Синапс был открыт в 30х годах XX века Шеллингтоном, который доказал, что между клетками существуют контакты.
Отросток нейрона, аксон, направляется к другому нейрону и образует на нем контакт, который называют синапсом (в переводе с греческого — контакт). Диаметр синапса не более 1 мкм. Синапс состоит из пресинаптической бляшки, ограниченной пресинаптической мембраной, синаптической щели, постсинаптической мембраны.
Один нейрон получает такие контакты, как правило, от нескольких тысяч (3 — 10 тыс.) других нейронов. Каждый синапс надежно закрыт специальными клетками глии.
Внутри пресинаптической бляшки находятся специальные пузырьки, везикулы. Эти пузырьки содержат биологически очень активное вещество, которое называется нейротрансмиттером, или медиатором (передатчиком).
Нервный импульс (возбуждение) с огромной скоростью продвигается по волокну и подходит к пресинаптической мембране. Этот потенциал действия вызывает деполяризацию мембраны, что вызывает открытие кальциевых ионных каналов, пропускающих кальций внутрь клетки. Попадая в цитоплазму синаптического окончания, кальций входит в связь с белками, образующими оболочку пузырьков, в которых хранится медиатор. Везикулы встраиваются в пресинаптическую мембрану. В конечном итоге мембраны синаптических пузырьков сжимаются, выталкивая свое содержимое в синаптическую щель (это процесс экзоцитоза). Этот процесс очень напоминает сокращение мышечного волокна в мышце, во всяком случае, эти два процесса имеют одинаковый механизм на молекулярном уровне. Возбуждение (электрический потенциал действия) нейрона в синапсе превращается из электрического импульса в импульс химический.
Далеко не все выплеснутые в щель медиаторы достигают постсинаптической мембраны. В синаптической щели происходит:
- вымывание части медиатора;
- захват молекул медиатора клетками глии;
- обратный захват медиатора пресинаптической мембраной (эндоцитоз);
- расщипление молекул медиатора ферментами.
Молекулы медиатора, дошедшие до пресинаптической мембраны, связываются с специальными белковыми молекулами, которые находятся на мембране другого нейрона. Эти молекулы называются рецепторами. Рецепторы устроены уникально и связывают только один тип молекул. В некоторых описаниях указывается, что они подходят, как «ключ к замку» (ключ подходит только к своему замку).
Рецептор состоит из двух частей. Одну можно назвать «узнающим центром», другую — «ионным каналом». Медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который влияет на активность ионного канала.
Через мембрану начинает протекать ионный ток, который вызывает изменение потенциала на мембране. Этот потенциал получил название постсинаптического потенциала. Очень важным свойством описанных ионных каналов является то, что количество открытых каналов определяется количеством связанных молекул медиатора, а не потенциалом на мембране, как в случае с электровозбудимой мембраной нервного волокна, амплитуда потенциала пропорциональна количеству молекул медиатора, связанного рецепторами.
На мембране одного нейрона могут одновременно находиться два вида синапсов: тормозные и возбудительные. Все определяется устройством ионного канала мембраны. Мембрана возбудительных синапсов пропускает как ионы натрия, так и ионы калия. В этом случае мембрана нейрона деполяризуется. Мембрана тормозных синапсов пропускает только ионы хлора и гиперполяризуется. Очевидно, что если нейрон заторможен, потенциал мембраны увеличивается (гиперполяризация). Таким образом, нейрон благодаря воздействию через соответствующие синапсы может возбудиться или прекратить возбуждение, затормозиться. Возникновение ВПСП или ТПСП зависит от типа открытых ионных каналов: мембрана деполяризуется, если открыты каналы для натрия и калия, и гиперполяризуется, если открыты хлорные каналы.