miniatura|Representación dos principais elementos que interveñen na transmisión dunha sinapse química. Unha onda electroquímica chamada potencial de acción viaxa ao longo do axón da neurona. Cando o potencial de acción chega ao terminal presináptico, provoca a liberación dunha vesícula sináptica, segregando unha dose de moléculas neurotransmisoras. O neurotransmisor únese ás moléculas químicas receptoras situadas na membrana doutra neurona, a neurona postsináptica, no lado oposto da fenda sináptica.
As sinapses químicas son unións biolóxicas establecidas polas neuronas a través das cales os sinais químicos (neurotransmisores) enviados pola neurona poden pasar a outra neurona ou a unha célula non neuronal, como as células do músculo ou de glándulas. As sinapses químicas permiten que as neuronas formen redes e circuítos no sistema nervioso central e o sistema nervioso funcione, permitindo a percepción, o pensamento e o control de todos os sistemas do corpo.
Nunha sinapse química unha neurona libera moléculas neurotransmisoras nun pequeno espazo (a fenda sináptica) que a separa doutra neurona. Os neurotransmisores encóntranse dentro de vesículas sinápticas, e son liberados na fenda sináptica por exocitose. Estas moléculas atravesas a fenda sináptica e únense despois aos receptores de neurotransmisores na membrana da célula postsináptica. Finalmente, os neurotransmisores deben ser retirados da sinapse por varios mecanismos como a degradación encimática ou a recaptación por transportadores específicos da célula presináptica ou da neuroglía.
O cerebro humano adulto estímase que contén de 1014 a 5 × 1014 sinapses. Cada milímetro cúbico do córtex cerebral contén aproximadamente mil millóns (109) delas.Brain Facts and Figures Washington University.
A palabra "sinapse" vén de "synaptein", que Charles Scott Sherrington acuñaron do grego "syn-" ("xuntos") e "haptein" ("agarrar"). Ademais das sinapses químicas, que son as máis comúns e as sinapses por antonomasia cando non se especifica outra cousa, existen tamén as sinapses eléctricas e o termo tamén se usa en bioloxía para outras unións que non teñen que ver coa transmisión nerviosa como as sinapses inmunolóxicas e sinapses cromosómicas.
Estrutura
As sinapses son conexións funcionais entre as neuronas ou entre neuronas e outros tipos de células. Unha neurona típica dá lugar a varios miles de sinapses, aínda que algúns tipos de neuronas fan menos. A maioría das sinapses conectan os axóns coas dendritas (sinapses axo-dendríticas), pero hai tamén outros tipos de conexións, incluíndo as de axón-corpo celular (sinapses axo-somáticas), axón-axón (sinapses axo-axónicas), e dendrita-dendrita (sinapses dendrodendríticas). As sinapses son xeralmente demasiado pequenas para ser recoñecibles usando microscopio óptico excepto como puntos onde as membranas de dúas células parecen tocarse, pero os seus elementos poden visualizarse claramente usando microscopio electrónico.
As sinapses químicas pasan información direccionalmente desde unha célula presináptica a unha célula postsináptica e son, por tanto, asimétricas en estrutura e función. O terminal axónico presináptico, ou botón sináptico, é unha área especializada do axón da célula presináptica que contén vesículas sinápticas cargadas de neurotransmisores, xunto con outras estruturas de soporte e orgánulos como mitocondrias. As vesículas sinápticas están unidas a zonas da membrana plasmática presináptica en rexións chamadas zonas activas.
Oposta a esta está unha rexión da célula postsináptica que contén receptores para os neurotransmisores; para as sinapses entre dúas neuronas a rexión postsináptica pode encontrarse nas dendritas do corpo celular. Inmediatamente detrás da membrana postsináptica está un elaborado complexo de proteínas entrelazadas chamadas a densidade postsináptica.
As proteínas da densidade postsináptica están implicadas na ancoraxe e tráfico de receptores de neurotransmisores e modulan a actividade destes receptores. Os receptores e a densidade postsináptica encóntranse a miúdo en protrusións especializadas que parten do tronco dendrítico principal chamadas espiñas dendríticas.
As sinapses poden describirse como simétricas ou asimétricas. Cando se examinan con microscopio electrónico, as sinapses asimétricas están caracterizadas por ter vesículas arrredondadas na célula presináptica, e unha prominente densidade postsináptica. As sinapses asimétricas son tipicamente excitativas. As sinaposes simétricas, ao contrario, teñen vesículas aplanadas ou alongadas, e non conteñen unha densidade postsináptica prominente. As sinapses simétricas son tipicamente inhibidoras.
A fenda sináptica, tamén chamada espazo sináptico, é o espazo que hai entre as células pre- e postsinápticas que ten unha largura duns 20 nm. O pequeno volume da fenda permite que a concentración de neurotransmisor se eleve e diminúa rapidamente.
Unha autapse é unha sinapse química ou eléctrica formada cando o axón dunha neurona fai sinapse con dendritas da propia neurona.
Sinalización en sinapses químicas
Resumo
Velaquí un resumo da secuencia de eventos que teñen lugar na transmisión sináptica desde unha neurona presináptica a unha célula postsináptica. Cada paso é explicado en máis detalle máis adiante. Nótese que coa excepción do paso final, o proceso complexo pode realizarse en só uns centos de microsegundos, nas sinapses máis rápidas.
dereita|200px O proceso empeza cunha onda de excitación electroquímica chamada potencial de acción que viaxa ao longo da membrana da célula presináptica ata que chega á sinapse. A despolarización eléctrica da membrana na sinapse causa que as canles se abran e sexan permeables ao ión calcio. Os ións calcio flúen a través da membrana presináptica, incrementando rapidamente a concentración de calcio no interior. A concentración alta de calcio activa un conxunto de proteínas sensibles ao calcio unidas a vesículas que conteñen un neurotransmisor químico. Estas proteínas cambian de forma, causando que as membranas dalgunhas vesículas "atracadas" se fusionen coa membrana da célula presináptica, abríndose así ao exterior e vertendo o seu cargamento de neurotransmisores na fenda sináptica, o estreito espazo entre as membranas das células pre- e postsináptica. O neurotransmisor difunde na fenda sináptica. Algúns escapan, pero outros únense ás moléculas do receptor químico localizadas sobre a membrana da célula postsináptica. A unión do neurotransmisor causa que a molécula receptora se active. Hai varios tipos de activación, como se describe con máis detalle máis adiante. Este é o paso clave por medio do cal o proceso sináptico afecta ao comportamento da célula postsináptica. Debido á vibración termal, o movemento dos átomos, vibrando desde as súas posicións de equilibrio nun sólido cristalino, as moléculas de neurotransmisor finalmente libéranse dos receptores e difunden. O neurotransmisor pode ser reabsorbido pola célula presináptica e despois reempaquetado para unha nova liberación, ou ben é degradado metabolicamente.
Liberación do neurotransmisor
miniatura|A liberación do neurotransmisor ocorre ao final das ramas axónicas. A liberación do neurotransmisor é desencadeada pola chegada dun impulso nervioso (ou potencial de acción) e ocorre por un proceso especialmente rápido de secreción celular (exocitose). Na terminal nerviosa presináptica, as vesículas que conteñen o neurotransmisor están localizadas preto da membrana sináptica. O potencial de acción que chega produce un influxo de ións calcio a través de canle iónica selectiva para o calcio dependente de voltaxe ao final do potencial de acción. Os ións calcio únese despois a proteínas sinaptotagminas que se encontran na membrana das vesículas sinápticas, o que permite que as vesículas se fusionen coa membrana presináptica. A fusión dunha vesícula é un proceso estocástico, que causa frecuentemente o fallo da transmisión sináptica nas sinapses moi pequenas típicas do sistema nervioso central. Por outra parte, as sinapses químicas grandes (por exemplo nas dunha unión neuromuscuar) teñen unha probabilidade de liberación sináptica de 1. A fusión de vesículas é impulsada pola acción dun grupo de proteínas do terminal sináptico chamadas SNARE. En conxunto, o complexo proteico ou estrutura que media o atraque e a fusión de vesículas presinápticas denomínase zona activa.Craig C. Garner and Kang Shen. Structure and Function of Vertebrate and Invertebrate Active Zones. Structure and Functional Organization of the Synapse. Ed: Johannes Hell and Michael Ehlers. Springer, 2008. A membrana engadida no proceso de fusión é despois recuperada por endocitose e reciclada para a formación de novas vesículas cheas de neurotransmisor.
Unha excepción á tendencia xeral da liberación do neurotransmisor por fusión vesicular encóntrase nas células receptoras de tipo II de papilas gustativas de mamífero. Aquí libérase o neurotransmisor ATP directamente desde o citoplasma á fenda sináptica por medio de canles reguladas por voltaxe.
Unión ao receptor
Os receptores do lado oposto do espazo sináptico únense ás moléculas de neurotransmisor. Os receptores poden responder de dúas maneiras posibles. Primeiro, os receptores poden abrirse directamente a canles iónicas ligadas por ligando da membrana postsináptica, causando que os ións entren ou saian da célula e cambien o potencial transmembrana local. O cambio de voltaxe resultante denomínase potencial postsináptico. En xeral, o resultado é excitativo no caso de correntes de despolarización, e inhibitorio no caso de correntes hiperpolarizantes. Que unha sinapse sexa excitativa ou inhibitoria depende do tipo de canle iónica conduce as corentes postsinápticas, que á súa vez é unha función do tipo de receptores e neurotransmisor empregados na sinapse. O segundo modo en que o receptor pode afectar o potencial de membrana é modulando a produción de mensaxeiros químicos dentro da neurona postsináptica. Estes segundos mensaxeiros poden despois amplificar a resposta excitativa ou inhibitoria ante os neurotransmisores.
Terminación
Unha vez que un neurotransmisor se une a un receptor, debe despois ser retirado para permitir que a membrana postsináptica continúe transmitindo máis potenciais excitativos postsinápticos ou potenciais postsinápticos inhibitorios. Esta retirada pode acontecer por medio de varios procesos:
O neurotransmisor pode difundir debido a oscilacións inducidas termicamente de neurotransmisor e receptor, deixándoo en disposición de ser degradado metabolicamente fóra da neurona ou de ser reabsorbido.Sherwood L., stikawy (2007). Human Physiology 6e: From Cells to Systems Encimas situados na membrana subsináptica poden inactivar/metabolizar o neurotransmisor. Bombas de recaptación poden bombear activamente o transmisor de volta ao terminal axónico presináptico para reprocesalo e reliberalo unha vez que chegue o seguinte potencial de acción.
Forza sináptica
A forza dunha sinapse foi definida por Bernard Katz como o produto da probabilidade de liberación (presináptica) pr, polo tamaño cuántico q (a resposta postsináptica á liberación dunha soa vesícula de neurotransmisor, un 'cuanto'), e por n, o número de sitios de liberación. O termo "conexión unitaria" refírese xeralmente a un número descoñecido de sinapses individuais que conectan unha neurona presináptica a outra postsináptica. A amplitude dos potenciais postsinápticos pode ser de só 0,4 mV ou de ata 20 mV. A amplitude dos potenciais postsinápticos pode ser modulado por neuromoduladores ou poden cambiar como resultado da actividade previa. Os cambios na forza sináptica poden ser a curto prazo, que duran segundos ou minutos, ou a longo prazo (potenciación a longo prazo), que duran horas. A aprendizaxe e a memoria crese que son o resultado de cambios a longo prazo na forza sináptica, por un mecanismo coñecido como plasticidade sináptica.
Desensibilización do receptor