ساختار و کارکرد سیناپسها
تعریف و ساختار سیناپس شیمیایی
سیناپس به عنوان محل اتصال و ارتباط پایانه یک نورون با سلول دیگر (اعم از نورون، سلول ماهیچهای یا سلول ترشحی غده) تعریف میشود. این ساختار حیاتی، امکان انتقال پیامهای عصبی و پتانسیل فعالیت را در دستگاه عصبی فراهم میکند. سیناپسها به طور کلی به دو دسته اصلی شیمیایی و الکتریکی تقسیم میشوند. در ساختار سیناپسهای شیمیایی، یک فاصله فیزیکی ظریف به نام شیار سیناپسی وجود دارد که غشای پیشسیناپسی را از غشای پسسیناپسی جدا میکند. پهنای این شیار معمولاً بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ آنگستروم است. غشای پایانه پیشسیناپسی دارای مناطق ضخیم و ویژهای به نام منطقه فعال است که در آن، حبابهای سیناپسی حاوی ناقلهای عصبی به صورت ردیفهای دوتایی قرار گرفتهاند. این حبابها با رسیدن پتانسیل عمل، به غشای پیشسیناپسی متصل شده و محتوای خود را در شیار آزاد میکنند. در سوی دیگر، غشای زیرسیناپسی در بخش پسسیناپسی قرار دارد که به علت تفاوتهای کارکردی و ساختاری و حضور متراکم پذیرندهها، از سایر بخشهای غشای پسسیناپسی ضخیمتر است.
انتقال پیام در سیناپسهای شیمیایی همواره یکطرفه و همراه با خستگی سیناپسی است، در حالی که سیناپسهای الکتریکی پیام را به صورت دوطرفه، با سرعت بالا و بدون خستگی منتقل میکنند.
ویژگیهای سیناپس الکتریکی و مقایسه با نوع شیمیایی
برخلاف سیناپسهای شیمیایی که در آنها پیام عصبی با آزادسازی مواد شیمیایی و به صورت یکطرفه (همواره از پایانه آکسون پیشسیناپسی به سمت غشای پسسیناپسی) منتقل میشود، سیناپسهای الکتریکی سازوکار بسیار متفاوتی دارند. در سیناپسهای الکتریکی، سلولها ارتباط فیزیکی بسیار نزدیکی با یکدیگر دارند و پهنای شیار بین آنها تنها حدود ۲ میلیمیکرون (معادل ۳.۵ نانومتر) است. در این نوع سیناپس، جابهجایی جریان یونها بدون نیاز به واسطه شیمیایی و مستقیماً از طریق مجراهای پروتئینی اختصاصی به نام اتصال دریچهدار بین دو سلول صورت میگیرد. عبور پیام از غشای دو طبقه لیپیدی انجام نمیشود، بلکه دقیقاً از همین مجراها عبور میکند. این ویژگی باعث میشود هدایت پیام در سیناپس الکتریکی دوطرفه و با سرعت بسیار بالا انجام گیرد. علاوه بر این، سیناپسهای الکتریکی بر خلاف سیناپسهای شیمیایی، دچار پدیده خستگی سیناپسی نمیشوند. با وجود این مزایا، سیناپسهای الکتریکی در بدنه پستانداران بسیار نادر هستند و بخش عمده انتقال پیام در دستگاه عصبی انسان از طریق سیناپسهای شیمیایی صورت میگیرد. همچنین سیناپسهای الکتریکی برخلاف نوع شیمیایی که میتوانند تحریکی یا بازدارنده باشند، فقط اثر تحریکی اعمال میکنند.
| ویژگی | سیناپس شیمیایی | سیناپس الکتریکی |
|---|---|---|
| پهنای شیار | ۱۰۰ تا ۵۰۰ آنگستروم | ۲ میلیمیکرون |
| جهت هدایت | یکطرفه | دوطرفه |
| خستگی | دارد | ندارد |
| نوع اثر | تحریکی یا بازدارنده | فقط تحریکی |
واژگان کلیدی
- سیناپس
- محل اتصال و ارتباط پایانه یک نورون با سلول دیگر که امکان انتقال پتانسیل فعالیت را فراهم میکند.
- شیار سیناپسی
- فاصله فیزیکی ظریف بین غشای پیشسیناپسی و پسسیناپسی در سیناپسهای شیمیایی با پهنای ۱۰۰ تا ۵۰۰ آنگستروم.
- اتصال دریچهدار
- مجرای پروتئینی اختصاصی در سیناپسهای الکتریکی که جابهجایی مستقیم جریان یونها را بدون نیاز به واسطه شیمیایی ممکن میسازد.
- منطقه فعال
- بخشهای ضخیم غشای پیشسیناپسی که حبابهای سیناپسی به صورت ردیفهای دوتایی در آن آرایش یافتهاند.
اشتباههای رایج
- اشتباه است که تصور شود تکانههای عصبی در سیناپسهای الکتریکی میتوانند به صورت دوطرفه بین پیشسیناپس و پسسیناپس حرکت کنند؛ در هر دو نوع سیناپس الکتریکی و شیمیایی، تکانهها همواره از سمت پیشسیناپسی به سمت پسسیناپسی هدایت میشوند، اگرچه ساختار سیناپس الکتریکی امکان هدایت دوطرفه پیام را فراهم میکند.
- برخلاف تصور رایج، سیناپسهای الکتریکی در پستانداران بسیار نادر هستند و عمده انتقال پیام در سیستم عصبی آنها به صورت شیمیایی است.
- نباید فرض کرد غشای زیرسیناپسی به دلیل تفاوت در ساختار نازکتر از بقیه غشای پسسیناپسی است؛ این غشاء برعکس قطورتر و ضخیمتر است.
- عبور یونها در سیناپس الکتریکی از لایه دوطبقه لیپیدی غشاء رخ نمیدهد، بلکه از طریق مجراهای پروتئینی اختصاصی انجام میگیرد.
جمعبندی این مفهوم
- سیناپس محل اتصال پایانه نورون با سلول دیگر است که امکان انتقال پتانسیل فعالیت را برقرار میکند.
- سیناپسهای شیمیایی دارای شیار سیناپسی با پهنای ۱۰۰ تا ۵۰۰ آنگستروم بوده و پیام را به شکل یکطرفه هدایت میکنند.
- سیناپسهای الکتریکی دارای پهنای شیار بسیار کم (حدود ۲ میلیمیکرون) بوده و پیام را از طریق اتصالات دریچهدار منتقل میسازند.
- سیناپسهای الکتریکی فاقد خستگی سیناپسی بوده و انتقال پیام در آنها سریع، دوطرفه و صرفاً از نوع تحریکی است.
- در پستانداران، سیناپسهای الکتریکی بسیار به ندرت مشاهده شده و اکثر ارتباطات عصبی از نوع شیمیایی است.
نکتهٔ تکمیلی
جالب است بدانید که سیناپسهای الکتریکی در مغز ما مثل «بزرگراههای بدون مانع» عمل میکنند. این سیناپسها در بخشهایی از مغز که نیاز به پاسخهای فوقالعاده سریع و هماهنگ دارند (مثل ماهیچههای کنترلکننده حرکات چشم یا مسیرهای دفاعی فرار در حیوانات) یافت میشوند. از آنجا که هیچ تاخیر شیمیایی برای آزاد شدن ناقل عصبی وجود ندارد، سلولها میتوانند به صورت همزمان تحریک شوند؛ گویی همگی یک سلول واحد هستند!