Синаптический потенциал
Синаптический потенциал — это разность потенциалов на постсинаптической мембране, возникающая в результате действия нейротрансмиттеров на синапс нейрона. [1] Другими словами, это «входящий» сигнал, который получает нейрон. Существуют две формы синаптического потенциала: возбуждающий и тормозной. Тип создаваемого потенциала зависит как от постсинаптического рецептора, точнее от изменений проводимости ионных каналов постсинаптической мембраны, так и от природы высвобождаемого нейромедиатора. Возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП) деполяризуют мембрану и приближают потенциал к порогу потенциала действия генерации . Тормозные постсинаптические потенциалы (ТПСП) гиперполяризуют мембрану и отодвигают потенциал дальше от порога, уменьшая вероятность возникновения потенциала действия. [2] Возбуждающий постсинаптический потенциал, скорее всего, будет реализовываться нейротрансмиттерами глутаматом и ацетилхолином, тогда как тормозной постсинаптический потенциал, скорее всего, будет осуществляться нейротрансмиттерами гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК) и глицином. [3] Чтобы деполяризовать нейрон в достаточной степени, чтобы вызвать потенциал действия, должно быть достаточно ВПСП, чтобы как деполяризовать постсинаптическую мембрану от ее мембранного потенциала покоя до ее порога, так и уравновесить параллельные ТПСП, которые гиперполяризуют мембрану. В качестве примера рассмотрим нейрон с мембранным потенциалом покоя -70 мВ (милливольт) и порогом -50 мВ. Чтобы преодолеть порог и вызвать потенциал действия, его необходимо поднять на 20 мВ. Нейрон будет учитывать все множество поступающих возбуждающих и тормозных сигналов посредством суммирующей нейронной интеграции, и если результатом будет увеличение на 20 мВ или более, возникнет потенциал действия.
Генерация как ВПСП, так и ТПСП зависит от высвобождения нейротрансмиттеров из терминальной кнопки пресинаптического нейрона. Первая фаза генерации синаптического потенциала одинакова как для возбуждающего, так и для тормозного потенциалов. Когда потенциал действия проходит через пресинаптический нейрон, деполяризация мембраны вызывает открытие потенциалзависимых кальциевых каналов. Следовательно, ионы кальция поступают в клетку, способствуя перемещению пузырьков, заполненных нейротрансмиттерами, к конечной кнопке. Эти пузырьки сливаются с мембраной, высвобождая нейромедиатор в синаптическую щель. Высвобожденный нейромедиатор затем связывается со своим рецептором на постсинаптическом нейроне, вызывая возбуждающую или тормозящую реакцию. ВПСП на постсинаптическом нейроне возникают в результате связывания основного возбуждающего нейромедиатора, глутамата, с соответствующими рецепторами на постсинаптической мембране. Напротив, IPSP индуцируются связыванием ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) или глицина. [4]
необходимо сложить их множество Синаптические потенциалы малы, и для достижения порога . Это означает, что одного ВПСП/ТПСП обычно недостаточно для запуска потенциала действия. Два способа, которыми синаптические потенциалы могут суммироваться, потенциально образуя потенциал действия, — это пространственная суммация и временная суммация . [5] Пространственное суммирование относится к нескольким возбуждающим стимулам из разных синапсов, сходящимся на одном и том же постсинаптическом нейроне одновременно, чтобы достичь порога, необходимого для достижения потенциала действия. Временное суммирование относится к последовательным возбуждающим стимулам в одном и том же месте постсинаптического нейрона. Оба типа суммирования являются результатом сложения множества возбуждающих потенциалов; разница в том, исходят ли несколько стимулов из разных мест одновременно (пространственное) или в разное время из одного и того же места (временное). Суммирование называют «перетягиванием каната, индуцируемым нейротрансмиттерами» между возбуждающими и тормозящими стимулами. Независимо от того, объединены ли эффекты в пространстве или во времени, они оба являются аддитивными свойствами, которые требуют, чтобы множество стимулов действовали вместе, чтобы достичь порога. Синаптические потенциалы, в отличие от потенциалов действия, быстро деградируют по мере удаления от синапса. Это справедливо как для возбуждающих, так и для тормозных постсинаптических потенциалов.
Синаптические потенциалы не статичны. Концепция синаптической пластичности относится к изменениям синаптического потенциала. [6] Синаптический потенциал может со временем становиться сильнее или слабее, в зависимости от нескольких факторов. Количество высвобождаемых нейротрансмиттеров может сыграть большую роль в будущей силе потенциала этого синапса. Кроме того, рецепторы на постсинаптической стороне также играют роль как по их количеству, составу, так и по физической ориентации. Некоторые из этих механизмов основаны на изменениях как в пресинаптических, так и в постсинаптических нейронах, что приводит к длительной модификации синаптического потенциала. [7] Сила изменений синаптических потенциалов во многих синапсах должна регулироваться должным образом. В противном случае активность всей нейронной цепи станет неконтролируемой. [8]
В последние годы было проведено множество исследований о том, как продлить действие синаптического потенциала и, что более важно, как увеличить или уменьшить его амплитуду. Увеличение синаптического потенциала будет означать, что для достижения такого же или большего эффекта потребуется меньшее количество синапсов, что может иметь далеко идущие медицинские применения. Исследования показывают, что это долговременное потенцирование или, в случае тормозных синапсов, долговременная депрессия синапса происходит после длительной стимуляции двух нейронов одновременно. Известно, что долговременное потенцирование играет важную роль в памяти и обучении, что может быть полезно при лечении таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера.
Синаптический потенциальный механизм
[ редактировать ]Способ создания синаптического потенциала включает теории, лежащие в основе разности потенциалов и тока через проводник. Когда потенциал действия срабатывает в дендритном отделе позвоночника, где потенциал действия инициируется от пресинаптического терминала к постсинаптическому терминалу. Затем этот потенциал действия распространяется по длине дендрита, а затем распространяется по аксону, чтобы заставить пресинаптическое окончание продолжить процесс. [9] То, как на самом деле происходит этот процесс, сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Потенциал действия на самом деле возникает из-за синаптического потенциала на мембране нейрона. Разница потенциалов между внутренней и внешней частью нейрона — это то, что заставит этот процесс произойти, как только он будет инициирован. [3]
Во-первых, нам необходимо понять, как реальный нейрон создает эту разницу на своей мембране. Прежде всего, он делает это за счет сильной зависимости от ионов как внутри клетки, так и вне клетки. Ион калия (K+) является наиболее важным ионом в этом процессе установления мембранного потенциала, который представляет собой разницу потенциалов во внутренней и внешней частях нейрона. [10] Вторым по важности ионом является натрий (Na+), и этот ион наиболее распространен вне клетки. Когда имеется более высокая концентрация ионов натрия снаружи клетки и более высокая концентрация ионов калия внутри клетки, это приводит к появлению небольшого отрицательного заряда внутри клетки. Это различие между мембранами является тем, что нейрон фактически использует для отправки сообщений от аксонного бугорка нейрона вплоть до пресинаптической терминали, а затем к постсинаптической терминали из-за высвобождения нейромедиатора в синаптическую щель. . [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «синаптический потенциал» . TheFreeDictionary.com . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ Первс, Дейл; Августин, Джордж Дж.; Фитцпатрик, Дэвид; Кац, Лоуренс К.; ЛаМантия, Энтони-Самуэль; Макнамара, Джеймс О.; Уильямс, С. Марк (2001). «Возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы» . Нейронаука. 2-е издание .
- ^ Jump up to: а б с Альбертс, Брюс, автор. (19 ноября 2018 г.). Основная клеточная биология . ISBN 9780393680393 . OCLC 1105823850 .
{{cite book}}:|last=имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Мел, BW (01 января 2001 г.), «Нейроны и дендриты: интеграция информации» , в Смелзере, Ниле Дж.; Балтес, Пол Б. (ред.), Международная энциклопедия социальных и поведенческих наук , Пергамон, стр. 10600–10605, ISBN 9780080430768 , получено 24 сентября 2019 г.
- ^ «Синапсы» .
- ^ Цукер, Роберт С.; Регер, Уэйд Г. (март 2002 г.). «Кратковременная синаптическая пластичность». Ежегодный обзор физиологии . 64 (1): 355–405. doi : 10.1146/annurev.phyol.64.092501.114547 . ISSN 0066-4278 . ПМИД 11826273 .
- ^ Люшер, Кристиан; Маленка, Роберт С. (2012). «Долгосрочное потенцирование, зависимое от рецептора NMDA, и долгосрочная депрессия (LTP/LTD)» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 4 (6): а005710. doi : 10.1101/cshperspect.a005710 . ISSN 1943-0264 . ПМЦ 3367554 . ПМИД 22510460 .
- ^ Эбботт, ЛФ; Нельсон, Саша Б. (2000). «Синаптическая пластичность: укрощение зверя». Природная неврология . 3 (11): 1178–1183. дои : 10.1038/81453 . ISSN 1546-1726 . ПМИД 11127835 . S2CID 2048100 .
- ^ КАНДЕЛЬ, ЭРИК Р. (2020). БЕСПОРЯДОЧНЫЙ РАЗУМ: что необычный мозг говорит нам о нас самих . РОБИНСОН. ISBN 978-1472140869 . OCLC 1089435075 .
- ^ Линг, Г.; Джерард, RW (декабрь 1949 г.). «Нормальный мембранный потенциал портняжных волокон лягушки». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 34 (3): 383–396. дои : 10.1002/jcp.1030340304 . ISSN 0095-9898 . ПМИД 15410483 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мел, BW (01 января 2001 г.), Смелзер, Нил Дж.; Балтес, Пол Б. (ред.), «Нейроны и дендриты: интеграция информации», Международная энциклопедия социальных и поведенческих наук , Пергамон, стр. 10600–10605, ISBN 9780080430768 , получено 24 сентября 2019 г.
- Николл, Р.А. и Рош, К.В. (2013). Долговременное потенцирование. Чистим лук. Нейрофармакология, 7418-22.
- Журнал неврологии. Повышенная активность белка, связывающего элемент ответа цАМФ, увеличивает возбудимость нейронов, долговременное потенцирование гиппокампа и классическое кондиционирование моргания у мышей с настороженным поведением. Агнес Грюарт, Ева Бенито, Хосе М. Дельгадо-Гарсия и Анхель Барко.
- Нейронаука. Второе издание. Первес Д., Августин Г.Дж., Фитцпатрик Д. и др., редакторы. Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates, 2001.
- https://michaeldmann.net/mann13.html
- Мэтьюз, Гэри (5 ноября 1999 г.). Введение в нейронауку . Джон Уайли и сыновья, Инкорпорейтед. п. 243. ИСБН 9780632044146 .