Le singole cellule eccitabili realizzano contatti tra di loro al fine di rendere possibile la
trasm issione dell’im pulso
Sinapsi
Elettriche
Chim iche
Sinapsi
Interneuroniche
Citoneurali
-asso-dendritiche
-asso-som atiche
-asso-assoniche
Sinapsi
Eccitatorie
Inibitorie
Sinapsi
Elettriche
Chim iche
Sinapsi elettriche
Sinapsi elettriche
Q uando l’im pulso giunge alla term inazione
presinaptica si generano correnti elettrotoniche che raggiungono l’elem ento postsinaptico
anche se attenuate.
Sinapsi elettriche
• E’perciò fondam entale che lo spazio sinaptico
sia estrem am ente ridotto.In alcunicasile
due m em brane sono fuse tra diloro.Spesso i
term inalisono collegatida un canale proteico
detto connessone che attraversa ilbreve spazio tra le due cellule.
Sincronizzano l’ attività di cellule vicine e
rappresentano una via di com unicazione rapida fra (cellule cardiache, m uscolo liscio).
Sinapsi chim iche
E’ la m odalità di trasm issione prevalente
Vallo
(300 Å )
D irezione dell’im pulso
nervoso
Vescicole
N eurotrasm ettitore
Recettore
M em brana post-sinaptica
N eurotrasm ettitore: sostanza chim ica capace
diattivare o inibire l’elem ento post-sinaptico.
Recettore: m acrom olecola (spesso proteica)
che lega con elevata affinità ilneurotrasm ettitore e stim ola risposte che m odificano
la funzione della cellula.
Q uali vantaggi rispetto alla
sinapsi elettrica?
am plificazione dei segnali: consente il
superam ento della discontinuità strutturale.
integrazione dei segnali: consente una
elaborazione dei segnali.
A natom ia della sinapsi
Sinapsi
D endrite
T erm inale
presinaptico
Spazio sinaptico
T erm inale
postsinaptico
M eccanism o d’azione della
sinapsi
1-sinapsi
2-arrivo del potenziale d’azione
3-liberazione del m ediatore
4-interazione m ediatore-recettore
5-rim ozione e disattivazione del
m ediatore
Com e funziona la sinapsi chim ica?
Com e funziona la sinapsi chim ica?
A
R
I
P
O
S
O
• La m em brana cellulare della term inazione
presinaptica possiede num erosicanaliper il
calcio voltaggio-dipendenti.
• Le vescicole con ilm ediatore sono legate alla
actina delcitoscheletro m ediante una m olecola disinapsina.
• Q uando ilpotenziale d’azione depolarizza la
term inazione siaprono icanaliper ilcalcio.
Com e funziona la sinapsi chim ica?
• Ilcalcio entra,silega alla calm odulina ed in
presenza diA TP e diuna chinasiprovoca la
fosforilazione della sinapsina determ inando il
distacco della vescicola.
• La vescicola sifonde con la m em brana e
libera ilm ediatore nella fessura sinaptica.
Com e funziona la sinapsi chim ica?
• La m em brana delneurone postsinaptico possiede un gran num ero diproteine recettrici
• La porzione direcettore che protrude sulla
faccia esterna della m em brana plasm atica
agisce com e sito dilegam e specifico per il
neurotrasm ettitore;la porzione interna può
possedere due distinte funzioni:
Canale ionico
A ttivatore diun secondo m essaggero
Il potenziale postsinaptico eccitatorio
(PPSE)
A rriva il potenziale d’azione → la
m em brana presinaptica si depolarizza
Entra il calcio
Le vescicole vengono liberate
Il neurotrasm ettitore eccitatorio si lega al recettore e apre i
canali
N eurone a riposo
N eurone eccitato
Stato eccitatorio
Ingresso di N a+
Il pda insorge qui poiché qui i canali di N a+
sono + num erosi
Segmento iniziale
dell’assone
Propagazione del
potenziale d’azione
Eventi elettrici durante l’eccitazione neuronale
A riposo la m em brana è m olto
più perm eabile a K+ → esce e
lascia anioni all’interno. Inoltre la
pom pa N a+/K+ allontana N a+.
Potenziale di riposo
Potenziale di N ernst o potenziale di equilibrio di uno ione
E(m V)=61·log(Conc.est/Conc.int)
N a+=+61 m V il sodio tende ad entrare anche se a fatica perchè i suoi canali sono di norm a chiusi. La pom pa
lo porta fuori
K+=-86 m V il potassio tende ad uscire. La pom pa lo riporta
dentro
Cl-=-70 m V il cloro tende ad entrare. U na pom pa lo riporta
fuori
Funzione dei D EN D RITI nell’eccitazione
neuronale
•I dendriti si estendono in tutte le direzioni per una distanza
di 0,5-1 m m a partire dal som a→
→ricevono segnali da un’area
m olto estesa e offrono am pie opportunità di som m azione
dei segnali.
• I dendriti possono som m are PPS eccitatori e inibitori.
• M olti dendriti non sono in grado di trasm ettere pda perché
posseggono canali del sodio voltaggio-dipendenti in quantità
scarsa. Però a questo livello si propagano correnti elettrotoniche dirette dai dendriti al som a.
• U na gran parte del PPSE però si perde prim a di raggiungere il som a→
→conduzione con decrem ento.
•Le sinapsi situate in prossim ità del som a hanno un effetto
eccitatorio o inibitorio m aggiore.
Canale ionico
-Cationici: lasciano passare soprattutto N a+ m a
talvolta anche K+ o Ca++
-A nionici: lasciano passare soprattutto Cl- e
piccole quantità dialtrianioni
N eurotrasm ettitori eccitatori:
aprono icanalidelN a+
N eurotrasm ettitori inibitori:
aprono icanalidelCl-
A ttivatore di un secondo
m essaggero
M olte funzionidelsistem a nervoso richiedono
variazioniprolungate dell’attività deineuroni
(es.m em oria).I canaliionicisono inadatti.
Varisistem idisecondim essaggeri.Ilpiù diffuso è quello che sfrutta le G protein
Proteina G
3 subunità:â e ã m antengono la com ponente á
attaccata alla m em brana.
Som m azione tem porale
• Q uando si attiva una term inazione, il neurotrasm ettito re fa aprire i canali per circa 1 m sec.
• Il PPS persiste fino a 15 m sec, quindi una seconda
apertura dei canali può far salire il PPS ad un livello m aggiore.
• In questo m odo i PPS originati a livello di una singola
term inazione possono som m arsi tra di loro
Som m azione spaziale
• L’ eccitazione di una sola term inazione presinaptica
provoca un PPSE di 0,5-1 m V.
• Per raggiungere la soglia di eccitazione è necessaria
l’attivazione di num erose sinapsi.
• A nche se le sinapsi sono sparse su am pie aree del
neurone, grazie alla elevata conduttività elettrica è
possibile la som m azione degli im pulsi fino alla genesi
del pda a livello del segm ento iniziale dell’assone.
Potenziali postsinaptici eccitatori ed inibitori possono
som m arsi tra di loro.
Fenom eno della facilitazione
Spesso il PPS è di natura eccitatoria m a non è
sufficiente per raggiungere la soglia. Il potenziale di
m em brana sarà però più vicino alla soglia ed il neurone
sarà “facilitato” all’eccitazione all’arrivo di un successivo
im pulso.
Inibizione presinaptica
• Si attivano sinapsi inibitorie localizzate sulla term inazione presinaptica.
• Il neurotrasm ettitore inibitorio rilasciato spesso
è il GA BA .
•Tale sostanza produce l’apertura dei canali del cloro.
•Le cariche negative portate da questo ione tendono
ad annullare l’effetto eccitatorio prodotto dal sodio.
•Si ha una riduzione del potenziale d’azione a livello
pre sinaptico ed una conseguente riduzione del grado
di eccitazione del neurone postsinaptico.
Il potenziale postsinaptico inibitorio
(PPSI)
N eurone a riposo
N eurone inibito
Ingresso di ClStato inibitorio
U scita di K+
Effetti
G
protein
Q uali m odalità usa il recettore per ECCITA RE
la m em brana postsinaptica?
apertura dei canali di N a+: N a+ entra ed
eleva il potenziale di m em brana.
depressione della conduzione attraverso i
canali di K+ e Cl-: i due ioni escono ed
entrano rispettivam ente con m aggior difficoltà elevando così il potenziale di m em brana.
aum ento nel num ero dei recettori eccitatori e dim inuzione nel num ero di quelli
inibitori.
Q uali m odalità usa il recettore per IN IBIRE
la m em brana postsinaptica?
apertura dei canali di Cl-: Cl- entra ed
abbassa il potenziale di m em brana.
aum ento dell’uscita di K+: ciò determ ina
una riduzione del potenziale di m em brana.
aum ento nel num ero dei recettori inibitori
e dim inuzione nel num ero di quelli eccitatori.
Proprietà delle sinapsi
trasm issione unidirezionale
ritardo sinaptico
am plificazione del m essaggio
integrazione del m essaggio
(som m azione spaziale e
tem porale)
vulnerabilità (anestetici,
ischem ia)
affaticam ento
inibizione
Proprietà particolari della trasm issione
sinaptica
EFFETTO D ELL’IPO SSIA
U na carenza di O 2 può provocare una com pleta ineccitabilità.
EFFETTO D I SO STA N ZE CH IM ICH E
Sostanze che aum entano l’eccitabilità dei neuroni: caffeina,
teofillina, teobrom ina, stricnina.
Sostanze che riducono l’eccitabilità dei neuroni: anestetici.
RITA RD O SIN A PTICO
D ovuto alla durata dei processi connessi alla trasm issione
• Liberazione m ediatore
• Sua diffusione fino alla m em brana postsinaptica
• Legam e al recettore
• A um ento perm eabilità di m em brana
• M ovim ento ionico
Tem po m inim o: 0,5 m sec.
Proprietà particolari della trasm issione
sinaptica
FA TICA
Q uando le sinapsi vengono stim olate ad elevata frequenza,
all’inizio il num ero di im pulsi generati è m olto elevato, m a
poi l’attività di scarica dim inuisce progressivam ente.
E’ un m eccanism o protettivo contro un’iperattività neuronale (epilessia).
E’ dovuta principalm ente all’esaurim ento del neurotrasm ettitore im m agazzinato.
FA CILITA ZIO N E PO ST-TETA N ICA
Q uando una sinapsi viene stim olata per un certo tem po con
una scarica ripetitiva di im pulsi ad elevata frequenza e poi
rim ane a riposo, la risposta del neurone postsinaptico ad una
successiva stim olazione risulta m aggiore della norm a per alcuni secondi o m inuti.
Responsabile è l’accum ulo di Ca++ nella term inazione presinaptica.
EFFETTO D I A CID O SI ED A LCA LO SI
I neuroni sono m olto sensibili a variazioni di pH del
liquido interstiziale
Inibizione senza generazione di PPSI:
corto circuito della m em brana
In alcunicasila differenza diconcentrazione degliionicloro tra
idue latidella m em brana è tale che ilpotenziale diN ernst per
questo ione è parialpotenziale diriposo.
Q uando siaprono icanaliinibitorinon sigenera quindiun flusso
netto diionicloro.
Q uando siattivano sinapsieccitatorie ed entrano ionisodio,si
genera un PPSE m olto m inore.Infatti,l’ingresso disodio allontana ilpotenziale dim em brana dalvalore delpotenziale diN ernst
per ilcloro e siverifica un flusso diionicloro verso l’interno che
tende ad annullare l’elettropositività indotta dalsodio.
Perciò, la quantità di ioni sodio richiesta per determ inare
eccitazione è da 5 a 20 volte m aggiore di quella consueta.
Recettore: struttura specializzata
stim olata da m odificazioni am bientali
esogene ed endogene
E’ in grado di trasform are diversi tipi di energia in im pulsi nervosi che
vengono inviati al Sistem a N ervoso
Centrale
L’inform azione viene qui decodificata
ed analizzata, determ inando la sensazione
Stim olo adeguato: variazione am bientale che, con m inim a incidenza energetica specifica, genera l’im pulso nel
recettore
Recettori per l’acetilcolina
- i recettori possono essere attivati anche da sostanze com e la
succinilcolina e la nicotina, con conseguente transitoria attivazione
del m uscolo; in questo caso viene bloccato il legam e con
l’acetilcolina
- il curaro, bloccando il legam e dell’acetilcolina ai
suoi recettori, im pedisce la trasm issione neurom uscolare (paralisi neurom uscolare)
- elevate concentrazioni endocellulari di Ca++ riducono la produzione di recettori
- la form azione di recettori è invece stim olata da un
peptide (CGRP: Calcitonin Gene Related Peptide)
- la produzione di autoanticorpi contro i recettori
per l’acetilcolina può indurre un’alterazione neurom uscolare (m iastenia gravis) con blocco della trasm issione e paralisi che possono essere risolte con la
som m inistrazione di edrofonio cloridrato (che blocca
l’azione dell’aceticolinesterasi)
Recettori acetilcolinici
•N icotinici(m uscolo scheletrico)
A gonisti: A Ch, nicotina (tabacco)
A ntagonisti: d-tubocurarina o curaro
•M uscarinici (cuore e m uscolo liscio)
A gonisti: A Ch, m uscarina (veleno fungo)
A ntagonisti: atropina (alcaloide Belladonna)
Recettori acetilcolinici
♣N icotinici(m uscolo scheletrico)
A gonisti: A Ch, nicotine (tabacco)
A ntagonisti: d-tubocurarina o curaro
CA N A LE
IO N ICO
•M uscarinici (cuore e m uscolo liscio)
A gonisti: A Ch, m uscarina
(veleno fungo)
A ntagonisti: atropina
(alcaloide Belladonna)
G PRO TEIN
Sintesi e degradazione
dell’acetilcolina
M eccanism o d’azione dell’acetilcolina
acetilcolina
• L’
viene liberata in risposta
all’ingresso di Ca++ (attraverso canali
voltaggio-dipendenti) nel term inale presinaptico; i canali possono essere bloccati,
alm eno parzialm ente, dal M g++ o da altri
ioni bivalenti;
•diffonde nello spazio sinaptico e si lega a
specifici recettori presenti sul sarcolem m a
determ inandone un aum ento della
perm eabilità a N a+, K+ e Cl- con
conseguente depolarizzazione (potenziale di
placca);
•la depolarizzazione della m em brana
depolarizza elettrotonicam ente il sarcolem m a
circostante dove viene raggiunto il
potenziale soglia e si genera il potenziale
d’azione che diffonde;
• l’acetilcolina viene rapidam ente disattivata
dall’acetilcolinesterasi.
Le Catecolam ine
Esercitano i loro effetti legandosi a due classi
di recettori:
á
â
â1
â2
Recettore “a serpentina”
Effettori
A M Pc
GM Pc
Canali Ca++
K+
Catabolism o
D ue enzim i agiscono in sequenza:
CO M T (catecol-o-m etiltransferasi)
M A O (m onoam inaossidasi)
Le Catecolam ine
Inoltre:
Sono anche prodotte dalla m idollare del surrene
Esercitano num erosi effetti m etabolici
Sono m olto im portanti per i m eccanism i di risposta allo stress
A gonisti ed antagonisti colinergici
A GO N ISTI
Fonte
Effetto
N icotina
A lcaloide presente
nel tabacco
A ttiva i recettori
nicotinici
M uscarina
A lcaloide prodotto
dal fungo A m anita
M uscaria
A ttiva i recettori
m uscarinici
a-Latrotossina
Proteina prodotta
dal ragno Vedova
nera
Induce un m assivo
rilascio di A ch
favorendo
l’ingresso di Ca++
A tropina
A lcaloide prodotto
dalla Belladonna
Blocca l’effetto
dell’A ch sui
recettori
m uscarinici
Tossina Botulinica
Proteina prodotta
dal Clostridium
botulinum
Inibisce il rilascio
dell’A ch
a-Bungarotossina
Proteina prodotta
dal serpente
Bungarus
Previene l’apertura
del canale del
recettore dell’A ch
d-Tubocurarina
Principio attivo del Previene l’apertura
curaro
del canale del recettore dell’A ch
nella plac.m otrice
A N TA GO N ISTI
N eurotrasm ettitori
a basso PM ,
ad azione
rapida
N europeptidi
ad azione
lenta
N europeptidi
• Sintesi: avviene sui ribosom i del som a neu-
ronale. N el reticolo endoplasm atico vengono
m odificati e nel Golgi im pacchettati in vescicole. M ediante il flusso assonale arrivano
alla term inazione.
• Fino a 1000 volte più potenti dei neurotrasm ettitori a basso PM e perciò liberati in
quantità m olto m inori.
• Provocano effetti più duraturi (giorni, m esi,
addirittura anni) dei neurotrasm ettitori a
basso PM .
Q uali criteri deve soddisfare
una sostanza per essere definita
neurotrasm ettitore?
Prodotta nel neurone
Rilasciata in seguito a
depolarizzazione
Inattivato dopo
il rilascio
Presente a livello
sinaptico
A gisce a livello
post-sinaptico e
causa effetti
biologici
A pplicato direttam ente
a livello postsinaptico
produce gli stessi effetti
N eurotrasm ettitori a basso
P.M , ad azione rapida
¬Classe I:
A cetilcolina
¬ClasseII:A m ine
N oradrenalina oN orepinefrina
Catecolam ine
A drenalina o Epinefrina
D opam ina
Serotonina
Istam ina
¬Classe III:A m inoacidi
Eccitatori
A spartato
Glutam m ato
Inibitori
A cido ã-am inobutirrico (GA BA )
Glicina
¬Classe IV:
O ssido nitrico
O ssido nitrico
N europeptidi ad azione lenta
¬Peptidiipotalam ici
TRH
LH RH
In progress!
Som atostatina
¬Peptidiipofisari
A CTH
â-endorfina
á-M SH
Prolattina
LH
TSH
GH
Vasopressina
O ssitocina
¬Peptidiattivisull’apparato gastrointestinale
e sull’encefalo
leu- e m et-encefalina
Sostanza P
Gastrina
Colecistochinina
VIP
N eurotensina
Insulina
Glucagone
¬Peptidiprodottida altritessuti
A ngiotensina II
Bradichinina
Carnosina
Peptididelsonno
Calcitonina
Rim ozione del neurotrasm ettitore dalla sinapsi
D IFFU SIO N E nei tessuti circostanti,
seguita da inattivazione enzim atica.
IN A T TIVA ZIO N E EZIM A TICA nello
spazio sinaptico
RICA PTA ZIO N E nel term inale presinaptico