ההעברה של האותות הכימיים מתבצעת על ידי שחרור מוליכים עצביים, המכונים גם "נוירוטרנסמיטרים", אל המרווח הסינפטי וקליטתם בתא המטרה.
כאשר תא המטרה הוא תא עצב אחר האותות נקלטים על ידי הדנדריט שלו. אם עוצמת הגירוי שנקלט עולה על סף מסוים יתפתח דחף עצבי בתא המטרה.
שלבי התהליך.
ההעברה הסינפטית היא תהליך רב שלבי. במהלך תהליך זה המוליכים העצביים מופקים ומאוחסנים באקסון עד שמגיע דחף עצבי הגורם לשחרור שלהם בסינפסה. הם נמצאים בסינפסה במשך זמן קצר המאפשר להם ליצור מגע עם תא המטרה ולאחר מכן הם מוסרים ממנה בדרכים שונות.
הכנת המוליכים העצביים.
השלב הראשון של ההעברה הסינפטית הוא היצור והאריזה של המוליכים העצביים. המוליכים העצביים הם מולקולות קטנות שמשמשות להעברת המסר ומאפשרות בכך את התקשורת. ידועים היום למעלה מ - 20 מוליכים עצביים שונים, וכל תא עצב מתמחה בייצור ואריזה של מוליך אחד (או שניים לכל היותר במקרים מסוימים). היצור של המוליכים העצביים נשלט על ידי אנזימים, המיוצרים בגוף התא ומובלים באופן פעיל לקצה האקסון (הטרמינל). ברוב המקרים המוליכים מאוחסנים בשלפוחית סינפטית, אשר נמצאות בקצה האקסון של תא העצב.
נעות לעבר הממברנה הקדם-סינפטית, עוגנות שם וממתינות ל'פקודה'.
כל שלפוחית מכילה כעשרות אלפי מולקולות של המוליך העצבי.
שחרור המוליכים העצביים.
בשלב זה המוליך העצבי משוחרר מקצוות האקסונים הקדם סינפטיים.
תהליך זה הוא שכלול של תהליך האקסוציטוזה (פליטה תאית) הקיים בתאים מפרישים רבים, אבל במקרה של תאי עצב הוא מצטיין במהירות רבה ורמת דיוק גבוהה. הפרשת המוליכים העצביים לעבר המרווח הסינפטי מתחילה כאשר מגיע פטנציאל פעולה במורד האקסון אל הקצה בו מתרחש התהליך. חולפת פחות מאלפית שנייה בין הופעת הדחף העצבי בקצה האקסון לבין שחרור המוליך העצבי.
בתגובה לדחף העצבי נפתחות תעלות סידן תלויות מתח הקבועות בקרום התא באזור הטרמינל ומאפשרות כניסה של יוני סידן (+Ca2).
יוני הסידן יוצרים אינטראקציה עם חלבוני העגינה (docking proteins), המובילה לאיחוי של חלק מהשלפוחיות הסינפטיות עם הממברנה הקדם-סינפטית. עם האיחוי נפתח פנים השלפוחיות אל הנוזל החוץ-תאי ומאפשר למוליך העצבי שבהן להשתחרר למרווח הסינפטי.
מספר השלפוחיות המשתחררות הוא מספר אקראי המשתנה מפעם לפעם בהתאם לאירועים שקדמו לכל אירוע של שחרור. בנוסף, יש הבדלים גדולים בין סינפסות שונות במספר השלפוחיות המשתחררות. בסינפסה בין תא העצב לשריר גורם כל פוטנציאל פעולה לשחרור של כ-200 שלפוחיות בממוצע בכל פעם. לעומת זאת, רוב הסינפסות במערכת העצבים המרכזית קטנות, מספר השלפוחיות האגורות בהן קטן, ולא כל פוטנציאל פעולה מצליח לשחרר אפילו שלפוחית אחת. בסינפסות אלו אנחנו מדברים על סיכוי לשחרור של שלפוחית בודדת שהוא קטן מ-1.
ריכוז יוני הסידן בטרמינל משפיעה על הסיכוי לשחרור של שלפוחיות המוליך העצבי:
ככל שריכוז יוני סידן גבוה יותר, כך מתאחות יותר שלפוחיות עם הממברנה הקדם-סינפטית והסיכוי לשחרור עולה. הדבר יתבטא בשחרור של מספר גבוה יותר של שלפוחיות של המוליך העצבי בעקבות הדחף העצבי בסינפסה בין עצב לשריר, או בעליה בסיכוי לשחרור בסינפסה מרכזית. התהליך של השינויים במספר השלפוחיות המשתחררות עם כל דחף עצבי המגיע לטרמינל נקרא באנגלית short-term synaptic plasticity.
כשהמוליך העצבי משתחרר למרווח הסינפטי הוא פועל על תא המטרה שנמצא בעברה השני של הסינפסה. זהו השלב הבא בתהליך ההעברה הסינפטית.
קליטת המוליכים העצביים.
כאמור, המוליכים העצביים משוחררים למרווח הסינפטי כדי לשמש כאותות כימיים בתהליך התקשורת של מערכת העצבים.
על מנת שאות כלשהו יהיה משמעותי לתא המטרה ההבתר-סינפטי, עליו לזהות אותו. הזיהוי של האותות נעשה לרוב על ידי מולקולות חלבוניות המצויות בקרום התא. מולקולות אלו מכונות קולטנים והן יכולות לחוש את השינויים החלים בסביבה החיצונית של התא.
כל קולטן נקשר למולקולות של חומרים מסוימים בלבד, כפי שמנעול יפתח רק באמצעות המפתח המתאים לו. כל שאר החומרים לא יצליחו להתקשר לקולטן.
בהתאם לכך, המוליכים העצביים יוכלו להשפיע על תא המטרה רק אם הממברנה שלו מכילה קולטנים המסוגלים לחוש בנוכחותם.
ישנם מוליכים עצביים אשר יכולים להתקשר למספר קולטנים (כמו מפתח "מסטר" שיכול לפתוח מספר דלתות) ולעומתם יש מוליכים עצביים המתקשרים לקולטן אחד בלבד.
קליטת המוליכים העצביים בממברנה הבתר-סינפטית מאפשרת את העברת האות העצבי.
לאחר השחרור של המוליכים העצביים למרווח הסינפטי המולקולות שלהם מגיעות לתא המטרה, נקשרות לקולטנים הבתר-סינפטיים שלו וגורמות לתעלות סידן מסוימות להיפתח. הן יכולות לעשות זאת בדרך ישירה או עקיפה.
הפתיחה של תעלות הסידן בדנדריט של התא הבתר-סינפטי יכולות לגרום לפוטנציאל בתר-סינפטי מעורר או מעכב.
על מנת שתתרחש ההפעלה של תא המטרה כמות הנוירוטרזמיטר שמשתחררת מהתא הקדם סינפטי צריכה להספיק להבאת המתח החשמלי של התא הקולט לערך הסף שלו. ערך הסף של כל תא מושפע ממתח המנוחה שלו.
אם המתח החשמלי יהיה נמוך מערך הסף תא המטרה לא יופעל.
מסיבה זו פעילות חשמלית בתא עצב אשר אינה מתפתחת לדחף עצבי לא מפיקה אותות פלט העוברים לתאים אחרים.
השפעתם של המוליכים העצביים יכולה להתמקד בתא המטרה הבתר-סינפטי משום ששם ריכוזם הוא הגבוה ביותר. תהליך הפעפוע גורם לדלול של המוליך העצבי שהופרש. תהליך זה מתעצם ככל שהמרחק מהסינפסה גדל, כך שריכוזו של המוליך העצבי מחוץ לסינפסה שואף לאפס. באופן זה המוליך העצבי שהופרש לסינפסה מסוימת לא יצליח להשפיע על סינפסות שכנות.
במקביל, הגירוי של קולטנים עצמיים (autoreceptor) בכפתורי הטרמינלים של האקסון מווסת את הסינתזה והשחרור של המוליך העצבי.
חזרה למצב מנוחה.
פתיחת התעלות של יוני הנתרן בתא הבתר-סינפטי גורמת לשינוי במתח החשמלי של הקרום וליצירת הדחף העצבי. כדי שהאות העצבי שמופק בתא המטרה יהיה חד וברור, על השינוי במתח להיות קצר מועד ולהסתיים בצורה ברורה.
בהתאם לכך, ההשפעה של המוליכים העצביים מתרחשת במשך זמן קצר בלבד, שלאחריו הם מוסרים מהמרווח הסינפטי.
ההסרה המהירה של המוליכים העצביים מהמרווח הסינפטי מאפשרת העברה מדויקת של האות הקדם סינפטי לתא המטרה.
למוליכים עצביים שונים יש מנגנוני סילוק שונים.
המוליכים העצביים נהרסים על ידי אנזימים, או שהם עוברים ספיגה חוזרת בידי חלבון נשא המחזיר אותם לתוך תא העצב הקדם-סינפטי.
הספיגה החוזרת מאפשרת גם להפסיק את האות במהירות הנדרשת וגם למחזר את המולקולות של המוליך העצבי בטרמינל.
בדרך כלל הטרמינל הקדם-סנפטי מייצר ומאחסן כמות מספיקה של מוליך עצבי כדי שיהיה מוכן לפעולה. גירוי חוזר של תא העצב מפחית את כמות השלפוחיות, אך הן מתחדשות במהרה.
על פי רוב תהליכי החזרה למצב מנוחה לאחר ההעברה הסינפטית אורכים שניות עד דקות.
תאי עצב נבדלים ביכולת שלהם לעמוד בקצב מתגבר של קבלת אותות.
היבטים רפואיים.
רוב התרופות שמשפיעות על ההתנהגות עושות זאת באמצעות השפעה על תהליך ההעברה המתרחש בסינפסה.
קיימות תרופות רבות המשפיעות בדרך זו על מערכת העצבים. אפשר להבדיל ביניהן על פי קריטריונים שונים.
ההשפעה על פעולת המוליך העצבי.
הגיוון העצום של המוליכים העצביים מאפשר לייצר תרופות המשפיעות על פעולתו של המוליך העצבי בסינפסה.
תרופות יכולות להגביר או להחליש את הפעולה של המולך העצבי על התא הבתר-סינפטי.
השפעה על שלבים שונים של ההעברה הסינפטית.
כאמור, ההעברה הסינפטית היא תהליך רב שלבי. אפשר למקד את השפעת התרופה על כל אחד מהשלבים הללו ולקבוע האם היא תפעל כאגוניסט מסייע או כאנטגוניסט מפריע.
השפעה על הכנת המוליכים העצביים.
בשלב הראשון של ההעברה הסינפטית המוליכים העצביים מסונתזים מתוך הרכיבים שלהם.
ישנם מקרים שבהם מתן אספקה של רכיב של מוליך עצבי מגביר את קצב היצור והשחרור שלו. במקרים אלו הרכיב משמש כאגוניסט.
הסינתזה של המוליכים העצביים נשלטת על ידי אנזימים. כתוצאה מכך, תרופה שמשביתה את אחד האנזימים מונעת את היצור של המולך העצבי. תרופה זו תשמש כאנטגוניסט.
השפעה על אחסון ושחרור המוליכים העצביים.
לאחר שהמוליכים העצביים מסונתזים מאוחסנים בשלפוחיות הסינפטיות, אשר מובילות אותם לממברנה הקדם-סינפטית שממנה הם יכולים להשתחרר לסינפסה.
ישנן תרופות החוסמות את הנשאים האחראיים להכנסת המוליך העצבי לשלפוחית הסינפטית ומונעים מהן להתמלא. אלו תרופות אנטגוניסטיות משום שכשהשלפוחיות הריקות יגיעו לממברנה לא ישתחרר מהן שום דבר.
השחרור של המוליך העצבי מכפתורי הטרמינל של האקסון אל תוך הסינפסה מתרחש בעקבות פעולתו של חלבון אשר גורם לשלפוחית הסינפטית להתמזג עם הממברנה הקדם-סנפטית. ישנן תרופות היכולות לחסום או לעורר את הפעולה של חלבונים אלו.
השפעה על קולטנים.
בתהליך ההעברה הסינפטית חלק מהמולקולות של המוליך העצבי נקשרות למולקולות של הקולטנים בממברנה של התא הבתר-סינפטי.
הקולטנים הקדם-סינפטיים והבתר-סינפטיים הם אזורי הפעולה החשובים והמורכבים ביותר עבור תרופות המיועדות למערכת העצבים. ההשפעה של תרופות מסוג זה תלויה במספר גורמים: היכן נמצא הקולטן, מהן תכונותיו והאם המולקולות גורמות להפעלה או חסימה שלו.
בתהליך ההעברה הסינפטית האותות הכימיים מועברים על ידי המולקולות של המוליך העצבי כאשר הן יוצרות מגע עם הקולטנים של התא הבתר-סינפטי. הקולטן יכול להתחבר לכל חומר בתנאי שהמולקולות שלו תואמות את המבנה של המולקולות של הקולטן המדובר.