Sinaptik İletim Nasıl Gerçekleşir? Sinapsın Aşamaları

Sinapsın temel yapısı ve işlevsel bölgeleri

Sinaps, iki elektriksel olarak aktif hücre arasında bilginin aktarıldığı bağlantı bölgesidir. Kimyasal bir sinapsta üç temel bölüm bulunur: sinyali gönderen hücrenin presinaptik ucu, hücreler arasındaki sinaptik aralık ve sinyali alan hücrenin postsinaptik zarı. Presinaptik ve postsinaptik ifadeleri hücrenin genel bir özelliğini değil, belirli bir sinapstaki görevini anlatır. Aynı nöron bir bağlantıda presinaptik, başka bir bağlantıda postsinaptik olabilir.

Presinaptik uç genellikle aksonun son kısmında yer alır. Burada nörotransmitter moleküllerini taşıyan küçük kesecikler, yani sinaptik veziküller bulunur. Sinaptik aralık, iki hücrenin zarları arasındaki çok küçük hücre dışı boşluktur; salınan nörotransmitter bu boşluk boyunca ilerler. Postsinaptik zar üzerinde ise nörotransmitterin bağlanabildiği reseptör proteinleri ve bu bağlanmaya yanıt veren iyon kanalları bulunur. Böylece presinaptik uç sinyali kimyasal biçimde dışarı verir, sinaptik aralık geçiş yolu olur, postsinaptik zar da bu kimyasal sinyali elektriksel değişikliğe çevirir.

Bağlantı her zaman akson ucuyla dendrit arasında kurulmaz. Akson-akson, dendrit-dendrit veya akson-hücre gövdesi bağlantıları da olabilir. Somut bir örnek olarak nöromüsküler kavşakta presinaptik bölüm motor nöronun akson uçları, postsinaptik bölüm ise kas hücresinin zarıdır. Aradaki boşluğa salınan sinyal molekülü kas hücresinin zarındaki reseptörleri etkiler ve kas hücresinde yanıt oluşmasına katkı sağlar. Kimyasal sinapsta iletim, salınan molekülün karşı zardaki reseptörlere ulaşması için çok kısa bir gecikmeyle ve genellikle tek yönde ilerler.

Kimyasal sinaptik iletimin aşamaları

Kimyasal sinaptik iletim, aksiyon potansiyelinin presinaptik akson ucuna ulaşmasıyla başlar. Aksiyon potansiyeli, presinaptik zarın elektriksel yük dağılımını değiştirir ve bu depolarizasyon voltaja duyarlı kalsiyum kanallarının açılmasına yol açar.

Kalsiyum iyonlarının presinaptik uca girmesi, sinaptik veziküllerin presinaptik zarla kaynaşmasını başlatan hücresel olaylar zincirini tetikler. Vezikül zara kaynaştığında içindeki nörotransmitter molekülleri sinaptik aralığa bırakılır. Bu salınma, elektriksel uyarının kimyasal bir sinyale dönüştüğü aşamadır. Nörotransmitter daha sonra sinaptik aralık boyunca yayılır ve postsinaptik zar üzerindeki kendisine uygun reseptörlere bağlanır.

Reseptöre bağlanma, postsinaptik zardaki belirli iyon kanallarının açılmasına neden olur. İyonların hareketi postsinaptik hücrenin zar potansiyelini değiştirir; bu değişiklik depolarizasyon yönündeyse hücrenin uyarılma olasılığı artar, hiperpolarizasyon yönündeyse azalır. Böylece süreç, presinaptik uçtaki aksiyon potansiyelinden postsinaptik hücredeki yerel elektriksel yanıta doğru ilerler.

Örneğin motor nöronun akson ucuna ulaşan aksiyon potansiyeli, nörotransmitterin nöromüsküler kavşağa salınmasını sağlayabilir. Molekül kas hücresinin zarındaki reseptörlere bağlandığında kas hücresinde elektriksel bir değişiklik meydana gelir. Bu örnekte sinaps, nörondaki elektriksel bilginin kas hücresini etkileyen kimyasal ve ardından elektriksel bir yanıta dönüştürüldüğü ara basamaktır.

Nörotransmitterin postsinaptik zardaki etkisi

Nörotransmitter sinaptik aralıktan geçtikten sonra postsinaptik zardaki uygun reseptör proteinine bağlanır. Bu bağlanma, reseptörün bir iyon kanalı gibi açılmasına veya zarın iyon geçirgenliğini değiştiren bir süreci başlatmasına neden olabilir. İyonların hücre içine ya da dışına hareketi, postsinaptik zarın yerel elektriksel durumunu değiştirir. Nörotransmitterin etkisini belirleyen yalnızca molekülün varlığı değil, bağlandığı reseptörün özellikleri ve açtığı iyon geçişidir. Örneğin asetilkolin, nöromüsküler kavşakta kas hücresi zarındaki reseptörlere bağlanarak postsinaptik bir elektriksel değişiklik oluşturur.

Uyarıcı ve baskılayıcı postsinaptik yanıtlar

Postsinaptik zarın yanıtı her zaman karşı hücreyi daha etkin hâle getirmez. Depolarizasyon oluşturan yanıt uyarıcı postsinaptik potansiyel, yani EPSP olarak adlandırılır. Bu durumda zar potansiyeli eşik değere yaklaşır ve postsinaptik nöronun aksiyon potansiyeli oluşturma olasılığı artar.

Hiperpolarizasyon oluşturan yanıt ise baskılayıcı postsinaptik potansiyel, yani IPSP olarak adlandırılır. Zarın elektriksel durumu eşikten uzaklaştığı için postsinaptik nöronun aksiyon potansiyeli oluşturma olasılığı azalır. Örneğin GABA salındığında klor kanalları açılabilir; klor iyonlarının hücre içine girmesi zarı hiperpolarize eder ve baskılayıcı bir yanıt oluşturur. Böylece aynı temel sinaptik süreç, postsinaptik hücrede etkinliği artırabilir veya azaltabilir.

Nörotransmitter etkisinin sonlandırılması

Sinaptik aralığa salınan nörotransmitterin etkisi sürekli devam etmemelidir. Sinyal sona erdirilmezse postsinaptik reseptörler tekrar tekrar uyarılabilir ve zar yeni sinyalleri uygun biçimde alamaz. Bu nedenle nörotransmitter, postsinaptik yanıt oluştuktan sonra sinaptik aralıktan uzaklaştırılır veya etkisiz hâle getirilir.

Bunun üç temel yolu vardır. İlkinde nörotransmitter sinaptik aralıktan çevreye doğru yayılır ve reseptörlerden uzaklaşır. İkincisinde sinaptik aralıkta bulunan enzimler nörotransmitter moleküllerini parçalar. Üçüncüsünde nörotransmitter, onu salan presinaptik hücre tarafından yeniden alınır; bu sürece geri alım denir. Böylece reseptörlerle bağlanma azalır, postsinaptik zarın kısa süreli uyarının ardından yeni bir sinyali alabilecek duruma dönmesi sağlanır. Nöromüsküler kavşakta asetilkolinin enzimatik olarak parçalanması, bu sonlandırma mekanizmasına somut bir örnektir.

Elektriksel sinaps

Elektriksel sinapsta presinaptik ve postsinaptik hücre zarları, aralarında doğrudan iyon geçişine izin veren kanal bağlantılarıyla birleşir. Bu nedenle elektriksel değişim bir hücreden diğerine neredeyse anında aktarılır; bazı elektriksel sinapslarda iletim iki yönlü de olabilir. Kimyasal sinapstan farklı olarak burada nörotransmitterin vezikülden salınmasına gerek yoktur.