Overføring av nervesignaler i synapser

En synapse er kontaktpunktet mellom en nervecelle og en annen nervecelle, en muskelcelle eller en kjertelcelle. Synapse består av en akson-ende, en mottakercelle og spalten mellom disse. Spalten er ikke mer enn 20 nm bred (1 nm = 10^-9 m).

Nervempulsen passerer synapsen ved hjelp av signalstoffer som kalles transmittere. Disse kan virke enten stimulerende eller hemmende.

Når nerveimpulsen når akson-enden, vil endring i spenningen (aksjonspotensialet) føre til at vesikler med transmitterstoffer beveger seg mot cellemembranen. Der tømmer vesiklene innholdet sitt i synapsespalten ved eksocytose.

Transmittermolekylene binder seg til reseptorer på mottakercellen, slik at ionekanaler åpner seg. Det utløser en ionevandring, noe som gjør at membranpotensialet endrer seg i mottakercellen. Denne overføringen av impulser går lynraskt mellom nervecellene.

I videoen nedenfor er det en type transmitterstoff som kalles acetylkolin (uttale: asetylkol'in). Enzymet som bryter ned denne transmitteren, kalles acetylkolinesterase.

Overføringen av det elektriske nervesignalet går svært raskt og skjer i flere trinn:

1. En nerveimpuls løper langs aksonet og når fram til akson-enden.

2. Nerveimpulsen endrer spenningen. Det gjør at spenningsregulerte kalsiumkanaler i akson-endens cellemembran åpner seg og Ca²⁺-ioner diffunderer inn i akson-enden.
3. Når konsentrasjonen av Ca²⁺-ioner i akson-enden øker, føres vesikler med transmittere mot cellemembranen, der de tømmer innholdet sitt ved eksocytose.
4. I synapsespalten vil transmittere diffundere over til mottakercellen.

5. Transmitterne binder seg til reseptorregulerte ionekanaler som åpner seg, slik at ioner (for eksempel Na⁺) diffunderer inn.

6. Dette fører til at spenningen (membranpotensialet) i mottakercellen forandrer seg. Signalet er dermed formidlet, og nerveimpulsen brer seg videre i mottakercellen.

7. Transmittere reabsorberes til nervecellene gjennom egne transportkanaler etter at impulsen har gått. En del av transmitterstoffene brytes også ned av enzymer og gjenbrukes senere, mens noen går tapt fra synapsespalten.
   Fjerning av transmittere er viktig for å unngå at nerveimpulsene løper løpsk og fører til kramper.

Det finnes mange ulike transmittere. Stimulerende transmittere gjør at ionekanaler i cellemembranen åpner seg, slik at positive ioner som Na⁺ diffunderer inn i cellen. Dette øker membranpotensialet opp mot terskelverdien, slik at en impuls kan gå.

Acetylkolin, glutamat og noradrenalin er eksempler på stimulerende transmittere.
Ionene diffunderer inn i mottakercellen, slik at impulser sendes så lenge de stimulerende transmitterne er bundet til reseptorene på ionekanalene.

Enzymer i synapsespalten bryter ned transmitterstoffene og stopper dermed signalet. Enzymet acetylkolinesterase spalter acetylkolin til acetyl + kolin. Acetyl og kolin kan senere gjenbrukes når stoffene reabsorberes og kobles sammen igjen i vesikler i akson-enden.

Hemmende transmittere har den motsatte virkningen. Et vanlig eksempel er GABA, som får Cl^- til å diffundere inn i mottakercellen og K⁺ til å diffundere ut. Dermed havner membranpotensialet under terskelverdien, slik at det ikke går noen impuls. GABA er en av mange medisiner som blir brukt mot epileptiske anfall.

Kontroll av nerveimpulser

Stimulerende og hemmende transmittere virker oftest sammen og avgjør om nervesignaler skal sendes, og hvor mange impulser som skal sendes.

For at en nervecelle skal aktiveres, trengs det vanligvis samtidig aktivitet i flere av synapsene på en gitt mottakercelle. Aktivitet i en synapse fører vanligvis bare til en liten forandring av membranpotensialet. Det er altså viktig at nok transmittere binder seg til reseptorene for at membranpotensialet skal nå terskelverdien og impulsen skal bli sendt.

Alle nerveimpulser har samme styrke, men siden de har ulik frekvens (antall nerveimpulser per sekund), vil signalene oppleves forskjellig.

Mange av legemidlene som brukes i behandling av nevrologiske og psykiske sykdommer, påvirker formidlingen av signaler i synapser på ulike måter.