Keemilised sünapsid on sünapsid, mis kasutavad signaalide edastamiseks keemilisi sõnumitoojaid, mida nimetatakse neurotransmitteriteks. Neid leidub kogu kehas. Eriti kesknärvisüsteemis ja ajus.

Neuronid kasutavad teabe edastamiseks elektrilisi signaale. Neid signaale nimetatakse tegevuspotentsiaalideks. Inimese keskmises ajus on hinnanguliselt 86 miljardit neuronit. Neuronid ei tegutse üksi. Nad peavad ühenduma teiste neuronitega ja edastama üksteisele sõnumeid. Elektriline signaal ei saa neuronite vahelist lõhet üksi läbida. Seetõttu on vaja neurotransmittereid, et edastada signaale ühelt neuronilt teisele. Selles mõttes erinevad nad elektrilistest sünapsidest, mis edastavad elektrilisi signaale otse järgmisele neuronile. Keemilised sünapsid võib liigitada edasi sõltuvalt funktsioonist ja struktuurist.

Struktuur ja põhiosad

Keemiline sünaps koosneb tavaliselt kolmest põhiosast:

  • Presünaptiline ots (axon terminal) – sisaldab sünaptilisi vesiikleid, milles neurotransmitterid on pakendatud;
  • Sünaptiline lõhe (synaptic cleft) – kitsas ruum, mille kaudu neurotransmitterid diffundeeruvad;
  • Postsünaptiline membraan – sisaldab retseptoreid, mis neurotransmitteritele reageerivad ja tekitavad postsünaptilisi potentsiaale.

    • Kuidas signaal sünapsis liigub (samm-sammult)

  • 1) Tegevuspotentsiaal jõuab presünaptilise otsani.
  • 2) Presünaptilised voltaazisõltuvad kaltsiumikanalid avanevad ja Ca2+ voolab sisse.
  • 3) Sisenenud Ca2+ vallandab vesiiklite ja presünaptilise membraani sulandumise (ekstsütoos) – vesiiklid vabastavad neurotransmitterid sünaptilisse lõhesse.
  • 4) Neurotransmitterid diffundeeruvad lõhes ja seonduvad postsünaptiliste retseptoritega.
  • 5) Retseptorite aktiveerimine muudab postsünaptilise neuroni ioonkanalite olekut (nt avab või sulgeb kanaleid), tekitades kas eksitatoorseid (EPSP) või inhibitoorseid (IPSP) postsünaptilisi potentsiaale.
  • 6) Signaali lõpetamiseks neurotransmitterid eemaldatakse lõhest reuptake’i (taasimekutse) kaudu, transporditakse tagasi vesiiklitesse, või lagundatakse ensüümide poolt (nt atsetüülkoliini lagundab atsetüülkoliinesteraas).

    • Retseptorite tüübid ja efektid

  • Ioonotroopsed retseptorid (ligand-gated ion channels) – kiire toime, avanevad otse neurotransmitteriga seondudes; põhjustavad kiireid muutusi membraanipotentsiaalis.
  • Metabotroopsed retseptorid (G-valguga seotud retseptorid) – aeglasem, kuid püsivam toime; aktiveerivad signaaliradasid ja võivad muuta raku metaboolset olekut või ioonkanalite avamist sekundaarsete messengerite kaudu.

    • Neurotransmitterite mitmekesisus

    On palju erinevaid neurotransmittereid, igaühel spetsiifiline roll. Näited:

  • Glutamaat – peamine eksitatoorne neurotransmitter ajus;
  • GABA – peamine inhibitoorne neurotransmitter;
  • Dopamiin, serotoniin, noradrenaliin – monoamiinid, osalevad meeleolus, motivatsioonis ja autonoomsetes protsessides;
  • Atsetüülkoliin – oluline õppimisel, mälul ja lihaskontraktsioonide kontrollil.

    • Sünaptiline plastilisus ja õppimine

    Sünaptiline plastilisus tähendab sünapside tugevuse muutumist kasutuse põhjal. Kahe tuntud nähtuse näited:

  • Pikaajaline tugevnemine (LTP) – suurendab sünaptilist ülekannet pikaajaliselt ja on seotud mälusüsteemidega;
  • Pikaajaline nõrgenemine (LTD) – vähendab sünaptilist tugevust ning aitab tõenäosust vähendada vähemoluliste ühenduste mõju.
    • Plastic changes depend on calcium signaling, receptoride ümberpaigutus ja valkude süntees.

    Funktsionaalne eristamine ja morfoloogia

    Keemilisi sünapse võib klassifitseerida ka nende asukoha ja funktsiooni järgi:

  • Axodendritic (aktiivsed axonid ühenduvad dendriitidega) – tavaline vorm;
  • Axosomatic (axon → soma) – tugevam mõju, mõjutab neuroni somaalist integratsiooni;
  • Axoaxonic – võib modulaarida neurotransmitteri vabastamist teisest axonist (presünaptiline modulatsioon).

    • Kvantimine, suund ja kiirus

    Neurotransmitterite vabastamine toimub sageli kvantidena (vesiiklite kaupa). Keemilised sünapsid on suunatud (presünaptiliselt postsünaptilisele) ja aeglasemad kui elektrilised sünapsid — sünaptiline viivitus on tavaliselt sajad mikrosekundid kuni mitu millisekundit, sõltuvalt sünapsist.

    Meditsiiniline ja farmakoloogiline tähendus

    Keemilised sünapsid on paljude haiguste ja ravimite sihtmärgiks:

  • Parkinsoni haigus – dopamiini puudus dopaminergilistes radades;
  • Depressioon – seotud sageli serotoniini ja noradrenaliini tasakaaluga; selektiivsed serotoniini tagasihaarde inhibiitorid (SSRI-d) suurendavad serotoniini sünaptilist kestust;
  • Botuliintoksiin – takistab vesiiklite fusiiooni ja neurotransmitteri vabanemist, põhjustades lihasparalüüsi;
  • Atsetüülkoliinesteraasi inhibiitorid – kasutusel Alzheimeri tõve sümptomite leevendamisel, kuna suurendavad atsetüülkoliini kestvust sünapsis.

    • Lõppsõna

    Keemilised sünapsid on närvisüsteemi põhialused, mis võimaldavad keerukat ja plastilist signaalivahetust. Mõistmine, kuidas neurotransmitterid sünapsis töötavad, aitab seletada käitumust, õppimist, haigusi ja ravimeid — seetõttu on see teema nii neuroteaduste kui ka meditsiini keskne uurimisvaldkond.