Synapse. National Institute on Aging, NIH. CC BY NC 2.0

synapse

Elektronmikroskopisk bilde av en nerveende med vesikler som inneholder transmittersubstanser.

Nevrotransmittere

Av Tina Carvalho, University of Hawaii at Manoa.

Lisens: CC BY NC 2.0

Synapse er et kontaktsted mellom en nervecelle og en annen nervecelle, en muskelcelle eller en kjertelcelle.

Faktaboks

Uttale: synˈapse
Etymologi: av gresk synapsis, ‘kontakt, forbindelse’ Ordet ble konstruert av den engelske fysiologen Michael Foster (1836-1907) sammen med hans elev, nevrofysiologen Charles Scott Sherrington (1857-1952), i 1879.

Cellen som sender signalet har lagret signalstoffer i små blærer. Når den blir stimulert vil den slippe ut signalstoffene i den lille spalten mellom de to cellene (synapsespalten). Noen vanlige signalstoffer er acetylkolin og noradrenalin.

Signalstoffene flyter over til mottakercellen og binder seg til reseptorer der. Reseptorene kan være ionekanaler eller metabotrope reseptorer. Når et signalstoff binder seg til en reseptor kan cellen bli aktivert (eksitert) eller hemmet (inhibert). I synapsespalten er det enzymer som bryter ned signalstoffet og dermed «skrur av» signalet.

Mange av legemidlene som brukes i behandlingen av nevrologiske og psykiske sykdommer påvirker signalformidlingen over synapser på en eller annen måte.

Pre- og postsynaptisk

Nervesystemets oppgave er å formidle signaler. Synapsene formidler overføringen av signalene til den neste cellen i signalveien. Den cellen som sender signalet kalles den presynaptiske cellen (av pre-, 'før, foran'), den som mottar signalet kalles postsynaptisk celle ( av post-, 'etter, bak'). I sentralnervesystemet sendes signalet som oftest fra den presynaptiske cellen til den postsynaptiske cellens dendritter (akso-dendrittiske synapser) eller cellelegeme (akso-somatiske synapser).

På denne måten blir cellene i nervesystemet koblet sammen i komplekse nettverk av signalbaner, og nervefibre danner kontakter med effektorceller ute i kroppen. Disse formidler og behandler den informasjonen som signalene inneholder. I mange nervebaner finner vi også aksoner som ender på andre aksonterminaler (akso-aksonale synapser) og til og med dendro-dendrittiske synapser. Disse bidrar til å kontrollere signalformidlingen i de mer konvensjonelle synapsene. I dette kompliserte spillet er de synaptiske koblingene nøkkelelementer i signalbehandlingen som kontinuerlig finner sted i nervesystemet.

Synaptiske vesikler

De presynaptiske terminalene er vanligvis tynne aksonprosesser. De utvider seg ofte til små knopper (boutoner) som er atskilt fra den postsynaptiske cellen ved en ganske smal synaptisk spalte. De terminale boutonene inneholder spesielle signalmolekyler (transmittersubstans) pakket inn i små blærer kalt synaptiske vesikler. Når nerveimpulsen i det presynaptiske aksonet har invadert aksonterminalene, vil disse bli utladet (depolariseres).

Terminalmembranen inneholder ionekanaler for kalsiumioner, og disse åpner seg i det millisekundet terminalen er depolarisert. Derved strømmer kalsiumionene inn i terminalen, og det settes i gang prosesser som får vesiklene med transmittersubstans til å smelte sammen med terminalenes overflatemembran. De tømmer dermed sitt innhold av transmittermolekyler ut i den synaptiske spalten hvor de diffunderer og binder seg til reseptormolekyler i den postsynaptiske membranen. Disse reseptorene er oftest koblet til ionekanaler i membranen. Dette forårsaker ionestrømmer og derved forandringer i membranpotensialet i den postsynaptiske cellen. Med dette er signalet overført fra den presynaptiske til den postsynaptiske cellen.

Boutoner

På de fleste nerveceller er det hundrevis eller tusenvis av presynaptiske terminale boutoner. Hver terminal har derfor en ganske liten kontaktflate, og hver presynaptisk impuls fører ofte til frigjøring av bare én, eller noen få, vesikler med transmittersubstans. Transmitter fra én enkelt bouton fører derfor vanligvis bare til en beskjeden forandring av membranpotensialet i den postsynaptiske cellen. Samtidig aktivitet i flere av synapsene på en gitt celle er derfor vanligvis nødvendig for at nerveceller skal aktiveres.

Transmittersubstans

Effektiviteten av signaloverføringen er meget forskjellig i de ulike typer av synapser. Hver av skjelettmuskelfibrene er innervert av bare én aksongren fra en motorisk nervecelle. Denne har til gjengjeld en stor kontaktflate på muskelfiberen (nevromuskulær endeplate). Når denne terminalen aktiveres av en nerveimpuls, vil dette føre til at så mange som 50–100 vesikler med transmittersubstans tømmes i den synaptiske spalten og binder seg til reseptorer.

I en motorisk endeplate er signalstoffet acetylkolin, og hver vesikkel inneholder noen tusen molekyler acetylkolin. Når acetylkolin binder seg til den postsynaptiske acetylkolinreseptoren depolariseres muskelfiberen lokalt og tilstrekkelig til at det dannes en muskelfiberimpuls (i prinsippet lik en nerveimpuls), og denne brer seg ut over hele muskelfiberen. Slik vil én enkelt presynaptisk nerveimpuls aktivere alle sarkomerene i muskelfiberen.

Nedbrytning

Virkningen av den frigjorte transmittersubstansen er vanligvis av kort varighet. Dette skyldes delvis at transmittersubstansen forblir bundet til reseptoren bare i noen få millisekunder, og delvis at synapsespaltene også inneholder enzymer som spalter og inaktiverer eller fjerner transmittersubstansen en kort tid etter at den er frigjort.

Typer transmittersubstanser

Flere titalls ulike substanser fungerer som transmittersubstanser i nervesystemet. Blant de vanlig forekommende er aminosyrene glutamat, glysin og GABA, acetylkolin, og flere forskjellige aminer (noradrenalin, adrenalin, dopamin og serotonin).

Vanligvis produserer hver celletype sin bestemte transmittersubstans. Det er imidlertid også eksempler på at en celletype kan frigjøre to ulike transmittersubstanser, vanligvis i form av en kotransmitter som kan regulere effekten av hovedtransmitteren.

Synaptisk aktivering og hemming

Det er to hovedtyper synaptiske effekter når en transmittersubstans bindes til en postsynaptisk reseptor:

I noen tilfeller aktiveres ionekanaler som fører til en depolarisering av den postsynaptiske cellen. Denne effekten kalles eksitatorisk (aktiverende) og vil, om depolariseringen er tilstrekkelig, føre til utløsning av en impuls i den postsynaptiske cellen.
I andre synapser vil transmitter-/reseptorbindingen føre til en økning av membranpotensialet (hyperpolarisering) i den postsynaptiske cellen. Dette vil motvirke aktivering av cellen, og effekten kalles inhibitorisk (hemmende).

De fleste nervecellene i hjernen har hundre- eller tusenvis av synapser fra mange ulike kilder. Gjennomgående vil disse hjernecellene være aktive i moderat grad. For en gitt celle vil derfor forholdet mellom aktiviteten i eksitatoriske og inhibitoriske synapser på ethvert tidspunkt bestemme graden av aktivitet i den postsynaptiske cellen.

Som nevnt produserer hver type nervecelle vanligvis en spesiell transmittersubstans. De fleste transmittersubstanser har imidlertid flere ulike typer reseptormolekyler, og det er disse som bestemmer om den postsynaptiske effekten vil være eksitatorisk eller inhibitorisk. Noen vanlige transmittersubstanser som for eksempel glutamat fører vanligvis til eksitasjon av den postsynaptiske cellen. Andre, som glysin og GABA, fører vanligvis til inhibisjon. Atter andre, som acetylkolin og aminene, har eksitatoriske postsynaptiske reseptorer i noen av sine nervebaner og inhibitoriske reseptorer i andre.

Signalformidling innover i cellen

For enkelte typer av synapser er de postsynaptiske reseptorene ikke koblet direkte til ionekanaler, men i stedet til intracellulære enzymer som regulerer de postsynaptiske cellenes stoffskifte, eksitabilitet og andre kritiske cellefunksjoner. Slike reseptorer kalles metabotrope reseptorer, og deres postsynaptiske effekter formidles blant annet av intracellulære signalmolekyler som cAMP og cGMP, såkalte sekundære budbringere.

Signalformidling gjennom slike metabotrope postsynaptiske reseptorer, er betydelig langsommere enn ved de mer konvensjonelle synapsene, som er direkte koblet til ionekanaler. Ved noen av de metabotrope synapsene brukes også ulike nevropeptider, som for eksempel substans P og enkefaliner, som transmittersubstanser. Signalformidlingen i hjernen blir på denne måten et samspill mellom et sett av meget kompliserte synaptiske prosesser.

I tillegg kommer at effektiviteten av de synaptiske prosessene er avhengig av cellenes aktivitetsnivå. Hvis en nervecelle aktiveres med korte intervaller, fører det ofte til en økning av synaptisk effektivitet (fasilitering). For andre celler kan det føre til en svekkelse (depresjon). I noen tilfeller kan effektene av slik kortvarig ekstra aktivitet vare lenge, og strekke seg over timer eller dager. Det er nå stadig bedre holdepunkter for at slike langvarige forandringer i synaptisk aktivitet er vesentlige mekanismer i forbindelse med hukommelses- og læringsprosesser.

Ytre påvirkninger av synapser

De synaptiske transmittersubstansene og deres reseptorer spiller en nøkkelrolle i forbindelse med legemidler som brukes i behandlingen av ulike sykdommer i nervesystemet. Slike legemidler kan virke på ionekanaler, på transportprosesser og nedbrytning av transmittersubstanser. Andre kan aktivere eller blokkere bestemte synaptiske reseptorer, og de får med dette en utstrakt anvendelse i behandlingen av både nevrologiske og psykiatriske sykdomstilstander.

Les mer i Store norske leksikon

Synapse. Nevromuskulær synapse. En umyelinisert endegren av aksonet fra en motorisk forhorncelle (presynaptisk celle) kommer i intim kontakt med overflatemembranen på en skjelettmuskelfiber (postsynaptisk celle). Den presynaptiske aksonterminalen inneholder tallrike, små, membrankledde blærer (vesikler, blå), fylt med transmittersubstans (i dette tilfellet acetylkolin). Når en nerveimpuls i det presynaptiske aksonet (1) invaderer sine endegrener, depolariseres disse fullstendig, og dette fører til en innstrømning av Ca++-ioner. Dette trigger frigjøring av transmitter, som diffunderer over synapsespalten og binder seg til postsynaptiske reseptorer (røde). Bindingen fører til åpning av ionekanaler, med innstrømming av hovedsakelig Na+-ioner og depolarisering av muskelcellen som resultat. Normalt er depolariseringen kraftig nok til å nå terskelen for impulsdannelse (2), og impulsen ledes deretter langs muskelfiberen (3). Dette trigger en kontraksjon av muskelfiberen. Det hele er gjennomført i løpet av brøkdeler av et sekund. Den mest langsomme delen av prosessen er aktiveringen av det kontraktile apparatet i muskelcellen.

Synapse

Av Fysiologisk institutt, Blindern (Jansen/Tønnesen)/KF-arkiv ※.

Lisens: Begrenset gjenbruk
Synapse. Sentrale synapser fra internevroner til en motorisk forhorncelle. Hver motorisk forhorncelle mottar opp imot 100 000 synapser. Disse er enten eksitatoriske (blå) eller inhibitoriske (røde). Aktivering av eksitatoriske synapser medfører en liten depolarisering (1, blå), mens aktivering av inhibitoriske synapser medfører en liten hyperpolarisering (2, rød). I motsetning til tilfellet ved nevromuskulære synapser, som er utelukkende eksitatoriske og gir normalt en så stor depolarisering at terskelen alltid nåes, vil summasjon av depolariseringer og hyperpolariseringer her til enhver tid bestemme potensialet over den postsynaptiske cellemembran. Blir det nok eksitasjon, nås terskelen for impulsdannelse (3); hvis ikke, oppstår bare et kortvarig eksitatorisk postsynaptisk potensial (4). Til høyre sees en forstørrelse av en enkel synaptisk kontakt, som viser at det grunnleggende maskineriet er som ved nevromuskulære synapser, med små vesikler som inneholder transmittersubstans (blå, i dette tilfellet glutamat), som frigjøres og diffunderer over synapsespalten og binder seg til reseptorer postsynaptisk (røde). Den korte varigheten av transmittervirkningen skyldes dels at bindingen til reseptoren er raskt reversibel, dels at transmittermolekylene diffunderer vekk fra synapsespalten, og dels at den frigjorte transmittersubstansen blir inaktivert av lokale enzymer eller fjernet av cellulære opptaksmekanismer. Betydningen av alt dette er at det synaptiske maskineriet er raskt restituert etter en aktivering, og synapser kan formidle nye signaler kanskje flere hundre ganger i sekundet.

Synapse

Av Fysiologisk institutt, Blindern (Jansen/Tønnesen)/KF-arkiv ※.

Lisens: Begrenset gjenbruk

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

Vi mangler fagansvarlig for Nervecellebiologi

Vil du bli fagansvarlig? Ta kontakt