انتقال سیناپسی (مقایسه‌ای)

چگونگی عبور سیگنال‌ها از یک سلول تحریک‌پذیر به سلول دیگر، چه از طریق اتصال الکتریکی سریع شکاف‌های ارتباطی (gap junctions) و چه از طریق انتقال شیمیایی آزاد شدن انتقال‌دهنده عصبی در سراسر شکاف سیناپسی.

Definition

انتقال سیناپسی فرآیندی است که طی آن سیگنالی از یک سلول پیش‌سیناپسی به یک سلول پس‌سیناپسی منتقل می‌شود، یا به صورت الکتریکی از طریق شکاف‌های ارتباطی (gap junctions) یا به صورت شیمیایی با آزاد شدن تنظیم‌شده انتقال‌دهنده عصبی که به گیرنده‌های پس‌سیناپسی متصل می‌شود و هدایت غشای سلول هدف را تغییر می‌دهد.

Scope

این موضوع فیزیولوژی سیناپس را در حیوانات پوشش می‌دهد: ساختار سیناپس‌های شیمیایی، آزاد شدن کوانتومی انتقال‌دهنده عصبی با تحریک کلسیم، تغییرات گیرنده پس‌سیناپسی و هدایت، و تفاوت آن با سیناپس‌های الکتریکی که سلول‌ها را مستقیماً به هم متصل می‌کنند. این موضوع به پتانسیل‌های پس‌سیناپسی تحریکی و مهاری، جمع‌بندی زمانی و مکانی، و انعطاف‌پذیری کوتاه‌مدت می‌پردازد، با استفاده از آماده‌سازی‌های کلاسیک بی‌مهرگان و عصبی-عضلانی. رویکرد این مبحث مقایسه‌ای و مکانیکی است تا تجویز دارویی.

Core questions

• چگونه یک پتانسیل عمل در پایانه عصبی باعث آزاد شدن انتقال‌دهنده عصبی می‌شود؟
• چرا انتقال‌دهنده عصبی در بسته‌های کوانتومی مجزا آزاد می‌شود و نقش کلسیم چیست؟
• چگونه گیرنده‌های پس‌سیناپسی یک سیگنال شیمیایی را به تحریک یا مهار تبدیل می‌کنند؟
• چه زمانی به جای سیناپس‌های شیمیایی از سیناپس‌های الکتریکی استفاده می‌شود و مزایا و معایب آنها چیست؟

Key theories

فرضیه کوانتومی آزاد شدن انتقال‌دهنده

انتقال‌دهنده عصبی در بسته‌های چندمولکولی مجزا (کوانتا) متناظر با وزیکول‌های سیناپسی آزاد می‌شود، بنابراین پاسخ پس‌سیناپسی از مضرب‌های صحیح یک پتانسیل مینیاتوری واحد ساخته می‌شود.

فرضیه کلسیم در آزاد شدن

دپولاریزاسیون پایانه پیش‌سیناپسی کانال‌های Ca2+ وابسته به ولتاژ را باز می‌کند و ورود کوتاه Ca2+ ناشی از آن، محرک فوری برای ادغام وزیکول و آزاد شدن انتقال‌دهنده است.

Mechanisms

هنگامی که یک پتانسیل عمل به پایانه سیناپسی شیمیایی حمله می‌کند، کانال‌های Ca2+ وابسته به ولتاژ باز می‌شوند و ورود موضعی Ca2+ باعث ادغام وزیکول‌های پر از انتقال‌دهنده عصبی با غشای پیش‌سیناپسی می‌شود. انتقال‌دهنده آزاد شده در سراسر شکاف منتشر می‌شود و به گیرنده‌های پس‌سیناپسی متصل می‌شود: گیرنده‌های یونوتروپیک مستقیماً کانال‌های یونی را برای تولید پتانسیل‌های پس‌سیناپسی تحریکی یا مهاری سریع باز می‌کنند، در حالی که گیرنده‌های متابوتروپیک از طریق پیام‌رسان‌های ثانویه برای اثرات تعدیل‌کننده کندتر عمل می‌کنند. عمل انتقال‌دهنده با بازجذب یا تجزیه آنزیمی خاتمه می‌یابد. بسیاری از پتانسیل‌های پس‌سیناپسی کوچک در زمان و مکان جمع می‌شوند تا تعیین کنند که آیا سلول پس‌سیناپسی به آستانه می‌رسد یا خیر. سیناپس‌های الکتریکی این شیمی را دور می‌زنند و جریان را مستقیماً از طریق کانال‌های شکاف ارتباطی برای سیگنال‌دهی بسیار سریع و اغلب دوطرفه عبور می‌دهند.

Clinical relevance

مطالعات کلاسیک اتصال عصبی-عضلانی اصولی را پایه‌گذاری کرد که عملکرد عوامل عصبی، سموم، مسدودکننده‌های عصبی-عضلانی و بسیاری از داروهایی را که گیرنده‌ها و ناقل‌ها را هدف قرار می‌دهند، توضیح می‌دهد؛ همین چارچوب زیربنای مطالعه انعطاف‌پذیری سیناپسی است. این مدخل فیزیولوژی مقایسه‌ای آموزشی است، نه راهنمای درمانی.

History

اثبات انتقال عصبی شیمیایی توسط اتو لووی و ثبت‌های درون‌سلولی پتانسیل‌های پس‌سیناپسی توسط اکلز، سیناپس شیمیایی را تثبیت کرد، در حالی که کاتز و همکارانش از اتصال عصبی-عضلانی قورباغه برای آشکارسازی آزاد شدن کوانتومی و تحریک کلسیم استفاده کردند. کارهای مقایسه‌ای بعدی، استفاده گسترده از سیناپس‌های الکتریکی و انتقال تعدیل‌کننده را در سیستم‌های عصبی بی‌مهرگان و مهره‌داران ترسیم کرد.

Key figures

• Bernard Katz
• Ricardo Miledi
• John Eccles
• Otto Loewi

Seminal works

• katzmiledi1967
• randall2002
• kandel2021

Frequently asked questions

کوانتوم انتقال‌دهنده عصبی چیست؟

مقدار انتقال‌دهنده‌ای است که در یک وزیکول سیناپسی منفرد وجود دارد؛ آزاد شدن به صورت مضرب‌های عدد صحیح این بسته اتفاق می‌افتد نه به صورت جریانی پیوسته.

سیناپس‌های الکتریکی و شیمیایی چه تفاوتی دارند؟

سیناپس‌های الکتریکی جریان را مستقیماً بین سلول‌ها از طریق شکاف‌های ارتباطی برای سیگنال‌دهی بسیار سریع عبور می‌دهند، در حالی که سیناپس‌های شیمیایی از آزاد شدن انتقال‌دهنده عصبی استفاده می‌کنند که امکان تقویت، تغییر علامت و تعدیل را فراهم می‌کند اما تأخیر کوتاهی را اضافه می‌کند.