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Psyc 6 week 2

by: Sabrina Straus

Psyc 6 week 2 PSYC 6

Sabrina Straus

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synaptic transmission 9/19/16
Introduction to Neuroscience
Catherine Cramer
Class Notes
neuroscience, PSYC, Intro to Psychology
25 ?




Popular in Introduction to Neuroscience

Popular in Psychology (PSYC)

This 6 page Class Notes was uploaded by Sabrina Straus on Wednesday September 21, 2016. The Class Notes belongs to PSYC 6 at Dartmouth College taught by Catherine Cramer in Fall 2016. Since its upload, it has received 7 views. For similar materials see Introduction to Neuroscience in Psychology (PSYC) at Dartmouth College.


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Date Created: 09/21/16
5. 09­19­16  Intro to Neuro Class Notes  SYNAPTIC TRANSMISSION  I.  Types of cell­to­cell communication    Electrical synapses: very fast    gap junctions­allow direct flow of ions    Chemical synapses: more common / release of transmitter    Neurotransmitters (synthesized depending on kind­can be synthesized in terminal}more  abundant but large molecules ie peptides in cell body and move down axon in tubules) in synaptic  vesicles    diffusion across the synaptic cleft    post­synaptic receptors     II.  Sequence of events in the pre­synaptic cell    1.  Neurotransmitter synthesized and stored    2.  AP reaches axon terminal    3.  Voltage­gated calcium channels open  ~electrostatic pr2+​ure and osmotic pushing Ca2+ in    4.  Ca​  binds vesicle (via SNARES­in active zone) to presynaptic membrane  ­> exocytosis    5.  Released neurotransmitter diffuses across the cleft  6.  Receptors~ see below     III.  Sequence of events in the postsynaptic cell    A.  Ionotropic (fast) synapses: ligand­gated (group of transmembrane ion channel proteins which  open to allow ions such as Na​ , K​ , Ca​ , and/or Cl​  to pass through the membrane in response to the  binding of a chemical messenger)    Neurotransmitter binds with receptor on ion channel    Ion channels open    B.  Metabotropic (slow) synapses ~ involves more step between receptor and ion channel opening    Neurotransmitter binds with receptor coupled to G­protein (has some effect on receptor)    Intracellular message sent to ion channel via second messenger      Ion channels open   Ex: potassium channel would hyperpolarize as K+ goes out of the cell         IV.  Deactivation and re­uptake of neurotransmitters­to put a limit on how long a synapse can be active    Enzymatic breakdown: break neurotransmitter down into components to inactivate it    Re­uptake by pre­synaptic transporters back into synapse  *some presynaptic cell have autoreceptors to give feedback (effects opening of channels esp inhibitory)       V.  Synaptic integration in the post­synaptic cell    Excitation (EPSPs)    Inhibition (IPSPs) and shunting inhibition (inhibitory cancels excitatory because  simultaneous    Summation (temporal and spatial) revisited     VI.  Some specific neurotransmitters    A.  Acetylcholine (ACh, cholinergic): modified amino acid (also monoamines)    neurojuscular junctions, autonomic NS    Nicotinic (ionotropic) and muscarinic receptors (metabotropic)  Acetyl Co A + choline (from diet) ­> ACh } synthetic pathway in terminal because only depends  on 1 enzyme  Monoamines:    B.  Catecholamines    Dopamine (DA, dopaminergic)    receptor subtypes    Norepinephrine (NE, noradrenergic)    C.  Indoleamines:  Serotonin (5­HT, serotonergic)    D.  Amino acids    Excitatory ­­Glutamate    Receptors:  NMDA, AMPA, kainate    **Inhibitory ­­gamma­aminobutyric acid (GABA), glycine    E.  Peptides: harder to synthesized (in cell body)    Opioid peptides (e.g., endorphin­act on the nervous system = pain killers)    Oxytocin, vasopressin   ~~voltage gated sodium channels are in axon hillock­> action potentials are only there      If EPSP and IPSP just makes action potential more or less likely could there be an inhibitory but  still an action potential    Ca  Na  K  Cl      Chapter Notes  Chapter 5:Synaptic Transmission  ~passing on info neuron to neuron occurring at synapses  >electrical synapses: electrical flowing from one neuron to the next  >chemical synapses: chemical neurotransmitters transfer info from one neuron to the next  ­Types of Synapses  ~synapse is where one part of a neuron contacts and communicates with another neuron (1st  neuron: presynaptic and target cell is postsynaptic)  ● Electrical synapses:allow the direct transfer of ionic current from one cell to the next  ○ Occur at gap junctions (make oscillations and action potentials synchronized)  ■ Between cells+interconnect non­neural cells  ■ Function as electrical synapses  ■ Contain connexins: proteins that combine to form a channel called a  connexon which when two combine form a gap junction channel  ● Channel allows ions to pass directly from the cytoplasm of one cell  into another  ○ Bidirectional  ○ postsynaptic potential: When two neurons are electrically coupled, an action  potential in the presynaptic neuron causes a small amount of ionic current to flow  across the gap junction channels into the other neuron (when the second neuron  generates an action potential it will induce a psp in the first neuron)} multiple  occurring at the same time is a synaptic integration  ○ Inferior olive: neurons in brainstem nucleus / can generate small oscillations of  membrane voltage and action potentials  ■ Send axons to cerebellum   ■ Make gap junctions with one another  ■ Time controlled by current that flows through gap junctions  ● Chemical synapses  ~characteristics:  >pre and post synaptic membranes are separated by a synaptic cleft (filled with matrix of  extracellular protein that binds pre and post together)  ● Presynaptic element: axon terminal  ○ Contains dozens of small membrane­enclosed spheres (synaptic vesicles) which  store neurotransmitter + large vesicles (secretory granules/dense­core vesicles)  which contain soluble protein  ● Membrane differentiations: dense accumulations of protein by membrane and synaptic  cleft  ○ On pre side: protein pyramids (sites of neurotransmitter release) called active  zones  ○ Post side: postsynaptic density (contains neurotransmitter receptors which  convert the intercellular chemical signal into an intracellular signal)  ● CNS chemical synapses  ○ Axosomatic: If the postsynaptic membrane is on the cell body  ○ Axoaxonic: postsynaptic membrane is on another axon  ○ Axospinous: When a presynaptic axon contacts a postsynaptic dendritic spine  ○ Dendrodendritic synapses: dendrites form synapses with one another  ~categories:   1. Asymmetrical synapses (Gray’s type I): Synapses in which the membrane  differentiation on the postsynaptic side is thicker than that on the presynaptic side  a. Usually excitatory  2. Symmetrical synapses (Gray’s type II): the membrane differentiations are of  similar thickness  a. Usually inhibitory  ● Neuromuscular junction: synaptic junctions outside CNS  ○ Ex: axons of autonomic nervous system+chemical synapses (between axons of  motor neurons of spinal cord and skeletal muscle)  ○ Fast and reliable  ■ Very large  ■ Pre contains a lot of active zones  ■ post/ motor endplate has a lot of folds with neurotransmitter receptors  ­Principles of chemical synaptic transmission  ● Neurotransmitters  1. Amino acids: stored in and released from synaptic vesicles  a. glutamate (Glu) , gamma­aminobutyric acid (GABA) , or glycine (Gly) can help  speed up synaptic transmission at CNS synapses  b. acetylcholine (ACh) mediates fast synaptic transmission at all neuromuscular  junctions  2. Amines: stored in and released from synaptic vesicles  3. Peptides: large molecules/chains of amino acids stored in and released from secretory  granules  a. Often exist in the same axon terminals that contain amine or amino acid  neurotransmitters  ● Neurotransmitter synthesis and storage  ○ synthesizing enzymes for both amino acid and amine neurotransmitters are  transported to the axon terminal, where they locally and rapidly direct transmitter  synthesis  Amino acids + amine  ○ Synthesized in cytosol of axon terminal  ○ Neurotransmitters are taken up by the synaptic vesicles } done by transporters  Peptides  ○ Occurs in rough ER  ○ Split in golgi   ○ One of smaller peptide fragments is the active neurotransmitter  ○ Secretory granules cary peptide neurotransmitter to axon terminal } axoplasmic  transport  ● Neurotransmitter release: triggered by arrival of action potential  ○ Depolarization causes voltage­gated calcium channels to open (inward driving  force of Ca2+­> causes neurotransmitter to be released from synaptic vesicles)  ○ Exocytosis: vesicles release contents and membrane of the synaptic vesicle  fuses to the presynaptic membrane at the active zone so contents of the vesicle  spill out into the synaptic cleft  ■ Very quick (vesicles are already docked at active zones)  ■ Reserve pool bound to cytoskeleton of axon terminal  ■ Secretory granules also release peptide neurotransmitters/ requires  high­frequency trains of action potentials  ○ Endocytosis: recovers vesicle membrane  ● Neurotransmitter receptors and effectors  ~actions depend on the receptor the neurotransmitter binds to  1. transmitter ­gated ion channels: membrane­spanning proteins consisting of four or five  subunits that come together to form a pore between them (opens w/ binding of  neurotransmitter)} net effect=depolarize postsynaptic cell=excitatory  a. Excitatory postsynaptic potential: transient postsynaptic membrane  depolarization caused by the presynaptic release of neurotransmitter  b. If the transmitter­gated channels are permeable to Cl net effect=hyperpolarize  the postsynaptic cell from the resting membrane potential=inhibitory (brings  membrane potential away from threshold)  i. Inhibitory postsynaptic potential: transient hyperpolarization of the  postsynaptic membrane potential caused by the presynaptic release of  neurotransmitter  2. G­protein­coupled receptors/ metabotropic receptors  a. Neurotransmitter molecules bind to receptor proteins in the postsynaptic  membrane  b. The receptor proteins activate small proteins (G­proteins) which are free to move  along the intracellular face of the postsynaptic membrane  c. The activated G­proteins activate “effector” proteins  i. G­protein gated ion channels  ii. Enzymes that synthesize second messengers (diffuse in cytosol and can  activate other enzymes that can regulate ion channel function and alter  cellular metabolism)  ● Autoreceptors: presynaptic receptors that are sensitive to the neurotransmitter released  by the presynaptic terminal/ serve as safety valve  ● Neurotransmitter recovery and degradation: after interaction with post receptors  ~important because if [A] is too high ­> desensitization   ○ Through diffusion of the transmitter molecules  ○ Reuptake: reloaded into synaptic vesicles  ○ Enzyme destruction  ● Neuropharmacology­drugs can affect steps of synaptic transmission  ○ Inhibitors: inhibit the normal function of specific proteins involved in synaptic  transmission  ■ Receptor antagonists: inhibitors of neurotransmitter receptors   ○ Receptor agonists:mimic actions occurring in neurotransmitter  ­Principles of synaptic integration  ~synaptic integration: process by which multiple synaptic potentials combine within one  postsynaptic neuron  ● Integrations of EPSPs:caused by inward current through channels which depolarize the  postsynaptic membrane  ○ Quantal analysis of EPSPs: multiples of the quantum (reflects the number of  transmitter molecules in a single synaptic vesicle & postsynaptic receptors)  ~miniature post potential: size of the postsynaptic response to this spontaneously  released neurotransmitter  Quantal analysis: a method of comparing the amplitudes of miniature  and evoked PSPs, can be used to determine how many vesicles release  neurotransmitter during normal synaptic transmission  ○ EPSP summation: neuromuscular junctions generate a large EPSP to make sure  it works unlike CNS­> summation represents the simplest form of synaptic  integration in the CNS  1. Spatial:adding together of EPSPs generated simultaneously at many different  synapses on a dendrite  2. Temporal: adding together of EPSPs generated at the same synapse if they  occur in rapid succession  ● Contribution of dendritic properties to synaptic integration because effectiveness of  excitatory synapse depends on how far the synapse is from the spike­initiation zone  ○ Dendritic cable properties: two paths  ■ Down the inside of dendrite: EPSP amplitude goes down  ■ Across dendritic membrane  ~depolarization falls exponentially (length constant: index of how far depolarization can  spread down a dendrite or axon­>depends on 2 factors)  1. Internal Resistance: the resistance to current flowing longitudinally down the  dendrite  a. depends on diameter of dendrite + electrical properties of cytoplasm}  constant length constant  2. membrane resistance: the resistance to current flowing across the membrane  a. Depends on number of open ion channels  ~ length constant will increase as membrane resistance increases because more depolarizing  current will flow down the inside of the dendrite rather than “leaking” out the membrane  ○ Excitable dendrites: have voltage­gated sodium, calcium, and potassium  channels­act as amplifiers (esp in far out dendrites) + can carry signal in opposite  direction to get rid of it  ● Inhibition  ~neuron: depends on number of coactive excitatory synapses, the distance the synapse is from  the spike­initiation zone, and the properties of the dendritic membrane  ○ IPSPs and shunting inhibition: channels are permeable to only Cl­   ■ Shunting inhibition: Prevents current from flowing through soma to axon  hillock by the inward movement of negatively charged chloride ions, which  is formally equivalent to outward positive current flow and allows positive  current to flow out the membrane instead of toward the spike initiation  zone  ○ Geometry of excitatory and inhibitory synapses  ■ Inhibitory: Gray’s II / spread over dendrites, soma, and axon hillock  ■ Excitatory: Gray’s I  ● modulation  ~some synapses with G­protein­coupled neurotransmitter receptors are not directly associated  with an ion channel ­> synaptic activation modifies EPSPs   


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