Komunikasi antar Neuron

Komunikasi antar Neuron :neurotransmitterDr. Huda Marlina Wati

1

Three Stages of Biological Neural System #2I. Neuron dan SinapsTipe neuronSensorikMotorikInterneuron#3Key words: Types of neurons; sensory neurons; motor neurons; interneurons; afferent nerves; efferent nervesStruktur neuron

#44Key words: Neuron; sructures of neurons komunikasi antar NeuronTerminal axon membentuk synaps bulbAxon akan berhub dg dendrit / badan sel neuron berikutnyaNeuron presynapsNeuron post synapsCelah synaps

55Key words: axon terminal

.Sinaps:Merupakan tempat khusus dimana neuron itu berkomunikasi dengan neuron lainnyaTipe sinaps :Sinaps elektrikSinaps kimiaArah impuls satu arahDari Neuron presinaptik neuron post sinaptik (atau ke sel target lainnya) Sel target : neuron berikutnya, sel otot, sel kelenjar. 6Jenis sinaps berdasarkan arah impuls

a. Axodendritik b. Axosomatik c. Axoaxonik 71. Secara elektrik: Gap Junction

Sinapsis elektrik, sinyal ditransmisikan scr cpt ke sel neuron yg lainIon menyeberang scr langsung dr satu sel ke sel yg lain1 gap junction > 100 connexons81. Secara elektrik : GAP junction2 advantages :Faster communicationsynchronization9

102. Secara Kimia: Neurotransmiter

Bagaimana transmisi sinyal dr presinap ke postsinap?Bagaimana terminasi sinyal?Tidak ada kontak langsung, dipisahkan oleh celah sinapsTerminal axon mengandung banyak vesikel yg berisi neurotransmitterketika PA mencapai terminal akson vesikel dilepaskan11

Struktur Sinaps Kimiavesikel sinapsNTPompa reuptakereseptorAxon presinapsCelah sinapsDendrit postsinapsPostsynaptic density (PSD)Voltage-gate Ca++channel12Kriteria Neurotransmitter Disintesis oleh neuronDilepaskan ke celah sinaps oleh neuron presinap saat neuron terstimulasiBerikatan dg reseptor pada neuron postsinaps / sel targetKerja : eksitasi atau inhibisi sel targetSetelah bekerja didegradasi dari celah sinaps scr enzimatik Karakteristik Neurotransmitter: NT Molekul kecil Asam Amino atau derivatnya, kecuali acetylcholineDisintesa di sitosol axon terminalDisimpan di vesikel synaptic dan dilepaskan dgn cara exocytosisTiap neuron memproduksi satu jenis NT klasik Neuropeptida disimpan di vesikel yg berbeda.14AcetylcholineMonoamin katekolamin : dopamine, epinephrine, norepinefrin - serotonin (5-hydroxytryptamin, 5-HT) - histamineAsam Amino : aspartate, glutamate, glycine, taurine GABA Neuropeptida:- enkephalins, endorphins, substance P vasopressin, oxytocin, etc

JENIS NEUROTRANSMITTER15Neurotransmitter molekul kecil

16NT bisa pemacu atau penghambatPemacu: - acetylcholine, catecholamines, serotonin, histamine, aspartate, glutamate, substance PPenghambat: - GABA, glycine, taurine

NT pemacu : meningkatkan permeabilitas membran terhadap Na+, menyebabkan depolarisasi membran

NT penghambat : meningkatkan permeabilitas membran terhadap Cl- atau K+, menyebabkan hyperpolarisasi17

NEUROTRANSMITTER OTAK

18Neurotransmitter : Sintesis dan Penyimpanan

19Sintesis dan penyimpanan neurotransmitera). NT PEPTIDA 1. Peptida prekursor NT disintesis di RER 2. Prekursor terbelah di aparatus Golgi dan berubah menjadi NT yg aktif3. Sekresi vesikel yg berisi peptida keluar dari aparatus Golgi4. Granul sekretori ditranspor ke terminal akson utk disimpan b). NT AMINA & ASAM AMINO1. Enzim mengubah prekursor menjadi NT2. Vesikel berisi NT ditranspor olek protein transporter menuju terminal akson utk disimpan

20Neurotransmitter:Molekul transmiterAsal/PrekursorTempat sintesisAcetylcholineCholineCNS, parasympathetic nervesSerotonin or 5-HydroxytryptamineTryptophan

CNS, chromaffin cells of the gut, enteric cellsGABAGlutamateAspartateGlycineGlutamate

CNSCNSCNSSpinal cordHistamineHistidineHypothalamusEpinephrineTyrosineadrenal medulla, some CNS cellNorepinehrineTyrosineCNS, sympathetic nervesDopamineTyrosineCNSAdenosine ATP

CNS, periperal nervesATPsympathetic, sensory and enteric nervesNitric oxide, NOArginineCNS, gastrointestinal tract21Transmisi SynapsPA mencapai axon terminal dari sel presynaptic dan menyebabkan Kanal Ca2+ V-gated terbuka.Ca2+ masuk, berikatan dgn protein regulator & memulai exocytosis NT.NT berdifusi ke celah synaps dan kemudian berikatan dgn reseptor pada membran postsynaptic dan memulai respon pada sel postsynaptic.

22Transmisi sinaptik

Sebagian besar vesikel tdk berada pd zona aktif ttp berada dekat dg terminal aksonDikendalikan oleh: Protein membran vesikel sensitif Ca2+ (VAMPs)Kanal Ca2+ terdpt pd terminal akson dan akan membuka saat terjadi depolarisasi akibat potensial aksi di neuron23Pelepasan NeurotransmiterIon Ca2+ menginisiasi 2 kejadian: 1. Mobilisasi vesikel dari VAMPs 2. Eksositosis NT24Pelepasan Neurotransmiter1. Diawali dengan proses MOBILISASI vesikel

Vesikel dilepaskan dari protein pengikatsynaptobrevin (pd vesikel) & Syntaxin (pd membran presinaps) menyatukan vesikel dg membran presinaps

25Pengeluaran Neurotransmitter2. Eksositosis: Proses dimana vesikel melepaskan neurotransmitter ke celah sinaps

26 Pembuangan NeurotransmitterNT dibuang dari celah sinaps melalui :Degradasi EnzimatikDifusiReuptake

27Degradasi dan EliminasiNeurotransmitter akan dihancurkan setelah mencapai sel post-sinaps.acetylcholine (ACh), suatu neurotransmitter exitatori, dihancurkan oleh acetylcholinesterase (AChE), Choline diambil lagi oleh neuron pre-synaptic untuk disintesa menjadi ACh. dopamine dapat berdifusi dari synaptic junctions target dan dieliminasi dari tubuh melalui ginjal atau dihancurkan di hati.28Efek NeurotransmitterNeuron berbeda dapat berisi NT berbeda pula.Sel postsynaptic berbeda mungkin berisi reseptor berbeda pula.Sehingga efek dari NT dapat bervariasi.Beberapa NT menyebabkan kanal kation terbuka, sehingga mengakibatkan depolarisasi tertentu.Beberapa NT menyebabkan kanal anion terbuka, sehingga mengakibatkan hyperpolarisasi tertentu.29

Kerja neurotransmittter :Mekanisme Lock and keyMolekul Neurotransmitter berbentuk khusus

Reseptor memiliki binding sites30

Locks and KeysNT mempunyai bentuk yg spesifik (sbg KUNCI/KEY)Sewaktu NT terikat pd reseptor, ion masuk Ion positif (Na+) depolarisasi, ion negatif hiperpolarisasi

Reseptor mempunyai tempat pengikatan (sbg Lubang Kunci)

31

Jenis Reseptor Neurotransmiter32Reseptor Metabotropik vs. Ionotropik

aktivasi kanal oleh res.ionotropik respon lbh cepat, ttp lama wkt kanal membuka lebih pendek aktivasi kanal oleh res. Metabotropik respon lebih lambat, ttp lama waktu kanal membuka lebih panjang33I. RESEPTOR IONOTROPIK Mrpk TRANSMITTER - GATED CHANNELS NT berikatan dg ligand-reseptor, yg menempel pd pintu masuk kanal ion Reseptor yg berikatan dg NT scr langsung terbuka sbg kanal ion Aksi sangat cepat, jarak wkt pengikatan NT pd reseptor dan respon sangat pendek Respon singkat 34Key words: sensory neurons; afferent nerves; types of neuronsRESEPTOR IONOTROPIK

35Key words: sensory neurons; afferent nerves; types of neuronsSTRUKTUR RESEPTOR ACh NIKOTINIK= bentuk pentamer (2 )

#36Key words: sensory neurons; afferent nerves; types of neuronsRESEPTOR GABAA

Reseptor ionotropik mempunyai tempat pengikatan multipel (multiple binding site) utk berbagai neuromodulatorDapat meningkatkan atau menghambat pengikatan ligan - endogenusTarget yg baik untuk obat, contoh: RESEPTOR GABAA

#37II. RESEPTOR NT. METABOTROPIK YG BERIKATAN/KOPEL DG. PROTEIN-G

#38Key words: sensory neurons; afferent nerves; types of neuronsSTRUKTUR DASAR RESEPTOR KOPEL DENGAN PROT-G

#39TRANSDUKSI SIGNAL PD RES. METABOTROPIK KOPEL DG PROT-G

#40

#41Pd keadaan inaktif sub unit prot-G mengikat GDP (Gambar a.)Saat diaktivasi oleh G-prot coupled rec, GDP berubah menjadi GTP (Gambar b.) G-prot aktif akan terpecah menjadi G (sub unit GTP) dan G yg akan mengaktifkan prot efektor (Gambar c.)Secara perlahan sub unit G akan melepas PO4 dari GTP, mengubah GTP menjadi GDP dan ini menyebabkan aktifitasnya berhenti (Gambar d.)#42

CARA PENDEK/SHORTCUT PATHWAY PD RES. MUSKARINIK ACh

#43KANAL ION YANG DIPENGARUHI OLEH cAMP atau cGMP (cyclic nucleotide gated ion channel)berfungsi membuka atau menutup kanal ion Na+, K+ dan kanal ion Ca2+Nukleotida siklik itu dihasilkan akibat interaksi neurotransmiter-reseptor (ligand gated ion channel)menggunakan keluarga protein-Gi untuk menginaktifkan adenilat siklase, atau yang langsung mengaktifkan guanilat siklaseBagian yang menghadap ke sitosol merupakan tempat perikatan dengan cAMP atau cGMPKanal ini banyak terdapat pada sel sensoris penglihatan dan penciuman.

#44SECOND MESSENGER CASCADE

#45AMPLIFIKASI SIGNAL OLEH KASKADE PESAN KEDUA KOPEL PROT-G #46

#471. Asetilkolin Dilepaskan oleh neuron SST dan bbrp neuron SSP

NT eksitatorik pd bbrp sinaps (tmasuk NMJ) saat berikatan dg reseptor ionotropik dan Inhibitorik pd bbrp neuron (berikatan dg reseptor metabotropik)Didegradasi oleh enz. Asetilkolin esterase mjd cholin + asetatAsetil eKoA + cholin asetilkolin + KoA ChAT

Reseptor Asetilkolin ada 2 : nikotinik dan muskarinik49

Bbrp obat bentuk spt NT1. Agonis : seluruhnya dapat masuk ke dalam lubang reseptor & beraksi spt NT e.g. nikotinAgonis : terikat receptor dg baik dan beraksi seperti NT. mis. Nicotine, morphine, benzodiazepine

50Beberapa obat bekerja pada reseptor NTAntagonis : hanya sebagian yg masuk dalam lubang reseptor & menghambat NTe.g. beta blockers

Antagonis : terikat receptor dg jelek tetapi memblokir NT, misal :atropincurare

51Natural Cholinergic Agonist and AntagonistsSource of CompoundMode of ActionAgonistsNicotinealkaloid prevalent in the tobacco plantactivates nicotinic class of ACh receptors, locks the channel openMuscarinealkaloid produced byAmanita muscariamushroomsactivates muscarinic class of ACh receptors-Latrotoxinprotein produced by the black widow spiderinduces massive ACh release, possibly by acting as a Ca2+ionophoreAntagonistsAtropine (and related compound Scopolamine)alkaloid produced by the deadly nightshade,Atropa belladonnablocks ACh actions only at muscarinic receptorsBotulinus toxineight proteins produced byClostridium botulinuminhibits the release of ACh-Bungarotoxinprotein produced byBungarusgenus of snakesprevents ACh receptor channel openingd-Tubocurarineactive ingredient of curareprevents ACh receptor channel opening at motor end-plate

52

Sumber: Neuroscience Exploring the Brain. Lippincot Williams & Wilkins53

Sumber: Neuroscience Exploring the Brain. Lippincot Williams & Wilkins54Bahan Kimia yang bekerja pada ACh Systemsblack widow spider venomstimulates release of AChbotulinum toxinblocks release of AChcurareblocks ACh nicotinic receptorsinsecticidesAChE inhibitorsatropine as antidoteblocks muscarinic receptors55Aspek Klinis dari ACh SystemsAlzheimers diseaseHilangnya neuron neuron Ach padabasal nucleus of MeynertAriceptACh agonist56Monoaminessingle amine (NH2) groupCatecholamines (CAs)dopamine (DA)norepinephrine (NE, noradrenaline)epinephrine (EPI, adrenaline)Indoleaminesserotonin (5-hydroxy tryptamine, 5-HT)57

Catecholamine synthesis58

Serotonin synthesis59Sintesis NT. Glisin, Glutamat, Aspartat & GABAGLUKOSAFRUKTOSA- 1,6 BIFOSFAT3-FOSFOGLISERATSERINGLISINFH4PIRUVATPIRUVAT-KETOGLUTARATTCAGABAGLUTAMATOAAASPARTATmitokondria60Characteristics of Monoaminergic SystemsDiffuse distribution of targetsFine, unmyelinated axonsMetabotropic synapses61Fungsi Monaminergic SystemsState phenomenasleep and arousalhungermood62Amino Acid TransmittersExcitatory Amino AcidInhibitory Amino AcidsGlutamic Acid, or GlutamateGamma Aminobutyric Acid (GABA)Glutamic AcidGABA Glutamic AcidDecarboxylase (GAD)Glycine63

Glutamate Receptor Subtypes64

NMDA receptor binding sites65Glutamatenon-NMDA receptorsNMDA receptorsNa+ channelsopenCa2+ channelsopen(Mg2+ blockade)depolarizationremovesblockadeCa2+ enterswhen Mg2+is removedCa2+dependentK+ channels openrepolarizationpostsynapticeffects(learning)reinstates blockade66abcNon-NMDA Na+ channels open, Na+enters and depolarizes membraneb. Mg2+ blockade of NMDA Ca2+ channelsremoved by membrane depolarization; Ca2+ entersCa2+ dependent K+ channels open;membrane repolarizedd. Mg2+ blockade reinstatedd67

GABA receptor binding sites68 PeptideNeurotransmitters(Often serve hormonal functions as well)Substance P (P for Peptide)Principal somatosensory transmitterFirst peptide transmitter discoveredGut hormonese.g. angiotensin neuropeptide Y cholecystokininReleasing factors for hormonese.g. tryrotropin releasing hormone somatotrophin, somatostatin corticotropinOpiatesEnkephalins, Endorphins69

70Diffusible GasesNitric Oxide (NO)Carbon Monoxide (CO)HemeCO + biliverdinHeme OxygenaseArginineNO + CitrullineNitric OxideSynthase (NOS)71Functions of Diffusible GasNeurotransmittersregulate blood flow cerebral peripheral (e.g. penis)retrograde messenger Hebbs postulate of learning72

Trims & Selamat Belajar

73