Trasmissione sinaptica 13 ottobre 2004 sinapsi Sono siti di contatto specializzati che permettono la trasmissione del segnale nervoso da un neurone all’altro Sono quindi elementi di raccordo tra cellule nervose trasmissione sinaptica È un argomento molto vasto e importante Tutte le operazioni del sistema nervoso sono basate sulla trasmissione sinaptica, che quindi deve essere studiata per capire •Effetti dei farmaci psicoattivi •Cause dei disordini mentali •Basi neurali della memoria e dell’apprendimento tipi di sinapsi Sinapsi elettriche Sinapsi chimiche Sono forme primitive di sinapsi e non sono molto frequenti. Sono le forme più frequenti di sinapsi La variazione del potenziale di membrana di una cellula viene trasmesso ad un’altra adiacente per flusso diretto di corrente Si trovano nel SNC e periferico dei vertebrati e degli invertebrati dove si rende necessaria un’alta velocità di connessione e sincronizzazione nell’attività di neuroni vicini La variazione del potenziale di membrana di una cellula viene trasmesso ad un’altra adiacente per liberazione di un trasmettitore chimico innescata dal potenziale di azione del neurone presinaptico. Il trasmettitore chimico va ad agire su proteine specializzate della membrana post-sinaptica modificandone la permeabilità agli ioni Sinapsi elettriche morfologia l’onda di depolarizzazione del potenziale d’azione passa da una cellula all’altra attraverso una struttura specializzata, la giunzione comunicante Connessone: è costituito da 6 subunità proteiche disposte ad esagono che circondano un canale permeabile all’acqua. Le sinapsi elettriche sono unite per mezzo di gap a forma di placca, fra le quali decorre uno spazio inferiore ai 3 nm Sono tra i pori più larghi che si conoscano. Il loro diametro è tale da permettere il passaggio dei maggiori ioni cellulari e micromolecole organiche Sinapsi elettriche caratteristiche •ha sempre carattere eccitatorio •Velocità - non c’è il ritardo sinaptico tipico delle sinapsi chimiche •Bidirezionalità – normalmente la trasmissione dell’impulso può avvenire nei due sensi, cosa fisiologicamente impossibile per le sinapsi chimiche. •Non permettono l’integrazione di più segnali sinaptici • Quando serve rapidità nella trasmissione del segnale (ad esempio nei circuiti che presiedono ai sistemi di fuga dei pesci e dei molluschi o nel sistema visivo dei vertebrati) • Quando è richiesta la sincronizzazione nell’attività di più cellule ( ad esempio nel muscolo cardiaco nel quale le fibre devono contrarsi in sintonia) Sinapsi chimiche 1 Arriva l’impulso elettrico sotto forma di potenziale d’azione 2 Stimolazione della liberazione di NT nello spazio intersinaptico terminazione presinaptica Fessura sinaptica terminazione postsinaptica 3 Arrivo del NT ai recettori delle terminazione postsinaptica 4 Modifica della permeabilità della membrana al passaggio di ioni, generazione di un PPS Lo spazio intersinaptico è 10 volte maggiore di quello che separa le membrane nelle sinapsi elettriche Sinapsi chimiche morfologia Terminale assonico o elemento presinaptico Granuli secretori Mitocondri energia per • sintesi e trasporto di NT • Attività enzimatica • Pompe Ca e pompe Na/K contengono NT peptidici Zone Attive Vescicole sinaptiche contengono NT a basso peso molecolare Recettori contengono NT a basso peso molecolare Sono i siti di rilascio del neurotrasmettitore Densità postsinaptica Contiene i recettori per il neurotrasmettitore – vi avviene la riconversione tra “segnale chimico” e “elettrico” Sinapsi… del Sistema Nervoso Centrale sinapsi tra neurone neurone Giunzione neuromuscolare sinapsi tra motoneuroni del midollo spinale muscoli scheletrici Sinapsi del SNC - configurazioni A seconda di quale sia la parte postsinaptica del neurone si distingue assodendritica assosomatica assoassonica Sinapsi del SNC – “tipi di Gray” A seconda del rapporto tra lo spessore di terminazione pre- e postsinaptica si distingue: I tipo di Gray generalmente sono sinapsi di tipo eccitatorio II tipo di Gray generalmente sono sinapsi di tipo inibitorio Giunzione neuromuscolare È la sinapsi tra i motoneuroni e le fibre dei muscoli scheletrici L’assone dei motoneuroni in prossimità della fibra muscolare si ramifica in una serie di bottoni pre-sinaptici ravvicinati in una struttura chiamata placca motrice Il NT usato nelle giunzioni neuromuscolari è l’acetilcolina Giunzione neuromuscolare caratteristiche Le caratteristiche di questa particolare sinapsi sono • Grandezza: è una delle sinapsi più grandi del corpo • Terminazione presinaptica con alto numero di zone attive •Superficie postsinaptica a pieghe –> ampia superficie recettoriale •Allineamento zone attive presinaptiche – zone recettoriali postsinaptiche La trasmissione sinaptica in questa struttura è veloce e affidabile Meccanismi sinapsi chimica Sono neccessari meccanismi specifici per ognuna delle seguenti azioni Sintesi e rifornimento NT nelle vescicole Riversamento del NT nella fessura in risposta ai P d’A Produzione della risposta al neurotrasmetitore Rimozione del neurotrasmettitore dalla fessura sinaptica Neuro- trasmettitori Rientrano i 3 categorie chimiche Aminoacidi Amine Peptiti Molecole piccole Contenute nelle vescicole Molecole grandi Contenute nei granuli secretori Tutti questi tipi di neurotrasmettitori possono coesistere nella stessa giunzione presinaptica Vengono rilasciati in condizioni di stimolazione diversa Trasmissione sinaptica veloce giunzioni neuromuscolari Trasmissione sinaptica veloce Trasmissione sinaptica veloce giunzioni neuromuscolari Trasmissione sinaptica veloce •nella genesi del vomito, •nella regolazione della secrezione di alcuni ormoni, •in patologie come il Morbo di Parkinson (carenza di dopamina a livello centrale) •implicata trasmissione della 'sensazione di gratificazione’, cioè del piacere. •· l'umore (molti farmaci antidepressivi agiscono proprio aumentando la quantità di serotonina a livello delle terminazioni nervose), •· il sonno e veglia. •· percezione di sensazioni allucinogene Sintesi e trasporto dei NT 1 2 NT a piccole molecole I neurotrasmettitori vengono costituiti nel citosol della cellula dai vari precursori metabolici per mezzo dell’azione di specifici enzimi sintetizzatori I neurotrasmettitori presenti nel citosol vengono inglobati nelle vescicole per mezzo di speciali proteine dette trasportatori che si trovano sulla membrana delle vescicole Sintesi e trasporto dei NT 1 2 3 NT peptidici I peptidi vengono sintetizzati a partire dagli amminoacidi nel reticolo endoplasmatico rugoso. Il peptide viene scisso nella forma attiva nell’organo del Golgi, i granuli secretori con NT si staccano dall’organo del Golgi I granuli vengono condotti al terminale mediante il trasporto assoplasmatico Rilascio del NT Il rilascio del NT è attivato dall’arrivo di un P d’A Con l’arrivo del P d’A si ha la depolarizzazione della membrana La depolarizzazione provoca l’apertura dei canali del Ca L’innalzamento della concentrazione degli ioni Ca2+ provoca il rilascio del trasmettitore da parte delle vescicole tramite un processo di esocitosi, fusione della vescicola con la membrana presinaptica nella zona attiva Rilascio del NT esocitosi In condizioni di alta concentrazione di Ca2+ nel citoplasma la membrana della vescicola e quella della terminazione presinaptica si fondono, formando dapprima un poro di fusione e quindi venendo a far parte completamente della membrana del terminale assonico L’esocitosi è un processo molto rapido per i NT amminici, più lento per gli NT peptidici Rilascio del NT esocitosi Superficie esterna della zona attiva della giunzione neuromuscolare di rana Probabilmente Canali Ca2+ Poro di fusione esocitotica Stimolazione selettiva Il rilascio dei peptidi dai granuli avviene lontano dalle zone attive del recettore e in seguito a treni di Pd’A ad alta frequenza La liberazione dei peptidi è più lenta che per aminici e aminoacidici Recettori ed effettori del NT I recettori per i neurotrasmettitori, collocati sulla membrana della terminazione postsinaptica, possono essere divisi in due categorie canali ionici trasmettitore-dipendenti o recettori accoppiati alla proteina G recettori ionotropici trasmissione diretta o recettori metabotropici trasmissione indiretta Canali ionici trasmettitore-dipendenti (da non confondersi con i canali ionici voltaggio dipendenti) Sono proteine transmembrana consistenti in 5 subunità che formano un poro Il poro, generalmente chiuso, si apre nel momento in cui il recettore si lega a specifici siti sulla superficie del canale Gli effetti di questa azione sono diversi a seconda di quale ione attraversa il poro (ci sono canali permeabili a diversi ioni) Canali ionici trasmettitore-dipendenti Potenziale PostSinaptico ECCITATORIO Se l’apertura del canale permette il passaggio di ioni positivi come nel caso degli ioni sodio, questo porterà alla depolarizzazione della cellula postinaptica Il potenziale di membrana viene portato verso i valore di soglia a cui si generano i potenziali d’azione L’effetto è detto quindi eccitatorio PPSE Canali ionici trasmettitore-dipendenti Potenziale PostSinaptico INIBITORIO Se l’apertura del canale permette il passaggio di ioni negativi come nel caso degli ioni calcio, questo porterà alla Iperpolarizzazione della cellula postinaptica Il potenziale di membrana viene più negativo quindi allontanato dal valore di soglia a cui si generano i potenziali d’azione L’effetto è detto quindi inibitorio PPSI Recettori accoppiati alla proteina G 1NT si lega al recettore proteico 3a Vengono attivati i canali ionici proteina G dipendenti 2 Il recettore proteico attiva la proteina G che si sposta lungo la membrana 3b Vengono attivati enzimi che generano secondi messaggeri che si diffondono e andranno ad regolare canali ionici o innescare processi metabolici Ricapitolando.. Sinapsi dirette ( o sinapsi ionotropiche) (o a canali ionici trasmettitore dipendenti) Risponde rapidamente ma ha un effetto di breve durata Una molecola di NT apre un solo canale ionico (salvo che nelle sinapsi nicotiniche) Le risposte sono specifiche localizzate Sinapsi indirette (o sinapsi metabotropiche) (o sinapsi a secondo messaggero) Risponde lentamente ma ha un effetto di prolungato nel tempo Una molecola di NT attiva un recettore che innesca una serie di reazioni chimiche a cascata. Può aprire anche 10000 canali Ha effetti su tutte le parti della cellula e su molte funzioni metaboliche Recupero e degradazione del NT Il NT liberato, una volta terminata la sua funzione deve necessariamente essere eliminato dalla spazio della giunzione sinaptica, con un processo detto di ricaptazione • diffusione delle molecole fuori dalla sinapsi • e riassorbimento da parte della membrana nel citosol presinaptico (distruzione per enzimi o reintegrazione nelle vescicole) • Distruzione per via enzimatica all’interno della fessura sinaptica Esempio Acetilcolinesterasi (AChE) degrada l’acetilcolina ACh ricapitolando Sinapsi eccitatorie Sinapsi inibitorie Tipo I di Gray Tipo II di Gray 30 nm 20 nm Asimmetriche Simmetriche Spesse ed estese Meno spesse e poco estese Tondeggianti Ovali Spine dendritiche Spesso presenti Normalmente assenti Localizzazione Asso-dendritica Asso-somatica Fessura sinaptica Specializzazioni di membrana Zone attive Vescicole sinaptiche ….e riepilogando • Sinapsi elettriche Eccitatorie • Sinapsi chimiche Eccitatorie Inibitorie • Dirette (o ionotropiche) • Indirette (o metabotropiche) Giunzione neuro-muscolare Eccitatorie Inibitorie
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