Nöronlarda Sinyal İletimi ve Sinaps

Konu Anlatımı

Nöronlarda Sinyal İletimi ve Sinaps

Nöronlarda Sinyal İletimi ve Sinaps konusu, biyoloji dersinin programında yer alan temel başlıklardan biridir. Bu bölümde konunun kavramsal çerçevesi kurulur, ön bilgiye dayalı basit bir örnek çözülür, ardından ileri düzeyde adım adım çözümlere geçilir.

Ne Öğreneceğiz?

Bu konuda sinir hücresinde uyarının nasıl doğduğunu ve bir hücreden başka bir hücreye nasıl aktarıldığını inceleyeceğiz. Sinyal iletiminin iki aşaması vardır: ilk aşamada uyarı aynı hücrenin zarı boyunca aksiyon potansiyeli olarak ilerler, ikinci aşamada ise sinaps aracılığıyla bir sonraki hücreye aktarılır. İki aşamanın mekanizması birbirinden farklı olduğu için ayrı ayrı incelenmesi gerekir.

Ayrıca sinapsın yapısal bölümlerini, nörotransmitterlerin nasıl salgılandığını ve salgılanan maddelerin reseptörler üzerinden nasıl etki ettiğini öğreneceğiz. Uyarının uyarıcı ya da engelleyici olmasının neden reseptörün yapısına bağlı olduğunu göreceğiz. Sinaptik gecikme kavramını da tanıyarak sinir iletiminin hızını etkileyen etkenleri tartışacağız.

Ön Bilgi

Sinir hücresi zarı seçici geçirgendir. Dinlenme hâlinde sodyum iyonları hücre dışında, potasyum iyonları ise hücre içinde derişim olarak fazladır. Bu fark sayesinde zarın iki yanı arasında bir potansiyel farkı oluşur. Uyaran geldiğinde voltaj kapılı sodyum kanalları açılır, iyonlar hücre içine akar ve zar potansiyeli yükselir. Bu yükselme bölümüne depolarizasyon, potansiyelin yeniden düşmesine ise repolarizasyon denir.

Sinaps oluşumundan önce, hücrenin bir uyarıyı iletebilmesi için zarının uyaranı algılayabilmesi gerekir. Bunu sağlayan yapılar reseptörlerdir. Reseptöre bağlanan uyaran, hücre içinde ikinci habercilerin oluşmasına ve hücre içi enzimlerin etkinleşmesine yol açabilir. Bu konuda öğrendiğimiz reseptör kavramı, sinapsta nörotransmitterin karşı hücreyi uyaran yapısıyla birebir örtüşür.

Basit Örnek

Bir sinir hücresinde uyarı oluştuğunu ve bu uyarının komşu bir nörona aktarılacağını düşünelim. Uyarılacak olan hücre öncü hücre, uyarının aktarılacağı hücre ise soncü hücre olarak adlandırılır. İki hücrenin zarları arasında dar bir aralık bulunur ve bu aralığa sinaps yarığı denir. Öncü hücrenin zarında, içinde nörotransmitter bulunan küçük kesecikler vardır. Uyarı öncü hücreye ulaştığında bu kesecikler yarığa doğru hareket eder ve içeriklerini boşaltır.

Yarığa boşalan nörotransmitter, karşı tarafa geçerek soncü hücrenin zarındaki uygun reseptöre bağlanır. Bu bağlanma soncü hücrenin zarındaki iyon kanallarını açar ve hücrede bir yanıt oluşur. Eğer bağlanan madde hücreyi uyarıyorsa yanıt depolarizasyon yönünde, hücreyi sakinleştiriyorsa hiperpolarizasyon yönünde olur. Nörotransmitter bir süre sonra yarıktan geri alınır ve etkisi sona erer.

İleri Örnek

Şimdi bir sinaps zincirini düşünelim. Uyarı üç nöronu içeren bir zincirde ilerliyor ve her nöron çıkışında bir sinapstan geçiyor olsun. Akson boyunca iletim çok hızlıdır, ancak her sinapsta sinyalin iletilmesi için ek bir süre gerekir. Bu ek süre sinaptik gecikme olarak adlandırılır. Bu nedenle bir refleks yayında uyarı omuriliğe ulaşır, orada birkaç nöron üzerinden motor nörona aktarılır ve motor nöron kas hücresine ulaşır. Yol boyunca kat edilen toplam gecikme, sinaps sayısına bağlı olarak belirir.

Sinaptik gecikmenin bir başka sonucu da sinapsın bir filtre işlevi görmesidir. Sinaps, gelen uyarının şiddetini ve süresini değiştirerek sonraki hücreye farklı bir yanıt aktarabilir. Bu sayede aynı uyaran farklı sinaps dizilerinde farklı davranışlar oluşturabilir. Örneğin aynı duyu siniri, farklı merkezlerde farklı yanıtlar oluşturabilir. Sinapsın yönü, uyarının yalnızca öncü hücreden soncü hücreye aktarılmasını da sağlar.

Adım Adım Çözüm: Sinapsta Uyarının İletimi

1. Adım 1: Uyaran, uyarılabilir hücrenin zarındaki reseptöre bağlanır ve zar potansiyelinde bir değişim oluşur.
2. Adım 2: Eşiği aşan değişim, voltaj kapılı sodyum kanallarının açılmasına ve aksiyon potansiyelinin başlamasına yol açar.
3. Adım 3: Aksiyon potansiyeli öncü hücrenin aksonu boyunca ilerler ve akson terminaline ulaşır.
4. Adım 4: Terminalde kalsiyum iyonları hücreye girer ve nörotransmitter içeren veziküller yarığa boşalır.
5. Adım 5: Nörotransmitter yarığı geçip soncü hücrenin reseptörüne bağlanır; iyon kanalları açılarak uyarıcı ya da engelleyici yanıt oluşur.
6. Adım 6: Nörotransmitter geri alınır veya enzimlerle parçalanır; böylece sinaptik iletim sonlanır.

Karşılaştırma Tablosu: Elektriksel, Kimyasal ve Elektriksel-Kimyasal Sinaps

Karşılaştırma Tablosu: Uyarıcı ve Engelleyici Sinaps

Sık Yapılan Hatalar

Sinapsın sinyali iletmek yerine yarıkta bekletip biriktirdiğini düşünmek. Sinyali öncü hücre üretir, sinaps ise bu aktarımın gerçekleştiği noktadır.

Aksiyon potansiyelinde sodyumun hücre dışına çıktığını söylemek. Depolarizasyon sırasında sodyum hücre içine giriş yapar ve zar potansiyeli yükselir.

Nörotransmitterin kanda taşındığını düşünmek. Bu maddeler sinaps yarığı gibi çok dar ve kısa mesafeli yapılarda görev yapar.

Sinapsın yalnızca nöronlar arasında bulunduğunu zannetmek. Sinirden kasa ve sinirden beze geçişte de sinaps yapısı vardır.

Uyarıcı sinapsın hücreyi her zaman uyardığını düşünmek. Yanıtın oluşabilmesi için uyaranın eşiği aşması gerekir ve reseptör bulunmalıdır.

Sinaptik gecikmeyi sinir iletim hızının düşüklüğüyle karıştırmak. Akson boyunca iletim hızlıdır; gecikme sinaps sayısına bağlı olarak oluşur.

Özet ve Kendini Dene

Bu konuda öğrenilenleri şöyle özetleyebiliriz: Nöron zarındaki iyon derişim farkı, eşiği aşan bir uyarıda aksiyon potansiyelini doğurur; sodyumun hücre içine girmesi zar potansiyelini yükseltir, potasyumun dışarı çıkması ise düşürür. Sinyal bir nörondan diğerine sinaps adı verilen yapılarda aktarılır. Sinapsta öncü hücre nörotransmitteri salgılar, bu madde yarığı geçerek soncü hücrenin reseptörüne bağlanır ve iyon kanalları üzerinden uyarıcı veya engelleyici yanıt oluşturur. Nörotransmitter daha sonra geri alınır ya da parçalanır. Kendini dene: Bir sinapsta yanıt oluşmamasının iki olası nedeni yaz. Cevap: soncü hücrede uygun reseptör bulunmaması veya uyaranın eşiği aşmaması. Bir sinapsta yanıtın oluşması için iki koşul gerekir: hedef hücre zarında uygun reseptör bulunmalı ve uyaran şiddeti eşiği aşmalıdır.