S
I N A P S I S
Konsep
Sinapsis
Pada tahun 1906, Charles scott sherington secara fisiologis mendemonstrasikan bahwa komunikasi antara satu neuron dan neuron berikut nya berbeda dari komunikasi sepanjang sepanjang akson tunggal. Charles scott menyimpulkan kesenjangan khusus antara neuron dan memperkenalkan istilah sinapsis untuk menggambarkannya.
Cajal dan charles scott dianggap sebagai pionir besar ilmu
saraf modern, dan penemuan mereka yang hampir bersamaan saling mendukung : Jika
komunikasi antar neuron dalam beberapa hal istimewa, maka tidak diragukan lagi
bahwa neuron secara anatomis terpisah satu sama lain. Penemuan sherington
adalaah prestasi luar biasa dari penalaran ilmiah, karena ia menggunakan
pengamatan perilaku untuk menyimpulkan sifat sifat utama sinapsis setengah abad
sebelum para peneliti memiliki teknologi untuk mengukur sifat sifat itu secara
langsung.
Sifat Sinapsis
Sherington belajar refleks, respons otot otomatis
terhadap rangsangan. Dalam refleks fleksi kaki, neuron sensorik menggairahkan
neuron kedua, yang pada gilirannya merangsang neuron motorik, yangmenggairahkan
otot, seperti gambar berikut:
Rangkaian dari neuron sensorik ke respon otot di sebut
busur reflexs.
Sherrington mengikat seekor anjing ke dalam tali
kekang di atas tanah dan menjepit salah satu kaki anjing itu. Setelah
sepersekian detik, anjing itu menekuk (mengangkat) kaki yang terjepit dan
menjulurkan kaki lainnya. Sherington menemukan gerakan refleksif yang sama
setelah dia membuat sayatan yang memutuskan sumsum tulang belakang dari otak.
Terbukti, sumsum tulang belakang mengontrol refleks fleksi dan ekstensi.
Sherrington mengamati beberapa sifat refleks yang
menunjukkan proses khusus di persimpangan antara neuron:
1. Refleks
lebih lambat daripada konduksi di sepanjang akson.
2. Beberapa
rangsangan lemah yang disajikan di tempat atau waktu terdekat menghasilkan
refleks yang lebih kuat daripada satu rangsangan saja
3. Ketika
satu set otot menjadi bersemangat, set yang berbeda menjadi rileks. Mari kita
pertimbangkan masing-masing poin ini dan implikasinya.
Kecepatan Refleks dan Transmisi Tertunda
di Sinaps
Ketika Sherrington mencubit kaki anjing, anjing itu menekuk
kaki itu setelah beberapa saat. Selama penundaan itu, sebuah impuls harus
berjalan ke atas sebuah akson dari reseptor kulit ke sumsum tulang belakang,
dan kemudian sebuah impuls harus berjalan dari sumsum tulang belakang kembali
ke kaki ke otot. Sherrington mengukur jarak total yang ditempuh impuls dari
reseptor kulit ke sumsum tulang belakang ke otot dan menghitung kecepatan
perjalanan impuls untuk menghasilkan respons. Dia menemukan bahwa kecepatan
konduksi melalui busur refleks bervariasi tetapi tidak pernah lebih dari
sekitar 15 meter per detik (m / s). Sebaliknya, penelitian sebelumnya telah
mengukur kecepatan potensial aksi di sepanjang saraf sensorik atau motorik
sekitar 40 m / s. Sherrington menyimpulkan bahwa beberapa proses harus memperlambat
konduksi melalui refleks, dan dia menyimpulkan bahwa penundaan terjadi di mana
satu neuron berkomunikasi dengan yang lain.
Penjumlahan Sementara
Sherrington menemukan bahwa rangsangan berulang dalam
waktu singkat memiliki efek kumulatif. Dia menyebut fenomena ini sebagai
penjumlahan sementara (penjumlahan dari waktu ke waktu). Jepitan ringan pada
kaki anjing tidak menimbulkan refleks, tetapi beberapa cubitan yang diulang
dengan cepat dapat menimbulkan refleks. Sherrington menduga bahwa satu cubitan
tidak mencapai ambang eksitasi untuk neuron berikutnya. Neuron yang
menghantarkan transmisi adalah neuron prasinaptik, dan yang menerimanya adalah
neuron pascasinaps.
Penjumlahan Spasial
Sherrington juga menemukan bahwa sinapsis memiliki
sifat penjumlahan spasial—Artinya, penjumlahan atas ruang. Input sinaptik dari
lokasi terpisah menggabungkan efeknya pada neuron. Sherrington kembali memulai
dengan cubitan yang terlalu lemah untuk menimbulkan refleks. Kali ini,
alih-alih mencubit satu titik dua kali, dia mencubit dua titik sekaligus.
Meskipun tidak mencubit sendirian menghasilkan refleks, bersama-sama mereka
melakukannya.
Sherrington menyimpulkan bahwa menjepit dua titik
mengaktifkan neuron sensorik yang terpisah, yang aksonnya menyatu ke satu
neuron di sumsum tulang belakang. Eksitasi dari salah satu akson sensorik
mengeksitasi neuron spinal tersebut, tetapi tidak cukup untuk mencapai ambang
batas. Penjumlahan spasial sangat penting untuk fungsi otak. Masukan sensorik
ke otak tiba di sinapsis yang secara individual menghasilkan efek yang lemah.
Namun, setiap neuron menerima banyak akson masuk yang mungkin menghasilkan
respons tersinkronisasi. Penjumlahan spasial memastikan bahwa input yang
disinkronkan itu cukup merangsang neuron untuk mengaktifkannya.
Sinapsis Penghambatan
Ketika Sherrington dengan kuat mencubit kaki anjing, otot-otot fleksor kaki itu berkontraksi, dan begitu pula otot-otot ekstensor ketiga kaki lainnya, (Anda dapat melihat bagaimana pengaturan ini akan berguna. Seekor anjing mengangkat satu kaki perlu memberikan tekanan dengan kaki lainnya untuk menjaga keseimbangan.) Pada saat yang sama, anjing mengendurkan otot-otot ekstensor dari kaki yang distimulasi dan otot-otot fleksor dari kaki yang dirangsang. kaki lainnya.
Penjelasan Sherrington mengasumsikan koneksi tertentu
di sumsum tulang belakang: Jepitan di kaki mengirimkan pesan sepanjang neuron
sensorik keinterneuron(neuron perantara) yang menggairahkan neuronmotorik yang
terhubung ke otot fleksor kaki tersebut dan otot ekstensor kaki lainnya.
Secara fisiologis menunjukkan sinapsis penghambat yang
telah disimpulkan oleh Sherrington. sinapsis, masukan dari akson menyebabkan
hiperpolarisasi sel pascasinaps. Artinya, ini meningkatkan muatan negatif di
dalam sel, memindahkannya lebih jauh dari ambang batas dan mengurangi
kemungkinan potensial aksi. Hiperpolarisasi membran sementara ini — disebut an
potensial postsinaptik penghambatan, atauIPSP—Menyerupai EPSP. IPSP terjadi
ketika input sinaptik secara selektif membuka gerbang ion kalium untuk
meninggalkan sel (membawa muatan positif) atau ion klorida memasuki sel
(membawa muatan negatif).
Hubungan antara ePSP, IPSP, dan Potensi
Aksi
Karya Sherrington membuka jalan untuk menjelajahi
diagram pengkabelan sistem saraf. Perhatikan neuron yang ditunjukkan pada gambar
berikut:
Ketika neuron 1 menggairahkan neuron 3, ia juga
menggairahkan neuron 2, yang menghambat neuron 3. Pesan rangsang mencapai
neuron 3 lebih cepat karena hanya melalui satu sinapsis, bukan dua. Hasilnya
adalah ledakan eksitasi (EPSP) di neuron 3, yang dengan cepat melambat atau
berhenti. Anda melihat bagaimana pesan penghambat dapat mengatur waktu
aktivitas.
Sistem saraf memiliki pola koneksi yang kompleks yang menghasilkan
respons yang bervariasi. Untuk melihat bagaimana diagram pengkabelan mengontrol
respons, pertimbangkan gambar 1 sampai 3:
Gambar 1
Gambar 2
Gambar 3
Pada Gambar 1 , akson dari sel A atau sel B cukup merangsang
sel X untuk mencapai ambang batasnya. Oleh karena itu, sel X merespons “A atau
B”.
Pada Gambar 2 , baik A maupun B tidak merangsang sel X
cukup untuk mencapai ambang batasnya, tetapi keduanya dapat menghasilkan
penjumlahan spasial untuk mencapai ambang batas. Dalam hal ini, sel X merespons
"A dan B".
Pada Gambar 3, sel X merespons “A dan B jika bukan C.”
Dengan sedikit imajinasi, Anda dapat membangun kemungkinan lain.
Sebagian besar neuron memilikilaju penembakan spontan,
produksi potensial aksi secara periodik bahkan tanpa masukan sinaptik. Dalam
kasus seperti itu, EPSP meningkatkan frekuensi potensial aksi di atas laju
spontan, sedangkan IPSP menurunkannya. Misalnya, jika laju penembakan spontan
neuron adalah 10 potensial aksi per detik, aliran EPSP dapat meningkatkan laju
hingga 15 atau lebih, sedangkan sebagian besar IPSP dapat menurunkannya menjadi
5 atau lebih sedikit.
Peristiwa
Kimia di Sinapsis
Penemuan Transmisi Kimia di Sinapsis
Seperangkat saraf yang disebut sistem saraf simpatik
mempercepat detak jantung, melemaskan otot perut, melebarkan pupil mata, dan
mengatur organ lain.TR Elliott, seorang ilmuwan muda Inggris, melaporkan pada
tahun 1905 bahwa pemberian hormonadrenalin langsung ke permukaan jantung,
lambung, atau pupil menghasilkan efek yang sama seperti sistem saraf simpatik.
Oleh karena itu Elliott menyarankan bahwa saraf simpatik merangsang otot dengan
melepaskan adrenalin atau bahan kimia serupa. Namun, bukti ini tidak
meyakinkan. Mungkin adrenalin hanya meniru efek yang biasanya bersifat
elektrik. Pada saat itu, prestise Sherrington begitu besar sehingga sebagian
besar ilmuwan mengabaikan hasil Elliott dan terus berasumsi bahwa sinapsis
mentransmisikan impuls listrik. Otto Loewi, seorang ahli fisiologi Jerman, menyukai
gagasan sinapsis kimia tetapi tidak melihat bagaimana menunjukkannya dengan
lebih pasti.
Sebagian besar peneliti percaya bahwa sebagian besar
sinapsis adalah listrik dan sinapsis kimia adalah pengecualian. Akhirnya, pada
1950-an, para peneliti menetapkan bahwa transmisi kimia mendominasi seluruh
sistem saraf. Penemuan itu merevolusi pemahaman kita dan mendorong penelitian
mengembangkan obat untuk penggunaan psikiatri.
Urutan Peristiwa Kimia di Sinaps
Memahami peristiwa kimia pada sinapsis adalah dasar
untuk memahami sistem saraf. Setiap tahun, para peneliti menemukan lebih banyak
detail tentang sinapsis, strukturnya, dan bagaimana struktur itu berhubungan
dengan fungsi. Berikut adalah peristiwa besar:
1. Neuron
mensintesis bahan kimia yang berfungsi sebagai neurotransmiter. Ini mensintesis
yang lebih kecil neurotransmiter di terminal akson dan mensintesis neuropeptida
di badan sel.
2. Potensial
aksi berjalan menuruni akson. Pada terminal prasinaps, potensial aksi memungkinkan
kalsium masuk ke dalam sel. Kalsium melepaskan neurotransmiter dari terminal
dan ke dalamcelah sinaptik,ruang antara neuron prasinaps dan pascasinaps.
3. Molekul
yang dilepaskan berdifusi melintasi celah, menempel pada reseptor, dan mengubah
aktivitas neuron pascasinaps.
4. Molekul
neurotransmitter terpisah dari reseptornya.
5. Molekul
neurotransmiter dapat dibawa kembali ke neuron prasinaps untuk didaur ulang
atau mereka dapat menyebar.
Beberapa sel pascasinaps mengirimkan pesan balik untuk
mengontrol pelepasan neurotransmitter lebih lanjut oleh sel prasinaps. Gambar
dibawah merangkum langkah-langkah ini. Sekarang mari kita pertimbangkan setiap langkah
secara lebih rinci.
Jenis-jenis neurotransmitter
Pada sinapsis, neuron melepaskan bahan kimia yang
mempengaruhi neuron lain. Bahan kimia tersebut dikenal sebagai neurotransmiter.
Berikut adalah kategori utama:
-
asam amino à Asam yang
mengandung gugus amina (NH2)
-
monoamina à Zat kimia yang
dibentuk oleh perubahan tertentu asam amino
-
asetilkolin (“keluarga” satu anggota) à
Bahan kimia yang mirip dengan asam amino, kecuali bahwa itu termasuk N(CH3)3
kelompok bukan NH2
-
neuropeptida à
Rantai asam amino
Sintesis Pemancar
Neuron mensintesis hampir semua neurotransmiter dari
asam amino, yang diperoleh tubuh dari protein dalam makanan.
Setiap jalur pada Gambar 2.14 dimulai dengan zat yang
ditemukan dalam makanan. Asetilkolin, misalnya, disintesis dari kolin, yang
berlimpah dalam susu, telur, dan kacang tanah. Asam amino fenilalanin dan
tirosin, hadir dalam protein, adalah prekursor dopamin, norepinefrin, dan
epinefrin. Orang dengan fenilketonuria kekurangan enzim yang mengubah
fenilalanin menjadi tirosin. Mereka bisa mendapatkan tirosin dari makanan
mereka, tetapi mereka perlu meminimalkan asupan fenilalanin.
Beberapa obat bekerja dengan mengubah sintesis
pemancar. Ldopa, prekursor dopamin, membantu meningkatkan pasokan dopamin. Ini
adalah pengobatan yang bermanfaat bagi orang-orang dengan penyakit Parkinson.
AMPT (alpha-methyl-para-tyrosine) untuk sementara memblokir produksi dopamin.
Ini tidak memiliki penggunaan terapeutik, tetapi membantu peneliti mempelajari
fungsi dopamin.
Penyimpanan Pemancar
Kebanyakan neurotransmiter disintesis di terminal
prasinaps, dekat titik pelepasan. Terminal prasinaptik menyimpan konsentrasi
tinggi molekul neurotransmitter divesikel, paket kecil hampir bulat. Terminal
prasinaptik juga mempertahankan banyak neurotransmitter di luar vesikel.
Ada kemungkinan bagi neuron untuk mengakumulasi
tingkat neurotransmitter yang berlebihan. Neuron yang melepaskan serotonin,
dopamin, atau norepinefrin mengandung enzim, MAO(monoamine oxidase), yang
memecah pemancar ini menjadi bahan kimia tidak aktif.
Pelepasan dan Difusi Pemancar
Pada akhir akson, potensial aksi itu sendiri tidak
melepaskan neurotransmitter. Sebaliknya, depolarisasi membuka gerbang kalsium
yang bergantung pada tegangan di terminal prasinaps. Dalam 1 atau 2 milidetik
(ms) setelah kalsium memasuki terminal, itu menyebabkan eksositosis— Ledakan
pelepasan neurotransmiter dari neuron prasinaps.
Selama bertahun-tahun, para peneliti percaya bahwa
setiap neuron melepaskan hanya satu neurotransmitter, tetapi kemudian peneliti
menemukan bahwa banyak, mungkin sebagian besar, neuron melepaskan kombinasi
dari dua atau lebih pemancar (Hökfelt, Johansson, & Goldstein, 1984).
Beberapa neuron melepaskan dua pemancar pada saat yang sama (Tritsch, Ding,
& Sabatini, 2012), sedangkan beberapa melepaskan satu pada awalnya dan yang
lain secara perlahan kemudian (Borisovska, Bensen, Chong, & beberapa kasus
neuron melepaskan cabang yang berbeda dari aksonnya.
Mengaktifkan Reseptor Sel Potsinaptik
Konsep sinapsis Sherrington sederhana: Input
menghasilkan eksitasi atau inhibisi — dengan kata lain, on / off. Ketika Eccles
direkam dari sel individu, ia kebetulan memilih sel yang hanya menghasilkan
EPSP dan IPSP singkat lagi, hanya on / off.
Efek neurotransmitter tergantung pada reseptornya pada
sel postsinaptik. Ketika neurotransmitter menempel pada reseptornya, reseptor
dapat membuka saluran — mengerahkanionotropik efek — atau mungkin menghasilkan
efek yang lebih lambat tetapi lebih lama — metabotropic memengaruhi.
Efek Ionotropik
Pada satu jenis reseptor, neurotransmiter mengerahkan efek
ionotropik, sesuai dengan efek on / off singkat yang dipelajari Sherrington dan
Eccles. Bayangkan sebuah kantong kertas yang dipelintir menutup di bagian atas.
Jika Anda membukanya, bukaannya akan semakin besar sehingga sesuatu bisa masuk
atau keluar dari tas. Reseptor ionotropik adalah seperti itu.
Ketika neurotransmitter berikatan dengan reseptor
ionotropik, ia memutar reseptor cukup untuk membuka saluran pusatnya, yang
dibentuk untuk membiarkan jenis ion tertentu melewatinya.
Efek Metabotropik dan Sistem Messenger
Kedua
Pada reseptor lain, neurotransmiter mengerahkanefek
metabotropikdengan memulai urutan reaksi metabolisme yang lebih lambat dan
lebih tahan lama daripada efek ionotropik (Greengard, 2001). Efek metabotropik
muncul 30 ms atau lebih setelah pelepasan pemancar (North, 1989). Biasanya,
mereka bertahan hingga beberapa detik, tetapi terkadang lebih lama. Sementara
sebagian besar efek ionotropik bergantung pada glutamat atau GABA, sinapsis
metabotropik menggunakan banyak neurotransmiter, termasuk dopamin,
norepinefrin, dan serotonin. . . dan terkadang glutamat dan GABA juga.
Sinapsis ionotropik dan metabotropik berkontribusi
pada aspek perilaku yang berbeda. Untuk penglihatan dan pendengaran, otak
membutuhkan informasi yang cepat dan cepat berubah, jenis yang dibawa oleh
sinapsis ionotropik. Sebaliknya, sinapsis metabotropik lebih cocok untuk efek
yang lebih tahan lama seperti rasa (Huang et al., 2005), bau, dan rasa sakit
(Levine, Fields, & Basbaum, 1993), di mana waktu yang tepat tidak penting
pula. Sinapsis metabotropik juga penting untuk banyak aspek gairah, perhatian,
kesenangan, dan emosi — sekali lagi, fungsi yang muncul lebih lambat dan
bertahan lebih lama daripada stimulus visual atau pendengaran
Variasi dalam Reseptor
Otak memiliki berbagai macam reseptor, termasuk
setidaknya 26 jenis reseptor GABA dan setidaknya 7 keluarga reseptor serotonin,
berbeda dalam strukturnya (C. Wang et al., 2013). Reseptor berbeda dalam sifat
kimianya, responsnya terhadap obat, dan perannya dalam perilaku. Karena variasi
sifat ini, dimungkinkan untuk merancang obat dengan efek khusus pada perilaku.
Misalnya, reseptor serotonin tipe 3 memediasi mual, dan obat ondansetron yang
menghalangi reseptor ini membantu pasien kanker menjalani pengobatan tanpa
mual.
Reseptor yang diberikan dapat memiliki efek yang
berbeda untuk orang yang berbeda, atau bahkan di bagian yang berbeda dari otak
satu orang, karena perbedaan ratusan protein yang terkait dengan sinaps
(O'Rourke, Weiler, Micheva, & Smith, 2012).
Obat yang Bertindak dengan Mengikat
Reseptor
Obat yang secara kimiawi menyerupai neurotransmitter
dapat berikatan dengan reseptornya. Banyakobat halusinogen—Artinya, obat-obatan
yang mendistorsi persepsi, seperti lysergic acid diethylamide (LSD) —secara
kimiawi menyerupai serotonin.
Nikotin, senyawa hadir dalam tembakau, merangsang
keluarga reseptor asetilkolin, yang dikenal sebagai reseptor nikotinik.
Reseptor nikotinik berlimpah pada neuron yang melepaskan dopamin, sehingga
nikotin meningkatkan pelepasan dopamin di sana. Obat antipsikotik tipikal
memblokir reseptor dopamin, seringkali menghasilkan efek samping berupa
penurunan kesenangan dan motivasi.
Obat opiate berasal dari, atau secara kimiawi mirip
dengan yang berasal dari, opium poppy. Opiat keluarga termasuk morfin, heroin,
dan metadon. Orang-orang menggunakan morfin dan opiat lainnya selama
berabad-abad tanpa mengetahui bagaimana obat itu mempengaruhi otak. Obat opiat
mengerahkan efeknya dengan mengikat reseptor yang sama seperti endorfin.
Penemuan ini penting karena menunjukkan bahwa opiat menghilangkan rasa sakit
dengan bekerja pada reseptor di otak, bukan di kulit. Temuan ini juga membuka
jalan bagi penemuan neuropeptida lain yang mengatur emosi dan motivasi.
Inaktivasi dan Reuptake neurortransmitter
Neurotransmitter tidak bertahan lama di membran
postsinaptik. Jika ya, itu mungkin terus menggairahkan atau menghambat
reseptor. Berbagai neurotransmiter dinonaktifkan dengan cara yang berbeda.
Serotonin dan katekolamin (dopamin, norepinefrin, dan
epinefrin) tidak terurai menjadi fragmen tidak aktif pada membran pascasinaps.
Mereka hanya melepaskan diri dari reseptor. Pada saat itu, langkah selanjutnya
bervariasi. Neuron prasinaptik mengambil banyak atau sebagian besar molekul neurotransmiter
yang dilepaskan secara utuh dan menggunakannya kembali.
Obat perangsang, termasuk amfetamin dan kokain,
menghambat transporter untuk dopamin, sehingga mengurangi reuptake dan
memperpanjang efek dopamin. Amfetamin juga memblokir transporter serotonin dan
norepinefrin. Efek metamfetamin seperti amfetamin, tetapi lebih kuat.
Kebanyakan obat antidepresan juga memblokir transporter dopamin, tetapi jauh
lebih lemah daripada amfetamin dan kokain.
Umpan Balik Negatif dari Sel Pascasinaptik
Misalkan seseorang mengirimi Anda pesan email dan
kemudian, khawatir bahwa Anda mungkin tidak menerimanya, mengirimnya lagi dan
lagi. Untuk mencegah kotak masuk Anda berantakan, Anda dapat menambahkan sistem
yang memberikan jawaban otomatis, “Ya, saya menerima pesan Anda. Jangan kirim
lagi.”
Beberapa neuron pascasinaps merespons rangsangan
dengan melepaskan bahan kimia yang adalah salah satu pemancar tersebut. Dua
lainnya adalahanandamide(dari kata Sansekertananas, yang berarti “kebahagiaan”)
dan2-AG(sn-2 arakidonilgliserol).
Beberapa sinapsis tujuan khusus beroperasi secara
elektrik. Karena transmisi listrik lebih cepat daripada transmisi kimia
tercepat, sinapsis listrik telah berkembang dalam kasus di mana sinkronisasi
yang tepat antara dua sel adalah penting.
Hormon
Pengaruh hormonal menyerupai transmisi sinaptik dalam
banyak hal, termasuk fakta bahwa banyak bahan kimia berfungsi baik sebagai
hormon dan sebagai neurotransmitter. Neurotransmitter seperti sinyal telepon:
Ini menyampaikan pesan dari pengirim ke penerima yang dituju. Hormon berfungsi
lebih seperti stasiun radio: Mereka menyampaikan pesan ke penerima mana pun
yang disetel ke stasiun yang tepat. Neuropeptida adalah perantara. Mereka
berdifusi hanya di dalam otak, dan darah tidak membawanya ke bagian tubuh yang
lain.
Hormon sangat berguna untuk mengoordinasikan perubahan
jangka panjang di banyak bagian tubuh. Misalnya, burung yang bersiap untuk
migrasi mengeluarkan hormon yang mengubah makan dan pencernaan mereka untuk
menyimpan energi ekstra untuk perjalanan. Dua jenis hormon adalah hormon
protein dan hormon peptida, tersusun dari rantai asam amino. protein adalah
rantai yang lebih panjang dan peptida lebih pendek.) Hormon protein dan hormon
peptida menempel pada reseptor membran, di mana mereka mengaktifkan utusan
kedua di dalam sel — persis seperti sinaps metabotropik.
Link youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=1tCFsTp4gVw
https://www.youtube.com/watch?v=Hz7NgEaN9zs
Rujukan:
0 comments:
Post a Comment