4 - la sinapsi

Question 1

cos’è la sinapsi?

Answer 1

La sinapsi è la struttura nella quale i segnali sono trasferiti da un neurone ad un altro. È fatta di due cellule ed è costituita da un neurone presinaptico (nel quale arriva il potenziale d’azione), da una fessura sinaptica e da un neurone post-sinaptico.

Question 2

che effetto può avere la sinapsi sul neurone post-sinaptico?

Answer 2

L’effetto sul neurone post-sinaptico può essere:
• una depolarizzazione (sinapsi eccitatoria);
• una iperpolarizzazione (sinapsi inibitoria).

Question 3

che tipologie di sinapsi esistono?

Answer 3

• sinapsi elettrica

- sinapsi chimica (diretta o indiretta)

Question 4

sinapsi dirette

Answer 4

–>modificano la permeabilità agli ioni e quindi la concentrazione ionica
• Eccitatorie
• Inibitorie
• Giunzione neuro-muscolare

Question 5

sinapsi indirette

Answer 5

(o metabotropiche)–>sono coinvolte nel metabolismo della cellula post-sinaptica
• Eccitatorie
• Inibitorie

Question 6

come funzionano le sinapsi elettriche?

Answer 6

Nella sinapsi elettrica l’onda di depolarizzazione del potenziale d’azione passa da una cellula all’altra attraverso una struttura specializzata, la giunzione comunicante (o giunzione serrata), che presenta delle strutture specializzate, i connessoni

Question 7

connessoni

Answer 7

• ->Veri e propri ponti citoplasmatici
• ->Membrane pre- e post-sinaptiche molto ravvicinate.
• ->Il canale è molto più ampio che nei canali ionici e lascia passare tutti i tipi di ioni e anche piccole molecole organiche

La giunzione comunicante non è tipica dei neuroni, ma si trova in molti tessuti e serve a mettere in comunicazione il citoplasma di più cellule dello stesso tessuto (tessuto epatico, epiteliale ecc.).

Question 8

caratteristiche delle sinapsi elettriche

Answer 8

• Sono solo eccitatorie;
• Normalmente sono bidirezionali (le s. chimiche sono sempre unidirezionali);
• Di solito un potenziale d’azione nel neurone presinaptico scatena normalmente un potenziale d’azione nel neurone post-sinaptico;
• Non permettono l’integrazione di più segnali sinaptici

Esse sono utilizzate:

• Quando serve rapidità nella trasmissione del segnale
• Quando è richiesta la sincronizzazione nell’attività elettrica di più cellule

Question 9

sinapsi chimiche

Answer 9

Nella sinapsi chimica (sia diretta che indiretta) il neurone presinaptico rilascia un messaggero chimico (neurotrasmettitore o NT) il quale attraversa la fessura sinaptica e va ad agire su proteine specializzate della membrana post-sinaptica modificandone la permeabilità agli ioni. Questa modificazione determina un cambiamento del potenziale del neurone post-sinaptico che prende il nome di potenziale post-sinaptico o PPS

Question 10

PPS

Answer 10

potenziale post-sinaptico, può essere:

1. PPSE - Potenziale post-sinaptico Eccitatorio–>Depolarizza la cellula (rende il potenziale meno negativo e pertanto lo avvicina al valore di soglia per il potenziale d’azione);
2. PPSI - Potenziale post-sinaptico Inibitorio –>Iperpolarizza la cellula (rende il potenziale più negativo e pertanto lo allontana dal valore di soglia per il potenziale d’azione).

Question 11

cosa contiene il neurone pre-sinaptico

Answer 11

La terminazione presinaptica contiene:
• Mitocondri–>contengono energia e quindi ATP e intervengono:
o Sintesi di NT (neurotrasmettitore);
o Attività enzimatica;
o Trasporto NT dentro la terminazione;
o Trasporto NT dentro le vescicole;
o Pompe Calcio e pompe Na/K.
• Vescicole sinaptiche–>sfere di membrana che contengono neurotrasmettitori;
• Zone attive–>zone a cui le vescicole sinaptiche si attaccano per liberare il proprio contenuto;
• Granuli secretori–>non sono presenti in tutti i neuroni. Sono una specie di vescicole sinaptiche che liberano dei NT di tipo particolare, detti peptidici.

Question 12

come funziona la trasmissione sinaptica diretta?

Answer 12

La cellula presinaptica libera il neuro trasmettitore ogni qualvolta che arriva un potenziale d’azione (impulso nervoso), che si diffonde nella fessura sinaptica e va ad agire su un canale ionico trasmettitore dipendente, che si apre e si chiude in base alla presenza di una molecola (sito attivo)come conseguenza modifica la propria permeabilità agli ioni La funzioni di canale ionico e di recettore per il NT sono svolte da un’unica molecola proteica.

Question 13

come funziona la trasmissione sinaptica indiretta?

Answer 13

Il NT va ad agire su un recettore di membrana (molecola proteica di membrana non è un canale ionico, ma un recettore), il quale da inizio ad una serie di eventi interni alla cellula che hanno come effetto ultimo la modifica della permeabilità di un canale ionico. La trasmissione sinaptica indiretta porta fondamentalmente lo stesso risultato, ma attraverso una serie di passaggi complessi.

Question 14

differenze tra sinapsi diretta e indiretta

Answer 14

Le sinapsi dirette:
• Sono veloci;
• L’effetto dei NT è breve;
• Hanno un effetto principalmente sulla permeabilità della membrana della cellula post-sinaptica.

Le sinapsi indirette:
• Agiscono più lentamente;
• L’effetto dei NT è più duraturo;
• Oltre a modificare la permeabilità, hanno un effetto più ampio sul metabolismo cellulare;
• Richiedono una minor quantità di NT.

Question 15

come si differenziano sinapsi eccitatorie e inibitorie?

Answer 15

Sinapsi eccitatore–> Tipo I Gray fessure sinaptiche

• Localizzazione asso-dendritica
• Fessure sinaptiche più grandi (30 nm)
• Specializzazioni di membrana asimmetriche
• Zone attive spesse ed estese
• Vescicole sinaptiche tondeggianti
• Spine dendritiche presenti
• Sinapsi inibitorie–> Tipo II Gray
• Localizzazione asso-somatica
• Fessure sinaptiche più piccole (20 nm)
• Specializzazioni di membrana simmetriche
• Zone attive meno spesse e poco estese
• Vescicole sinaptiche ovali
• Spine dendritiche assenti

Question 16

come funzionano le sinapsi in corrispondenza alle giunzioni neuro-muscolari?

Answer 16

L’assone del moto-neurone si ramifica, dando luogo ad una serie di bottoni sinaptici, che formano una struttura chiamata placca. Le vescicole sinaptiche il neurotrasmettitore (acetilcolina), che attraversa la fessura sinaptica e viene recepito dai recettori presenti sulla superficie della fibra muscolare.
La quantità di NT liberato è molto maggiore che nelle altre sinapsi e infatti ad ogni P d’A del motoneurone segue un P d’A nella fibra con conseguente contrazione.

Question 17

NT ad alto peso molecolare

Answer 17

Peptidi (encefalina, somatostatina, neuropeptide Y, sostanza P…)

Question 18

differenze nella sintesi e immagazzinamento tra NT a basso peso molecolare e NT ad alto peso molecolare

Answer 18

NT a basso peso molecolare:

• pescati come tali o prodotti nel citoplasma a partire da amminoacidi da enzimi
• racchiusi in vescicole sinaptiche
• trasportati da proteine “carriers”
• possono essere recuperati e riutilizzati

NT ad alto peso molecolare

• prodotti nel RER
• racchiusi in granuli secretori
• trasportati tramite trasporto asso-plasmatico anterogrado
• continuamente sintetizzati, non recuperabili

Question 19

catecolamine

Answer 19

dopamina, adrenalina, noradrenalina

derivano dalla tirosina

Question 20

come avviene la liberazione di NT?

Answer 20

1. potenziale d’azione causa depolarizzazione (cellula diventa momentaneamente positiva, Vm +40)
2. depolarizzazione causa apertura del canali ionici del calcio
3. calcio entra nella cellula e causa la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana della cellula, liberando il NT (fusione dovuta alla presenza di particolari proteine sulla superficie delle vescicole e quella interna della membrana, che si legano e collegano le due membrane col l’apertura del poro di fusione)

Question 21

cosa avviene (in relazione all’integrazione delle membrane delle vescicole con quella presinaptica) dopo l’esocitosi dei NT?

Answer 21

La membrana plasmatica non può continuare ad integrare le membrane delle vescicole, in quanto continuerebbe ad ingrandirsi. Per questo motivo, attraverso un processo di endocitosi, la membrana in eccesso viene recuperata e inviata alle cisterne, che sono particolari strutture finalizzate a riconoscere le parti di membrana “originali” e a ricostruire le vescicole

Question 22

in che cosa si differenzia la liberazione dei neuropeptidi da quella degli altri NT?

Answer 22

• non avviene a livello delle zone attive–> richiede concentrazioni di calcio più alte (treno di P’dA)
• Hanno un’azione più duratura e neuro-modulatoria (modulano gli effetti dei NT a basso peso molecolare)

Question 23

metodi di recupero dei NT

Answer 23

1) inattivazione enzimatica
2) diffusione
3) ricaptazione

Question 24

inattivazione enzimatica

Answer 24

È il meccanismo più rapido per bloccare, neutralizzare l’azione del NT. Un enzima specifico rompe in due la molecola di NT oppure ne modifica la struttura chimica, togliendo un gruppo funzionale, e rendendolo inattivo.

Question 25

diffusione (recupero NT)

Answer 25

La fessura sinaptica, benché molto stretta, non è uno spazio chiuso ma comunica con il resto dello spazio extracellulare. Parte del NT esce dalla fessura sinaptica e viene catturato dagli astrociti (che impediscano così che possa andare ad agire su cellule che non sono il suo bersaglio naturale). Gli astrociti sono poi in grado di restituire il NT alla cellula pre-sinaptica che lo può così riutilizzare.

Question 26

ricaptazione

Answer 26

La cellula pre-sinaptica possiede delle proteine di membrana in grado di riconoscere e legare il NT emesso (o i suoi metaboliti, nel caso sia stato inattivato). Quando il NT è legato esso viene introdotto all’interno della cellula.

Question 27

in che modo la frequenza di scarica del neurone pre-sinaptico influenza il neurone post-sinaptico, in relazione ai meccanismi di recupero dell’NT?

Answer 27

se il neurone pre-sinaptico scarica ad alta frequenza, verrà liberato molto NT e una gran quantità di questo riuscirà a superare i 3 meccanismi raggiungendo la membrana post-sinaptica.
Viceversa, se ci sono pochi Pd’A, il poco NT liberato sarà quasi interamente neutralizzato e non agirà sul neurone post-sinaptico.

Question 28

autocettori

Answer 28

recettori di membrana simili a quelli del neurone post-sinaptico ma presenti sul neurone pre-sinaptico, con funzione inibitoria e di controllo della liberazione dei NT.

Question 29

recettori per l’Ach

Answer 29

canali ionici formati da 5 sub-unità (2 unità alpha uguali), ciascuna fromata d 4 tratti di alpha elica paralleli che attraversano la membrana.

Il canale si apre quando 2 molecole di Ach si legano alle due sub-unità alpha (eccezione, solitamente solo 1 sito), facendo così circolare gli ioni di K+ e Na+ (soprattutto Na+)

Question 30

funzione dell’Ach nelle sinapsi delle giunzioni neuromuscolari

Answer 30

L’‘acetilcolina è il NT delle giunzioni muscolari, che dopo essere stato rilasciato dal neurone pre-sinaptico, giunge alla pieghe giunzionali della cellula post-sinaptica, dove si aggancia ai recettori per l’acetilcolina (canali ionici che si aprono in presenza dell’acetilcolina)

Question 31

recettori nicotinici

Answer 31

canale ionico per l’acetilcolina che si trova nella giunzione neuro-muscolare (dal nome della sostanza che ne aumenta l’efficacia)

Question 32

recettori muscarinici

Answer 32

canale ionico dotti di recettore, proteina G (sinapsi indiretta) per l’acetilcolina

Question 33

ciclo dell’ Ach nel terminale sinaptico

Answer 33

1) Ach prodotta dal neurone pre-sinaptico e inglobato nelle vescicole
2) vescicole si fondono con la membrana e rilasciano l’Ach nella fessura sinaptica
3) l’enzima acetilcolinesterasi degrada l’Ach in colina e acido acetico
4) l’acido acetico viene riassunto da qualsiasi cellula (anche astrociti), mentre la colina viene ri-captata dal neurone pre-sinaptico attraverso uno specifico trasportatore e viene riconcentrata nella cellula
5) nella cellula colina e acido acetico vengono legati da degli enzimi, ricostruendo l’acetilcolina
6) acetilcolina ritrasportata dentro le vescicole

Question 34

glutammato

Answer 34

principale NT delle sinapsi eccitatorie, che presentano molti tipi di canali diversi per il glutammato, sia in cellule diverse che nella stessa sinapsi

Question 35

come funzionano i recettori per il glutammato

Answer 35

liberazione del NT Glutammato fa aprire i canali cationici della membrana post-sinaptica. A differenza della giunzione n.m., ciascuna sinapsi del SNC contribuisce con un piccolissimo PPSE (meno di 1 mV); tuttavia, la somma di molte piccole sinapsi eccitatorie può far variare il potenziale di membrana della cellula post-sinaptica, fino a causare dei pd’A

Question 36

come funziona il recettore NMDA

Answer 36

• oltre che al K+ e al Na+ esso, quando si apre, è permeabile al Ca2+–>non è particolarmente selettivo (il calcio entra anche più prontamente del sodio ed inoltre può influire sul metabolismo cellulare);
• in condizioni normali, di riposo della cellula, il canale è ostruito da Mg++ (ione magnesio) e anche dopo che il glutammato si è legato e il canale si è aperto, non può essere attraversato dagli ioni. Il canale diventa permeabile solo quando si superano i –35 mV e il Mg++ si stacca, e Ca2 Na+ e K+ sono liberi di fluire liberamente –>Questa dipendenza dal voltaggio ne causa l’apertura tardiva

Question 37

caratteristiche del recettore NMDA

Answer 37

• ->In una sinapsi recettori NMDA si trovano sempre accoppiati agli altri tipi più tradizionali di recettori per il glutammato (AMPA o Kainato).
• ->I recettori NMDA non contribuiscono direttamente alla genesi del PPSE, ma forniscono una componente tardiva che aumenta l’effetto dovuto ai canali tradizionali e prolunga la durata dell’eccitazione della cellula post-sinaptica.
• ->L’entrata del calcio attraverso i canali NMDA può produrre dei cambiamenti a lungo termine nella cellula post-sinaptica. Il calcio, infatti, nella cellula post sinaptica funziona come una sorta di secondo messaggero chimico, ossia attiva una serie di reazioni interne e di enzimi specifici, modificando il metabolismo cellulare.
• ->I recettori NMDA svolgono importanti funzioni di modificazione della cellula post sinaptica in seguito all’entrata del calcio, tra le quali il consolidamento della traccia mnestica nei neuroni dei circuiti che presiedono alla formazione delle memorie.

Question 38

NT delle sinapsi inibitorie

Answer 38

GABA è il NT delle sinapsi dirette inibitorie (designato come GABAA per distinguerlo dal recettore GABAB che si trova nelle sinapsi indirette e non è un canale ionico)

Question 39

come funziona il recettore GABAA

Answer 39

1) liberazione del GABAA fa aprire i canali anionici permeabili al Cl-
2) poiché Cl- è negativo, causa un’ iper-polarizzazione della cellula, rendendola più negativa e allontanandosi dal valore di soglia (-67mV)

Question 40

caratteristiche del recettore GABAA

Answer 40

• ->è canale molto complesso che oltre al sito per il NT possiede altri siti cui si legano selettivamente sostanze come i barbiturici, le benzodiazepine o l’alcool etilico.
• ->formato da 5 diverse sub-unità, con diverse varianti per ciascuna unità (circa una decina per la sola sub-unità α). Combinando in modo diverso queste sub-unità è possibile ottenere migliaia di diverse combinazioni, ognuna con piccole differenze nel funzionamento (motivo per cui alcuni farmaci agiscono selettivamente su certe funzioni, ma non su altri circuiti che utilizzano lo stesso NT)

Question 41

sinapsi asso-assoniche

Answer 41

sinapsi che trasmettono l’impulso a livello dell’assone della cellula post-sinaptica, che possono essere sia inibitorie che modulatorie (regolano il funzio8namento della sinapsi).

Question 42

modulazione di una sinapsi asso-assonica

Answer 42

L’attività del neurone pre-sinaptico A può aumentare o diminuire la quantità di NT rilasciato dal neurone pre-sinaptico B. Ad esempio se B è eccitatorio, la sua attività eccita C, ma se contemporaneamente scarica anche il neurone A, inibitorio, l’influenza su C sarà trascurabile.

Question 43

inibizione per deviazione

Answer 43

In alcuni casi quando si aprono i canali Cl- non si ha alcun afflusso netto di cloro. Questo avviene se il potenziale di membrana coincide con il potenziale di equilibrio per il cloro.

L’ inibizione per derivazione funziona solo se la sinapsi inibitoria è posta tra la sinapsi eccitatoria e il cono d‘integrazione. Questo è un altro motivo per cui le sinapsi inibitorie sono poste sul soma, vicino al monticolo assonico.

Question 44

che ruolo ha la proteina G nella sinapsi indiretta?

Answer 44

Nella sinapsi metabo-tropica, il NT viene captato da un recettore di membrana (proteina transmembranica formata da sequenza amminoacidica costituita da 7 tratti alpha-elica), il quale è associato ad una proteina G, la quale si scinde in più sub-unità

Question 45

via breve (sinapsi indiretta)

Answer 45

1) NT captato da recettore
2) recettore attiva proteina G
3) proteina G si muove lungo la membrana fino a quando non incontra un canale ionico
4) proteina G modifica configurazione del canale (ex. rendendolo permeabile)

Question 46

cascata del II messaggero (sinapsi indiretta)

Answer 46

1) NT captato da recettore
2) recettore attiva proteina G
3) proteina G attiva un enzima
4) enzima produce molecola solubile (II messaggero)
5) II messaggero modifica fisiologia della cellula e va ad attivare un altro enzima
6) enzima modifica permeabilità del canale ionico

Question 47

II messaggero

Answer 47

molecola solubile prodotta dagli enzimi nel corso della sinapsi indiretta, in grado di diffondere nel citoplasma e di agire come NT interno. Oltre ad attivare i sistemi a valle che andranno a influenzare i canali ionici, influenza anche il metabolismo cellulare, l’espressione genica e la sintesi delle proteine (effetti molto più duraturi sulla cellula del potenziale elettrico).

Question 48

cos’è l’AMPc e che funzione ha?

Answer 48

l’adenososi-monofosfato ciclico è un II messaggero ed è una molecola simile all’ATP.

In una sinapsi indiretta

• la proteina G attiva l’enzima adenilato ciclasi (enzima)
• adenilato ciclasi attiva AMPc (II messaggero)
• l’AMPc attiva la protein-chinasi (enzima)
• protein chinasi cede un fosforo al canale ionico, attivandolo

Question 49

caratteristiche distintive delle sinapsi indirette

Answer 49

1) consentono amplificazione del segnale (1 mol. di NT può attivare fino a 10.000 canali ionici)
2) gli effetti delle sinapsi indirette influenzano anche parti molto lontane della cellula (molecole II messaggero sono solubili, si diffondono a grande distanza)
3) gli effetti delle sinapsi indirette permangono a lungo, anche dopo che il NT è stato completamente rimosso
4) effetti sul neurone post-sinaptico sono notevolmente ritardati
5) la sinapsi indiretta influenza molteplici aspetti della fisiologia cellulare, come la trascrizione degli RNA messaggeri e quindi la sintesi delle proteine
6) sinapsi indirette permettono modulazione e integrazione con i meccanismi fisiologici della cellula.

Question 50

sinapsi neuromodulatorie

Answer 50

tipologia di sinapsi (oltre a quelle dirette e indirette) che:

1) non modificano i Vm della cellula post-sinaptica, ma riducono/potenziano l’effetto di altri NT
2) hanno fessure sinaptiche più ampie–> NT diffonde alle cellule vicine
3) si presentano combinate all’azione di un NT (entrambe eccitatorie)

Question 51

integrazione dei potenziali post-sinaptici (sinapsi dirette)

Answer 51

Ciascun neurone riceve contatti sinaptici da numerosi altri neuroni. Un numero variabile di sinapsi (da alcune decine a diverse migliaia) influenza con la loro azione l’attività elettrica del neurone. Tutte queste informazioni vengono integrate nella zona d’integrazione, il monticolo assonico.

l’integrazione ei pps dipende da:

• sommazione spaziale
• sommazione temporale

Question 52

fattori che influenzano la frequenza di scarica di un neurone

Answer 52

1) n. di contatti sinaptici eccitatori/inibitori (maggiore è la depolarizzazione, maggiore è la frequenza di scarica)
2) zona di contatto sinaptico
3) costante di spazio e di tempo delle diverse porzioni del neurone

tutti questi fattori influenzano il potenziale di membrana del neurone a livello della zona d’integrazione (monticolo assonico), determinando la frequenza dei p d’A

Question 53

sommazione spaziale

Answer 53

somma “aritmetica” dei pps (eccitatorii/inibitorii):

• 2 PPSE si sommano, dando luogo ad una depolarizzazione maggiore
• 1 PPSE e 1 PPSI di egual intensità si neutralizzano (potenziale di membrana non si modifica)

L’integrazione spaziale dei pps dipende da:

1) geometria della sinapsi
2) costante di spazio

Question 54

geometria della sinapsi

Answer 54

1. Tanto più vicina è una sinapsi al monticolo assonico, tanto maggiore sarà il suo effetto;
2. A parità di distanza le sinapsi di tipo eccitatorio producono PPS più ampi;
3. Per avere uguale efficacia le sinapsi inibitorie devono essere più vicine alla zona di integrazione (se sinapsi inibitorie sono più lontane, prevale l’eccitazione).

Question 55

costante di spazio

Answer 55

L’efficacia di una sinapsi diminuisce con la distanza, ma ciò avviene in modo diverso da cellula a cellula o anche in parti diverse della stessa cellula. Il grado di attenuazione del segnale può essere definito con un valore numerico, la costante di spazio = la distanza alla quale il valore del PPS è scesa al 37% del suo valore iniziale–>tanto più lontano misurerò che il mio potenziale rispetto al suo valore iniziale sta mantenendo ancora almeno un terzo del suo valore

Question 56

fattori che influenzano la costanza di spazio

Answer 56

1) sezione del dendrite: tanto più grande è il dendrite tanto più distante viene condotto il potenziale post sinaptico eccitatorio
2) resistenza della membrana: meno canali ionici sono aperti, tanto più lontano viene condotto il PPS 8canali ionici aperti –> dissipazione del segnale

Question 57

sommazione temporale

Answer 57

L’effetto dei PPS non cessa immediatamente dopo la stimolazione del neurone ma si prolunga per un certo tempo, decrescendo nel tempo dopo che la stimolazione è cessata.

• Se due PPSE (o due PPSI) sono distanziati nel tempo, il secondo sopraggiungerà quando l’effetto del primo sarà già del tutto svanito.
• Se due PPSE (o due PPSI) sono ravvicinati nel tempo, il secondo sopraggiungerà quando la cellula sarà ancora influenzata dal primo e i due effetti si sommeranno.

La sommazione temporale (il tempo durante il quale un dendrite rimane eccitato) dipende dalla costante di tempo

Question 58

costante di tempo

Answer 58

La costante di tempo è determinata dalle caratteristiche della membrana e varia tra neurone e neurone e anche tra porzioni diverse dello stesso neurone.
–> Essa definisce il tempo dopo il quale il valore del potenziale è sceso al 37% del suo valore iniziale. Questo tempo di solito varia tra 1 ms e 20 ms.

La costante di tempo influisce in modo determinante sulla frequenza di scarica di un neurone se cambia la costante di tempo cambieranno anche il tempo di durata del potenziale elettrico eccitatorio e la frequenza del potenziale d’azione della cellula post sinaptica.