Схема строения синапса: Схематичный рисунок синапса. Строение синапса и его медиаторы. Виды синапсов. Как работают синапсы

Содержание

Схема строения центрального химического синапса

1) пресинаптическая мембрана, 2) синаптическая щель, 3) постсинаптическая мембрана.

 

Распространение серии ПД по афференту приводит к деполяризации пресинаптической мембраны возбуждающего синапса. В результате увеличивается ее проницаемость для ионов Са2+. Они пассивно по электрохимическому градиенту поступают в нервное окончание, обеспечивая высвобождение медиатора в синаптическую щель. При этом по закону «все или ничего» в ответ на один нервный импульс из везикул высвобождается 100-300 квантов медиатора.

Через синаптическую щель медиатор диффундирует к постсинаптической мембране где взаимодействует со специфическими хеморецепторами по принципу комплементарности. Вследствие такого взаимодействия открываются хемовозбудимые натриевые каналы. Ионы Na+ пассивно по электрохимическому градиенту через постсинаптическую мембрану проникают в цитоплазму нейрона. Это приводит к постепенному уменьшению ее отрицательного заряда и снижению трансмембранной разности потенциалов. Возникает частичная деполяризация постсинаптической мембраны, которая называется

возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП).

 

График ВПСП

1) медленная деполяризация, 2) медленная реполяризация.

 

ВПСП является местным, нераспространяющимся возбуждением, обладающим свойствами ЛО. Вследствие генерации ВПСП появляется относительная разность потенциалов между частично деполяризованной постсинаптической мембраной и наиболее возбудимым поляризованным участком центрального нейрона — аксонным холмиком (начальным сегментом аксона). Поэтому, между возбужденным и невозбужденными участками мембраны нейрона начинают циркулировать местные ионные токи, которые являются непосредственной причиной разрядной деятельности в области аксонного холмика.


Чем больше частота афферентных ПД, тем больше в синапсе выделится медиатора. Поэтому выше будет амплитуда ВПСП на постсинаптической мембране, а значит больше частота ПД в области аксонного холмика.

Центральные химические синапсы, как и мионевральные, характеризуются четырьмя основными свойствами:

1) односторонним поведением возбуждения,

2) синаптической задержкой,

3) низкой лабильностью,

4) высокой утомляемостью.

Высокая утомляемость химических синапсов обусловлена тремя основными причинами:

1) уменьшением запасов медиатора в нервном окончании,

2) снижением чувствительности постсинаптической мембраны к медиатору,

3) нарушением ресинтеза медиатора в синапсе.

Синаптическая задержка передачи сигналов и низкая лабильность обусловлены затратами времени:

1) на выделение медиатора из нервного окончания,

2) на диффузию медиатора через синаптическую щель,

3) на взаимодействие медиатора со специфическими рецепторами постсинаптической мембране.

Эфферентное звено рефлекторной дуги морфологически представлено аксонами нейронов, которые формируют центробежные нервные волокна. Его основная функция — передача от нервного центра к эффектору эфферентных ПД, в которых закодирована команда к действию.

Эффектор — это исполнительный рабочий орган, деятельность которого управляется нервным центром. Так, исполнительными органами могут быть мышцы, сосуды, железы организма.

Строение синапса — Med24info.com


Рассмотрим строение синапса на примере аксо- соматического. Синапс состоит из трех частей: преси- наптического окончания, синаптической щели и пост- синаптической мембраны (рис. 9).
Пресинаптическое окончание (синаптическая бляшка) представляет собой расширенную часть тер- минали аксона. Синаптическая щель — это пространство между двумя контактирующими нейронами. Диаметр синаптической щели составляет 10 — 20 нм. Мембрана пресинаптического окончания, обращенная к синаптической щели, называется пресинаптической мембраной. Третья часть синапса — постсинаптичес- кая мембрана, которая расположена напротив пресинаптической мембраны.
Пресинаптическое окончание заполнено пузырьками (везикулами) и митохондриями. В везикулах находятся биологически активные вещества — медиаторы. Медиаторы синтезируются в соме и по микротрубочкам транспортируются в пресинаптическое окончание. Наиболее часто в качестве медиатора выступают адреналин, норадреналин, ацетилхолин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глицин и другие. Обычно синапс содержит один из медиаторов в большем количестве по сравнению с другими медиаторами. По типу медиатора принято обозначать синапсы: адреноэргические, холинэргические, серото- нинэргические и др.
В состав постсинаптической мембраны входят особые белковые молекулы — рецепторы, которые могут присоединять молекулы медиаторов.
Синаптическая щель заполнена межклеточной жидкостью, в которой находятся ферменты, способствующие разрушению медиаторов.
На одном постсинаптическом нейроне может находиться до 20000 синапсов, часть которых являются возбудительными, а часть — тормозными.
Помимо химических синапсов, в которых при взаимодействии нейронов участвуют медиаторы, в нервной системе встречаются электрические синапсы. В электрических синапсах взаимодействие двух нейронов осуществляется посредством биотоков. В цент-
ПД нервного волокна (ПД — потенциал действия)

кая мембрана              рецепторы
Рис. 9. Схема строения синапса.
ральной нервной системе преобладают химические синапсы.
В некоторых межнейронных синапсах электрическая и химическая передача осуществляется одновременно — это смешанный тип синапсов.
Влияние возбудительных и тормозных синапсов на возбудимость постсинаптического нейрона суммируется, и эффект зависит от места расположения синапса. Чем ближе синапсы расположены к аксональному холмику, тем они эффективнее. Напротив, чем дальше расположены синапсы от аксонального холмика (например, на окончании дендритов), тем они менее эффективны. Таким образом, синапсы, расположенные на соме и аксональном холмике, оказывают влияние на возбудимость нейрона быстро и эффективно, а влияние удаленных синапсов медленно и плавно.
Ампмщ iipinl системы
Нейронные сети
Благодаря синаптическим связям нейроны объединены в функциональные единицы — нейронные сети. Нейронные сети могут быть образованы нейронами, расположенными на небольшом расстоянии. Такую нейронную сеть называют локальной. Кроме того, в сеть могут быть объединены нейроны, удаленные друг от друга, из разных областей мозга. Самый высокий уровень организации связей нейронов отражает соединение нескольких областей центральной нервной системы. Такую нервную сеть называют путем, или системой. Различают нисходящие и восходящие пути. По восходящим путям информация передается от нижележащих областей мозга к вышележащим (например, от спинного мозга к коре полушарий большого мозга). Нисходящие пути связывают кору больших полушарий мозга со спинным мозгом.
Самые сложные сети называются распределительными системами. Они образуются нейронами разных отделов мозга, управляющих поведением, в которых участвует организм как единое целое.
Некоторые нервные сети обеспечивают конвергенцию (схождение) импульсов на ограниченном количестве нейронов. Нервные сети могут быть построены также по типу дивергенции (расхождение). Такие сети обусловливают передачу информации на значительные расстояния. Кроме того, нервные сети обеспечивают интеграцию (суммирование или обобщение) различного рода информации (рис. 10).

Синаптическая передача нервного импульса. Электрическая и химическая передача нервного импульса

1. Синаптическая передача нервного импульса. Электрическая и химическая передача нервного импульса.

Акунец Илья, 1 курс, Анатомия.

2. Схема строения нервно-мышечного синапса:


1 — нервное волокно;
2 — миелиновая оболочка;
3 — шванновская клетка;
4 — нервное окончание;
5 — пресинаптическая мембрана;
6 — синаптические пузырьки;
7 — митохондрии;
8 — мышечное волокно;
9 — постсинаптическая мембрана;
10 — синаптическая щель;
11 — ядро;
12 — миофибриллы

3. Определение:

Синапсы — особые структурные
образования через которые происходит
передача возбуждения с нервного
проводника на иннервируемый орган или на
другую нервную клетку.
• Через синаптические контакты возбуждение
может передаваться не только на другие нервные
клетки, но и на нервные волокна.
• Импульс возбуждения вызывает нейросекрецию
химического медиатора (посредника) в
синаптическую щель. Такими медиаторами
являются ацетилхолин, адреналин, норадреналин
и, реже, другие вещества, например
аминомасляная кислота! Под влиянием
медиатора постсинаптическая мембрана
деполяризуется, передавая возбуждение, или
гиперполяризуется, формируя тормозной
процесс.

5. Ацетилхолин

Ацетилхолин увеличивает проницаемость
постсинаптической мембраны для ионов Na+.
Генерируется отрицательный постсинаптический
потенциал, который, градуально возрастая,
формирует волну возбуждения. В перерывах между
отдельными импульсами возбуждения,
поступающими к пресинаптической мембране,
ацетилхолин разрушается ферментом
холинэстеризой.
Медиаторы тормозных синапсов, выделяясь в
синаптическую щель, взаимодействуют с
постсинаптической мембраной, вызывают
повышение ее проницаемости для ионов К+ и
инактивируют натриевую проницаемость.
Генерируется тормозной постсинаптический
потенциал. Примерами тормозных медиаторов
являются глицин, γ-аминомасляная кислота.
В синапсах происходит замедление проведения возбуждения
— синаптическая задержка. Она составляет 0,2 — 0,5 мс.
Благодаря особенностям строения синапс может проводить
возбуждение только в одну сторону — от пресинаптической к
постсинаптической мембране. Следовательно, несмотря на
возможность двустороннего проведения нервного импульса в
нервном проводнике, в системе нерв — синапс возбуждение
передается только в одном направлении. Исключением
является двустороннее проведение возбуждения при так
называемой эфаптической (прямой, безмедиаторной)
передаче нервных импульсов с нейрона на нейрон.

Вопросы электрические синапсы Химические синапсы


ВОПРОСЫ

  • 1.Электрические синапсы
  • 2.Химические синапсы
  • Нервно-мышечные синапсы
  • Нейро-нейрональные синапсы
  • Гуморальные механизмы и внесинаптические рецепторы в нервной системе


Современное понимание процессов, лежащих в основе регуляции функций организма нервной системой, построено на мембранной теории, базирующейся, в свою очередь, на особенностях клеточного строения нервной ткани.

  • Современное понимание процессов, лежащих в основе регуляции функций организма нервной системой, построено на мембранной теории, базирующейся, в свою очередь, на особенностях клеточного строения нервной ткани.



Эволюция представлений о межклеточных отношениях в нервной системе включала этап примата электрического синапса, химического синапса и внесинаптического взаимодействия

  • Эволюция представлений о межклеточных отношениях в нервной системе включала этап примата электрического синапса, химического синапса и внесинаптического взаимодействия



Синаптическая передача сигнала
  • – это инициация процесса возбуждения или торможения в возбудимой клетке, вызванная электрическим или химическим сигналом, поступившим от рецептирующей или нервной клетки, с помощью специализированного межклеточного контакта, называемого синапсом.



Классификация

  • По принципу осуществления передачи сигналов синапсы бывают

  • электрические

  • химические,

  • смешанные химически-электрические,

  • химические с прямым или непрямым способом рецепции медиатора.



Классификация

  • По принадлежности осуществляющих контакт клеток различают

  • нервно-мышечные,

  • нейро-нейрональные,

  • нейро-секреторные синапсы.

  • Аксо-аксональные, аксо-соматические, аксо-дендритные, дендро-дендритные (если у клетки нет выраженного аксона) являются разновидностями нейро-нейрональных синапсов.



Типы синапсов



По используемому типу медиатора синапсы бывают

  • холинергические,

  • адренергические

  • пептидергические,

  • глутаматергические

  • NO-ергические

  • ГАМК –ергические

  • и многие другие



При прямом способе рецепции медиатора ионотропные рецепторы, одновременно выступающими как ионные каналы и расположенные на постсинаптической мембране, прямо активируются медиатором.

  • При прямом способе рецепции медиатора ионотропные рецепторы, одновременно выступающими как ионные каналы и расположенные на постсинаптической мембране, прямо активируются медиатором.

  • Пример-холинорецептор никотинового типа



При непрямой синаптической передаче рецепторы, относящиеся к классу метаботропных, реагируют на медиатор через адресацию последнего к вторичным внутриклеточным посредникам или G-белкам. Только после этого активируются ионные каналы. Пример – М-холинорецептор

  • При непрямой синаптической передаче рецепторы, относящиеся к классу метаботропных, реагируют на медиатор через адресацию последнего к вторичным внутриклеточным посредникам или G-белкам. Только после этого активируются ионные каналы. Пример – М-холинорецептор



1.Электрические синапсы

Электрический синапс



Щелевой контакт, он же электрический синапс



Коннексон



Электрические синапсы

  • Транзит возбуждения через электрический синапс может быть с ослаблением амплитуды сигнала, поэтому введено понятие

    коэффициент передачи:
  • К.П.=Uпост./Uпрес.


Постоянная длины



Постоянная времени



  • а) высокое быстродействие, высокая лабильность

  • б) слабость или отсутствие следовых процессов –деполяризации и гиперполяризции, слабое влияние на процессы интеграции воспринимающего нейрона

  • в) высокая надежность передачи



Электрические синапсы формируют функциональный синцитий в миокарде и кишечнике. Они транслируют влияния АНС



2.Химические синапсы Ультраструктура

Для химического синапса характерны:

  • Синаптическая задержка, продолжительностью не менее 0,5 мс;

  • Отсутствие электрического тока от пре- к постсинаптической мембране.

  • Синаптические пузырьки, или везикулы, присутствующие в пресинаптических окончаниях, специфическое окрашивание характерное для постсинаптической мембраны.

  • Зависимость процесса высвобождения, или релизинга медиатора, от входа в пресинаптическое окончание ионов Са++.



Для химического синапса характерны:

  • Постсинаптический потенциал

    как результат функционирования химического синапса. Постсинаптический потенциал (ПСП) является целью функционирования химического синапса и может быть возбуждающим (ВПСП) или тормозным (ТПСП). Термины ВПСП и ТПСП применяют чаще к синапсам, образованным нейронами на нейронах. В нервно-мышечном синапсе целью синаптической передачи является формирование потенциала действия, сопряженного с последующим мышечным сокращением.
  • Увеличение проводимости постсинаптической мембраны при реализации функций синапса (ПСП в виде ТПСП или ВПСП обусловлены перемещением ионов через ионные каналы в мембране).



Свойства химического синапса.

  • 1.Медленная скорость передачи сигнала, большая синаптическая задержка.

  • 2.Одностороннее проведение сигнала от пре- к постсинаптической мембране, но не наоборот.

  • 3.Высокая надежность передачи при нормальных условиях функционирования.

  • 4.Существование следовых процессов (следовой деполяризации и гиперполяризации, что увеличивает возможности интегрирования сигналов нейроном).



Этапы функционирования химической синаптической передачи.

  • 1.Синтез, хранение и транспорт медиатора в везикулах.

  • 2.Секреция медиатора при деполяризации пресинаптической мембраны и входе ионов кальция в окончание.

  • 3.Реакция постсинаптитческой мемебраны в виде связывания медиатора рецептором и изменении проницаемости постсинаптической мембраны для катионов.

  • 4.Генерация постсинаптических потенциалов.

  • 5.Инактивация медиатора.



Схема строения химического синапса и этапы его работы



Структура везикулы



Пептидные гормоны и медиаторы синтезируются в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме



Имеется

постоянный, конститутивный и регулируемый пути секреции

Везикулы и гранулы покрываются белками коатомерами и клатринами



Пептидные и непептидные трансмиттеры синтезируются и транспортируются по-разному



Структура везикул



Везикула заякоривается и готовиться к опорожнению (экзоцитозу)



Релизинг гормона, медиатора и нейромодулятора обеспечивается белками в присутствии кальция — нейросекреция

  • Первым шагом является образование комплекса между белками мембраны синаптического пузырька и белками активной зоны на пресинаптической мембране.

  • Этот комплекс удерживает везикулу в фиксированной позиции и способствует слиянию мембран в ответ на приток кальция. Белки, способствующие присоединению и слиянию мембран, называются SNARE, сокращенно от «рецептор SNAP»,

  • В соответствии с этим представленная схема прикрепления и слияния мембран получила название

    SNARE-гипотеза.


Описаны 4 белковых комплекса, обеспечивающих релизинг сигнальных молекул

  • SNARE белки
  • SM (Sec1/Munc 18 – подобные) протеины

  • Rab-протеины

  • Rab-эффекторы



Различают 5 типов секреции

  • 1. Классическая секреция нейромедиаторов в синапсе «по Шеррингтону»



2.

  • Моноаминергические нейромедиаторы (адреналин, норадреналин, допамин, гистамин и серотонин, он же 5-ОТ, секретируются экзоцитозом из мелких плотных везикул из варикозных расширений аксонов без сформированной пресинаптической бляшки.

  • Рецепция является определяющей для функционирования трансмиссии



2.



3.

  • Нейропептиды и гормоны секретируются экзоцитозом из крупных (около 200 нм) электронноплотных везикул вне синапсов



4. (Редко)

  • Классические нейротрансмиттеры и моноамины могут секретироваться не экзоцитозом, а

    путем реверсии работы транспортеров. Пример- действие амфетамина на транспорт дофамина.


5. Для мелких медиаторов и газов.

  • Транспорт маловесных и газообразных, липофильных, легко проницаемых через мембрану медиаторов путем диффузии.

  • Характерен для монооксида азота NO, монооксида углерода CO, эндоканнабиноидов

  • Регуляция релизинга невозможна, поэтому регулируется продукция таких сигнальных молекул



Несинаптические рецепторы и спилл-овер в межклеточном пространстве нервной системы (от 12 до 40% ср.20%)



Высвобождение медиатора



Ионотропный холинорецептор никотинового типа — мишени АХ



Н-холинорецептор – лиганд-управляемый канал



Схема действия АХ на клетку непрямым путем. Метаботропный рецептор синоатриального узла сердца



Работа адренорецептора (метаботропного)



Механизм образования синаптических потенциалов

  • Синаптические потенциалы бывают возбуждающие (ВПСП) и тормозные (ТПСП)



Синапсы тормозного действия

  • Синаптическим торможением называется такое влияние пресинаптической нервной клетки на постсинаптическую, которое сопровождается устранением или предотвращением процесса возбуждения.
  • Тормозных синапсов на нейронах ЦНС больше, чем возбуждающих.



Понятие о нейромедиаторах и нейромодуляторах

  • Медиатор —

    вещество, которое освобождается из нервных окончаний и воздействует на рецепторы мембраны постсинаптических клеток, обычно вызывая повышение проницаемости мембраны для определенных ионов.


Критерии, которым должен удовлетворять предполагаемый нейропередатчик сигнала.

  • 1.Должна быть установлена способность малых (мкМ) количеств предполагаемого кандидата в медиаторы воспроизводить эффект стимуляции пресинаптического нервного волокна.

  • 2.Гистохимическими и биохимическими методами должно быть локализовано наличие медиатора и его метаболических предшественников, а равно и ферментов синтеза в пресинаптическом нейроне.

  • 3.Необходимо идентифицировать выделение медиатора в перфузат или интерстиций при раздражении пресинаптического нерва в соответствующем эксперименте.

  • 4.Следует установить механизм инактивации предполагаемого нейротрансмиттера, или в виде соответствующего фермента, или процесса удаления из активной зоны синапса.

  • 5.Требуется идентифицировать ряд специальных фармакологических препаратов, способных усиливать или ингибировать реакции, как на введение предполагаемого медиатора, так и на стимуляцию пресинаптического нервного волокна.



Пептидные медиаторы



НЕЙРОМОДУЛЯТОРЫ

  • Нейромодуляторами могут быть физиологически активные вещества, удовлетворяющие следующим критериям:

  • 1.В отличие от нейромедиаторов, они не должны действовать транссинаптически;

  • 2.Они должны присутствовать в физиологических жидкостях и иметь доступ в достаточных концентрациях к местам, где они оказывают модулирующий эффект;

  • 3.Изменение их эндогенной концентрации должно менять их влияние на нейрональную активность;

  • 4.Должны существовать специфические «места действия», где реализуется их влияние на нейронную активность;

  • 5.Должны быть механизмы инактивации, регулирующие концентрацию и длительность действия этих веществ;

  • 6.При экзогенном введении они должны оказывать такой же эффект, как и эндогенное соединение.



3.Синаптическая передача сигнала в нервной системе и синаптическая пластичность

Метаботропные и ионотропные рецепторы АХ



СИНТЕЗ АХ



СИНТЕЗ, ХРАНЕНИЕ И РЕЛИЗИНГ НА



Глутаматергические синапсы



СИНТЕЗ, ХРАНЕНИЕ И РЕЛИЗИНГ глутамата



Диффузная передача сигнала в ЦНС



Источники внеклеточной концентрации нейропередатчика: обратно направленная работа транспортеров, глиальный экзоцитоз и его

спилловер от близкорасположенных синапсов

Синаптические и внесинаптические рецепторы. Латеральное перемещение и встраивание



Синаптическая пластичность (взвинчивание, или временная суммация)



Потенциация при пространственной суммации



Синаптическая пластичность: депрессия



Синаптическая пластичность рекрутирование молчащих нейронов спинного мозга





Торможение в спинном мозге (доцент С.А.Руткевич)



Дополнения



Взвинчивание



Модель центральной сенситизации



NO как несинаптический медиатор

  • С.А. Поленов указал, что NO не совсем удовлетворяет требованиям, предъявляемым классической нейрофизиологией к «претендентам в медиаторы».

  • Он не хранится в везикулах,

  • не имеет специфических рецепторов на мембране и достигает мишеней путем простой диффузии.



Что позволяет относить монооксид азота к новому классу «газообразных» нейропередатчиков, в который входит также монооксид углерода и возможно, сероводород?

  • NO присущи 5 свойств, характеризующих нейротрансмиттеры:

  • 1) наличие в нейронах специфического субстрата и синтезирующего фермента;

  • 2) способность высвобождаться из терминалей в ответ на нервные импульсы;

  • 3) способность воспроизводить эффект нервной стимуляции;

  • 4) возможность блокирования эффекта нервной стимуляции путем блокады синтезирующего NO фермента;

  • 5) наличие механизмов деградации (инактивации NO за счет супероксида и гемоглобина).



NO как несинаптический медиатор



Экстрасинаптические рецепторы





Достарыңызбен бөлісу:

Нейробиологи предложили новую концепцию организации мозга на клеточном уровне

Примерно 150 лет в нейронауках началась первая мировая война. Исследователи спорили, существуют ли отдельные клетки мозга, или весь мозг представляет собой единую сеть. В ходе этих дебатов, кстати, и появилось само слово нейрон. Эта война имела собой два последствия. Во-первых, победили сторонники Сантьяго Рамон-и-Кахаля, и мы узнали что в мозге есть отдельные клетки – нейроны. Впрочем, тогда были уже известны и другие клетки мозга, не проявляющие электрическую активность – Рудольф Вирхов дал им название глия. А во-вторых, после этой победы, после того, как Чарльз Шеррингтон ввел понятие синапса, Джон Захари Янг открыл гигантский аксон и гигантский синапс кальмара, на основе которых Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли построили теорию потенциала действия, нейронауки стали окончательно нейроноцентричными.

Несколько дней назад в очень авторитетном журнале Trends in Neuroscience два крупных исследователя не-нейрональных клеток, Алексей Семьянов из Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и Алексей Верхратский из Университета Манчестера сделали предложение: отказаться от нейроноцентричности и вообще любой «центричности» в нейронауках.

«Мозг как любой другой орган состоит из разных клеток и внеклеточного пространства. Рассмаривать его работу с точки зрения лишь нейронной сети противоречит базовым принципам физиологии. Поэтому ученые уже несколько десятилетий предлагали концепции локальных взаимодействий между разными типами клеток: трехчастный синапс, нейроглиоваскулярный комплекс, внесинаптическая передача и так далее. Однако все это — отдельные элементы единой системы, которую мы назвали активной средой мозга. В представленной работе мы выдвинули концепцию многокомпонентной активной среды как основу для описания основных функций мозга, когнитивных процессов, сознания», — говорит Алексей Семьянов. А вот как авторы пишут об этом в статье:

В соответствии с идеей многочастного синапса синаптическая микросреда обеспечивает потребности синапса, обеспечивая его питательными веществами, удаляя нейротрансмиттеры, поддерживая концентрацию ионов и, таким образом, способствуя синаптической передаче и пластичности. Мы предлагаем отказаться от такой синаптоцентричности, постулируя, что сами синапсы являются частью активной среды; они влияют на своих соседей, таких как астроцитарные и микроглиальные отростки, олигодендроциты, элементы нейроглиоваскулярного комплекса, внеклеточный матрикс. Синаптическая сигнализация запускает или изменяет активность этих компонентов (например, мембранный потенциал, ионные или метаболические реакции) и стимулирует пластичность (например, морфологическое ремоделирование), что, в свою очередь, влияет на синаптическую передачу, ее эффективность и пластичность. Таким образом,активная среда — это морфофункциональная концепция, основанная на топологической организации нервной ткани. Эта концепция объединяет несколько предыдущих представлений, таких как многочастный синапс, нейроваскулярный комплекс, синаптическая и внесинаптическая сигнализация и объемная передача, используемые для описания функциональной организации мозга. Морфологическая организация и функциональные свойства активной среды специфичны для разных областей мозга, при этом существенные различия между корой и мозжечком или белым и серым веществом определяются локальным клеточным составом и свойствами клеток.

В статье авторы подробно остановились на астроцитарной составляющей активной среды серого вещества – и здесь тоже бросают вызов старым концепциям. Например, «периферическим астроцитарным процессам» (PAP) – вместо этого предлагают рассмотреть морфологию астроцита в виде веточек (branches), листочков (leaflets) гомологичных дендритам и дендритным шипикам нейронов.

«Отдельные листочки не принадлежат к конкретным трехчастным синапсам, а скорее взаимно взаимодействуют с рядом локальных синапсов. Морфологическая пластичность листочков динамически изменяет активную среду и модулирует синаптическую передачу, изменяя пути диффузии нейромедиаторов и локализацию транспортеров нейротрансмиттеров. Такой взгляд на морфофункциональную организацию нервной ткани поднимают многочисленные вопросы, связанные с вкладом различных клеточных и неклеточных компонентов активной среды в высшие функции мозга, такие как обучение и память Будущее хранит ключ к этим нерешенным вопросам», — резюмируют авторы.

Вегетативная нервная система человека, нейроны и синапс (Схема, Таблица)

Вегетативная нервная система (или автономная нервная система) занимается регулированием работы внутренних органов, желез, кровеносных сосудов и сердца. Нижде показана схема строения вегетативной нервной системы человека.

Схема строения вегетативной нервной системы человека

Отделы вегетативной нервной системы: I — шейный; II — грудной; III — поясничный; IV — крестцовый отделы спинного мозга; V — пограничный симпатический ствол.

Действие вегетативной нервной системы

Органы

Возбуждение симпатической нервной системы

Возбуждение парасимпатической нервной системы

Сердце

Учащает и усиливает сокращения

Замедляет и ослабляет сокращения

Артерии

Сужаются; повышается артериальное давление

Расширяются; понижается артериальное давление

Кишечник

Уменьшается перистальтика

Усиливается перистальтика

Печень

Расслабляются желчные протоки

Сокращаются желчные протоки

Потовые железы

Усиливают секрецию

Не влияет

Слюнные и слезные железы

Уменьшение секреции

Усиление секреции

Зрачок глаз

Расширяется

Сужается

Бронхи

Расширяются; облегчается дыхание

Сужаются

Мышцы, поднимающие волосы

Сокращаются, волосы «встают дыбом»

Расслабляются

Количествово сахара в крови

Увеличивается

Уменьшается

Потребление кислорода

Увеличивается

Уменьшается

Строение и типы нейронов

Нервная ткань делится на нейроны (нервные клетки) и нейроглии (опорные, Шванновские клетки).

Нейроны отвечают за восприятие, проведение, обработка информации. Нейроглия отвечает за опора, защита, питание нейронов.

На рисунке ниже опказана схема строения двигательного (мультиполярного) нейрона.

 

Нейрон состоит из нервного окончания, направление нервного импулься, перехват ранвье, миелиновой оболочки, аксон, швановская клетка, тело нервной клетки, ядро, дендра.

Диаметр тела нейрона составляет 15-150 мк (0,001мм).

Длина аксона — до 1 м

Основные типы нейронов

Типы нейронов

Функции нейронов

Типы нейронов по функциям

Чувствительные (сенсорные, афферентные)

Проводят, информацию об ощущении (импульс) от поверхности тела и внутренних органов в мозг

Ассоциативные (вставочные, переключающие, связывающие)

Анализируют информацию и вырабатывают решения

Двигательные (эфферентные, эффекторные)

Проводят импульс (команды) от головного и спинного мозга ко всем рабочим органам

Типы нейронов по строению

Униполярный, псевдоуниполярный, клетка Пуркинье (в мозжечке), биполярный

Синапс и его строение

Синапс — это место контакта (сближения) нервных клеток друг с другом и с другими клетками (мышечными, железистыми и другими).

Синапс состоит из аксона (это нервное волокно), митохондрии, пресинаптической и постсинаптической мембран, синаптического пузырька, обратного поглащения, синаптической щели, рецепторы для медиатора и выброса медиатора.

На рисунке ниже показана схема строения межнейронного синапса.

Когда импульс достигает окончания аксона, то специальное вещество — медиатор (ацетилхолин, норадреналин, дофамин, гистамин и др.) передается через синаптическую щель аксону, дендриту, телу другого нейрона или другим клеткам тела. Медиатор вызывает возбуждение или торможение в соседней клетке. Одна нервная клетка может образовать до 10 000 синапсов с соседними клетками.

_______________

Источник информации: Резанова Е.А. Биология человека. В таблицах и схемах./ М.: 2008.

Везикулы хоанофлагеллят, как и синаптические везикулы в нейронах, распределены внутри клетки полярно

Некоторые структуры, типичные для нервной системы, возникли еще у одноклеточных организмов, у которых никаких систем клеток и органов быть не могло. Синаптические везикулы — мембранные пузырьки с веществами-переносчиками сигналов — здесь не исключение. Выяснилось, что уже у хоанофлагеллят, ближайших родственников животных, есть несколько типов везикул, и они концентрируются в двух противоположных частях клетки. У животных подобная поляризация встречается в клетках в составе специализированного нервного контакта — химического синапса.

Организму, состоящему из множества клеток, нужно уметь управлять этими клетками, координировать их действия. Животные используют один из мощнейших природных инструментов управления — нервную систему. Клетки в ее составе посылают сигналы другим компонентам организма, чтобы те запустили в себе какие-то процессы, остановили уже идущие или изменили их интенсивность.

Нервные клетки (нейроны) могут передавать химические сигналы двумя способами (см. L. Agnati et al., 1995. Volume versus wiring transmission in the brain: A new theoretical frame for neuropsychopharmacology). При «объемной передаче» (volume transmission) вещества-переносчики сигнала (медиаторы) проходят через мембрану клетки в любом месте, оказываются в межклеточном пространстве и действуют на те клетки, до которых «доплывут» и которые способны воспринять соответствующий сигнал. «Адресная передача» (wiring transmission) более локализованная. В этом случае медиаторы внутри клетки упаковываются в мембранные пузырьки — синаптические везикулы и с их помощью выходят наружу через специализированный межклеточный контакт — синапс (химический; есть еще электрический, но о нем тут речи не идет). Если медиатор выходит за пределы синапса и действует там, это уже считается объемной передачей.

Объемная передача хорошо действует на небольших расстояниях, но не может обеспечить быструю координацию удаленных друг от друга клеток. Зато для этого подходит адресная синаптическая передача: клетки способны создавать отростки длиной в сантиметры или даже десятки сантиметров, дотягиваться ими практически до любых частей тела и выделять медиаторы только туда, где это необходимо. Такие отростки обычно изолированы специальными клетками, поэтому сигнал не теряется по пути и не смешивается с другими.

«Образцовый», идеализированный химический синапс — это участки мембран двух клеток (передающей сигнал и его принимающей), разделенные небольшим межклеточным пространством (рис. 1). Подающая сигнал клетка называется пресинаптической (часть этой клетки, непосредственно входящую в состав синапса, еще можно коротко назвать пресинапсом), принимающая клетка — постсинаптической (ее фрагмент в составе синапса можно назвать «постсинапсом»). Пространство между ними — синаптическая щель.

Пресинапс и постсинапс различаются не только по функциям, но и по структуре. К пресинаптической мембране изнутри клетки подходят везикулы с медиаторами, а в постсинаптическую мембрану встроены рецепторы, способные с этими медиаторами связаться. Эти рецепторы, некоторые сигнальные молекулы и белки, служащие связующими звеньями между веществами первых двух типов, вместе образуют постсинаптическое утолщение (см. Postsynaptic density).

Как и у кого возникли первые синапсы, не известно. Но есть данные, что отдельные вещества и структуры, характерные для химического синапса, появились задолго до нервных систем, нервных клеток и даже самой многоклеточности. У ближайших родственников животных, хоанофлагеллят (воротничковых жгутиконосцев), обнаружили белки, гомологичные компонентам постсинаптического утолщения (см. A. Alié, M. Manuel, 2010. The backbone of the post-synaptic density originated in a unicellular ancestor of choanoflagellates and metazoans). В том же исследовании их наличие показали и у трихоплакса — примитивного животного без нервной системы. Вероятно, эти вещества были еще у общего предка хоанофлагеллят и животных.

Воротничковые жгутиконосцы (хоанофлагелляты) получили свое название за структуру из микроворсинок, которая как воротник окружает единственный жгутик клетки. Клетки хоанофлагеллят по строению очень похожи на хоаноциты — основной тип клеток в составе губок, одних из самых древних животных. Скорее всего, общий предок животных был похож на воротничкового жгутиконосца (но это не означает, что животные произошли от хоанофлагеллят). О воротничковых жгутиконосцах, губках и происхождении многоклеточности можно подробнее почитать в новостях Расшифрован геном хоанофлагеллят — ближайших одноклеточных родичей всех многоклеточных животных, «Элементы», 18.02.2008; «Первичность губок» опережает по очкам «первичность гребневиков», «Элементы», 12.11.2019.

А что насчет компонентов пресинапса, например, везикул с медиаторами? Среди воротничковых жгутиконосцев есть колониальные формы (см., например, Колонии нового вида воротничковых жгутиконосцев в темноте выворачиваются наизнанку, «Элементы», 22.10.2019), им вполне могло бы пригодиться умение выделять сигнальные вещества для координации действий клеток в составе колонии. Конечно, кое-чего можно достичь и без везикул, только за счет диффузии нужных веществ через мембрану, но ничто не запрещает использовать оба способа.

Структуры, типичные для пресинапса, у хоанофлагеллят тоже отыскались. В геномах одноклеточного Monosiga brevicollis и чередующего одноклеточность с колониальностью Salpingoeca rosetta обнаружили гены белков, гомологичных тем, которые у млекопитающих встроены в мембраны синаптических пузырьков. Сами везикулы видны на электронных микрофотографиях клеток хоанофлагеллят (см. P. Burkhardt et al., 2011. Primordial neurosecretory apparatus identified in the choanoflagellate Monosiga brevicollis). Правда, пока неизвестно, какие сигнальные вещества в них содержатся, как и когда эти везикулы их выделяют, какое действие они оказывают. Ну и конечно, наличие белков как в постсинаптическом утолщении, и синаптических везикул еще не означает, что у хоанофлагеллят и тем более у их общих предков с животными были синапсы.

В любом случае, воротничковые жгутиконосцы — неплохой источник информации о том, как когда-то эволюционировала коммуникация между клетками. Кроме белков, гомологичных белкам пресинаптической и постсинаптической мембран млекопитающих, у Salpingoeca rosetta есть межклеточные контакты трех типов, а колонии-розетки состоят из клеток пяти вариантов форм и размеров (см. B. Naumann, P. Burkhardt, 2019. Spatial Cell Disparity in the Colonial Choanoflagellate Salpingoeca rosetta и рис. 2).

Один из ведущих специалистов по эволюции везикул, в работах которого часто фигурируют хоанофлагелляты, Павел Буркхардт (Pawel Burkhardt) из Бергенского университета вместе с коллегами из нескольких европейских и американских институтов уточнил, из чего состоят и как распределяются по клетке везикулы воротничковых жгутиконосцев. Работа состояла из двух частей: 1) сравнить белки хоанофлагеллят, гомологичные белкам синаптических пузырьков млекопитающих, с соответствующими белками других организмов; 2) определить с помощью электронной микроскопии размеры и форму везикул хоанофлагеллят и посмотреть, в каких частях клеток они концентрируются.

В качестве модельных хоанофлагеллят выступили два вида — Monosiga brevicollis и Salpingoeca rosetta. Их геномы прочитаны и расшифрованы, и известно, какие белки способны производить их клетки. Исследователи определили, какие гомологи 28 белков везикул млекопитающих есть у воротничковых жгутиконосцев, и сравнили их с белками животных — человека, рыбы данио-рерио, мухи дрозофилы, морского ежа Strongylocentrotus, полипа Nematostella, гребневика Mnemiopsis, а также таких, у которых нервных систем нет (трихоплакса и губки Amphimedon queenslandica). Также в сравнение вошли представители других групп эукариот, близких хоанофлагеллятам и животным: три вида грибов (дрожжи Saccharomyces и два других) и один вид филастерей (группы одноклеточных, родственных всем перечисленным, см. Filasterea).

Везикулярные белки и их гомологи авторы разделили на группы по функциям (рис. 3): одни отвечают за транспорт сигнальных веществ внутрь мембранных пузырьков, другие — за использование АТФ, третьи — за слияние с мембраной клетки или выброс нейромедиатора, и так далее. У хоанофлагеллят, филастерей и грибов отыскались гомологи 61% везикулярных белков человека, и только 39% белковых составляющих синаптических мембранных пузырьков оказались уникальным приобретением животных.

У обоих хоанофлагеллят нашли синаптобревин, правда, только одну его разновидность, в то время как у человека их две. Этот белок вместе с некоторыми другими образует комплекс, который позволяет синаптической везикуле слиться с клеточной мембраной. Его решили использовать как маркер наличия везикул в дальнейших микроскопических исследованиях: создали флуоресцентные антитела к синаптобревину Salpingoeca rosetta и посмотрели, в каких частях клетки этого жгутиконосца проявляется флуоресценция.

Поскольку везикулы в синапсах связаны с элементами цитоскелета, микротрубочками, ученые также проверили, как в клетках S. rosetta друг относительно друга расположены везикулы и микротрубочки. Для этого применили антитела к бета-тубулину — белку в составе микротрубочек. Там, где отмечали флуоресценцию антител и к синаптобревину, и к бета-тубулину, везикулы были ассоциированы с микротрубочками.

Флуоресцентная микроскопия показала, что синаптобревин (а соответственно, и везикулы) у Salpingoeca rosetta скапливается главным образом в районе апикального полюса клетки — того ее конца, где расположены жгутик и воротничок из микроворсинок. Некоторое количество мембранных пузырьков с синаптобревином наблюдали и на противоположном полюсе клетки — базальном. Везикулы на обоих полюсах связаны с микротрубочками, а значит, организованно перемещаются по клетке. Получается, что клетки хоанофлагеллят в плане расположения везикул поляризованы, как и нейроны и многие другие типы клеток животных.

Далее исследователи по снимкам клеток, полученным с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ), определяли форму и размеры везикул, а также их расположение относительно других органелл в клетках Salpingoeca rosetta и Monosiga brevicollis. Серии срезов толщиной по 70 нанометров каждый изучили на предмет наличия мембранных пузырьков и построили трехмерные модели везикул. Их вписали в контуры клеток соответствующих организмов.

Выяснилось, что мембранные пузырьки с синаптобревином у хоанофлагеллят можно разделить по размеру и внешнему виду на ТЭМ-снимках на шесть групп (рис. 4). Четыре из них встретились у обоих видов, по одному — только у одного из двух видов.

Авторы приводят техническое описание каждой группы везикул, сравнивают их количество у двух видов, но не указывают, для чего могла бы использоваться та или иная из них. Что интересно, в местах контакта клеток в колонии S. rosetta скоплений везикул не нашли. Это означает, что эти мембранные пузырьки вряд ли нужны для химической коммуникации между клетками.

Также неизвестно, что за сигнальные вещества содержатся в этих мембранных пузырьках, хотя некоторые предположения авторы выдвигают. Поскольку апикальный полюс у хоанофлагеллят — место, где в клетку обычно поступают питательные вещества, есть вероятность, что везикулы рядом с ним содержат пищеварительные ферменты. Базальными полюсами клетки S. rosetta в составе колонии-розетки приближены друг к другу, так что везикулы в районе этих полюсов могут содержать компоненты внеклеточного матрикса — каркаса для удержания клеток вместе.

Получается, что некоторые структуры и свойства нейронов и синапсов — везикулы и поляризация их расположения, белки, гомологичные белкам постсинаптического утолщения, — у воротничковых жгутиконосцев есть, но синапсов нет. Впрочем, это не должно мешать их клеткам осуществлять объемную передачу сигнала, однако ее детали нам пока неизвестны.

Буркхардт и коллеги предлагают последовательность событий, по которой везикулы и отростки клеток могли соединиться физически и функционально и сформировать химические синапсы. У хоанофлагеллят, как мы теперь знаем, есть разные типы везикул, и они, связываясь с микротрубочками, транспортируются от одного полюса клетки к другому. Есть и специализированные отростки, которые у колониальных становятся межклеточными контактами, но с везикулами они никак не связаны. То же самое, вероятно, наблюдалось и у древних видов воротничковых жгутиконосцев, и у их общего предка с животными.

Где-то близко к основанию ствола животных, пишут авторы, находился колониальный организм, у которого мембранные пузырьки перераспределились внутри клеток и попали в места контактов. При этом в каждом контакте возникло разделение труда: одни клетки выступали источниками химических сигналов, то есть «пресинаптическими», другие — приемниками сигналов, то есть «постсинаптическими». У более продвинутых животных, уже облигатно (обязательно) многоклеточных и имеющих подобие эпителия (в этом типе тканей клетки тоже имеют неодинаковые полюса), эти механизмы и структуры закрепились и получили дальнейшее развитие. То же можно сказать и об их потомках, в том числе тех, у которых нейронов в строгом смысле слова нет — губок. У гребневиков много синапсов, в которых контактируют не какие-то специальные отростки клеток, а сами их тела (сомы). Впрочем, такое встречается и у других животных. Описанная схема в графическом виде представлена на рис. 5.

Маловероятно, чтобы химические синапсы возникли всего один раз. Скорее всего, они, как и сами нейроны, и целые нервные системы, появлялись в эволюции неоднократно. «Смысловые блоки» химического синапса — везикулы с сигнальными веществами, комплексы из элементов цитоскелета в отростках клеток, молекулы межклеточного матрикса для удержания пресинапса и постсинапса рядом, каркасы постсинаптических утолщений, ионные каналы, рецепторы к сигнальным веществам — могли входить в состав каждого нового типа синапсов в разном порядке и разных комбинациях. Об этом говорит крупный специалист по эволюции нервной системы Детлев Арендт (Detlev Arendt) в недавнем обзоре, посвященном происхождению нейронов (см. D. Arendt, 2020. The Evolutionary Assembly of Neuronal Machinery).

Предположения Павла Буркхардта вполне вписываются в эту картину. В его новом исследовании говорится лишь про один компонент синапса (везикулы) и не утверждается категорично, что синапсы появились у какого-то одного животного и дальше уже передались его потомкам. Но, конечно, данным по везикулам хоанофлагеллят, чтобы они углубили наше понимание эволюции синапсов, не хватает очень важной детали — информации о том, какие вещества эти везикулы переносят. Буркхардт, естественно, это понимает и, судя по заключительным словам статьи, через некоторое время предоставит нам эту информацию.

Источник: Ronja Göhde, Benjamin Naumann, Davis Laundon, Cordelia Imig, Kent McDonald, Benjamin H. Cooper, Frédérique Varoqueaux, Dirk Fasshauer and Pawel Burkhardt. Choanoflagellates and the ancestry of neurosecretory vesicles // Philosophical Transactions of the Royal Society B. Biological sciences. 2021. DOI: 10.1098/rstb.2019.0759.

Светлана Ястребова

10.5F: The Synapse — Medicine LibreTexts

Синапс представляет собой структурное соединение, которое обеспечивает передачу информации от одного нейрона к другому или от одного нейрона к эффекторной клетке, например, в мышце или железе.

Цели обучения

  • Описать роль синапса в нервной ткани

Ключевые моменты

  • В нервной системе синапс представляет собой структуру, которая позволяет нейрону передавать электрический или химический сигнал другой клетке.
  • Нейрон, проводящий импульсы к синапсу, называется пресинаптическим нейроном. Нейрон, передающий электрический импульс от синапса, называется постсинаптическим нейроном, если постсинаптическая клетка не является нейрональной, ее иногда называют эффекторной клеткой.
  • Существует две разновидности синапсов: электрические и химические синапсы в зависимости от типа передачи.
  • Химические синапсы зависят от секреции нейротрансмиттеров через синаптическую щель между клетками.Рецепторы постсинаптической клетки связывают эти нейротрансмиттеры и вызывают сигнальный ответ.
  • Электрические синапсы образуются, когда плазматические мембраны двух нейронов сливаются и прокалываются белками щелевых контактов, что обеспечивает диффузию ионов через мембрану плазматической клетки.
  • Химические синапсы медленнее, чем электрические синапсы, но допускают усиление или усиление сигнала.

Основные термины

  • аксон : Длинный тонкий отросток нервной клетки или нейрона, который обычно проводит электрические импульсы от тела нейрона.
  • синапс : Структура, позволяющая нейрону передавать электрический или химический сигнал другой клетке.

В нервной системе синапс представляет собой структуру, которая позволяет аксону нейрона передавать электрический или химический сигнал аксону другого нейрона или другому типу клеток.

Нейрон, проводящий импульсы к синапсу, называется пресинаптическим нейроном. Нейрон, передающий электрический импульс от синапса, называется постсинаптическим нейроном, если постсинаптическая клетка не является нейрональной, ее иногда называют эффекторной клеткой.

Синапсы можно классифицировать по типу клеточных структур, выступающих в качестве пре- и постсинаптических компонентов. Подавляющее большинство синапсов в нервной системе млекопитающих являются аксо-аксональными (синапсы аксона с другим аксоном) или аксо-дендритными синапсами (синапсы аксона на дендрите). Однако существует множество других механизмов.

Химические и электрические синапсы

Химический синапс : A: пресинаптический нейрон B: постсинаптический нейрон.Нейротрансмиттеры хранятся в синаптических везикулах внутри пресинаптического нейрона (2). При получении потенциала действия нейротрансмиттер секретируется в синаптическую щель (3 и 4) и связывается с рецепторами постсинаптического нейрона (5).

Существует две разновидности синапсов: электрические и химические синапсы.

В химическом синапсе плазматическая мембрана пресинаптического нейрона тесно связана с плазматической мембраной постсинаптической клетки с промежутком между ними, называемым синаптической щелью.Синапс стабилизируется за счет экспрессии молекул синаптической адгезии, исходящих как от пре-, так и от постсинаптических клеток, поддерживающих тесную ассоциацию.

По прибытии потенциала действия на пресинаптический аксон нейротрансмиттеры высвобождаются в синаптическую щель посредством действия потенциалзависимых кальциевых каналов. Этот нейротрансмиттер связывается с рецепторами, расположенными на плазматической мембране постсинаптической клетки, которые могут вызывать электрический ответ или активацию вторичного сигнального пути.Из-за сложности передачи сигнала рецептора химические синапсы могут оказывать сложное воздействие на постсинаптическую клетку и способны вызывать такие эффекты, как усиление или усиление, в результате чего сила сигнала увеличивается в постсинаптической клетке.

В электрическом синапсе пресинаптическая и постсинаптическая клеточные мембраны сливаются и соединяются специальными каналами, называемыми щелевыми контактами, которые способны пропускать электрический ток. Эти щелевые контакты содержат соединительные белки, которые позволяют ионам и небольшим молекулам течь непосредственно от одного нейрона к другому.Нейроны электрически связаны, и передача через эти синапсы очень быстрая, что позволяет обрабатывать сигналы быстрее, чем химические синапсы. Однако из-за своей природы электрические синапсы не могут вызывать усиление сигнала.

Электрический синапс : Мембраны пре- и постсинаптических клеток сливаются и прокалываются щелевыми контактами. Когда они открыты, они обеспечивают быструю диффузию ионов через плазматические мембраны, обеспечивая быструю непрерывную обработку сигнала через синапс.

Автоматизированная корпоративная бизнес-аналитика — Центр архитектуры Azure

В этой эталонной архитектуре показано, как выполнять добавочную загрузку в конвейере извлечения, загрузки и преобразования (ELT). Он использует фабрику данных Azure для автоматизации конвейера ELT. Конвейер постепенно перемещает последние данные OLTP из локальной базы данных SQL Server в Azure Synapse. Транзакционные данные преобразуются в табличную модель для анализа.

Эталонная реализация этой архитектуры доступна на GitHub.

Эта архитектура основана на архитектуре, показанной в Enterprise BI с Azure Synapse, но добавляет некоторые функции, важные для сценариев корпоративного хранилища данных.

  • Автоматизация конвейера с использованием фабрики данных.
  • Инкрементальная загрузка.
  • Интеграция нескольких источников данных.
  • Загрузка двоичных данных, таких как геопространственные данные и изображения.

Архитектура

Архитектура состоит из следующих компонентов.

Источники данных

Локальный SQL Server . Исходные данные находятся в локальной базе данных SQL Server. Чтобы имитировать локальную среду, сценарии развертывания для этой архитектуры подготавливают виртуальную машину в Azure с установленным SQL Server. Образец базы данных Wide World Importers OLTP используется в качестве исходной базы данных.

Внешние данные . Распространенным сценарием для хранилищ данных является интеграция нескольких источников данных. Эта эталонная архитектура загружает внешний набор данных, содержащий данные о населении городов по годам, и интегрирует их с данными из базы данных OLTP.Вы можете использовать эти данные для анализа, например: «Соответствует ли рост продаж в каждом регионе росту населения или превышает его?»

Прием и хранение данных

Хранилище BLOB-объектов . Хранилище BLOB-объектов используется в качестве промежуточной области для исходных данных перед их загрузкой в ​​Azure Synapse.

Azure Synapse . Azure Synapse — это распределенная система, предназначенная для анализа больших данных. Он поддерживает массивную параллельную обработку (MPP), что делает его пригодным для выполнения высокопроизводительной аналитики.

Фабрика данных Azure . Фабрика данных — это управляемая служба, которая организует и автоматизирует перемещение и преобразование данных. В этой архитектуре он координирует различные этапы процесса ELT.

Анализ и отчетность

Службы анализа Azure . Службы Analysis Services — это полностью управляемая служба, предоставляющая возможности моделирования данных. Семантическая модель загружается в службы Analysis Services.

Power BI . Power BI — это набор инструментов бизнес-аналитики для анализа данных для получения бизнес-аналитики.В этой архитектуре он запрашивает семантическую модель, хранящуюся в службах Analysis Services.

Аутентификация

Azure Active Directory (Azure AD) выполняет аутентификацию пользователей, которые подключаются к серверу служб Analysis Services через Power BI.

Фабрика данных

также может использовать Azure AD для аутентификации в Azure Synapse с помощью субъекта-службы или управляемого удостоверения службы (MSI). Для простоты в примере развертывания используется проверка подлинности SQL Server.

Конвейер данных

В Фабрике данных Azure конвейер — это логическая группа действий, используемая для координации задачи — в данном случае загрузки и преобразования данных в Azure Synapse.

Эта эталонная архитектура определяет родительский конвейер, который запускает последовательность дочерних конвейеров. Каждый дочерний конвейер загружает данные в одну или несколько таблиц хранилища данных.

Инкрементальная загрузка

При запуске автоматизированного процесса ETL или ELT наиболее эффективно загружать только те данные, которые изменились с момента предыдущего запуска. Это называется добавочной загрузкой , в отличие от полной загрузки, при которой загружаются все данные. Чтобы выполнить добавочную загрузку, вам нужен способ определить, какие данные изменились.Наиболее распространенным подходом является использование значения верхнего предела , что означает отслеживание последнего значения некоторого столбца в исходной таблице, будь то столбец даты и времени или уникальный целочисленный столбец.

Начиная с SQL Server 2016, вы можете использовать временные таблицы. Это таблицы с системной версией, в которых хранится полная история изменений данных. Механизм базы данных автоматически записывает историю каждого изменения в отдельную таблицу истории. Вы можете запросить исторические данные, добавив в запрос предложение FOR SYSTEM_TIME.Внутренне механизм базы данных запрашивает таблицу истории, но это прозрачно для приложения.

Примечание

Для более ранних версий SQL Server можно использовать систему отслеживания измененных данных (CDC). Этот подход менее удобен, чем временные таблицы, потому что вам нужно запрашивать отдельную таблицу изменений, а изменения отслеживаются по порядковому номеру журнала, а не по отметке времени.

Временные таблицы полезны для данных измерений, которые могут меняться со временем. Таблицы фактов обычно представляют собой неизменяемую транзакцию, такую ​​как продажа, и в этом случае сохранение истории системных версий не имеет смысла.Вместо этого в транзакциях обычно есть столбец, представляющий дату транзакции, которую можно использовать в качестве значения водяного знака. Например, в базе данных Wide World Importers OLTP таблицы Sales.Invoices и Sales.InvoiceLines имеют поле LastEditedWhen , которое по умолчанию равно sysdatetime() .

Вот общий поток для конвейера ELT:

  1. Для каждой таблицы в базе данных-источнике отслеживайте время окончания выполнения последнего задания ELT. Храните эту информацию в хранилище данных.(При первоначальной настройке все время установлено на «1-1-1900».)

  2. На этапе экспорта данных время отсечки передается в качестве параметра набору хранимых процедур в базе данных-источнике. Эти хранимые процедуры запрашивают любые записи, которые были изменены или созданы после установленного времени. Для таблицы фактов о продажах используется столбец LastEditedWhen . Для данных измерения используются темпоральные таблицы с системным управлением версиями.

  3. По завершении переноса данных обновите таблицу, в которой хранится время отсечки.

Также полезно записывать родословную для каждого запуска ELT. Для данной записи родословная связывает эту запись с запуском ELT, который произвел данные. Для каждого запуска ETL для каждой таблицы создается новая запись происхождения, показывающая время начала и окончания загрузки. Ключи происхождения для каждой записи хранятся в таблицах измерений и фактов.

После загрузки нового пакета данных в хранилище обновите табличную модель служб Analysis Services.См. раздел Асинхронное обновление с помощью REST API.

Очистка данных

Очистка данных должна быть частью процесса ELT. В этой эталонной архитектуре одним из источников неверных данных является таблица населения города, где в некоторых городах население равно нулю, возможно, из-за отсутствия данных. Во время обработки конвейер ELT удаляет эти города из таблицы городского населения. Выполняйте очистку данных в промежуточных таблицах, а не во внешних таблицах.

Вот хранимая процедура, которая удаляет города с нулевым населением из таблицы City Population.(Вы можете найти исходный файл здесь.)

  УДАЛИТЬ ИЗ [Интеграция].[CityPopulation_Staging]
ГДЕ RowNumber в (SELECT DISTINCT RowNumber
ОТ [Интеграции].[CityPopulation_Staging]
ГДЕ НАСЕЛЕНИЕ = 0
СГРУППИРОВАТЬ ПО номеру строки
ИМЕЕТ СЧЕТ (RowNumber) = 4)
  

Внешние источники данных

Хранилища данных часто объединяют данные из нескольких источников. Эта эталонная архитектура загружает внешний источник данных, содержащий демографические данные. Этот набор данных доступен в хранилище BLOB-объектов Azure как часть образца WorldWideImportersDW.

Фабрика данных Azure может копировать напрямую из хранилища BLOB-объектов с помощью соединителя хранилища BLOB-объектов. Однако для соединителя требуется строка подключения или подпись общего доступа, поэтому его нельзя использовать для копирования большого двоичного объекта с общедоступным доступом для чтения. В качестве временного решения вы можете использовать PolyBase для создания внешней таблицы в хранилище BLOB-объектов, а затем скопировать внешние таблицы в Azure Synapse.

Обработка больших двоичных данных

В исходной базе данных в таблице Cities есть столбец Location, который содержит тип пространственных данных geography.Azure Synapse изначально не поддерживает тип geography , поэтому во время загрузки это поле преобразуется в тип varbinary . (См. Обходные пути для неподдерживаемых типов данных.)

Однако PolyBase поддерживает максимальный размер столбца varbinary(8000) , что означает, что некоторые данные могут быть усечены. Обходной путь для этой проблемы — разбить данные на фрагменты во время экспорта, а затем снова собрать фрагменты следующим образом:

  1. Создайте временную промежуточную таблицу для столбца Location.

  2. Для каждого города разделите данные о местоположении на фрагменты по 8000 байт, чтобы получить 1–N строк для каждого города.

  3. Чтобы снова собрать фрагменты, используйте оператор T-SQL PIVOT для преобразования строк в столбцы, а затем соедините значения столбцов для каждого города.

Проблема заключается в том, что каждый город будет разбит на разное количество строк в зависимости от размера географических данных. Чтобы оператор PIVOT работал, в каждом городе должно быть одинаковое количество строк.Чтобы это работало, запрос T-SQL (который вы можете посмотреть здесь) выполняет некоторые трюки, чтобы дополнить строки пустыми значениями, чтобы каждый город имел одинаковое количество столбцов после сводки. Результирующий запрос оказывается намного быстрее, чем перебор строк по одной за раз.

Тот же подход используется для данных изображения.

Медленно меняющиеся размеры

Данные измерения относительно статичны, но могут измениться. Например, продукт может быть переназначен в другую категорию продуктов.Существует несколько подходов к работе с медленно изменяющимися измерениями. Обычный метод, называемый типом 2, заключается в добавлении новой записи при каждом изменении измерения.

Для реализации подхода Типа 2 в таблицах измерений необходимы дополнительные столбцы, указывающие диапазон дат действия для данной записи. Кроме того, первичные ключи исходной базы данных будут дублироваться, поэтому таблица измерений должна иметь искусственный первичный ключ.

На следующем изображении показана таблица Dimension.City.Столбец WWI City ID является первичным ключом исходной базы данных. Столбец City Key — это искусственный ключ, сгенерированный во время конвейера ETL. Также обратите внимание, что в таблице есть столбцы Valid From и Valid To , которые определяют диапазон допустимости каждой строки. Текущие значения имеют значение Valid To , равное «9999-12-31».

Преимущество этого подхода в том, что он сохраняет исторические данные, которые могут быть полезны для анализа.Однако это также означает, что для одного и того же объекта будет несколько строк. Например, вот записи, соответствующие идентификатору города Первой мировой войны = 28561:

.

Для каждого факта Продажи вы хотите связать этот факт с одной строкой в ​​таблице измерения Город, соответствующей дате выставления счета.

Следующий запрос T-SQL создает временную таблицу, которая связывает каждый счет с правильным ключом города из таблицы измерения города.

  СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ CityHolder
WITH (HEAP, DISTRIBUTION = HASH([ID счета-фактуры WWI]))
ТАК КАК
ВЫБЕРИТЕ ОТЛИЧНЫЙ s1.[ID счета-фактуры WWI] AS [ID счета-фактуры WWI],
                c.[Ключ города] AS [Ключ города]
    FROM [Integration].[Sale_Staging] s1
    ПЕРЕКРЕСТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ (
                ВЫБЕРИТЕ ТОП 1 [Ключ города]
                    ОТ [Измерение].[Город]
                ГДЕ [ИДЕНТИФИКАТОР города Первой мировой войны] = s1.[ИДЕНТИФИКАТОР города Первой мировой войны]
                    И s1.[Последнее изменение, когда]> [Действительно с]
                    И s1.[Последнее изменение, когда] <= [Действительно до]
                ЗАКАЗАТЬ ПО [Действителен с], [Ключ города] DESC
                ) в

  

Эта таблица используется для заполнения столбца таблицы фактов о продажах:

  ОБНОВЛЕНИЕ [Интеграция].[Распродажа_постановка]
SET [Integration].[Sale_Staging].[ID клиента WWI] = CustomerHolder.[ID клиента WWI]
  

Этот столбец позволяет запросу Power BI найти правильную запись города для данного счета-фактуры.

Вопросы безопасности

Для дополнительной безопасности вы можете использовать конечные точки службы виртуальной сети, чтобы защитить ресурсы службы Azure только для вашей виртуальной сети. Это полностью удаляет публичный доступ в Интернет к этим ресурсам, разрешая трафик только из вашей виртуальной сети.

При таком подходе вы создаете виртуальную сеть в Azure, а затем создаете частные конечные точки службы для служб Azure. Затем эти службы ограничиваются трафиком из этой виртуальной сети. Вы также можете связаться с ними из локальной сети через шлюз.

Помните о следующих ограничениях:

  • Если для службы хранилища Azure включены конечные точки службы, PolyBase не может копировать данные из хранилища в Azure Synapse. Существует смягчение этой проблемы. Дополнительные сведения см. в статье Влияние использования конечных точек службы виртуальной сети с хранилищем Azure.

  • Чтобы переместить данные из локальной среды в хранилище Azure, вам потребуется разрешить общедоступные IP-адреса из вашей локальной среды или ExpressRoute. Дополнительные сведения см. в разделе Защита служб Azure в виртуальных сетях.

  • Чтобы службы Analysis Services могли считывать данные из Azure Synapse, разверните виртуальную машину Windows в виртуальной сети, содержащей конечную точку службы Azure Synapse. Установите локальный шлюз данных Azure на этой виртуальной машине. Затем подключите службу Azure Analysis к шлюзу данных.

Вопросы DevOps

  • Создайте отдельные группы ресурсов для рабочей среды, среды разработки и тестирования. Отдельные группы ресурсов упрощают управление развертываниями, удаление тестовых развертываний и назначение прав доступа.

  • Используйте шаблоны стандартных блоков Azure, предоставленные в этой архитектуре, или создайте шаблон Azure Resource Manager для развертывания ресурсов Azure в соответствии с процессом инфраструктуры как кода (IaC). Шаблоны упрощают автоматизацию развертывания с помощью Azure DevOps Services или других решений CI/CD.

  • Поместите каждую рабочую нагрузку в отдельный шаблон развертывания и сохраните ресурсы в системах контроля версий. Вы можете развертывать шаблоны вместе или по отдельности в рамках процесса CI/CD, что упрощает процесс автоматизации.

    В этой архитектуре есть три основные рабочие нагрузки:

    • Сервер хранилища данных, службы Analysis Services и связанные ресурсы.
    • Фабрика данных Azure.
    • Сценарий имитации локального переноса в облако.

    Каждая рабочая нагрузка имеет собственный шаблон развертывания.

    Сервер хранилища данных устанавливается и настраивается с помощью команд Azure CLI, которые следуют императивному подходу практики IaC. Рассмотрите возможность использования сценариев развертывания и интегрируйте их в процесс автоматизации.

  • Рассмотрите возможность размещения рабочих нагрузок. Выполняйте развертывание на различных этапах и выполняйте проверки на каждом этапе перед переходом к следующему этапу. Таким образом, вы можете отправлять обновления в свои производственные среды строго контролируемым образом и сводить к минимуму непредвиденные проблемы с развертыванием.Используйте сине-зеленые стратегии развертывания и выпусков Canary для обновления действующих производственных сред.

    Разработайте хорошую стратегию отката для обработки неудачных развертываний. Например, вы можете автоматически повторно развернуть более раннее успешное развертывание из истории развертывания. См. параметр флага --rollback-on-error в Azure CLI.

  • Azure Monitor — рекомендуемый вариант для анализа производительности вашего хранилища данных и всей аналитической платформы Azure для интегрированного мониторинга.Azure Synapse Analytics предоставляет возможность мониторинга на портале Azure, чтобы показать информацию о рабочей нагрузке вашего хранилища данных. Портал Azure — рекомендуемый инструмент для мониторинга хранилища данных, поскольку он предоставляет настраиваемые периоды хранения, оповещения, рекомендации, а также настраиваемые диаграммы и панели мониторинга для метрик и журналов.

Дополнительные сведения см. в разделе DevOps в Microsoft Azure Well-Architected Framework.

Соображения стоимости

Используйте калькулятор цен Azure для оценки затрат.Ниже приведены некоторые соображения относительно служб, используемых в этой эталонной архитектуре.

Фабрика данных Azure

В этой архитектуре фабрика данных Azure автоматизирует конвейер ELT. Конвейер перемещает данные из локальной базы данных SQL Server в Azure Synapse. Затем данные преобразуются в табличную модель для анализа. Для этого сценария цены начинаются с 0,001 доллара США за выполнение действий в месяц, включая выполнение действий, триггеров и отладок. Эта цена является базовой платой только за оркестровку.Вы также платите за действия по выполнению, такие как копирование данных, поиск и внешние действия. Каждое мероприятие оценивается индивидуально. Вы также платите за конвейеры без связанных триггеров или запусков в течение месяца. Все действия рассчитываются поминутно и округляются в большую сторону.

Пример анализа затрат

Рассмотрим вариант использования, когда есть два действия поиска из двух разных источников. Один занимает 1 минуту и ​​2 секунды (округляется до 2 минут), а другой занимает 1 минуту, в результате чего общее время составляет 3 минуты.Одно действие копирования данных занимает 10 минут. Одно действие хранимой процедуры занимает 2 минуты. Общая активность длится 4 минуты. Стоимость рассчитывается следующим образом:

Прогоны активности: 4 * 0,001 USD = 0,004 USD

поиска: 3 * (0,005 долл. США / 60) = 0,00025 долларов США

Хранимая процедура: 2 * (0,00025 долл. США / 60) = 0,000008 долл. США

Копия данных: 10 * (0,25 долл. США / 60) * 4 единицы интеграции данных (DIU) = 0,167 долл. США

  • Общая стоимость одного запуска конвейера: 0,17 доллара США.
  • Выполнять один раз в день в течение 30 дней: 5 долларов США.1 месяц.
  • Запускать один раз в день на 100 столов в течение 30 дней: 510 $

Каждое действие имеет свою стоимость. Изучите модель ценообразования и используйте калькулятор цен ADF, чтобы получить решение, оптимизированное не только по производительности, но и по стоимости. Управляйте своими расходами, запуская, останавливая, приостанавливая и масштабируя свои услуги.

Синапс Azure

Azure Synapse идеально подходит для интенсивных рабочих нагрузок с более высокой производительностью запросов и потребностями в масштабируемости вычислений. Вы можете выбрать модель с оплатой по мере использования или использовать зарезервированные планы на один год (экономия 37 %) или 3 года (экономия 65 %).

Хранение данных оплачивается отдельно. Другие услуги, такие как аварийное восстановление и обнаружение угроз, также оплачиваются отдельно.

Дополнительные сведения см. в разделе Цены на Azure Synapse.

Аналитические услуги

Цены на Azure Analysis Services зависят от уровня. Эталонная реализация этой архитектуры использует уровень Developer , который рекомендуется для сценариев оценки, разработки и тестирования. Другие уровни включают уровень Basic , который рекомендуется для небольших производственных сред; уровень Standard для критически важных производственных приложений.Дополнительные сведения см. в разделе Правильный уровень, когда он вам нужен.

Плата за приостановку экземпляра не взимается.

Дополнительные сведения см. в разделе Цены на Azure Analysis Services.

Хранилище BLOB-объектов

Рассмотрите возможность использования функции зарезервированной емкости службы хранилища Azure, чтобы снизить стоимость хранилища. При использовании этой модели вы получаете скидку, если можете зарезервировать фиксированную емкость хранилища на один или три года. Дополнительные сведения см. в статье Оптимизация затрат на хранилище BLOB-объектов с зарезервированной емкостью.

Дополнительные сведения см. в разделе «Стоимость» в Microsoft Azure Well-Architected Framework.

Развернуть решение

Чтобы развернуть и запустить эталонную реализацию, выполните действия, описанные в файле сведений GitHub. Он развертывает следующее:

  • Виртуальная машина Windows для имитации локального сервера базы данных. Он включает SQL Server 2017 и связанные инструменты, а также Power BI Desktop.
  • Учетная запись хранения Azure, предоставляющая хранилище BLOB-объектов для хранения данных, экспортированных из базы данных SQL Server.
  • Экземпляр Azure Synapse.
  • Экземпляр Azure Analysis Services.
  • Фабрика данных Azure и конвейер фабрики данных для задания ELT.

Возможно, вы захотите просмотреть следующие примеры сценариев Azure, демонстрирующие конкретные решения с использованием некоторых из тех же технологий:

Обнаружение диаграммы зависимостей в конвейерах Synapse Analytics и ADF

Документирование зависимостей объектов процессов ETL является сложной задачей.Независимо от того, это SSIS, ADF, конвейеры в Azure Synapse или другие системы. Причины для понимания текущего решения могут быть разными: передача другой команде/члену команды, устранение неполадок, рефакторинг, отладка, исследование зависимостей из-за ошибки, проблемы с производительностью или другие, а также желание удалить выбранные/дублированные конвейеры или логику. .

Но никогда не бывает подходящего времени для создания документации, и даже если это было сделано — никто не знает, насколько она актуальна.Ситуацию не улучшает и то, что довольно часто не хватает (бесплатных или встроенных) инструментов для формирования такой документации. Звучит знакомо? Бьюсь об заклад, это так.

Если вы когда-либо работали с Markdown, вы знаете, что это все более и более популярный формат для разработки и обмена документацией, часто как часть репозитория кода. Этот формат поддерживают самые популярные инструменты, включая Azure DevOps и GitHub. Markdown поддерживает диаграммы в нескольких различных формах, поэтому можно улучшить документацию с помощью нескольких диаграмм последовательности, диаграмм Ганта или блок-схем, просто написав несколько строк обычного текста.

Прошло некоторое время с тех пор, как я выпустил первую версию #adftools. Основная причина использования этого инструмента — развертывание Фабрики данных Azure непосредственно из кода. Но, как следует из названия, это набор инструментов. С помощью этого инструмента вы можете очень легко сгенерировать код русалки и скопировать/вставить его в файл уценки. Что нам нужно сделать?

  1. Установка/импорт модуля PowerShell (если вы еще этого не сделали)
    1. azure.datafactory.tools — для фабрики данных Azure
    2. лазурь.synapse.tools — для конвейеров Azure Synapse
    3. .
  2. Загрузите или клонируйте код на локальный компьютер
  3. Запустите одну строку кода в PowerShell
  4. Скопируйте результат и вставьте его в целевой файл .md (markdown)

Давайте проделаем все эти шаги вместе.

Установка/импорт модуля PowerShell

В зависимости от того, какой код какой услуги вы хотите обнаружить – установите и импортируйте один из следующих модулей PS:

$module = 'лазурь.synapse.tools' Install-Module $module -Scope CurrentUser Модуль импорта $module

 

$module = 'azure.synapse.tools'

Install-Module $module -Scope CurrentUser

Import-Module $module

 

Скачать или клонировать код

Если у вас не настроена интеграция с Git для пайплайнов — сделайте это. Я объяснял, как это сделать в этом посте, и как только вы этого добьетесь, вы сможете клонировать код на свой локальный компьютер.Папка должна содержать структуру подпапок, аналогичную этой:

Запустите одну строку кода в PowerShell

Пришло время запустить «волшебство». Выполните следующий код (либо в Visual Studio Code, либо в PowerShell ISE/сессии):

$RootFolder = "x:\!WORK\GitAz\sqlplayer\DataServices\Synapse" $synapse = Import-SynapseFromFolder -RootFolder $RootFolder -SynapseWorkspaceName 'независимо' Get-SynapseDocDiagram — синапс $ синапс

$ rootfolder = "x: \! Работа \ gitaz \ sqlplayer \ dataServices \ synapse"

$ Synapse = import-synapsefromfolder -rootfolder $ rootfolder -synapseworkspacename 'Что бы ни

Get-SynapsedocdiaGram --synapse $ Synapse


Первая строка — установить переменную RootFolder с расположением кода.Вторая строка (импорт) будет читать все файлы во вложенных папках. Вы увидите аналогичный результат в выходном терминале:

Последняя строка должна сгенерировать для вас код русалки:

Текстовое представление диаграммы

Скопируйте результат и вставьте его в целевой файл .md (markdown)

Теперь просто скопируйте и вставьте результат в существующий или вновь созданный файл MarkDown (расширение .md), и вы сможете увидеть диаграмму в Visual Studio Code или с помощью Azure DevOps:

Предварительный просмотр «диаграммы.md’ в Visual Studio Code

Кроме того, вы можете передать вывод команды Get-SynapseDocDiagram непосредственно в новый файл:

Get-SynapseDocDiagram -synapse $synapse | Set-Content-Path 'synapse-diagram.md'

 

Get-SynapseDocDiagram -synapse $synapse | Set-Content -Path 'synapse-diagram.md'

 

Надеюсь, команда будет вам полезна.Как всегда, если у вас есть какие-либо комментарии или предложения по улучшению, дайте мне знать: Поднимите вопрос.

Спасибо, что прочитали.

Synapse — определение, типы, структура, функции и схема

Что такое синапс

Синапс — это соединение с крошечным промежутком, которое разделяет два нейрона (нервные клетки), основную единицу нервной системы в головном мозге. Они также находятся между нейроном и мышечной клеткой или железой. Мозг взрослого человека имеет примерно от 1000 до 5000 триллионов синапсов.

Термин «синапс» был впервые введен Чарльзом Шеррингтоном в 1897 году от греческих слов «син», что означает «вместе», и «гаптейн», что означает «сцепляться».

Диаграмма синапсов

Местоположение

Функции синапсов зависят от того, где они находятся. Три формы в зависимости от их расположения: аксодендритный - аксон одного нейрона и дендрит следующего соседнего нейрона. Это наиболее распространенная форма синапса, доминирующая в нервной системе; аксосоматический – аксон одного нейрона и тело клетки другого нейрона; аксоаксонный – между двумя аксонами.

Структура

Размер

Синапсы могут сильно различаться по размеру и форме. Они слишком малы, чтобы их можно было рассмотреть под световым микроскопом, их ширина составляет примерно 20-40 нм.

Запчасти

Синапсы состоят из трех основных частей:

  • Постсинаптический нейрон : состоит из части дендрита или тела клетки нейрона и содержит рецепторы для приема входящих сигналов пресинаптическая клетка
  • Синаптическая щель : Щель между пре- и постсинаптическими нейронами
  • Что происходит в синапсе

    Проведение нервных импульсов в организме представляет собой односторонний процесс, при котором каждый нейрон имеет нейротрансмиттер (например,грамм. ацетилхолин, аденозин или норадреналин), который высвобождается в синаптическую щель, в то время как соседний нейрон имеет рецептор для связывания нейротрансмиттера. Способствует ли нейротрансмиттер генерированию сигнала или ингибирует его, зависит от рецептора, с которым он связывается.

    Типы

    Синапсы в основном делятся на два разных типа в зависимости от того, как нейроны функционируют для связи: 1) химический синапс и 2) электрический синапс.

    1) Химический синапс

    Обнаруженный у позвоночных, он работает с использованием нейротрансмиттеров, которые устанавливают виртуальную связь между пресинаптическими и постсинаптическими нейронами.

    Поступление сигнала в пресинаптический нейрон вызывает высвобождение нейротрансмиттеров, которые затем диффундируют через синаптическую щель. Этот этап происходит в присутствии ионов кальция, где слияние синаптического пузырька с терминальной мембраной аксона пресинаптического нейрона позволяет высвобождать нейротрансмиттер в синаптическую щель. Связывание нейротрансмиттера с рецептором постсинаптического нейрона возбуждает постсинаптический нейрон для передачи сигнала вперед.

    2) Электрический синапс

    В основном обнаруживаются у беспозвоночных и низших позвоночных, они образуют прямые физические связи между пресинаптическими и постсинаптическими нейронами. Это соединение имеет форму канала, называемого щелевым соединением, которое позволяет ионам течь непосредственно из одной клетки в другую.

    Часто задаваемые вопросы

    Q1. Как кофеин влияет на синапс?

    Ответ. Кофеин влияет на передачу нервного импульса, блокируя активность аденозина, нейротрансмиттера, воздействующего почти на все системы животных.

    Q2. Как наркотики влияют на синапсы?

    Ответ. Лекарства воздействуют на синапсы, вмешиваясь в то, как нейроны отправляют, получают и обрабатывают сигналы с помощью нейротрансмиттеров. Некоторые наркотики, такие как марихуана и героин, могут активировать нейроны, потому что их химическая структура имитирует структуру естественного нейротрансмиттера в организме и, таким образом, действует аналогично ацетилхолину или аденозину.

    Q3. Как алкоголь влияет на синапсы?

    Ответ. Алкоголь изменяет функции нейронов, нарушая связь в синапсах. Он также подавляет генерацию новых электрических импульсов.

    Q4. В чем разница между химическим синапсом и электрическим синапсом?

    Ответ. Химический синапс представляет собой небольшой промежуток около 3,5 нм между двумя нейронами, которые передают информацию с использованием химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Напротив, электрический синапс представляет собой промежуток в 20 нм, в котором есть белковые каналы, соединяющие два нейрона.Электрические синапсы передают сигналы намного быстрее, чем химические. В то время как скорость передачи в химических синапсах может достигать нескольких миллисекунд, передача в электрических синапсах происходит почти мгновенно.

    Последний раз статья рецензировалась в пятницу, 18 июня 2021 г.

    Потенциал действия - определение, этапы, фазы

    Автор: Яна Васкович, врач • Рецензент: Франческа Сальвадор Магистр наук
    Последнее рассмотрение: 13 марта 2022 г.
    Время чтения: 11 минут

    Долгое время процесс коммуникации между нервами и тканями-мишенями оставался для физиологов неизвестным.С развитием электрофизиологии и открытием электрической активности нейронов было обнаружено, что передача сигналов от нейронов к их тканям-мишеням опосредуется потенциалами действия.

    Потенциал действия определяется как внезапное, быстрое, преходящее и распространяющееся изменение мембранного потенциала покоя. Только нейроны и мышечные клетки способны генерировать потенциал действия; это свойство называется возбудимостью .

    Ключевые факты о потенциале действия
    Определение Внезапное, быстрое, преходящее и распространяющееся изменение мембранного потенциала покоя
    Стимулы Подпорог
    Порог
    Надпороговый
    Фазы Деполяризация
    Перерегулирование
    Реполяризация
    Огнеупорность Абсолют – деполяризация, 2/3 реполяризации
    Родственник – последняя 1/3 реполяризации
    Синапс Пресинаптическая мембрана
    Синаптическая щель
    Постсинаптическая мембрана

    В этой статье будут обсуждаться определение, этапы и фазы потенциала действия.

    Определение

    Потенциалы действия являются нервными сигналами. Нейроны генерируют и проводят эти сигналы по своим отросткам, чтобы передать их тканям-мишеням. При стимуляции они будут либо стимулироваться, либо подавляться, либо каким-то образом модулировать.

    Изучите структуру и типы нейронов с помощью следующего учебного блока.

    шагов

    Но что вызывает потенциал действия? С электрической точки зрения это вызвано стимулом с определенной величиной, выраженной в милливольтах [мВ].Не все раздражители могут вызвать потенциал действия. Адекватный стимул должен иметь достаточную электрическую мощность, которая снизит отрицательность нервной клетки до порога потенциала действия. Таким образом, различают подпороговые, пороговые и надпороговые раздражители. Подпороговые стимулы не могут вызывать потенциал действия. Порог Раздражители обладают достаточной энергией или потенциалом, чтобы произвести потенциал действия (нервный импульс). Надпороговые стимулы также вызывают потенциал действия, но их сила выше пороговых стимулов.

    Итак, потенциал действия генерируется, когда раздражитель изменяет мембранный потенциал до значений порогового потенциала . Пороговый потенциал обычно составляет от -50 до -55 мВ. Важно знать, что потенциал действия подчиняется закону «все или ничего» . Это означает, что любой подпороговый раздражитель ничего не вызовет, а пороговый и надпороговый раздражители вызывают полный ответ возбудимой клетки.

    Различается ли потенциал действия в зависимости от того, вызван ли он пороговым или надпороговым потенциалом? Ответ - нет.Длина и амплитуда потенциала действия всегда одинаковы. Однако увеличение силы раздражителя вызывает увеличение частоты потенциала действия. Потенциал действия распространяется по нервному волокну без уменьшения или ослабления амплитуды и длины. Кроме того, после генерации одного потенциала действия нейроны становятся невосприимчивыми к раздражителям в течение определенного периода времени, в течение которого они не могут генерировать другой потенциал действия.

    Фазы

    С точки зрения ионов потенциал действия вызывается временными изменениями проницаемости мембраны для диффундирующих ионов.Эти изменения вызывают открытие ионных каналов и уменьшение градиента концентрации ионов. Величина порогового потенциала зависит от проницаемости мембран, внутри- и внеклеточной концентрации ионов, свойств клеточной мембраны.

    Потенциал действия состоит из трех фаз:  деполяризации, выброса, реполяризации. Есть еще два состояния мембранного потенциала, связанные с потенциалом действия. Первый — это гипополяризация , которая предшествует деполяризации, а второй — гиперполяризация , которая следует за реполяризацией.

    Кривая и фазы потенциала действия (диаграмма)

    Гипополяризация – начальное повышение мембранного потенциала до значения порогового потенциала. Пороговый потенциал открывает потенциалзависимые натриевые каналы и вызывает большой приток ионов натрия. Эта фаза называется деполяризацией . Во время деполяризации внутренняя часть клетки становится все более и более электроположительной, пока потенциал не приблизится к электрохимическому равновесию для натрия +61 мВ.Эта фаза экстремального позитива называется фазой превышения .

    После перерегулирования резко снижается проницаемость натрия из-за закрытия его каналов. Повышенное значение клеточного потенциала открывает потенциалзависимые калиевые каналы, что вызывает большой отток калия, снижая электроположительность клетки. Эта фаза является фазой реполяризации , целью которой является восстановление мембранного потенциала покоя. Реполяризация всегда приводит сначала к гиперполяризации , состоянию, в котором мембранный потенциал более отрицателен, чем мембранный потенциал по умолчанию.Но вскоре после этого мембрана вновь устанавливает значения мембранного потенциала.

    Обмен ионов в потенциале действия (диаграмма)

    После рассмотрения роли ионов мы можем теперь более точно определить пороговый потенциал как значение мембранного потенциала, при котором открываются потенциалзависимые натриевые каналы. В возбудимых тканях пороговый потенциал примерно на 10–15 мВ меньше мембранного потенциала покоя.

    Рефрактерный период

    Рефрактерный период – это время после генерации потенциала действия, в течение которого возбудимая клетка не может произвести другой потенциал действия.Выделяют две подфазы этого периода: абсолютная и относительная рефрактерность.

    Абсолютная рефрактерность перекрывает фазу деполяризации и примерно 2/3 фазы реполяризации. Новый потенциал действия не может быть сгенерирован во время деполяризации, потому что все потенциалзависимые натриевые каналы уже открыты или открываются с максимальной скоростью. Во время ранней реполяризации новый потенциал действия невозможен, поскольку натриевые каналы неактивны и нуждаются в потенциале покоя, чтобы быть в закрытом состоянии, из которого они могут снова быть в открытом состоянии.Абсолютная рефрактерность заканчивается, когда достаточное количество натриевых каналов восстанавливается из неактивного состояния.

    Относительная рефрактерность - период, когда возможна генерация нового потенциала действия, но только при надпороговом раздражителе. Этот период перекрывает последнюю 1/3 реполяризации.

    Распространение потенциала действия

    Потенциал действия генерируется в теле нейрона и распространяется по его аксону. Распространение никоим образом не снижает и не влияет на качество потенциала действия, так что ткань-мишень получает один и тот же импульс независимо от того, насколько далеко она находится от тела нейрона.

    Потенциал действия генерируется в одном месте клеточной мембраны. Он распространяется вдоль мембраны, причем каждая следующая часть мембраны последовательно деполяризуется. Это означает, что потенциал действия не перемещает , а вызывает новый потенциал действия соседнего сегмента нейронной мембраны.

    Мы должны подчеркнуть, что потенциал действия всегда распространяется вперед , а не назад. Это связано с рефрактерностью уже деполяризованных участков мембраны, так что единственно возможным направлением распространения является прямое.Из-за этого потенциал действия всегда распространяется от тела нейрона через аксон к ткани-мишени.

    Скорость распространения во многом зависит от толщины аксона и от того, миелинизирован он или нет. Чем больше диаметр, тем выше скорость распространения. Распространение также происходит быстрее, если аксон миелинизирован. Миелин увеличивает скорость распространения, поскольку увеличивает толщину волокна. Кроме того, миелин обеспечивает скачкообразную проводимость потенциала действия, поскольку деполяризуются только узлы Ранвье, а миелиновые узлы перескакивают.
    В немиелинизированных волокнах каждая часть аксональной мембраны должна пройти деполяризацию, что значительно замедляет распространение.

    Хотите быстрее изучить все части и функции нервной системы? Перейдите к статье нашей викторины по нервной системе и успешно сдайте следующий экзамен.

    Синапс

    Синапс представляет собой соединение между нервной клеткой и тканью-мишенью. У человека синапсы химические , что означает, что нервный импульс передается от окончания аксона к ткани-мишени с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами (лигандами).Если нейромедиатор стимулирует клетку-мишень к действию, то это возбуждающий нейромедиатор. С другой стороны, если он ингибирует клетку-мишень, он является тормозным нейротрансмиттером.

    Типы нейронов и синапсов (схема)

    В зависимости от типа ткани-мишени различают центральные и периферические синапсы. Центральные синапсы находятся между двумя нейронами в центральной нервной системе, тогда как периферические синапсы возникают между нейроном и мышечным волокном, периферическим нервом или железой.

    Каждый синапс состоит из:

    • Пресинаптическая мембрана – мембрана терминальной кнопки нервного волокна
    • Постсинаптическая мембрана – мембрана клетки-мишени
    • Синаптическая щель – разрыв между пресинаптической и постсинаптической мембранами

    Внутри терминальной кнопки нервного волокна образуются и хранятся многочисленные везикулы, содержащие нейротрансмиттеры. Когда пресинаптическая мембрана деполяризуется потенциалом действия, кальциевые потенциалзависимые каналы открываются.Это приводит к притоку кальция, который изменяет состояние некоторых мембранных белков в пресинаптической мембране и приводит к экзоцитозу нейромедиатора в синаптической щели.

    Постсинаптическая мембрана содержит рецепторы нейротрансмиттеров. Как только нейротрансмиттер связывается с рецептором, управляемые лигандом каналы постсинаптической мембраны либо открываются, либо закрываются. Эти управляемые лигандом каналы являются ионными каналами, и их открытие или закрытие вызовет перераспределение ионов в постсинаптической клетке.В зависимости от того, является ли нейротрансмиттер возбуждающим или тормозным, это приведет к разным реакциям.

    Изучите типы нейронов с помощью следующей викторины.

    Резюме

    Потенциал действия вызывается либо пороговыми, либо надпороговыми раздражителями нейрона. Он состоит из четырех фаз: деполяризации, выброса и реполяризации.

    Потенциал действия распространяется вдоль клеточной мембраны аксона до тех пор, пока не достигнет терминальной кнопки.Как только терминальная кнопка деполяризуется, она высвобождает нейротрансмиттер в синаптическую щель. Нейротрансмиттер связывается со своими рецепторами на постсинаптической мембране клетки-мишени, вызывая ее реакцию в виде стимуляции или торможения.

    Потенциалы действия распространяются быстрее через более толстые и миелинизированные аксоны, чем через тонкие и немиелинизированные аксоны. После генерации одного потенциала действия нейрон не может генерировать новый из-за своей рефрактерности к раздражителям.

    Источники

    Весь контент, публикуемый на Kenhub, проверяется экспертами в области медицины и анатомии. Информация, которую мы предоставляем, основана на научной литературе и рецензируемых исследованиях. Kenhub не дает медицинских консультаций. Вы можете узнать больше о наших стандартах создания и проверки контента, прочитав наши рекомендации по качеству контента.

    Каталожные номера:

    • Холл, Дж. Э., Гайтон, AC (2011). Учебник медицинской физиологии (12-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Saunders Elsevier.
    • Мур, К.Л., Далли, А.Ф., и Агур, А.М.Р. (2014). Клинически ориентированная анатомия (7-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
    • Росс, М.Дж., Паулина, В. (2011). Гистология (6-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
    • Patestas, MA, Gartner, LP (2006). Учебник нейроанатомии. Виктория, Австралия: Blackwell Publishing Ltd.
    • .

    Статья, обзор и макет:

    • Яна Васкович
    • Франческа Сальвадор

    Иллюстрации:

    • Типы нейронов и синапсов (схема) - Пол Ким
    • Кривая и фазы потенциала действия (диаграмма) - Яна Васкович
    • Обмен ионов в потенциале действия (диаграмма) - Яна Васкович

    Потенциал действия: хотите узнать об этом больше?

    Наши увлекательные видеоролики, интерактивные викторины, подробные статьи и атлас HD помогут вам быстрее достичь наилучших результатов.

    На чем ты предпочитаешь учиться?

    «Я бы честно сказал, что Kenhub сократил время моего обучения вдвое». – Подробнее. Ким Бенгочеа, Реджисский университет, Денвер

    © Если не указано иное, все содержимое, включая иллюстрации, является исключительной собственностью Kenhub GmbH и защищено немецкими и международными законами об авторском праве. Все права защищены.

    Объяснение урока: Синапсы | Nagwa

    В этом эксплейнере мы научимся описывать структуру синапса и объяснять, как информация передается через синапсы.

    Один нейрон может устанавливать тысячи контактов с другими нейронами через синапсы. Клетка Пуркинье в мозге может даже получить до двухсот тысяч синапсов, исходящих от разных нервов и сходящихся на одном нейроне! Синапсы — это небольшие щели на стыке двух нейронов, которые передают химические сообщения для передачи наших нервных импульсов от одного нейрона к другому. Синапсы позволяют нашим нервам соединяться со многими другими нервами, образуя невероятно сложную нервную систему. Наша способность думать, учиться и запоминать в решающей степени зависит от силы и количества наших синапсов.

    Ключевой термин: синапс

    Синапс — это соединение между двумя нейронами или нейроном и эффектором.

    Нейроны — это нервные клетки, и они специализируются на передаче нервных импульсов по нашему телу для формирования внутренней коммуникационной сети. Это позволяет нам реагировать как на нашу внутреннюю, так и на внешнюю среду и помогает нам выживать.

    Ключевой термин: нейрон

    Нейрон — это специализированная клетка, передающая нервные импульсы.

    Давайте рассмотрим структуру нейрона, прежде чем более подробно рассматривать синапсы между ними.

    На рис. 1 показаны два нейрона, соединенных синапсом. Каждый нейрон состоит из тела клетки (сомы), которое содержит ядро ​​и разветвляется на участки, называемые дендритами. Также от сомы отходит длинный нитевидный аксон. На конце аксона находятся окончания аксона, иногда называемые аксональными разветвлениями, которые соединяют нейрон с другими нейронами через синапсы.

    После того, как раздражитель вызывает нервный импульс в дендритах одного нейрона, он передается по аксону. Затем электрический импульс достигает окончания аксона этого нейрона.Так как он предшествует синапсу, этот первый нейрон называется пресинаптическим нейроном. Затем этот сигнал переносится через синаптическую щель химическими посредниками, называемыми нейротрансмиттерами, которые запускают новый нервный импульс в дендритах следующего нейрона. Поскольку этот второй нейрон находится после синапса, его называют постсинаптическим нейроном.

    Нейроны могут образовывать соединения не только с другими нейронами, но и с мышечными волокнами или клетками желез. Эти цепи окружают все наши тела, позволяя передавать информацию между кончиками пальцев ног до самого мозга.

    Ключевой термин: Аксон

    Аксон — это длинная нитевидная часть нейрона, по которой проводятся нервные импульсы.

    Ключевой термин: нейротрансмиттер

    Нейротрансмиттер — это химическое вещество, участвующее в передаче информации через синапс между соседними нейронами или нейроном и эффектором.

    Давайте посмотрим на структуру холинергического синапса.

    Слово холинергический относится к синапсам, в которых нейротрансмиттером является ацетилхолин. Существует множество различных типов нейротрансмиттеров.Ацетилхолин является основным нейротрансмиттером в парасимпатической нервной системе и будет в центре внимания этого объяснения.

    Холинергический синапс состоит из окончания аксона пресинаптического нейрона, дендрита постсинаптического нейрона и синаптической щели, образующих физический промежуток между ними.

    Структуру холинергического синапса можно увидеть на рисунке 2.

    Ключевой термин: холинергический

    Термин холинергический относится к нервным клеткам, в которых ацетилхолин действует как нейротрансмиттер.

    Ключевой термин: ацетилхолин

    Ацетилхолин является основным нейротрансмиттером, обнаруженным в синапсах парасимпатической нервной системы.

    Ключевой термин: пресинаптический нейрон

    Пресинаптический нейрон передает сигнал к синапсу, высвобождая в синапс везикулы, содержащие нейротрансмиттеры.

    Ключевой термин: постсинаптический нейрон

    Постсинаптический нейрон — это тот, который получает нейротрансмиттер после пересечения синаптической щели и может испытывать потенциал действия, если нейромедиатор вызывает достаточный приток натрия.

    Ключевой термин: синаптическая щель

    Синаптическая щель — это физическое пространство между двумя нейронами.

    Пресинаптический нейрон — это нейрон, на который первым приходит нервный импульс. Он отвечает за передачу сигнала к синаптической щели и в нее. Конец пресинаптического нейрона называется синаптической шишкой.

    Внутри пресинаптического нейрона находятся синаптические пузырьки, содержащие нейротрансмиттер ацетилхолин. Везикулы представляют собой мелкие компоненты клетки, заполненные жидкостью и окруженные мембраной.Везикулы отвечают за транспортировку материалов вокруг цитоплазмы клетки и участвуют в процессах эндоцитоза и экзоцитоза. Префикс endo — означает «в», а exo — означает «из». Цито - относится к клетке, поэтому эндоцитоз - это процесс, при котором материал входит в клетку, а экзоцитоз относится к его выходу из клетки. Везикулы окружены плазматической мембраной, состоящей из того же бислоя фосфолипидов, что и мембрана клеточной поверхности. Это означает, что везикулы могут образовываться в результате отщипывания мембраны клеточной поверхности при эндоцитозе, или везикулы могут сливаться с мембраной при экзоцитозе.

    Ключевой термин: везикулы

    Везикулы представляют собой небольшие связанные с мембраной и заполненные жидкостью субклеточные компартменты, ответственные за транспортировку, импорт и экспорт материалов из цитоплазмы клетки.

    Пример 1: Описание роли синаптических пузырьков

    Какова роль синаптических пузырьков в пресинаптическом нейроне?

    Ответ

    Пресинаптический нейрон – это нейрон, на который первым приходит нервный импульс. Он отвечает за передачу сигнала к синаптической щели.

    Конец пресинаптического нейрона называется синаптической выпуклостью. Внутри пресинаптического нейрона находятся синаптические пузырьки, содержащие нейротрансмиттер. Везикулы представляют собой мелкие компоненты клетки, заполненные жидкостью и окруженные мембраной. Везикулы отвечают за транспортировку материалов вокруг цитоплазмы клетки и процессы эндоцитоза и экзоцитоза. Префикс endo — означает «в», а exo — означает «из». Цито - относится к клетке, поэтому эндоцитоз - это процесс, при котором материал входит в клетку, а экзоцитоз относится к его выходу из клетки.Везикулы окружены плазматической мембраной, состоящей из того же бислоя фосфолипидов, что и мембрана клеточной поверхности. Это означает, что везикулы могут образовываться в результате отщипывания мембраны клеточной поверхности при эндоцитозе, или везикулы могут сливаться с мембраной при экзоцитозе.

    Синаптические везикулы в пресинаптических нейронах ответственны за хранение нейротрансмиттера. Они сливаются с пресинаптической мембраной при стимуляции ионами кальция и высвобождают нейротрансмиттер в синаптическую щель.

    Таким образом, роль синаптических везикул в пресинаптических нейронах заключается в хранении нейротрансмиттеров.

    Пример 2: Описание структуры синапса

    На представленной диаграмме показана простая схема холинергического синапса. Какая часть синапса обозначена знаком вопроса?

    Ответ

    Холинергический синапс, такой как на схеме выше, состоит из пресинаптического нейрона, постсинаптического нейрона и синаптической щели, образующих физическое пространство синапса между ними.

    Пресинаптический нейрон — это нейрон, на который первым приходит нервный импульс. Он отвечает за передачу сигнала к синаптической щели и в нее. Конец пресинаптического нейрона называется синаптической шишкой. Внутри пресинаптического нейрона находятся синаптические везикулы, содержащие нейротрансмиттер ацетилхолин. Пресинаптический нейрон также имеет кальциевые ионные каналы, встроенные в мембрану его клеточной поверхности.

    Как только нейротрансмиттер диффундирует через синаптическую щель, он стимулирует потенциал действия в постсинаптическом нейроне.Постсинаптический нейрон имеет натриевые ионные каналы, встроенные в мембрану его клеточной поверхности. Эти натриевые ионные каналы имеют рецепторы, специфичные для нейротрансмиттера, в данном случае ацетилхолина.

    Следовательно, структура, отмеченная знаком вопроса, является синаптической щелью.

    Рассмотрим подробнее ряд событий, происходящих в холинергическом синапсе.

    Когда потенциал действия достигает дендритов пресинаптического нейрона, он деполяризует его. Это приводит к тому, что ионные каналы кальция, чувствительные к изменениям напряжения, открываются, делая синаптическую ручку проницаемой для ионов кальция (Ca2+).Са2+ диффундирует в синаптическую ручку, как показано на рис. 3.

    Присутствие Са2+ вызывает слияние везикул, содержащих ацетилхолин, с пресинаптической мембраной. Одной из функций везикул является осуществление экзоцитоза, и в этом случае везикулы выделяют ацетилхолин из пресинаптического нейрона в синаптическую щель. Ацетилхолин пассивно диффундирует через синаптическую щель, как показано на рис. 4.

    Когда ацетилхолин достигает постсинаптической мембраны, ацетилхолин связывается с ее рецептором который открывает ионно-натриевый канал ацетилхолинового рецептора.Это делает постсинаптический нейрон проницаемым для ионов натрия (Na+), и Na+ диффундирует в постсинаптический нейрон. Этот приток натрия вызывает запуск потенциала действия в дендрите постсинаптического нейрона, как видно на рисунке 5. Потенциал действия распространяется вдоль сомы постсинаптического нейрона, а затем и его аксона. Затем потенциал действия достигнет окончания аксона этого нейрона и повторит этот процесс, чтобы пересечь другой синапс.

    Пример 3: Описание этапов передачи информации через синапс

    На представленной блок-схеме показаны этапы передачи информации через синапс, каждому этапу присвоен номер.Укажите правильный порядок этапов.

    Ответ

    Когда потенциал действия достигает дендритов пресинаптического нейрона, он деполяризует его. Это заставляет каналы ионов кальция открываться, делая синаптическую ручку проницаемой для ионов кальция (Ca2+). Ca2+ диффундирует в синаптическую ручку, вызывая слияние везикул, содержащих ацетилхолин, с пресинаптической мембраной. Одной из функций везикул является осуществление экзоцитоза, и в этом случае везикулы выделяют ацетилхолин из пресинаптического нейрона в синаптическую щель.

    Ацетилхолин пассивно диффундирует через синаптическую щель из области с высокой концентрацией ацетилхолина в область с низкой. Когда он достигает постсинаптической мембраны, ацетилхолин связывается со своими рецепторами на натриевых ионных каналах, заставляя их открываться. Это делает постсинаптический нейрон проницаемым для ионов натрия (Na+), и Na+ диффундирует в постсинаптический нейрон.

    Приток натрия вызывает запуск потенциала действия в дендрите постсинаптического нейрона.Потенциал действия распространяется по соме постсинаптического нейрона, а затем по его аксону, пока не достигнет дендритов на конце нейрона и не пересечет другой синапс.

    Следовательно, правильный порядок стадий: 6, 2, 1, 4, 3, 5.

    Как только нейротрансмиттер диффундирует через синаптическую щель, он стимулирует потенциал действия в постсинаптическом нейроне. Постсинаптический нейрон имеет натриевые ионные каналы, встроенные в мембрану его клеточной поверхности. Эти натриевые ионные каналы имеют рецепторы, специфичные для нейротрансмиттера, в данном случае ацетилхолина.Это означает, что только этот нейротрансмиттер может связываться с ними и вызывать открытие ионных каналов натрия. Это важно, поскольку эти рецепторы присутствуют только на постсинаптических, а не на пресинаптических нейронах, поэтому нервный импульс может проходить только в одном направлении. Поэтому синапсы называются однонаправленными, и они служат для того, чтобы нервные импульсы не шли в неправильном направлении.

    Ключевой термин: однонаправленный

    Синапсы являются однонаправленными, поскольку они могут передавать информацию только в одном направлении, от пресинаптического нейрона к постсинаптическому нейрону, благодаря наличию рецепторов нейротрансмиттеров на постсинаптическом нейроне.

    Как только в постсинаптических нейронах сгенерирован потенциал действия, ацетилхолин должен отделиться от его рецепторные участки на натриевых ионных каналах. Если этого не происходит, постсинаптическая нейрон будет продолжать генерировать потенциалы действия, так как каналы ионов натрия останутся открытыми. Фермент ацетилхолинэстераза также встроен в постсинаптическую мембрану. Ацетилхолинэстераза гидролизует (расщепляет водой) ацетилхолин на холин и этановую кислоту.Это позволяет натриевые ионные каналы ацетихолиновых рецепторов закрываются и возвращаются в исходное состояние. Эти продукты затем реабсорбируются. в пресинаптический нейрон, чтобы снова превратиться в ацетилхолин, чтобы процесс мог произойти снова.

    Ключевой термин: ацетилхолинэстераза

    Ацетилхолинэстераза — фермент, расщепляющий ацетилхолин для прекращения возбуждения нейрона после передачи импульса.

    Пример 4: Описание результатов действия ацетилхолина в синапсе

    Что происходит с ацетилхолином в синаптической щели после запуска потенциала действия в постсинаптическом нейроне?

    1. Связывается с ацетилхолиновыми рецепторами на пресинаптической мембране.
    2. Растворяется в цитоплазме нейрона.
    3. Диффундирует из расщелины в кровоток.
    4. Расщепляется ферментами.

    Ответ

    Как только в постсинаптических нейронах сгенерирован потенциал действия, ацетилхолин должен отсоединиться от своих рецепторов на натриевых ионных каналах. Если бы этого не происходило, постсинаптический нейрон продолжал бы генерировать потенциалы действия, так как каналы ионов натрия оставались бы открытыми.

    Фермент ацетилхолинэстераза также встроен в постсинаптическую мембрану. Ацетилхолинэстераза гидролизует (расщепляет водой) ацетилхолин на холин и этановую кислоту. Это позволяет натриевым ионным каналам ацетихолиновых рецепторов закрыться и вернуться в исходное состояние. Эти продукты затем реабсорбируется в пресинаптических нейронах, чтобы вернуться обратно в ацетилхолин, так что процесс может произойти снова.

    Рецепторы ацетилхолина присутствуют только на каналах ионов натрия на постсинаптической мембране.Это делается для того, чтобы нервные импульсы не шли в неправильном направлении, поэтому нервы, использующие синапсы, являются однонаправленными. Рецепторов к ацетилхолину на пресинаптической мембране нет.

    Ацетилхолин не растворяется в цитоплазме нейрона, так как всякий раз, когда он присутствует в нейроне, он находится внутри везикулы и транспортирует его по клетке.

    Синапсы не контактируют напрямую с кровотоком, поэтому ацетилхолин не диффундирует в кровь. Ацетилхолин вырабатывается в самих нейронах и может быть переработан для повторного использования.

    Таким образом, как только в постсинаптических нейронах запускается потенциал действия, ацетилхолин расщепляется ферментами.

    Реальным примером того, что может произойти, если ацетилхолинэстераза не работает эффективно, является воздействие на человека нервно-паралитического агента VX. VX блокирует действие ацетилхолинэстеразы, что означает, что нейротрансмиттер не гидролизуется и синаптическую щель заполняет ацетилхолин. Это означает, что нерв постоянно находится в возбужденном состоянии.Поскольку нервы также образуют синапсы с мышечными клетками, например, с теми, которые контролируют вентиляцию легких, это означает, что эти мышцы, окружающие легкие, получают повторяющиеся сигналы для сокращения. Если это произойдет, человек не сможет выдохнуть и может умереть от удушья. Всего 10 мг (1100-я часть грамма) VX могут вызвать смерть.

    Другие нервно-паралитические агенты и лекарства могут имитировать форму нейротрансмиттера. Например, никотин, содержащийся в сигаретах, имитирует форму ацетилхолина и связывается с ацетилхолиновыми рецепторами в постсинаптической мембране, запуская потенциалы действия.Другие химические вещества могут стимулировать высвобождение большего количества нейротрансмиттеров из пресинаптической мембраны или даже блокировать рецепторы на постсинаптической мембране, так что никакие потенциалы действия не могут быть вызваны.

    Пример 5. Определение характеристик синапсов

    Что из следующего является определяющей характеристикой синапсов?

    1. Синапсы могут передавать информацию только в одном направлении.
    2. Синапсы передают информацию только в виде электрических сигналов.
    3. Синапсы образуются только между двумя нейронами.
    4. Ацетилхолиновые рецепторы расположены только на пресинаптических нейронах.

    Ответ

    Синапсы представляют собой небольшие промежутки между нейронами или между нейроном и мышечной или железистой клеткой. Они передают информацию через химические мессенджеры, называемые нейротрансмиттерами. Хотя это медленнее, чем электрическая передача, синапсы обеспечивают передачу нервного импульса только в одном направлении.

    Синапсы состоят из пресинаптического нейрона, постсинаптического нейрона и синаптической щели, образующей пространство между ними.Когда появляется потенциал действия, пресинаптический нейрон высвобождает нейротрансмиттер в синаптическую щель. Затем нейротрансмиттер связывается с рецепторами, которые присутствуют только на постсинаптической мембране. Это связывание запускает другой потенциал действия, который будет генерироваться в постсинаптическом нейроне. Это также обеспечивает однонаправленность сигнала, поскольку на пресинаптической мембране нет рецепторов, поэтому информация не может быть отправлена ​​обратно в пресинаптический нейрон.

    Таким образом, определяющей особенностью синапсов является то, что синапсы могут передавать информацию только в одном направлении.

    Давайте вспомним некоторые ключевые моменты, которые мы рассмотрели в этом объяснении.

    Ключевые моменты

    • Нейроны образуют синапсы с другими нейронами, мышечными волокнами или клетками желез.
    • Холинергические синапсы используют ацетилхолин в качестве нейротрансмиттера.
    • Синапсы состоят из пресинаптического нейрона, к которому первым прибывает нервный импульс и вызывает высвобождение нейротрансмиттера в синаптическую щель.
    • Связывание нейротрансмиттера с рецепторами на мембране постсинаптического нейрона вызывает генерацию потенциала действия в этом нейроне.
    • Ацетилхолинэстераза гидролизует ацетилхолин, чтобы он мог быть рециркулирован синаптической ручкой.

    Отображение сводок прогнозов нейротрансмиттеров или синапсов в 3D — flywire_ntplot • fafbseg

    flywire_ntplot строит гистограмму ggplot2 прогнозируемого нейротрансмиттер против вероятности предсказания.

    flywire_ntplot3d создает трехмерный график местоположения синапса

      flywire_ntplot(
      Икс,
      nts = c("габа", "ацетилхолин", "глутамат", "октопамин", "серотонин", "дофамин"),
      расщелина.порог = 0,
      местный = NULL,
      cloudvolume.url = NULL
    )
    
    flywire_ntplot3d(
      Икс,
      nts = c("габа", "ацетилхолин", "глутамат", "октопамин", "серотонин", "дофамин"),
      сюжет = с ("точки", "сферы"),
      расщелина.порог = 0,
      местный = NULL,
      cloudvolume.url = NULL,
      ...
    )  

    Аргументы

    х

    Корневой идентификатор flywire или data.frame прогнозов нейротрансмиттеров возвращено flywire_ntpred

    нт

    Вектор символов нейротрансмиттеров для включения в график (по умолчанию все 6)

    расщелина.порог

    Порог оценки расщелины, рассчитанный по Буману et al 2019 (по умолчанию 0, мы использовали 30-100 для повышения специфичности)

    местный

    путь к данным синапса SQLite. Оценено fafbseg:::local_or_google . Работа в процессе. По умолчанию скачивается эти данные и поместите их в ~/projects/JanFunke .

    cloudvolume.url

    URL-адрес источника сегментации для cloudvolume. Как обычно вы можете игнорировать это и полагаться на сегментацию по умолчанию, выбранную выбор_сегментации

    участок

    Наносить ли точки или сферы ("точки" с размером =5 неплохо работает)

    ...

    дополнительных аргумента переданы в сфер3д или очков3d

    Значение

    flywire_ntplot возвращает объект ggplot2::ggplot которые можно дополнительно настроить для изменения графика (см. примеры).

    Примеры

      # \не тест{ # холинергический обонятельный проекционный нейрон ntp=flywire_ntpred("720575940615237849") flywire_ntplot (ntp) #> `stat_bin()`, используя `bins = 30`.Выберите лучшее значение с помощью `binwidth`. flywire_ntplot (ntp, nts = c («габа», «ацетилхолин», «глутамат»)) #> `stat_bin()`, используя `bins = 30`. Выберите лучшее значение с помощью `binwidth`. flywire_ntplot (ntp, nts = c («габа», «ацетилхолин», «глутамат»), cleft.threshold = 100) #> `stat_bin()`, используя `bins = 30`. Выберите лучшее значение с помощью `binwidth`. # id для нескольких ячеек Kenyon kcsel=c("720575940623755722", "720575940609992371", "720575940625494549", "720575940619442047", "720575940620517656", "720575940609793429", "720575940617265029", "720575940631869024", "720575940637441955", "720575940638892789") kcpreds=flywire_ntpred(kcsel) # собираем объект ggplot p <- flywire_ntplot(kcpreds) # распечатайте его, чтобы увидеть совокупный график (все нейроны вместе) п #> `stat_bin()`, используя `bins = 30`.

    Написать ответ

    Ваш адрес email не будет опубликован.