Nervové synapse Jak neuron stimuluje (nebo inhibuje) jiný neuron prostřednictvím chemické synapse?

Už máme asi poměrně slušnou představu o tom, jak nervový vzruch putuje neuronem. Viděli jsme, jak se několik dendritů, třeba tenhle a tenhle a tenhle, může podráždit. To, že je dendrit podrážděn, znamená, že se otevře nějaký kanál. A to je pravděpodobně to, co spustí nervový vzruch. Ten kanál umožní iontům, aby se dostaly do buňky. Vlastně jsou i situace, kdy ionty putují směrem ven z buňky. To by byl případ inhibice, ale teď si vezmeme ten případ, kdy ionty elektrotonicky vniknou do buňky. Tím se změní elektrický potenciál membrány a pokud kombinovaná změna elektrického potenciálu v místě axonálního výběžku překročí práh, pak se otevřou sodíkové kanály sodík nahrne dovnitř a nastane situace, kdy napětí nabývá vysokých hodnot. Otevřou se draslíkové kanály a nastane další změna, ale v době, kdy bylo vysoké napětí se elektrotonicky otevřela další sodíková pumpa. Tehdy nastává situace, kdy se ionty sodíku mohou nahrnout dovnitř a vzruch se přenáší dál. Přirozeně následuje otázka: Co se stane na hranici jednotlivých neuronů? Říkali jsme, že tyto dendrity jsou podrážděny. Ve většině případů jsou podrážděny jiným neuronem. Mohou být podrážděny i něčím jiným. A tadyhle, když tento axon pošle vzruch, tak tím může podráždit jakoukoliv další buňku. Může to být svalová buňka, ale ve většině případů v lidském těle je to další neuron. A jak se to děje? Takže tohle je axonální zakončení. Tady by mohl být dendrit dalšího neuronu. Tohle je další neuron, se svým vlastním axonem, vlastní buňkou. Tohle by podráždilo tenhle další dendrit. Takže, jak se to děje? Jak se přenáší vzruch z axonu jednoho neuronu na dendrit dalšího neuronu? Ve skutečnosti vzruch nemusí jít vždycky z axonu na dendrit, ale je to ten nejčastější případ. Může jít z axonu na axon, z dendritu na dendrit, z axonu do těla... Ale teď se budeme soustředit na případ z axonu na dentrit, protože to je ten nejtradičnější způsob, jakým si neurony předávají informace. Pojďme si to přiblížit. Přímo tady. Přiblížíme se tady na toto malé kolečko na konci axonu a na celou tuhle oblast. Taky si přiblížíme dendrit dalšího neuronu. A otočím to. Vlastně to otáčet ani nemusím. Tady nakreslím axonální zakončení. Axonální zakončení vypadá zhruba takhle. Hodně jsem si to přiblížil. Vypadá to asi takhle. Tohle je axonální zakončení neuronu. Tohle je vnitřek neuronu a další dendrit kreslím hned vedle. Další dendrit. Dendrit dalšího neuronu. Takže jsem se opravdu hodně přiblížil. A tohle je dendrit dalšího neuronu. Tohle je vnitřek prvního neuronu. Takže nám tu putuje akční potenciál. Přímo tady máme akční potenciál, který představuje elektrický potenciál, tedy membránový elektrický potenciál, který je dostatečně vysoký na to, aby otevřel tento sodíkový kanál. Možná jsem se přiblížil až moc. Tento kanál odpovídá tomuhle kanálu tady. Takže potom se do buňky můžou nahrnout sodíky. A pak se to všechno stane. Máme draslík, který pak dostane sodík ven, ale než se tak stane, tak ten kladný náboj otevře další kanál a ten otevře zase další sodíkový kanál, pokud tam nějaký je, ale u konce axonu jsou vápníkové kanály. Ty nakreslím růžově. Tohle je vápníkový kanál, který je obvykle zavřený. Tohle je iontový vápníkový kanál. Vápník má náboj +2. Iontový vápníkový kanál. Bývá zavřený, ale je řízený napětím na membráně. Když je napětí dostatečně vysoké, vypadá to velmi podobně jako u sodíkového kanálu, který je řízen napětím na membráně. že když je tam dostatečně vysoké napětí, tak se kanál otevře a ionty vápníku se můžou nahrnout do buňky. Ionty vápníku se se svým nábojem + 2 nahrnou do buňky. Teď si asi říkáte, proč se hrnou ionty vápníku do buňky? Mají kladný náboj. Řekli jsme, že se buňka nabíjí kladně kvůli všem těm iontům sodíku, které se hrnou dovnitř. Proč by měl tenhle vápník chtít dovnitř? Ten vápník chce dovnitř buňky, protože, stejně jako má buňka pumpy, které pumpují sodík ven a draslík dovnitř, tak má buňka iontové vápníkové pumpy. A jejich mechanismus je skoro stejný jako u sodno-draselných pump, ale tahle pumpa je jenom na vápník. Máme tu proteiny, které doslova sedí na membráně. Tohle je membrána tvořená fosfolipidovou dvouvrsvou. Asi nakreslím dvě vrstvy, aby bylo jasné, že je to dvouvrstvá membrána. Nakreslím to takhle. Takhle to vypadá o něco realističtěji, ačkoliv celá tahle věc moc realisticky nevypadá. A tahle membrána bude taky lipidová dvouvrstva. Asi to chápete, ale ještě to dokreslím, aby to bylo úplně jasné. Takže tady jsou tyhle vápníkové pumpy, které jsou typem ATPázových pump, stejně jako sodno-draselné pumpy. Dáte pumpě jedno ATP a vápník se na nějakém jiném místě naváže a pumpa odtrhne jeden fosfát z ATP, a tím se uvolní dostatek energie na to, aby se změnila konformace tohoto proteinu a vytlačila vápník ven. Vápník se vlastně navázal a pak se protein otevřel tak, že vápník mohl jít pouze směrem ven z buňky. Je to stejné jako u sodno-draselných pump, ale je dobré vědět, že v klidovém stavu, kdy je vysoká koncentrace iontů vápníku tady venku a všechno je to řízeno ATPázou. Venku je daleko vyšší koncentrace než uvnitř a všechno je to řízeno těmito iontovými pumpami. Takže jakmile máme akční potenciál, tak se namísto další sodíkové pumpy otevřou vápníkové pumpy a tyhle ionty vápníku se nahrnou do axonálního zakončení. Teď se ty ionty vápníku navážou na další proteiny. A než si povíme víc o těch dalších proteinech, musíme mít na paměti, co se děje blízko tohoto spoje přímo tady. A už jsem použil slovo synapse, vlastně, možná, že ne, Místo, kde se axon setkává s dendridem je synapse Je to místo styku nebo komunikace nebo spoj. A tomuto neuronu se říká presynaptický neuron. Napíšu to. Je dobré mít zvládnutou terminologii. Presynaptický neuron. Tohle je post-synaptický neuron. Post-synaptický neuron. A místu mezi těma dvěma neurony, mezi tímto axonem a tímto dendritem, se nazývá synaptická štěrbina. Synaptická štěrbina. je to opravdu malý prostor... takže to o čem budeme mluvit v tomto videu je chemická synapse obvykle pokud lidé mluví o synapsích, myslí tím chemické synapse. Jsou také elektrické synapse, ale ty nebudu rozebírat. Tohle jsou ty, o kterých se nejčastěji mluví. Takže synaptická štěrbina v chemické synapsi má asi 20 nanometrů, což je opravdu málo. Když pomyslíte na šířku buňky, která je od asi 10 do 100 mikronů mikron je 10 na mínus 6. Tohle je 20 krát 10 na mínus 9 metrů. Takže je to velmi malá vzdálenost a dává to smysl protože podívejte, jak velká vypadá buňka proti této malé vzdálenosti. Takže je to velmi malá vzdálenost a tady máte na presynaptickém neuronu skoro úplně na konci tyhle vezikuly. Vzpomeňte si, co jsou to vezikuly. Jsou to vlastně membrány držící věci v buňce. Takže máte tyto vezikuly. Také mají své lipidové dvojvrstvy. Své malé membrány. Takže máte tyhle vezikuly a ty jsou... Můžete si je představit jako nádobky. Nakreslím ještě jednu, třeba takovou. A můžou přepravovat tyhle molekuly, nazývané neurotransmitery, nakreslím je do těchto zelených. Takže mají tyhle molekuly, zvané neurotransmitery, uvnitř. To slovo jste už asi slyšeli. Vlastně spousta léků, které lidé berou při depresi nebo jiných nemocech spojených s naším mentálním stavem ovlivňuje neurotransmitery. Nepůjdu do detailů, ale vezikuly obsahují tyhle neurotransmitery. A když vápníkové kanály - jsou řízené napětím, když to začne být trošku víc pozitivní, otevřou se a vápník vniká dovnitř a udělá to, že se váže na ty proteiny, které drží tyto vezikuly. Takže tyhle malé vezikuly, které drží na presynaptické membráně, na membráně na konci axonu. Těm proteinům se říká SNARE proteiny. Je to akronym, ale výstižný, protože doslova přichytily vezikuly k téhle membráně. Tak takové jsou. A když vápníkové ionty proniknou dovnitř, vážou se k těmto proteinům a mění konformaci těch proteinů přesně tak, že ty proteiny přisunou vezikuly k membráně a v podstatě roztrhnou ty dvě membrány tím, že se spojí. Přibližme si to, ať je jasné o co jde. Takže poté co se navázaly - toto je předtím, než vápník vnikl dovnitř, vážou se ke SNARE proteinům pak SNARE protein přenese vesikl velmi blízko k presynaptické membráně. Takže to je vesikl a pak presynaptická membrána bude vypadat takhle a pak tu máme SNARE proteiny. A samozřejmě to nekreslím přesně tak, jak to v buňce vypadá Ale jen naznačuji, co se děje. Vaše SNARE proteiny vlastně dotlačily ty věci k sobě a roztrhly je, aby se membrány sjednotily. A teď ten hlavní vedlejší efekt: vlastně důvod proč se tohle děje, je, že se neurotransmitery vylijí do synaptické štěrbiny. Takže neurotransmitery, které byly uvnitř vezikulů, se vylijí do synaptické štěrbiny. Vylijí se do synaptické štěrbiny. Tomuto procesu se říká exocytóza. Vlastně opouští cytoplazmu presynaptického neuronu. Tyhle neurotransmitery, a asi jste už slyšeli názvy mnoha z nich - serotonin, dopamin, epinefrin - taky nazývaný adrenalin, který je hormonem i neurotransmiterem. Norepinefrin, také hormon i neurotransmiter. Tyhle slova jste už asi slyšeli. Každopádně tyto vstupují do synaptické štěrbiny a vážou se na povrch membrány postsynaptického neuronu, na tento dendrit. Takže se navážou - nakreslím to žlutě. Řekněme, že se navážou tady, tady a tady. Navážou se na speciální proteiny na povrchu membrány ale hlavní efekt tohoto je, že se otevřou iontové kanály. Takže řekněme, že tento neuron excituje tento dendrit. Takže když se tyhle neurotransmitery navážou na membránu, můžou se otevřít sodíkové kanály. Takže to může způsobit otevření sodíkových kanálů. Takže nejsou řízené potenciálem, ale neurotransmitery. Takže to způsobí otevření sodíkových kanálů a pak pronikne sodík a pak, jak jsem říkal předtím, když přejdeme k tomu prvnímu, stává se excitovaným, stane se trochu víc pozitivním a pak když je dost pozitivní, zvýší to elektrotonicky potenciál v tomto bodě na vršku axonu. A pak máme další neuron - v tomto případě je stimulovaný. Takže takhle se to děje. Vlastně to může být i inhibice. Představte si, že by se místo sodíkových kanálů otevíraly draslíkové kanály. Pokud se otevře draslíkový iontový kanál, koncentrační gradient způsobí, že draslík pronikne z buňky. Takže pozitivní částice opouští buňku, pokud jsou draslíkové. Draslík budu značit trojúhelníkem. A pokud pozitivní částice opouští buňku, pokud jdete dál po neuronu, začne být méně pozitivní a tak začne být těžší nastartovat akční potenciál, protože je potřeba, aby to jinde bylo pozitivnější k dosažení prahového gradientu. Doufám, že vás nematu. Takže tohle spojení, které jsem popsal, je excitační. Když se tenhle excituje vlivem akčního potenciálu, vápník vnikne dovnitř. To způsobí vylití vesiklů do synaptické štěrbiny a to pak otevře další sodíkové kanály a to stimuluje neuron. Ale pokud se otevřou draselné kanály, pak se to inhibuje. A takhle zhruba ty synapse pracují. Chtěl jsem říct, že tam jsou miliony synapsí, ale to by bylo špatně. V mozku jsou biliony synapsí. Nejlepší odhad počtu synapsí v mozkové kůře je 100 až 500 bilionů synapsí. Jen v mozkové kůře! Důvod, proč jich je tolik je, že každý neuron tvoří hodně, hodně, hodně synapsí. Tím myslím, že si můžete představit, že může být synapse tady, synapse tady, synapse tam... Můžete mít dokonce stovky a tisíce synapsí vedoucích k neuronu nebo z neuronu Tohle může být synapse s jedním neuronem, s dalším, dalším a dalším. Takže tu bude hodně, hodně, hodně spojení. A proto jsou synapse to, co nám dává komplexnost... díky čemu pravděpodobně fungujeme co se týče lidské mysli Každopádně doufám, že to pro vás bylo užitečné.