Nöronlar Arası İletişim
Bir nöron içinde meydana gelen elektriksel değişiklikler, önceki bölümde açıklandığı gibi, bir ışık anahtarının açılmasına benzer. Bir uyarıcı depolarizasyonu başlatır, ancak bir eşiğe ulaşıldığında aksiyon potansiyeli kendi kendine çalışır. Şimdi soru şu: "Işık düğmesini ne açar?" Hücre zarı voltajındaki geçici değişiklikler, nöronların çevreden bilgi almasından veya bir nöronun diğeri üzerindeki etkisinden kaynaklanabilir. Bu özel potansiyel türleri bir nöronu etkiler ve bir aksiyon potansiyelinin oluşup oluşmayacağını belirler. Bu geçici sinyallerin çoğu sinapstan kaynaklanır.
Dereceli Potansiyeller
Zar potansiyelindeki yerel değişiklikler kademeli potansiyeller olarak adlandırılır ve genellikle bir nöronun dendritleri ile ilişkilidir. Zar potansiyelindeki değişimin miktarı, buna neden olan uyaranın büyüklüğüne göre belirlenir. Duş sıcaklığının test edilmesi örneğinde, hafif ılık su bir termoreseptörde sadece küçük bir değişiklik başlatırken, sıcak su membran potansiyelinde büyük miktarda değişikliğe neden olacaktır.
Kademeli potansiyeller depolarize edici veya hiperpolarize edici olmak üzere iki çeşit olabilir (aşağıdaki şekil). Dinlenme potansiyelindeki bir zar için, kademeli bir potansiyel, bu voltajda -70 mV'nin üzerinde veya -70 mV'nin altında bir değişikliği temsil eder. Depolarize edici kademeli potansiyeller genellikle Na+ veya Ca2+'nın hücreye girmesinin sonucudur. Bu iyonların her ikisi de hücre dışında içeridekinden daha yüksek konsantrasyonlara sahiptir; pozitif bir yüke sahip oldukları için hücre içine hareket ederek hücrenin dışarıya göre daha az negatif olmasına neden olurlar. Hiperpolarize edici kademeli potansiyeller, K+'nın hücreyi terk etmesinden veya Cl-'nin hücreye girmesinden kaynaklanabilir. Bir hücreden pozitif bir yük çıkarsa, hücre daha negatif hale gelir; hücreye negatif bir yük girerse, aynı şey olur.
Dereceli Potansiyel Türleri
Duyu nöronlarının tek kutuplu hücreleri için -hem serbest sinir uçlarına sahip olanlar hem de kapsüller içinde olanlar- aynı hücrenin aksonunda bir aksiyon potansiyelinin oluşumunu etkileyen dendritlerde derecelendirilmiş potansiyeller gelişir. Buna jeneratör potansiyeli denir. Tat hücreleri veya retinanın fotoreseptörleri gibi diğer duyusal reseptör hücreleri için, membranlarındaki kademeli potansiyeller duyusal nöronlarla sinapslarda nörotransmitterlerin salınmasına neden olur. Buna reseptör potansiyeli denir.
Postsinaptik potansiyel (PSP), diğer hücrelerden sinaps alan bir nöronun dendritlerindeki kademeli potansiyeldir. Postsinaptik potansiyeller depolarize edici veya hiperpolarize edici olabilir. Postsinaptik potansiyeldeki depolarizasyona uyarıcı postsinaptik potansiyel (EPSP) denir çünkü zar potansiyelinin eşiğe doğru hareket etmesine neden olur. Postsinaptik potansiyeldeki hiperpolarizasyon inhibitör postsinaptik potansiyeldir (IPSP) çünkü membran potansiyelinin eşikten uzaklaşmasına neden olur.
Toplama
Her tür kademeli potansiyel, bir zarın voltajında depolarizasyon veya hiperpolarizasyon gibi küçük değişikliklerle sonuçlanacaktır. Bu değişiklikler bir araya gelirse veya toplanırsa nöronun eşiğe ulaşmasına yol açabilir. Farklı türdeki kademeli potansiyellerin birleşik etkileri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Zardaki toplam voltaj değişikliği pozitif 15 mV ise, yani zar -70 mV'den -55 mV'ye depolarize oluyorsa, kademeli potansiyeller zarın eşiğe ulaşmasıyla sonuçlanacaktır.
Reseptör potansiyelleri için eşik bir faktör değildir çünkü reseptör hücreleri için zar potansiyelindeki değişiklik doğrudan nörotransmitter salınımına neden olur. Bununla birlikte, jeneratör potansiyelleri duyusal nöron aksonunda aksiyon potansiyellerini başlatabilir ve postsinaptik potansiyeller diğer nöronların aksonunda bir aksiyon potansiyeli başlatabilir. Kademeli potansiyeller, aksiyon potansiyelini başlatmak için aksonun başlangıcındaki belirli bir konumda, yani ilk segmentte toplanır. Dendritler ve akson arasında bir hücre gövdesi bulunmayan duyusal nöronlar için başlangıç segmenti doğrudan dendritik uçlara bitişiktir. Diğer tüm nöronlar için, akson tepeciği esasen aksonun ilk segmentidir ve toplamanın gerçekleştiği yerdir. Bu konumlar, aksiyon potansiyelinin depolarize edici fazını başlatan voltaj kapılı Na+ kanallarının yüksek yoğunluğuna sahiptir.
Toplama uzamsal veya zamansal olabilir, yani nöron üzerinde farklı konumlarda veya hepsi aynı yerde ancak zaman içinde ayrılmış birden fazla dereceli potansiyelin sonucu olabilir. Uzaysal toplama, bir nörona gelen birden fazla girdinin aktivitesinin birbiriyle ilişkilendirilmesiyle ilgilidir. Zamansal toplama, tek bir hücreden gelen birden fazla aksiyon potansiyelinin zar potansiyelinde önemli bir değişiklikle sonuçlanan ilişkisidir. Mekânsal ve zamansal toplama birlikte de hareket edebilir.
| İNTERAKTİF BAĞLANTI Toplama hakkında bilgi edinmek için bu videoyu izleyin. Elektrik sinyallerini kimyasal sinyallere ve geri dönüştürme işlemi, membran voltajında geçici artışlar veya azalmalarla sonuçlanabilecek ince değişiklikler gerektirir. Hedef hücrede kalıcı bir değişikliğe neden olmak için genellikle birden fazla sinyal birbirine eklenir veya toplanır. Uzamsal toplamanın tek seferde mi gerçekleşmesi gerekir, yoksa ayrı sinyaller postsinaptik nörona biraz farklı zamanlarda ulaşabilir mi? Cevabınızı açıklayınız. |
Sinapslar
Elektriksel olarak aktif hücreler arasında kimyasal sinapslar ve elektriksel sinapslar olmak üzere iki tür bağlantı vardır. Kimyasal bir sinapsta, bir hücreden kimyasal bir sinyal - yani bir nörotransmitter - salınır ve diğer hücreyi etkiler. Bir elektriksel sinapsta, iki hücre arasında doğrudan bir bağlantı vardır, böylece iyonlar bir hücreden diğerine doğrudan geçebilir. Elektriksel bir sinapsta bir hücre depolarize olursa, iyonlar hücreler arasında geçtiği için birleşik hücre de depolarize olur. Kimyasal sinapslar kimyasal bilginin bir hücreden diğerine aktarılmasını içerir. Bu bölüm kimyasal sinaps türüne odaklanacaktır.
Kimyasal sinapslara örnek olarak kas dokusu bölümünde anlatılan nöromüsküler kavşak (NMJ) verilebilir. Sinir sisteminde, esasen NMJ ile aynı olan daha birçok sinaps vardır. Tüm sinapslar bu listede özetlenebilecek ortak özelliklere sahiptir:
- presinaptik eleman
- nörotransmitter (veziküller içinde paketlenmiş)
- sinaptik yarık
- reseptör proteinleri
- postsinaptik eleman
- nörotransmitter eliminasyonu veya yeniden alımı
NMJ için bu özellikler şunlardır: presinaptik eleman motor nöronun akson terminalleridir, nörotransmitter asetilkolindir, sinaptik yarık nörotransmitterin yayıldığı hücreler arasındaki boşluktur, reseptör proteini nikotinik asetilkolin reseptörüdür, postsinaptik eleman kas hücresinin sarkolemmasıdır ve nörotransmitter asetilkolinesteraz tarafından ortadan kaldırılır. Diğer sinapslar da buna benzer ve özellikleri farklıdır, ancak hepsi aynı özellikleri içerir.
Nörotransmitter Salınımı
Bir aksiyon potansiyeli akson terminallerine ulaştığında, sinaptik uç ampulün zarındaki voltaj kapılı Ca2+ kanalları açılır. Uç ampulün içinde Ca2+ konsantrasyonu artar ve Ca2+ iyonu nörotransmitter veziküllerin dış yüzeyindeki proteinlerle birleşir. Ca2+, vezikülün presinaptik membranla birleşmesini kolaylaştırır, böylece nörotransmitter, sinaptik yarık olarak bilinen hücreler arasındaki küçük boşluğa ekzositoz yoluyla salınır.
Sinaptik yarığa girdikten sonra, nörotransmitter postsinaptik zara kadar olan kısa mesafeye yayılır ve nörotransmitter reseptörleri ile etkileşime girebilir. Reseptörler nörotransmitter için spesifiktir ve ikisi bir anahtar ve kilit gibi birbirine uyar. Bir nörotransmitter kendi reseptörüne bağlanır ve diğer nörotransmitterlerin reseptörlerine bağlanmayarak bağlanmayı spesifik bir kimyasal olay haline getirir (aşağıdaki şekil).
Nörotransmitter Sistemleri
Sinir sistemindeki çeşitli sinapslarda bulunan çeşitli nörotransmitter sistemleri vardır. Bu gruplar nörotransmitter olan kimyasalları ifade eder ve gruplar içinde belirli sistemler vardır.
Kendi başına bir nörotransmitter sistemi olan ilk grup kolinerjik sistemdir. Asetilkoline dayanan sistemdir. Bu, kolinerjik sinapsın bir örneği olarak NMJ'yi içerir, ancak kolinerjik sinapslar sinir sisteminin diğer kısımlarında da bulunur. Otonom sinir sisteminin yanı sıra beyin boyunca da dağılmışlardır.
Kolinerjik sistemin iki tür reseptörü vardır; nikotinik reseptör NMJ'de ve diğer sinapslarda bulunur. Ayrıca muskarinik reseptör olarak bilinen bir asetilkolin reseptörü de vardır. Bu reseptörlerin her ikisi de asetilkoline ek olarak reseptörle etkileşime giren ilaçlar için adlandırılmıştır. Nikotin nikotinik reseptöre bağlanacak ve asetilkoline benzer şekilde onu etkinleştirecektir. Bazı mantarların bir ürünü olan muskarin, muskarinik reseptöre bağlanır. Ancak nikotin muskarinik reseptöre ve muskarin de nikotinik reseptöre bağlanmayacaktır.
Bir başka nörotransmitter grubu da amino asitlerdir. Bunlar arasında glutamat (Glu), GABA (glutamatın bir türevi olan gama-aminobütirik asit) ve glisin (Gly) bulunur. Bu amino asitlerin kimyasal yapılarında bir amino grubu ve bir karboksil grubu vardır. Glutamat, protein yapımında kullanılan 20 amino asitten biridir. Her amino asit nörotransmitteri kendi sisteminin, yani glutamaterjik, GABAerjik ve glisinerjik sistemlerin bir parçası olacaktır. Her birinin kendi reseptörleri vardır ve birbirleriyle etkileşime girmezler. Amino asit nörotransmitterleri geri alım yoluyla sinapstan elimine edilir. Presinaptik elemanın hücre zarındaki bir pompa veya bazen komşu bir glial hücre, amino asidi sinaptik yarıktan temizler, böylece geri dönüştürülebilir, veziküllerde yeniden paketlenebilir ve tekrar serbest bırakılabilir.
Bir diğer nörotransmitter sınıfı, enzimatik olarak amino asitlerden yapılan bir grup nörotransmitter olan biyojenik amindir. İçlerinde amino grupları vardır, ancak artık karboksil grupları yoktur ve bu nedenle artık amino asit olarak sınıflandırılmazlar. Serotonin triptofandan yapılır. Kendine özgü reseptörleri olan serotonerjik sistemin temelini oluşturur. Serotonin yeniden paketlenmek üzere presinaptik hücreye geri taşınır.
Diğer biyojenik aminler tirozinden yapılır ve dopamin, norepinefrin ve epinefrini içerir. Dopamin, dopamin reseptörlerine sahip olan kendi sisteminin, dopaminerjik sistemin bir parçasıdır. Dopamin, presinaptik hücre membranındaki taşıma proteinleri tarafından sinapstan uzaklaştırılır. Norepinefrin ve epinefrin adrenerjik nörotransmitter sistemine aittir. Bu iki molekül birbirine çok benzer ve alfa ve beta reseptörleri olarak adlandırılan aynı reseptörlere bağlanır. Norepinefrin ve epinefrin de presinaptik hücreye geri taşınır. Kimyasal epinefrin (epi- = "on"; "-nephrine" = böbrek) adrenalin (renal = "böbrek") olarak da bilinir ve norepinefrin bazen noradrenalin olarak adlandırılır. Böbreküstü bezi, hormon olarak kan dolaşımına salınmak üzere epinefrin ve norepinefrin üretir.
Bir nöropeptit, peptit bağlarıyla bağlanmış amino asit zincirlerinden oluşan bir nörotransmitter moleküldür. Protein budur, ancak protein terimi molekül için belirli bir uzunluk anlamına gelir. Beş amino asit uzunluğunda olan met-enkefalin gibi bazı nöropeptitler oldukça kısadır. Diğerleri ise 31 amino asit uzunluğundaki beta-endorfin gibi uzundur. Nöropeptitler genellikle sinapslarda başka bir nörotransmitter ile birlikte salınır ve genellikle vücudun diğer sistemlerinde vazoaktif bağırsak peptidi (VIP) veya P maddesi gibi hormonlar olarak işlev görürler.
Bir nörotransmitterin postsinaptik eleman üzerindeki etkisi tamamen reseptör proteine bağlıdır. İlk olarak, postsinaptik elemanın membranında reseptör proteini yoksa, nörotransmitterin hiçbir etkisi yoktur. Depolarize edici veya hiperpolarize edici etki de reseptöre bağlıdır. Asetilkolin nikotinik reseptöre bağlandığında postsinaptik hücre depolarize olur. Bunun nedeni reseptörün bir katyon kanalı olması ve pozitif yüklü Na+'ın hücre içine akmasıdır. Bununla birlikte, asetilkolin çeşitli varyantları olan muskarinik reseptöre bağlandığında, hedef hücrenin depolarizasyonuna veya hiperpolarizasyonuna neden olabilir.
Amino asit nörotransmitterleri, glutamat, glisin ve GABA, neredeyse sadece tek bir etkiyle ilişkilidir. Glutamat, yetişkinlerdeki Glu reseptörlerinin postsinaptik hücrenin depolarizasyonuna neden olması nedeniyle uyarıcı bir amino asit olarak kabul edilir. Glisin ve GABA ise reseptörlerinin hiperpolarizasyona neden olması nedeniyle inhibe edici amino asitler olarak kabul edilir.
Biyojenik aminlerin karışık etkileri vardır. Örneğin, D1 reseptörleri olarak sınıflandırılan dopamin reseptörleri uyarıcı iken D2 tipi reseptörler inhibitördür. Biyojenik amin reseptörleri ve nöropeptit reseptörleri daha da karmaşık etkilere sahip olabilir, çünkü bazıları doğrudan zar potansiyelini etkilemeyebilir, bunun yerine gen transkripsiyonu veya nörondaki diğer metabolik süreçler üzerinde bir etkiye sahip olabilir. Bu bölümde sunulan çeşitli nörotransmitter sistemlerinin özellikleri aşağıdaki tabloda düzenlenmiştir.
Nörotransmitterler ve genel olarak sinyal kimyasalları hakkında hatırlanması gereken önemli şey, etkinin tamamen reseptöre bağlı olduğudur. Nörotransmitterler hücre yüzeyinde iyonotropik veya metabotropik olmak üzere iki sınıf reseptörden birine bağlanır (aşağıdaki şekil). İyonotropik reseptörler, asetilkolin için nikotinik reseptör veya glisin reseptörü gibi ligand kapılı iyon kanallarıdır. Metabotropik bir reseptör, hücre içinde metabolik değişikliklere neden olan bir protein kompleksi içerir. Reseptör kompleksi transmembran reseptör proteini, bir G proteini ve bir efektör proteini içerir. İlk haberci olarak adlandırılan nörotransmitter, hücrenin hücre dışı yüzeyindeki reseptör proteine bağlanır ve proteinin hücre içi tarafı G proteininin aktivitesini başlatır. G proteini, reseptör proteinden efektör proteine fiziksel olarak hareket ederek efektör proteini aktive eden bir guanozin trifosfat (GTP) hidrolazdır. Bir efektör protein, reseptöre bağlanan sinyalin hücre içi aracısı olarak hareket eden yeni bir molekülün oluşumunu katalize eden bir enzimdir. Bu hücre içi aracıya ikinci haberci denir.
Farklı reseptörler farklı ikinci haberciler kullanır. İkinci habercilerin iki yaygın örneği siklik adenozin monofosfat (cAMP) ve inositol trifosfattır (IP3). Adenilat siklaz enzimi (bir efektör protein örneği) cAMP yapar ve fosfolipaz C, IP3 yapan enzimdir. İkinci haberciler, efektör protein tarafından üretildikten sonra hücre içinde metabolik değişikliklere neden olurlar. Bu değişiklikler büyük olasılıkla hücredeki diğer enzimlerin aktivasyonudur. Nöronlarda, genellikle iyon kanallarını açarak ya da kapatarak değiştirirler. Bu enzimler ayrıca çekirdekte genlerin aktivasyonu ve dolayısıyla protein sentezinin artması gibi hücrede değişikliklere neden olabilir. Nöronlarda, bu tür değişiklikler genellikle sinapstaki hücreler arasında daha güçlü bağlantıların temelini oluşturur ve öğrenme ve hafızanın temeli olabilir.
| İNTERAKTİF BAĞLANTI Bir nörotransmitterin salınımı hakkında bilgi edinmek için bu videoyu izleyin. Aksiyon potansiyeli, akson terminali adı verilen aksonun ucuna ulaşır ve hedef hücreye bir şey yapmasını söylemek için kimyasal bir sinyal salınır – ya yeni bir aksiyon potansiyeli başlatır ya da bu aktiviteyi bastırır. Çok kısa bir süre içinde, aksiyon potansiyelinin elektrik sinyali bir nörotransmitterin kimyasal sinyaline ve ardından hedef hücre zarında tekrar elektriksel değişikliklere dönüşür. Nörotransmitterlerin salınımında voltaj kapılı kalsiyum kanallarının önemi nedir? |
| Sistem | Kolinerjik | Amino asitler | Biyojenik aminler | Nöropeptitler |
| Nörotransmitterler | Asetilkolin | Glutamat, glisin, GABA | Serotonin (5-HT), dopamin, norepinefrin, (epinefrin) | Met-enkefalin, beta-endorfin, VIP, Substance P, vb. |
| Reseptörler | Nikotinik ve muskarinik reseptörler | Glu reseptörleri, gly reseptörleri, GABA reseptörleri | 5-HT reseptörleri, D1 ve D2 reseptörleri, α-adrenerjik ve β-adrenerjik reseptörler | Reseptörler listelenemeyecek kadar çoktur, ancak peptitlere özgüdür. |
| Eliminasyon | Asetilkolinesteraz tarafından parçalanma | Nöronlar veya glia tarafından geri alım | Nöronlar tarafından geri alım | Peptidaz adı verilen enzimler tarafından parçalanma |
| Postsinaptik etki | Nikotinik reseptör depolarizasyona neden olur. Muskarinik reseptörler alt tipine bağlı olarak hem depolarizasyona hem de hiperpolarizasyona neden olabilir. | Glu reseptörleri depolarizasyona neden olur. Gly ve GABA reseptörleri hiperpolarizasyona neden olur. | Depolarizasyon veya hiperpolarizasyon spesifik reseptöre bağlıdır. Örneğin, D1 reseptörleri depolarizasyona ve D2 reseptörleri hiperpolarizasyona neden olur. | Depolarizasyon veya hiperpolarizasyon spesifik reseptöre bağlıdır. |
| …BOZUKLUKLARI Sinir Sistemi Alzheimer ve Parkinson gibi bazı nörodejeneratif hastalıkların altında yatan neden, proteinlerle, özellikle de kötü davranış gösteren proteinlerle ilgili gibi görünmektedir. Alzheimer hastalığına neyin neden olduğuna dair en güçlü teorilerden biri, doğru çalışmayan bir proteinin yoğun kümelenmeleri olan beta-amiloid plaklarının birikmesine dayanmaktadır. Parkinson hastalığı, orta beyindeki substantia nigra çekirdeğindeki hücreler için toksik olan ve alfa-sinüklein olarak bilinen bir proteindeki artışla bağlantılıdır. Proteinlerin doğru şekilde işlev görebilmeleri üç boyutlu şekillerine bağlıdır. Amino asitlerin doğrusal dizilimi, bu amino asitler içindeki ve arasındaki etkileşimlere dayanan üç boyutlu bir şekle katlanır. Katlanma bozulduğunda ve proteinler farklı bir şekil aldığında, doğru şekilde işlev görmeyi bırakırlar. Ancak hastalık mutlaka bu proteinlerin işlevsel kaybının bir sonucu değildir; daha ziyade, bu değişmiş proteinler birikmeye başlar ve toksik hale gelebilir. Örneğin, Alzheimer’da hastalığın ayırt edici özelliği bu amiloid plakların beyin korteksinde birikmesidir. Bu tür bir hastalığı tanımlamak için kullanılan terim “proteopati”dir ve başka hastalıkları da kapsar. Sığırlarda deli dana hastalığı olarak bilinen prion hastalığının insan varyantı olan Creutzfeld-Jacob hastalığı da Alzheimer’a benzer şekilde amiloid plakların birikimini içerir. Kistik fibrozis veya tip 2 diyabet gibi diğer organ sistemlerinin hastalıkları da bu gruba girebilir. Bu hastalıklar arasındaki ilişkinin farkına varılması yeni terapötik olasılıklar ortaya çıkarmıştır. Proteinlerin birikimine ve muhtemelen hücre içindeki ilk üretimlerine müdahale etmek, bu yıkıcı hastalıkları hafifletmek için yeni yolların kilidini açabilir. |
Yorumlar
Yorum Gönder