SİNAPTİK İLETİM

1. SİNAPTİK İLETİM Dr. Ayşe DEMİRKAZIK

2. 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

3. 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

4. Cell to Cell Conduction: the Synapse

5. Synapses

6. 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)

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. Long Distance Communication: Neurons and Neurohormones • Neurons • 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

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

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

16. 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

17. 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

18. 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

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

20. 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 Na kanallarının açılması; nöronu uyarır, yani Na kanallarını açan NT eksitatördür Cl- kanallarının açılması; nöronu inhibe eder, yani Cl- kanallarını açan NT inhibitördür İyon kanallarıpostsinaptik nöronun birinci etkilenme yolu

21. 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

22. 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

23. EPSPEksitatör 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

24. 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

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

26. IPSPİnhibitör 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)

27. 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

28. SumasyonSpasyal-uzaysal • Bir postsinaptik nöron; • Çeşitli presinaptik nöronlardan aynı zamanda impulslar alır ve bu EPSP’ler toplanırsa

29. SumasyonTemporal-zamansal • Bir postsinaptik nöron; • Uygun aralıklarla • Aynı presinaptik sinapstan deşarjlar alır • Ve bu EPSP’ler toplanırsa

30. EPSP ve IPSP

31. İnhibitör ve Eksitatör potansiyeller

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

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

34. 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 sinapslarda inhibisyon

35. 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

36. 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)...

37. Renshaw hücre inhibisyonu

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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