Sistema nervoso e sinapsi Flashcards
Sinapsi
La sinapsi è una struttura che permette la COMUNICAZIONE tra NEURONI o tra NEURONI E ORGANI EFFETTORI.
Nel sistema nervoso ci sono due tipi di sinapsi:
- ELETTRICHE: permettono la trasmissione dei messaggi tra neuroni e tra neuroni e cellule gliali mediante le GIUNZIONI COMUNICANTI
- CHIMICHE: funzionano mediante il rilascio di NEUROTRASMETTITORI che attivano meccanismi trasduzionali nelle cellule bersaglio
Sinapsi elettriche
Sono presenti tra neuroni e tra neuroni e cellule gliali. A livello di queste sinapsi le membrane cellulari di cellule adiacenti sono collegate mediante GIUNZIONI COMUNICANTI (gap junction) in modo tale che un segnale elettrico possa propagarsi direttamente ad una cellula adiacente grazie al flusso di ioni attraverso tali giunzioni.
La comunicazione può essere eccitatoria o inibitoria a livello della stessa sinapsi, dal momento che attraverso tali giunzioni può essere condotta una corrente depolarizzante o iperpolarizzante.
Alcune sinapsi elettriche sono sempre attive mentre altre sembrano avere dei meccanismi di gating che permettono il passaggio della corrente solo in particolari condizioni
Sinapsi chimiche
Nella sinapsi chimica un neurone secerne un neurotrasmettitore nello spazio extracellulare in risposta ad un potenziale d’azione che arriva sulla terminazione sinaptica. Il neurotrasmettitore si lega successivamente ad un recettore presente sulla membrana cellulare di una seconda cellula in modo tale da dar luogo ad un segnale elettrico che potrà o meno portare alla generazione di un potenziale d’azione.
Il primo neurone che trasmette segnali al secondo è definito NEURONE PRESINAPTICO. Il secondo neurone che riceve segnali dal primo è detto NEURONE POSTSINAPTICO. Il piccolo spazio interposto tra i neuroni presinaptico e postsinaptico è detto FESSURA SINAPTICA
Come funziona una sinapsi chimica
Il terminale assonico del neurone presinaptico rilascia un neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Le molecole di neurotrasmettitore sono contenute nelle VESCICOLE SINAPTICHE, ossia vescicole legate alla membrana sinaptica contenute nel terminale assonico.
Una volta rilasciato nella fessura sinaptica, il NEUROTRASMETTITORE diffonde rapidamente attraverso lo spazio sinaptico per legarsi ai RECETTORI posizionati sulla membrana postsinaptica. L’interazione recettore-neurotrasmettitore produce una risposta a livello postsinaptico attraverso un MECCANISMO DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE.
- Nella membrana dei terminali assonici sono presenti numerosi CANALI VOLTAGGIO-DIPENDENTI per il CALCIO che si aprono quando la membrana del terminale sinaptico è DEPOLARIZZATA all’arrivo del potenziale d’azione
- Quando i canali per il calcio si aprono, gli ioni CALCIO penetrano nel TERMINALE ASSONICO seguendo il loro gradiente elettrochimico, aumentando la concentrazione di calcio citosolico
- Il calcio determina la FUSIONE delle VESCICOLE SINAPTICHE con specifici SITI DI ATTACCO presenti sulla superficie interna della membrana presinaptica, determinando l’ESOCITOSI e quindi il RILASCIO del NEUROTRASMETTITORE nella fessura sinaptica
4-5. Una volta liberato nella fessura sinaptica, il NEUROTRASMETTITORE diffonde in direzione della membrana del NEURONE POST-SINAPTICO interagendo con SPECIFICI RECETTORI DI MEMBRANA e generando una RISPOSTA nel neurone postsinaptico. Il legame del neurotrasmettitore con il recettore è un evento breve e reversibile
- Vari processi ALLONTANANO rapidamente il NEUROTRASMETTITORE dalla fessura sinaptica ARRESTANDO la propagazione del SEGNALE. Alcune molecole di neurotrasmettitore sono DEGRADATE da specifici ENZIMI che possono essere localizzati sulla membrana postsinaptica, su quella presinaptica, sulla membrana plasmatica di cellule gliali vicine o anche nel citoplasma del neurone presinaptico o delle cellule gliali
- Altre molecole di neurotrasmettitore possono essere ATTIVAMENTE TRASPORTATE a ritroso nel NEURONE PRESINAPTICO da cui erano state rilasciate, processo noto come RICAPTAZIONE o REUPTAKE
- Una volta all’interno del neurone, tali molecole di NEUROTRASMETTITORE vengono DEGRADATE e i PRODOTTI derivanti dal loro catabolismo vengono RICICLATI per sintetizzare nuove molecole di neurotrasmettitore.
Infine, altre molecole di neurotrasmettitore vengono ALLONTANATE dalla regione postsinaptica mediante DIFFUSIONE nel LIQUIDO EXTRACELLULARE. Quindi i neurotrasmettitori che non interagiscono con il proprio recettore sono allontanati dalla fessura sinaptica
Meccanismi di trasduzione del segnale
I neurotrasmettitori possono indurre nel neurone postsinaptico una risposta veloce o lenta.
La RISPOSTA VELOCE si verifica quando un neurotrasmettitore si lega ad un RECETTORE-CANALE detto anche RECETTORE IONOTROPO, tutti i recettori-canale sono canali ionici ligando-dipendenti. Il LEGAME del neurotrasmettitore APRE il CANALE IONICO, permettendo ad un singolo tipo di ione o a differenti ioni di ATTRAVERSARE la MEMBRANA cellulare del neurone postsinaptico MODIFICANDONE il POTENZIALE. Tale variazione del potenziale di membrana che prende il nome di POTENZIALE POST-SINAPTICO o PPS, si verifica RAPIDAMENTE ed altrettanto rapidamente scompare in quanto il canale si chiude appena il neurotrasmettitore si stacca dal recettore.
Le RISPOSTE LENTE sono dovute al legame del neurotrasmettitore a RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G. Tali recettori sono noti come RECETTORI METABOTROPI. Nel sistema nervoso, le proteine G possono innescare l’APERTURA o la CHIUSURA dei CANALI IONICI, in relazione al tipo di sinapsi. I canali ionici regolati da proteine G rispondono al legame con il neurotrasmettitore in modo più lento. L’apertura o la chiusura dei canali ALTERA la PERMEABILITA’ DELLA MEMBRANA POST-SINAPTICA con conseguenti modificazioni delle proprietà elettriche della cellula. La proteina G può fungere da connessione tra il recettore che interagisce con il neurotrasmettitore ed il canale ionico o può innescare l’attivazione o l’inibizione di un sistema di SECONDI MESSAGGERI che attiva o inibisce l’apertura del canale.
A seconda del tipo di canale aperto o chiuso si potrà avere depolarizzazione o iperpolarizzazione della membrana.
Una DEPOLARIZZAZIONE è considerata un evento ECCITATORIO perché porta il potenziale di membrana più VICINO al VALORE SOGLIA per la generazione di un POTENZIALE D’AZIONE.
Una IPERPOLARIZZAZIONE è considerata un evento INIBITORIO in quanto ALLONTANA il potenziale di membrana dal VALORE SOGLIA.
Il tipo di risposta è sempre lo stesso e la sinapsi è classificata come eccitatoria o come inibitoria
Sinapsi eccitatorie
Una sinapsi eccitatoria è una sinapsi che porta il potenziale della membrana postsinaptica a valori più vicini al valore soglia per la genesi di un potenziale d’azione. Questa DEPOLARIZZAZIONE è definita POTENZIALE POST-SINAPTICO ECCITATORIO (PPSE) e può nascere come risposta lenta o veloce. I potenziali postsinaptici eccitatori sono POTENZIALI GRADUATI la cui ampiezza di depolarizzazione cresce in funzione del numero di molecole di neurotrasmettitore che si legano ai recettori.
I potenziali postsinaptici eccitatori VELOCI sono determinati dal LEGAME del neurotrasmettitore con il proprio recettore postsinaptico che si apre permettendo agli ioni sodio e potassio di muoversi attraverso la membrana. Quando si APRE un CANALE IONICO permeabile al sodio e al potassio, il flusso del SODIO verso l’interno PREVALE su quello del potassio verso l’esterno provocando una DEPOLARIZZAZIONE che dura alcuni millisecondi.
I potenziali postsinaptici eccitatori LENTI possono essere determinati da un meccanismo generato dalla CHIUSURA di CANALI PER IL POTASSIO mediata dal secondo messaggero cAMP. Quando il neurotrasmettitore interagisce con un recettore ed ATTIVA una PROTEINA G, quest’ultima attiva l’enzima ADENILATO CICLASI che catalizza la conversione dell’ATP in cAMP. Il cAMP agisce come secondo messaggero attivando la PROTEIN CHINASI A che catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato al canale per il potassio determinandone la chiusura. La FOSFORILAZIONE del CANALE per il potassio determina una minore fuoriuscita di questo ione dalla cellula inducendo una DEPOLARIZZAZIONE (prima della fosforilazione i canali erano aperti e ioni potassio fuoriuscivano e ione sodio entravano nella cellula in modo bilanciato)
Sinapsi inibitorie
Una sinapsi inibitoria funziona allontanando il potenziale di membrana del neurone postsinaptico dal valore soglia IPERPOLARIZZANDO il neurone o stabilizzando il potenziale di membrana al VALORE DI RIPOSO.
Nelle sinapsi inibitorie, il LEGAME con il neurotrasmettitore con il recettore APRE i CANALI per il POTASSIO. Quando un neurotrasmettitore causa l’apertura di canali per il potassio, il potassio FUORIESCE dalla cellula, IPERPOLARIZZANDOLA e generando un POTENZIALE POST-SINAPTICO INIBITORIO (PPSI). Un potenziale postsinaptico inibitorio è un POTENZIALE GRADUATO in quanto condizionato dal numero di molecole di neurotrasmettitore che si legano ai recettori: più molecole si legano, maggiore è il numero di canali per il potassio che si aprono e maggiore risulterà l’iperpolarizzazione
Integrazione neuronale
Nella DIVERGENZA, un singolo neurone INVIA segnali a molti altri neuroni.
Nella CONVERGENZA, un singolo neurone RICEVE segnali da molti altri neuroni.
A causa della convergenza una singola sinapsi non è determinante per la genesi di un potenziale d’azione a livello postsinaptico.
Il MONTICOLO ASSONICO del NEURONE POST-SINAPTICO funziona come un INTEGRATORE DI SEGNALI IN ARRIVO sommando tutti gli input che arrivano da tutte le sinapsi attive.
La SOMMAZIONE algebrica dei PPSE e PPSI è definita INTEGRAZIONE NEURONALE ed opera seguendo una regola: un potenziale d’azione viene generato solo quando il potenziale di membrana è depolarizzato fino al valore soglia a livello del monticolo assonico; se il potenziale di membrana rimane sottosoglia, non si genera alcun potenziale d’azione
Sommazione temporale e spaziale
Poiché i PPSE e i PPSI sono potenziali graduati, essi sono capaci di sommarsi tra loro. Tale sommazione può essere spaziale o temporale.
Nella SOMMAZIONE TEMPORALE, due o più potenziali sono generati in rapida successione a livello della stessa sinapsi. In questo modo, un potenziale postsinaptico non ha il tempo di dissiparsi prima dell’arrivo del successivo. Quando si verifica tale evento, i potenziali postsinaptici si sovrappongono in modo tale che la risultante depolarizzazione o iperpolarizzazione sia di ampiezza maggiore di quelle dei singoli potenziali postsinaptici.
Nella SOMMAZIONE SPAZIALE, due o più potenziali postsinaptici originati da diverse sinapsi sono generati quasi contemporaneamente in modo tale da potersi sommare tra loro
Neurotrasmettitori
- Deve essere sintetizzato e rilasciato dal neurone presinaptico
- Deve essere rilasciato, in una forma chimicamente o farmacologicamente caratterizzabile, durante l’attività del neurone presinaptico ed il rilascio deve essere Ca2+-dipendente
- Sulla cellula postsinaptica devono essere presenti recettori specifici e, se applicato direttamente su una cellula postsinaptica, deve evocare esattamente gli stessi effetti di una stimolazione presinaptica
- La sua azione deve essere bloccata dagli stessi agenti farmacologici (antagonisti) che bloccano la trasmissione naturale di quella data sinapsi con una modalità dose-dipendente
- Deve esistere un meccanismo appropriato di terminazione dell’azione del neurotrasmettitore putativo
La loro azione dipende dal tipo di recettore con cui interagiscono
Acetilcolina
L’acetilcolina (ACh) è rilasciata da NEURONI del sistema nervoso CENTRALE e PERIFERICO.
L’acetilcolina è sintetizzata nel citoplasma dei TERMINALI ASSONICI a partire dall’ACETIL COENZIMA A (CoA) e dalla COLINA ad opera dell’enzima COLINA ACETILTRASFERASI (CAT). Una volta sintetizzata, l’acetilcolina è immagazzinata nelle VESCICOLE SINAPTICHE fin quando un POTENZIALE D’AZIONE non ne determina il rilascio per ESOCITOSI.
Dopo il rilascio, l’acetilcolina si lega ai RECETTORI POST-SINAPTICI (recettori colinergici) e/o viene catabolizzata dall’enzima ACETILCOLINESTERASI (AChE) presente a livello pre e postsinaptico. L’acetilcolinesterasi catalizza la SCISSIONE dell’acetilcolina in ione ACETATO e COLINA.
La COLINA prodotta è ricaptata dal terminale presinaptico mediante TRASPORTO ATTIVO e viene usata per la SINTESI di nuova ACETILCOLINA.
L’ACETATO diffonde e si allontana dalla fessura sinaptica penetrando nel TORRENTE EMATICO.
Neuroni colinergici: neuroni che sintetizzano e rilasciano acetilcolina
Recettori per l’acetilcolina
I recettori per l’acetilcolina sono di due tipi: nicotinici e muscarinici.
La NICOTINA lega i RECETTORI NICOTINICI ma non quelli muscarinici e la MUSCARINA lega i RECETTORI MUSCARINICI ma non quelli nicotinici.
I RECETTORI COLINERGICI NICOTINICI sono IONOTROPI. La loro interazione con l’acetilcolina attiva l’APERTURA di CANALI che permettono al sodio e al potassio di attraversare la membrana determinando la GENESI di un PPSE nel neurone postsinaptico. Sono localizzati in molte aree del SNP (es. cellule del muscolo scheletrico) e anche in alcune regione del SNC.
I RECETTORI COLINERGICI MUSCARINICI sono recettori METABOTROPI ed operano attraverso le PROTEINE G. Questi recettori possono aprire o chiudere CANALI IONICI oppure attivare o inibire un enzima che catalizza la produzione di un SECONDO MESSAGGERO. Gli effetti sulle cellule postsinaptiche possono essere eccitatori o inibitori. Predominano nel SNC
Ammine biogene
Rappresentano una classe di neurotrasmettitori derivanti dagli amminoacidi.
Le ammine biogene includono le CATECOLAMMINE, la SEROTONINA e l’ISTAMINA.
Le catecolammine includono la DOPAMINA, l’ADRENALINA e la NORADRENALINA.
Le ammine biogene sono sintetizzate nel citoplasma del terminale assonico e immagazzinate in vescicole sinaptiche.
Le differenti catecolammine si legano a specifici recettori detti RECETTORI ADRENERGICI che appartengono a due classi principali ALFA e BETA con delle sottoclassi ciascuno.
I recettori che legano la dopamina sono detti RECETTORI DOPAMINERGICI.
Dopo il rilascio, le catecolammine sono degradate da due enzimi, le MONOAMMINOSSIDASI (MAO) presenti nella fessura sinaptica, nel terminale assonico del neurone che ha rilasciato il neurotrasmettitore e in alcune cellule gliali e le CATECOL-O-METILTRASFERASI (COMT) presenti nella fessura sinaptica.
La SEROTONINA è presente nel SNC, soprattutto nel tronco encefalico. Alcune funzioni della serotonina comprendono la REGOLAZIONE del SONNO e delle EMOZIONI.
L’ISTAMINA è rilasciata da cellule non neuronali durante le REAZIONI ALLERGICHE e può funzionare come neurotrasmettitore. È presente nel SNC soprattutto nell’ipotalamo
Neurotrasmettitori amminoacidici
Sono i più comuni nel SNC.
L’ASPARTATO e il GLUTAMMATO sono neurotrasmettitori ECCITATORI, mentre la GLICINA e l’ACIDO GAMMA AMMINO BUTIRRICO (GABA) sono INIBITORI.
Il glutammato è il neurotrasmettitore eccitatorio più come nel SNC.
Il GABA è il neurotrasmettitore inibitorio più comune nel SNC
Purine
L’ATP è la sorgente energetica principale dei processi cellulari. Viene sintetizzato dall’ADP e quando vi è bisogno di energia catabolizzato ad ADP.
L’ATP è il neurotrasmettitore principale nel sistema nervoso enterico (sistema gastrointestinale). Funziona come neurotrasmettitore nel SNP e nel SNC dove sono stati identificati molti recettori purinergici. Una volta rilasciato nello spazio sinaptico, il neurotrasmettitore può essere degradato da enzimi (nucleosidasi)
