CHAPTER 44Neurons and Nervous

Systems

Nervsystemets celler• Neuroner = nervcellerNeuroner = nervceller• GliacellerGliaceller

Isolerar, skyddar, när, reglerar den Isolerar, skyddar, när, reglerar den extracellulära miljönextracellulära miljön

Perifera nervsystemetPerifera nervsystemet Schwanns cellerSchwanns celler

bildar myelinskidabildar myelinskida Centrala nervsystemetCentrala nervsystemet

OligodendrocyterOligodendrocyter producerar myelinproducerar myelin

AstrocyterAstrocyter skyddar nervcellerna mot kemikalierskyddar nervcellerna mot kemikalier blod-hjärnbarriärenblod-hjärnbarriären

Hur skapas en nervimpuls?Hur förs impulsen vidare?

Jonflöden och -jämvikter• Fördelningen av joner över cellmembranen är Fördelningen av joner över cellmembranen är

beroende avberoende av Cellmembranens lipidskikt (hindrar diffusion)Cellmembranens lipidskikt (hindrar diffusion) Jonkanaler (passiv transport)Jonkanaler (passiv transport)

Kan öppnas/stängasKan öppnas/stängas Na+, K+, Ca2+, Cl-Na+, K+, Ca2+, Cl-

Jonpumpar (aktiv transport)Jonpumpar (aktiv transport) T.ex. Na+/K+T.ex. Na+/K+

• Det finns mera Na+ och Cl- på cellens utsida Det finns mera Na+ och Cl- på cellens utsida än på insidanän på insidan

• Det finns mera K+ på cellens insida än på Det finns mera K+ på cellens insida än på utsidan utsidan

Vilopotential• Na+/K+ pumpen pumpar ut Na+-joner Na+/K+ pumpen pumpar ut Na+-joner

och in K+-joneroch in K+-joner• I en nervcell i viloläge är K+-kanaler I en nervcell i viloläge är K+-kanaler

öppna öppna K+-joner diffunderar ut igen K+-joner diffunderar ut igen• Cellens insida blir negativt laddad i Cellens insida blir negativt laddad i

förhållande till utsidanförhållande till utsidan• Balans där diffusionen till utsidan och Balans där diffusionen till utsidan och

den negativa laddningens den negativa laddningens dragningskraft tar ut varandra skapar dragningskraft tar ut varandra skapar vilopotentialen, ca -60 mV i nervcellervilopotentialen, ca -60 mV i nervceller Andra joner bidrar också i viss månAndra joner bidrar också i viss mån

Aktionspotential• membranpotentialen blir positiv = membranpotentialen blir positiv =

depolariseringdepolarisering utlöses då neurotransmittor binder till utlöses då neurotransmittor binder till

målcellens receptorer i en synaps eller målcellens receptorer i en synaps eller t.ex. då en sinnescell stimulerast.ex. då en sinnescell stimuleras

Initieringen och återhämtningen är Initieringen och återhämtningen är mycket snabbmycket snabb

Beror på jonflöden då jonkanaler Beror på jonflöden då jonkanaler öppnas och stängsöppnas och stängs

• AP som fortplantas längs en axon = AP som fortplantas längs en axon = nervimpulsnervimpuls

Fortplantning av aktionspotentialen

• Spänningskänsliga Na+-kanaler öppnas Spänningskänsliga Na+-kanaler öppnas Na+ flödar in i cellen Na+ flödar in i cellen depolarisering depolarisering

• Na+-kanalerna stängs snabbt igen och blir Na+-kanalerna stängs snabbt igen och blir okänsliga för spänning för en tidokänsliga för spänning för en tid

• Spänningskänsliga K+-kanaler öppnas Spänningskänsliga K+-kanaler öppnas K+ flödar ut K+ flödar ut membranpotentialen membranpotentialen återställsåterställs

• Samtidigt öppnas intilliggande Na+-Samtidigt öppnas intilliggande Na+-kanaler pga depolariseringenkanaler pga depolariseringen

• Denna depolarisering kan inte öppna de Denna depolarisering kan inte öppna de Na+-kanaler som redan varit uppe, men Na+-kanaler som redan varit uppe, men nog de Na+-kanaler som är på andra sidannog de Na+-kanaler som är på andra sidan signalen förs vidaresignalen förs vidare

Aktionspotentialens styrka bibehålls oberoende av

axonens längd

• Då en depolarisation når ett visst Då en depolarisation når ett visst tröskelvärde utlöses tröskelvärde utlöses aktionspotentialenaktionspotentialen

• Aktionspotentialens amplitud är alltid Aktionspotentialens amplitud är alltid den samma den samma fortplantas alltid på fortplantas alltid på samma sätt samma sätt

Nervsignalens hastighet• Beroende av Beroende av

axonens storlek: Ju tjockare axon desto axonens storlek: Ju tjockare axon desto snabbare signalsnabbare signal

myelinisering (vertebrater)myelinisering (vertebrater) Isolerar axonenIsolerar axonen Signalen fortplantas endast vid Ranviers Signalen fortplantas endast vid Ranviers

noder noder aktionspotentialen ”hoppar” aktionspotentialen ”hoppar” (saltatorisk transduktion)(saltatorisk transduktion)

Den elektriska strömmen flödar snabbare Den elektriska strömmen flödar snabbare från nod till nod än det skulle ta för från nod till nod än det skulle ta för jonkanaler att öppna och stänga hela jonkanaler att öppna och stänga hela vägen.vägen.

Synapser1.1. Elektriska synapserElektriska synapser

• Gap junctions skapar direkt kontakt Gap junctions skapar direkt kontakt mellan cellermellan celler

Signalen kan gå åt två hållSignalen kan gå åt två håll Signalen är snabbSignalen är snabb Signalen går inte att moduleraSignalen går inte att modulera

2. Kemiska synapser2. Kemiska synapser

- vanligare hos vertebrater- vanligare hos vertebrater

I fortsättningen avses med ”synaps” den I fortsättningen avses med ”synaps” den kemiska synapsen, om inte annat kemiska synapsen, om inte annat nämns.nämns.

Synapsen• Överföring av signal från en nervcell Överföring av signal från en nervcell

till en annan eller från en nervcell till till en annan eller från en nervcell till en muskelcellen muskelcell

• Då aktionspotentialen når den Då aktionspotentialen når den presynaptiska cellens axonterminal, presynaptiska cellens axonterminal, öppnas spänningskänsliga Ca-kanaler öppnas spänningskänsliga Ca-kanaler och kalcium flödar inoch kalcium flödar in

• Detta inducerar utsöndring av en Detta inducerar utsöndring av en neurotransmittorneurotransmittor

• Neurotransmittorn binder till Neurotransmittorn binder till receptorer i den postsynaptiska cellenreceptorer i den postsynaptiska cellen

Synapsen• Bindning till receptorn leder till att Bindning till receptorn leder till att

jonkanaler öppnas jonkanaler öppnas den postsynaptiska den postsynaptiska cellens membranpotential ändrarcellens membranpotential ändrar Inhiberande signal Inhiberande signal hyperpolarisering hyperpolarisering Aktiverande signal Aktiverande signal depolarisering depolarisering

• Det finns få spänningskänsliga kanaler i Det finns få spänningskänsliga kanaler i synapsregionen synapsregionen joner måste diffundera joner måste diffundera till en spänningskänslig region av den till en spänningskänslig region av den postsynaptiska cellen för att en ny postsynaptiska cellen för att en ny aktionspotential ska utlösasaktionspotential ska utlösas

• Om den postsynaptiska cellen är icke-Om den postsynaptiska cellen är icke-neuronal utlöses en celltypisk respons (t.ex. neuronal utlöses en celltypisk respons (t.ex. Sammandragning av muskelceller)Sammandragning av muskelceller)

Mängden frigjord neurotransmittor

• bestämmer hyper/depolariseringens styrkabestämmer hyper/depolariseringens styrka• Regleras avRegleras av

AktionspotentialenAktionspotentialen Presynaptisk inhibition eller aktivering, Presynaptisk inhibition eller aktivering,

d.v.s. synapser i axonterminalen där d.v.s. synapser i axonterminalen där neuromodulator frigörs och påverkar neuromodulator frigörs och påverkar receptorer receptorer (jfr de synapser som för en signal vidare: (jfr de synapser som för en signal vidare: mellan den presynaptiska cellens mellan den presynaptiska cellens axonterminal och den postsynaptiska axonterminal och den postsynaptiska cellens dendriter, neurotransmittorer) cellens dendriter, neurotransmittorer)

Neurotransmittorer

• Acetylkolin (nerv – muskel m.m.)Acetylkolin (nerv – muskel m.m.)• MonoaminerMonoaminer

T.ex. Noradrenalin, serotoninT.ex. Noradrenalin, serotonin• AminosyrorAminosyror

T.ex. Glutamat, glycin och GABA T.ex. Glutamat, glycin och GABA som är de viktigaste som är de viktigaste neurotransmittorerna i CNSneurotransmittorerna i CNS

• PeptiderPeptider T.ex. EndorfinerT.ex. Endorfiner

• PurinerPuriner• Gasen kväveoxid (NO) (cellpermeabel)Gasen kväveoxid (NO) (cellpermeabel)

Receptorer för neurotransmittorer

1.1. Jonotropiska receptorer: receptorerna Jonotropiska receptorer: receptorerna är samtidigt jonkanaler och påverkar är samtidigt jonkanaler och påverkar jonbalansen direktjonbalansen direkt

2.2. Metabotropiska receptorer: G-Metabotropiska receptorer: G-proteinkopplade receptorer proteinkopplade receptorer

• aktiverar G-proteiner, Gaktiverar G-proteiner, Gαα öppnar öppnar jonkanal direkt eller via signalräckajonkanal direkt eller via signalräcka

• Samma neurotransmittor har flera olika Samma neurotransmittor har flera olika receptorerreceptorer

• Neurotransmittorns effekt beror på Neurotransmittorns effekt beror på vilka receptorer den postsynaptiska vilka receptorer den postsynaptiska cellen harcellen har

Avslutning av signalen

• Neurotransmittorn måste snabbt Neurotransmittorn måste snabbt avlägsnas från det synaptiska gapetavlägsnas från det synaptiska gapet NedbrytningNedbrytning Återupptagning i den presynaptiska Återupptagning i den presynaptiska

cellencellen DiffusionDiffusion

• Först då neurotransmittorn försvunnit Först då neurotransmittorn försvunnit kan synapsen bli mottaglig för en ny kan synapsen bli mottaglig för en ny signalsignal

Den postsynaptiska cellen• Summan av alla synaptiska händelser Summan av alla synaptiska händelser

bestämmer när aktionspotentialer bestämmer när aktionspotentialer utlösesutlöses En synaptisk händelse kanske inte är En synaptisk händelse kanske inte är

tillräcklig, men flera i följd utlöser tillräcklig, men flera i följd utlöser respons (temporal summering)respons (temporal summering)

Flera synapser signalerar samtidigt Flera synapser signalerar samtidigt (spatial summering)(spatial summering)

Aktiverande vs inhiberande Aktiverande vs inhiberande summareaktionsummareaktion

Det viktiga är om tröskelvärdet för Det viktiga är om tröskelvärdet för depolarisation uppnås eller intedepolarisation uppnås eller inte