Trasmissione sinaptica
Le sinapsi
Aree più o meno estese in cui le membrane dei due elementi eccitabili
vengono in contatto o sono intimamente associate (rapporto di
contiguità, ma non di continuità).
Elemento presinaptico – spazio sinaptico – elemento postsinaptico
Sinapsi eccitatorie e sinapsi inibitorie.
Sinapsi interneuroniche
•Asso-dendridiche
•Asso-somatiche
•Asso assoniche
Sinapsi cito-neurale
Sinapsi neuro-muscolare
Sinapsi elettrica
Sinapsi chimica
Le sinapsi
elettriche
Vantaggi: semplicità
strutturale,
elevata
velocità
di
trasmissione (bassa
latenza),
basso
consumo energetico
(inaffaticabilità).
Svantaggi: mancanza
di elaborazione del
segnale
(solo
eccitatorie).
Sinapsi non rettificanti
L’apertura è
modulata da:
pH;
Ca2+ ;
potenziale di
membrana;
segnali
intracellulari.
Le sinapsi elettriche
Le sinapsi chimiche
A
B
Sinapsi “a spina”
Placca motrice
Caratteristiche generali
Vantaggi:
• Amplificazione.
• Elaborazione dei segnali per
sommazione (spaziale e/o temporale).
• Capacità di invertire di segno i segnali.
Svantaggi:
• Maggiore lentezza (ritardo sinaptico).
• Affaticabilità (fatica sinaptica).
• Vulnerabilità.
Unidirezionali
Sinapsi rettificanti
Meccanismo della trasmissione sinaptica chimica
Fasi della trasmissione sinaptica:
1.
esocitosi del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica;
2.
attivazione della membrana postsinaptica;
3.
rimozione del neurotrasmettitore dalla fessura sinaptica.
Trasmissione diretta (veloce)
Recettore ionotropico
Trasmissione indiretta (lenta)
Recettore metabotropico
Sinapsi eccitatorie
ENa = + 62 mV
EK = - 102 mV
Sinapsi inibitorie
ECa = +125 mV
Vm = -80 mV
ECl = - 88 mV
Confronto tra i segnali elettrici
POTENZIALE GRADUATO
PSP
1.
2.
3.
4.
5.
Si trasmettono con decadimento
solo a breve distanza.
Sono graduali, non ubbidiscono
alla legge del “tutto o nulla”.
Durata simile a quella dello
stimolo.
Sono sommabili temporalmente
e spazialmente.
Non presentano refrattarietà.
Vantaggi: comunicano in modo diretto
l’informazione sulla durata, l’intensità
ed il segno di un determinato stimolo.
Svantaggi: brevità della distanza alla
quale consentono la comunicazione.
POTENZIALI PROPAGATI
1.
Si propagano con velocità elevata.
2.
3.
Hanno
ampiezza
invariabile,
ubbidiscono alla legge del “tutto o
nulla”.
Sono transitori.
4.
Non sono sommabili.
5.
Presentano refrattarietà.
Vantaggi: rapida comunicazione
anche su grandi distanze.
Svantaggi: necessità di strutture
(encoders) per la trasmissione
dell’intensità
dello
stimolo;
unicità del loro segno.
Potenziale di inversione Erev
Ex = (ENa + EK)/2 = (+62-102)/2 mV = -20 mV
Rimozione del neurotrasmettitore
La sinapsi neuromuscolare
Teoria quantale del rilascio dei
neurotrasmettitori
Fatt e Katz (1952).
Kaffler e Yoshikami (1975).
Nella placca neuromuscolare una vescicola
contiene
5000-7000
molecole
di
acetilcolina.
La frequenza varia con il potenziale di
membrana presinaptico.
La liberazione “quantale” ha la funzione di
creare
un
elevato
gradiente
di
concentrazione del neurotrasmettitore.
Recettore canale nicotinico
(nAChR Nicotinic Acetyl-Choline-Receptor)
nAChR = glicoproteina di membana
M.W. 275 kDa.
5 subunità
2
2
invertebrati
Canale cationico (Na+, Ca2+, K+)
vertebrati
Acetilcolina esterasi
Desensitizzazione
Modificazione conformazionale
indotta
dall’esposizione
prolungata del recettore-canale al
suo ligando che riduce il
passaggio degli ioni attraverso il
poro del canale.
Rivastigmina e galantamina
sono inibitori
dell’acetilcolinaesterasi usati nel
trattamento della malattia di
Alzheimer.
Meccanismi molecolari del rilascio di
neurotrasmettitori
SNARE
I neurotrasmettitori
a) A basso peso molecolare
NO = monossido d’azoto o ossido nitrico
Eicosanoidi = ligandi di recettori cannabinoidi
b) Neuropeptidi
Trasporto assonico dei neurotrasmettitori
Recettori ionotropi e metabotropi
L’acetilcolina (ACh)
colina-acetiltransferasi (CAT)
Acetil-CoA + colina
Acetilcolina
aceticolinesterasi (AChE)
Acetilcolina
acetato + colina
Recettore nicotinico (nAChR)
Recettore muscarinico (mAChR)
Recettore nicotinico nAChR
Nicotina (agonista) = alcaloide vegetale
Curaro (antagonista) tubocurarina
-bungarotossina (antagonista)
Muscolo 2
Cellula nervosa 3 2
(insensibile all’ -bungarotossina)
Canale cationico (Na+, K+ e Ca 2+) con potenziale di inversione intorno a -10, -20 mV.
Recettore muscarinico mAChR
Amanita muscaria
Muscarina (agonista) = alcaloide vegetale
Carbacolo (agonista)
Atropina (antagonista)
mAChR 5 sottotipi M1 – M5 (55-70 kDa)
M1 , M3 , M5
Gq
PLC
M2 M4
Gi/o
adenilato ciclasi
M1, M3, M4 cervello
M2 miocardio
Azione eccitatoria dei mAChR
Azione inibitoria dei mAChR
Neurotrasmettitori di natura aminoacidica
• GABA (acido -ammino-butirrico)
–
–
–
–
–
Neurotrasmettitore inibitorio sistema nervoso centrale;
Agonisti benzodiazepine e barbiturici; alcol;
Antagonisti bicucullina e picrotossina;
Recettori ionotropi GABAA e GABAC (canale Cl-) ;
Recettore metabotropo GABAB .
GAD = acido-glutammico-decarbossilasi (B6)
GABA
Diazepan
Glicina
•Neurotrasmettitore inibitorio del midollo
spinale;
•Antagonista stricnina;
•Recettore ionotropo (canale Cl-).
• Glutammato e aspartato
– Neurotrasmettitore eccitatorio del cervello;
– Percezione delle sensazioni e del dolore, apprendimento,
memoria, controllo della funzione motoria;
– Recettori ionotropi NMDA (n-metil-D-aspartato), AMPA
(acido -amino-3-idrossi-5-isoxazol-propionico) e kainato
(KA);
– Recettori metabotropi mGluR(1-8) (eccitatori e inibitori)
• mGluR1 e mGluR5 Gq PLC;
• mGluR3, mGluR4, mGluR6 e mGluR8 Gi/o (azione
inibitoria).
Glutammato
Aspartato
Figura 8.32
Dee Unglaub Silverthorn, Fisiologia
umana © 2010 Pearson Italia S.p.A
Ammine biogene
• Catecolamine
– Adrenalina (epinefrina) e
noradrenalina (norepinefrina);
– Dopamina;
• Serotonina
• Istamina
• Catecolamine
Tirosina
L-DOPA
– Neurotrasmettitori del SNC e SNP
• Adrenalina e noradrenalina
Noradrenalina
Adrenalina
– Regolazione del sonno, della veglia, e del comportamento
alimentare, terminazioni simpatiche postgangliari, cellule
cromaffini della midollare surrenale;
– Recettori adrenergici metabotropi (1-2) e (1-3);
– 1 Gq PLC, 2 Gi/o cAMP;
– Gs cAMP;
• Dopamina
Dopamina
– SNC, controllo extrapiramidale del movimento, funzioni
comportamentali e percettive;
– Recettori metabotropi D (1-5) ;
– D1-simili (D1 e D5) Gs cAMP;
– D2-simili (D2, D3 e D4) Gi/o cAMP.
• Serotonina (5-HT)
Triptofano
Serotonina
Istamina
– Regolazione ritmi circadiani, alimentazione,
sonno e reazione di allerta, muscolatura liscia;
– Recettore ionotropo 5-HT3;
– Recettori metabotropi 5-HT1, 5-HT2 e 5-HT4.
• Istamina
– Ipotalamo controllo dello stato di veglia e
attenzione;
– Recettori metabotropi H1, H2 e H3.
Peptidi oppioidi
•Percezione del dolore
•encefaline, endorfine, dinorfine e endomorfine;
•Recettori metabotropi , e .
Differenze tra la giunzione neuromuscolare e
la sinapsi neuronali.
• Estensione della sinapsi (placca motrice e bottoni sinaptici)
• Potenziale postsinaptico (40 mV nella placca, qualche mV
nelle sinapsi neuronali).
• Distribuzione uniforme dei canali Na+ e K+ voltaggio
dipendenti nella fibra muscolare, alta densità dei canali
Na+ voltaggio dipendenti nel monticolo assonico.
• Azione del neurotrasmettitore (solo sulla membrana
postsinaptica nella placca motrice, nelle sinapsi neuronali
azione anche sulla membrana presinaptica).
Integrazione sinaptica
Sommazione spaziale
Sommazione temporale
Facilitazione e inibizione presinaptica
Plasticità sinaptica
Potenziamento a lungo termine della
trasmissione sinaptica
Long-Term Potentiation, LTP
Depressione a lungo termine della
trasmissione sinaptica
Long-Term Depression, LTD