Sinapsa

Neuronii nu trebuie să fie uniți într-un fir continuu pentru a transmite informație. Zona prin care un neuron comunică cu o altă celulă se numește sinapsă. La multe sinapse, terminația axonului eliberează un neurotransmițător într-un spațiu foarte îngust. Moleculele se leagă de receptori pe celula următoare și pot modifica activitatea ei. Mesajul nu este același „curent electric” care sare pur și simplu peste spațiul dintre celule.

Într-o sinapsă chimică, secvența este importantă: impulsul ajunge la terminația presinaptică, se eliberează mediatorul, acesta se leagă de receptorii postsinaptici, iar răspunsul depinde de receptor și de celula țintă. Unele sinapse favorizează activarea celulei următoare, altele îi reduc probabilitatea de activare. Neurotransmițătorul este apoi îndepărtat sau inactivat, astfel încât semnalul să nu continue la nesfârșit.

Sinapse există între doi neuroni, dar și între un neuron motor și o fibră musculară. Identifică într-un desen cele două părți: cea presinaptică, din care se eliberează mediatorul, și cea postsinaptică, ce are receptori. Nu numi receptorul „neurotransmițător”; receptorul recunoaște molecula, nu este molecula eliberată. Sinapsele permit integrarea mai multor informații înainte de apariția unui răspuns.

O sinapsă chimică are trei părți: terminația presinaptică (butonul terminal), cu vezicule sinaptice pline de mediator, fanta sinaptică, lată de aproximativ 20 nm, și membrana postsinaptică, cu receptori. Etapele transmiterii: potențialul de acțiune ajunge la buton și deschide canalele de calciu; calciul intră și determină fuziunea veziculelor cu membrana (exocitoză); mediatorul difuzează prin fantă și se leagă de receptori; receptorul deschide canale ionice (direct, în receptorii ionotropi) sau declanșează un lanț de reacții (în receptorii metabotropi); mediatorul este apoi îndepărtat. Întârzierea sinaptică este de aproximativ 0,5 ms, iar transmiterea este unidirecțională, de la presinaptic la postsinaptic, pentru că mediatorul se află numai în terminația presinaptică.

Răspunsul postsinaptic poate fi excitator (potențial postsinaptic excitator, PEPS, depolarizare prin intrarea sodiului) sau inhibitor (potențial postsinaptic inhibitor, PIPS, hiperpolarizare prin intrarea clorului sau ieșirea potasiului). Neuronul postsinaptic însumează în timp și în spațiu mai multe semnale și generează un potențial de acțiune numai dacă suma atinge pragul. Mediatori: acetilcolina (placa motorie, parasimpatic), noradrenalina (simpatic), dopamina, serotonina, glutamatul (principalul excitator din SNC), GABA (principalul inhibitor din SNC) și glicina (inhibitor în măduvă). Inactivarea se face prin enzime (acetilcolinesteraza descompune acetilcolina în colină și acetat), prin recaptare în butonul presinaptic sau prin difuzie. Sinapsele electrice (joncțiuni gap) transmit direct curentul ionic, în ambele sensuri.

Exemplu rezolvat 1: transmiterea la placa motorie.

1. Impulsul ajunge la terminația axonului motor și deschide canalele de calciu.
2. Veziculele eliberează acetilcolină în fantă.
3. Acetilcolina se leagă de receptorii fibrei musculare, canalele se deschid și fibra se depolarizează.
4. Acetilcolinesteraza degradează rapid mediatorul, deci fibra se relaxează.
5. Toxina botulinică blochează eliberarea acetilcolinei și produce paralizie flască; curara blochează receptorii și are același efect.

Exemplu rezolvat 2: sumarea semnalelor. Un neuron are potențialul de repaus $-70$ mV și pragul $-55$ mV. Fiecare sinapsă excitatoare activă produce un PEPS de $+5$ mV, iar fiecare sinapsă inhibitoare activă un PIPS de $-3$ mV.

1. Patru sinapse excitatoare simultane: $-70+4\cdot 5=-50$ mV. Valoarea depășește pragul, deci apare un potențial de acțiune.
2. Patru excitatoare și o inhibitoare: $-70+20-3=-53$ mV. Pragul este tot depășit, deci neuronul se activează.
3. Patru excitatoare și două inhibitoare: $-70+20-6=-56$ mV. Pragul nu este atins, deci nu apare potențial de acțiune.
4. Concluzie: neuronul integrează semnalele excitatoare și inhibitoare.

La nivelul sinapsei neuromusculare, o singură terminație eliberează sute de vezicule, iar potențialul de placă este mult peste prag, de aceea fiecare impuls nervos produce o contracție. Alte sinapse necesită sumarea mai multor semnale. Sinapsa poate fi axo-dendritică, axo-somatică sau axo-axonală, în funcție de partea neuronului țintă; cele axo-axonale pot modula eliberarea de mediator (inhibiție presinaptică).

În itemii de admitere, fixează sensul presinaptic → spațiu sinaptic → postsinaptic. Calciul declanșează eliberarea veziculelor, iar mediatorul se leagă de receptori. Distinge sinapsa neuromusculară de o sinapsă între doi neuroni și nu afirma că fiecare sinapsă produce automat un potențial de acțiune în celula următoare.

Reține: eliberarea mediatorului se face prin exocitoză, dependentă de calciu; transmiterea chimică este unidirecțională; acetilcolinesteraza inactivează acetilcolina; antidepresivele din clasa inhibitorilor recaptării serotoninei cresc cantitatea de serotonină din fantă. Miastenia gravis este o boală autoimună în care anticorpii blochează receptorii pentru acetilcolină ai fibrei musculare, cu slăbiciune musculară. Organofosforicii inhibă acetilcolinesteraza, deci acetilcolina se acumulează.

Pentru întrebările despre medicamente și toxine, urmărește locul acțiunii: curara blochează receptorii colinergici ai plăcii motorii, toxina botulinică blochează eliberarea mediatorului, neostigmina inhibă acetilcolinesteraza, iar benzodiazepinele cresc efectul GABA. Pentru întrebările despre dopamină, reține că deficitul ei în nucleii bazali produce boala Parkinson. Excitația și inhibiția nu sunt proprietăți ale mediatorului ca atare, ci ale receptorului postsinaptic: același mediator poate excita într-un loc și inhiba în altul.

Exemplu în formatul examenului (complement grupat). Despre sinapsa chimică sunt corecte afirmațiile:

1. Eliberarea mediatorului în fanta sinaptică este declanșată de intrarea calciului în butonul presinaptic.
2. Acetilcolinesteraza degradează acetilcolina din fanta sinaptică.
3. GABA este principalul mediator inhibitor din sistemul nervos central.
4. Transmiterea prin sinapsa chimică este unidirecțională.

• a) „Numai afirmațiile 1, 2 și 3 sunt corecte.”
• b) „Numai afirmațiile 1 și 3 sunt corecte.”
• c) „Numai afirmațiile 2 și 4 sunt corecte.”
• d) „Numai afirmația 4 este corectă.”
• e) „Toate afirmațiile sunt corecte sau toate sunt false.”

Răspuns: e. Toate afirmațiile sunt corecte. Calciul determină exocitoza veziculelor cu mediator. Acetilcolinesteraza inactivează acetilcolina, deci semnalul se oprește. GABA hiperpolarizează celula postsinaptică și are efect inhibitor. Sinapsa chimică conduce numai de la membrana presinaptică la cea postsinaptică, deoarece mediatorul se află doar în terminația presinaptică.

Greșeli frecvente

• Greșit: Mediatorul eliberat și receptorul postsinaptic sunt aceeași structură.
  Corect: Mediatorul este o moleculă semnal, iar receptorul este structura de care se leagă.
• Greșit: Toate sinapsele excită neuronul următor.
  Corect: Există sinapse excitatoare și inhibitoare.
• Greșit: Sinapsa chimică conduce impulsul în ambele sensuri.
  Corect: Mediatorul se află numai în terminația presinaptică, deci transmiterea este unidirecțională.

Înainte și după