachodzi jeśli neurotransmiter uwolniony z błony presynaptycznej reaguje z receptorami błony postsynaptycznej w taki sposób, że wzrasta przepuszczalność dla jonów Na+. Dokomórkowy prąd sodowy wywołuje depolaryzacje. Synapsy wytwarzające EPSP to synapsy pobudzające.

• Może spowodować powstanie potencjału czynnościowego (we wzgórku inicjacyjnym aksonu) jeśli posiada wartość nie mniejszą niż progowa

• EPSP-potencjał lokalny, rozchodzi się na niewielkie odległości

2.Hiperpolaryzacja błony postsynaptycznej

• Otwarcie kanałów przepuszczalnych dla jonów chlorkowych LUB jonów potasowych

• Napływ do wnętrza komórki ujemych jonów chlorkowych -> hiperpolaryzacja LUB jeśli otwarty jest kanał jonów potasowych wypływ jonów potasowych -> hiperpolaryzacja

*potencjał równowagi dla każdego z tych jonów ok. -85mV jest bardziej ujemny niż potencjał spoczynkowy


Zmiana potencjału w postaci hiperpolaryzacji błony postsynaptycznej - postsynaptyczny potencjał hamujący (IPSP)

• IPSP - powstaje gdy neurotransmiter otwiera kanały jonowe dla K+ i Cl- przez co prowadzi do hiperpolaryzacji błony. Wytwarzany w synapsach hamujących.

• Zmniejsza prawdopodobieństwo powstania potencjału czynnościowego (we wzgórku inicjacyjnym aksonu)

• Zwiększa ujemność potencjału błony wzgórka aksonalnego

3.

Synapsy pobudzające	Synapsy hamujące
-synapsy w których powstaje postsynaptyczny potencjał pobudzający -zachowany charakter przekazywanej inf.(w kom. Postsynaptycznej i presynaptycznej)	-synapsy w których powstaje postsynaptyczny potencjał hamujący -inf. Zmienia charakter z pobudzającego na hamujący

Czasami właściwości pobudzające lub hamujące przypisuje się neuroprzekaźnikom np.:

• Kwas glutaminowy >> neuroprzekaźnik pobudzający

• Glicyna>> neuroprzekaźnik hamujący

*neuroprzekaźnik zwany hamującym lub pobudzającym może występować w synapsach o przeciwnych właściwościach, jego nazwa określa najczęściej spotykany sposób oddziaływania na błonę postsynaptyczną

4.Podział neuroprzekaźników

• Neuroprzekaźniki klasyczne

• Syntetyzowane w zakończeniu synaptycznym

• Transportowane przez nośniki białkowe do pęcherzyków synaptycznych

• Trafiając do szczeliny synaptycznej wtórnie wychwytywane przez kom. presynaptyczną

• LUB ulegają rozkładowi enzymatycznemu ( szybki rozkład, tracą aktywność biologiczną)

• Np.: acetylocholina, adrenalina, noradrenalina, dopamina, serotonina, kwas gamma-aminomasłowy, kwas glutaminowy

• Neuroprzekaźniki białkowe

• Syntetyzowane w ciele komórkowym

• Transportowane do zakończeń synaptycznych

• Nie podlegają wychwytowi przez błonę presynaptyczną

• Dyfundują ze szczeliny synaptycznej

• LUB ulegają rozkładowi enzymatycznemu ( długi rozkład, nie zawsze tracą aktywność biologiczną)

• Np.: oksytocyna, wazopresyna, angiotensyna, insulina, endorfina

• Neuroprzekaźniki niekowalencyjne

• Nie wszyscy uznają tą substancję za neuroprzekaźniki

• Np.: tlenek azotu, tlenek węgla

• Tlenek azotu:

• Nie jest magazynowany w pęcherzykach synaptycznych

• Syntetyzowany przez syntezę tlenku azotu na bieżąco

• Po powstaniu we wnętrzu kom. Błyskawicznie rozchodzi się we wszystkich kierunkach

• Reguluje wiele funkcji układu nerwowego

• Pełni funkcję długotrwałego pobudzenia synaptycznego

PODSUMOWANIE

N. klasyczne	N. białkowe	N. niekonwencjonalne (gazowe)
Ze względu na szybki rozkład i ponowny wychwyt oddziaływają tylko na neuron postsynaptyczny	Przez to że dyfundują poza szczelinę mogą modulować aktywność innych synaps	Rozchodzą się wielokierunkowo, mogą wpływać bezpośrednio na metabolizm sąsiadujących komórek

II Postsynaptyczny potencjał hamujący IPSP- powstawanie i znaczenie

1. W synapsach chemicznych:

• Przewodzenie informacji za pośrednictwem neuroprzekaźnika

• Neuroprzekaźnik uwalniany z jednej z kom. Tworzących synapsę

• Synapsę chemiczną tworzy kom. Presynaptyczna i postsynaptyczna

• Przepływ informacji odbywa się w jednym kierunki (od kom. Presynaptycznej do postsynaptycznej)

• Błona presynaptyczna i postsynaptyczna posiadają między sobą szczelinę synaptyczną (20-50nm)

• Sprzężenie elektro-chemiczne - uwolnienie neuroprzekaźnika pod wpływem zmiany potencjału błony

• Sprzężenie chemiczno-elektryczne - neuroprzekaźnik łączy się z receptorami związanymi z kanałami jonowymi co prowadzi do zmiany potencjału błony

III

Modyfikowanie przekazywanej informacji w synapsie chemicznej

1.Hamowanie presynaptyczne - ilość neuroprzekaźnika uwalnianego z zakończenia presynaptycznego może być zredukowana przez hamowanie presynaptyczne

• H. presynaptyczne - wynik działania GABA

GABA wydzielany z zakończenia neuronu mającego połączenie synaptyczne z danym zakończeniem presynaptycznym

Synapsa aksoaksonalna - synapsa pomiędzy neuronem zawierającym GABA a danym zakończeniem presynaptycznym

• GABA przez zmniejszenie liczby jonów Ca2+ zmniejsza ilość neuroprzekaźnika uwalnianego z zakończenia nerwowego

Mechanizm zmniejszenia jonów Ca2+ zależy od rodzaju receptora GABA

1. Połączenie GABA z receptorem GABAA - prowadzi do otwarcia kanału dla jonu CL-

• Ujemnie naładowane jony Cli napływają do komórki

• Amplituda potencjału czynnościowego docierającego do zakończenie presynaptycznego zmniejsza się z powodu napływania ujemnie naładowanych jonów

• Zmniejszenie amplitudy potencjału czynnościowego powoduje napływ mniejszej liczby jonów Ca2+ do zakończenia i w konsekwencji uwolnienie mniejszej ilości neuroprzekaźnika

2. Połączenie GABA z receptorem GABAB prowadzi do pobudzenia białka G - zmniejszone uwalnianie neuroprzekaźnika

2 mechanizmy:





Pobudzenie białka G może

prowadzić do blokowania napływu

jonów Ca2+ do zakończenia

presynaptycznego podczas pobudzenia

Pobudzenie białka G może prowadzić

do otwarcia kanałów dla jonów K+

co powoduje hiperpolaryzację

zakończenia nerwowego i zmniejszenie

amplitudy potencjału czynnościowego

• Hamowanie postsynaptyczne nie obniża pobudliwości kom. prowadzi jedynie do hamowania określonego wejścia pobudzającego.

2. Sumowanie w czasie i przestrzeni

• W czasie - jeśli potencjał czynnościowy trafia do zakończenie presynaptycznego wywołując odpowiedź postsynaptyczną zanim zaniknie odpowiedź na poprzedzający potencjał czynnościowy. Drugi potencjał postsynaptyczny dodaje się do pierwszego przez co zwiększa się amplituda potencjału postsynaptycznego.


Sumowanie w czasie może też dotyczyć synaps hamujących gdzie sumują się amplitudy 2 postsynaptycznych hiperpolaryzacji, zmniejsza się prawdopodobieństwo powstania potencjału czynnościowego

• W przestrzeni - występuje jeśli kilka zakończeń postsynaptycznych zostaje pobudzonych w tym samym czasie. Zsumowane potencjały będące wynikiem hamowania i pobudzenia danego neuronu postsynaptycznego, rozprzestrzeniają się biernie w błonie komórkowej i po dotarciu do wzgórka aksonu wyzwalają potencjał czynnościowy.

• Próg wyzwolenia potencjału czynnościowego we wzgórku aksonu wynosiokoło - 65mV.

• Potencjał czynnościowy jest generowany, jeżeli sumaryczny potencjał EPSP jest wystarczająco duży , by zdepolaryzować progowo wzgórek aksonu.

• Sumaryczny IPSP może powstrzymać depolaryzacje wzgórka aksonu do potencjału progowego przez hiperpolaryzację komórki.


Sumowanie w przestrzeni:

• amplitudy 2 potencjałów postsynaptycznych (powstaje depolaryzacja o większej amplitudzie)

• amplituda 2 hamujących potencjałów postsynaptycznych (powstaje hiperpolaryzacja o większej amplitudzie)

• amplituda hamującego i pobudzającego potencjału postsynaptycznego (powstaje pośrednia zmiana potencjału błony)

3.Torowanie synaptyczne

IV

Synapsa elektryczna

1.Budowa synapsy elektrycznej

• Połączenia szczelinowe(zbudowane z 2 błon komórkowych)

• Szczelina synaptyczna szerokość ok. 3,5nm (rys.2-4nm)

• Kanały jonowe zbudowane z koneksonów

• Konekson zbydowany z z 6 podjednostek (koneksyny)

->> ciągłość cytoplazmu między 2 komórkami , swobodny przepływ jonów







2.Mechanizm działania synapsy elektrycznej

• Przepływ informacji przez przepływ prądu jonowego

• Prąd nie przepływa w przestrzeni międzykomórkowej

• Dotarcie do złącza potencjału czynnościowego rozprzestrzeniającego się w jednej komórce, powoduje przepływ prądu elektrycznego przez złącze do drugiej komórki

• Prąd może przepływać w obu komórkach (każda z kom. Może działać jako post- lub presynaptyczna)

• Synapsa elektryczna np.: opuszka węchowa, siatkówka

Odległość między błonami	ok.3,5nm
Ciągłość cytoplazmy	Tak
Sposób przekazu inf.	Prąd jonowy
Opóźnienie w przekazie inf.	Nie
Kierunek	Jedno- lub dwukierunkowa
Możliwość zmiany charakteru inf.	Nie
Specyficzne elementy	Połączenie szczelinowe z koneksonami
Zdolność do przechowywania śladów pamięci	Nie




---