Appunti di Fisiologia

SINAPSI

La sinapsi è una giunzione tra due elementi cellulari eccitabili (due neuroni, un neurone e una cellula di un tessuto

eccitabile, una cellula che non è un neurone e un neurone) che consente il passaggio delle informazioni. C’è un elemento

che invia le informazioni e un elemento che le riceve. L’elemento che invia le informazioni è l’elemento presinaptico,

mentre quello che le riceve è l’elemento postsinaptico. Si parlerà quindi di membrana presinaptica e postsinaptica

facendo riferimento dal lato da cui proviene l’informazione rispetto a quello in cui viene ricevuta. Sulla base del

meccanismo con cui avviene la trasmissione dei segnali, si possono identificare due tipi di sinapsi: la sinapsi elettrica e la

sinapsi chimica.

A seconda della natura dei due elementi attraverso i quali avviene lo scambio di informazioni, si può parlare di:

-​ Sinapsi interneurale → i due elementi che si scambiano l’informazione sono due cellule nervose, per cui

l’elemento presinaptico è il bottone terminale di un assone e quello postsinaptico sono i dendriti o il soma di un

altro neurone. 18

-​ Sinapsi citoneurale → quando il passaggio di informazioni avviene tra una cellula sensoriale e le terminazioni di

un neurone afferente sensoriale. Un esempio di questa sinapsi è la cellula ciliata dell’orecchio, la cellula è in

grado di captare le informazioni di tipo uditivo e di trasferirle a una cellula nervosa. Il recettore sensoriale tramite

una sinapsi invia le informazioni a una cellula nervosa che poi le porterà nel SNC.

-​ Sinapsi neuromuscolare → avviene tra le terminazioni di una fibra nervosa ed una fibra muscolare.

Oltre a questo tipo di classificazione, un altro modo di classificare le sinapsi è andare a considerare la localizzazione:

-​ Sinapsi asso-somatica → i bottoni finali di assoni prendono

contatto con il corpo cellulare (pirenoforo o soma) del

neurone

-​ Sinapsi asso-dendritica → le terminazioni arrivano su

quella che classicamente è la parte ricevente del neurone,

l’arborizzazione dendritica.

-​ Sinapsi asso-assonica → c’è un terminale di tipo assonale

che non contatta il soma dei dendriti, ma va direttamente a

contattare il terminale assonale di un altro assone. Questo

tipo di sinapsi è inibitorio perché l’arrivo delle informazioni da

un neurone va a interferire con

-​ l'attività sinaptica dell’altro

LA SINAPSI CHIMICA

Nella sinapsi chimica, il trasferimento delle informazioni avviene tramite l’utilizzo di molecole. Delle molecole vengono

liberate dal terminale presinaptico, vanno ad interagire con il terminale postsinaptico e in questo modo avviene il

trasferimento di informazioni. Il messaggero chimico che viene rilasciato al livello della sinapsi chimica è il

neurotrasmettitore. Normalmente non viene rilasciato un neurotrasmettitore, ma dei pacchetti di neurotrasmettitori.

La sinapsi consiste di tre parti:

-​ Elemento presinaptico → la membrana terminale dell’assone presinaptico

-​ Fessura sinaptica → spazio che separa le due cellule (16-30 nm), in questo spazio c’è del liquido extracellulare

per cui il messaggio elettrico non potrebbe passare direttamente dall'elemento presinaptico a quello

postsinaptico, perché verrebbe cortocircuitato

-​ Elemento postsinaptico → la membrana cellulare della cellula postsinaptica

L’esempio che viene fatto è quello di una sinapsi interneurale e asso-dendritica, per

cui la terminazione dell’assone prende contatto con il dendrite della cellula ricevente.

Si vede che nell’elemento presinaptico ci sono dei mitocondri, quindi al livello della

sinapsi avviene un'attività che necessita di energia per poter essere portata a

compimento. L’elemento più caratterizzante dell’elemento presinaptico è la presenza

di vescicole, ognuna delle quali contiene un pacchetto di neurotrasmettitore. Alcune di

queste vescicole sono ancorate alla membrana plasmatica dell'elemento presinaptico

e sono quindi pronte per rilasciare il neurotrasmettitore. Mentre un altro pull di

vescicole si trovano ancorate agli elementi del citoscheletro e contengono una riserva

di neurotrasmettitore.

Nell’immagine al microscopio elettronico i mitocondri sono

facilmente riconoscibili e si vedono anche le vescicole che

contengono il neurotrasmettitore. Le zone in prossimità della

membrana presinaptica sono degli ispessimenti scuri e sfumati che vanno a costituire delle zone

attive. Le zone attive sono le zone di ancoraggio per le vescicole pronte a rilasciare il

neurotrasmettitore. 19

RILASCIO DEL NEUROTRASMETTITORE:

1)​ Il potenziale d’azione invade il terminale presinaptico e lo depolarizza

2)​ La depolarizzazione fa aprire i canali voltaggio-dipendenti per il Ca2+ e il Ca2+ entra nel terminale presinaptico

secondo gradiente di concentrazione

3)​ L’aumento della concentrazione citoplasmatica di calcio provoca la fusione della membrana delle vescicole con

quella presinaptica

4)​ I neurotrasmettitori vengono liberati nella fessura sinaptica per esocitosi

5)​ I neurotrasmettitori si legano con i recettori specifici che si trovano sulla membrana postsinaptica

Al livello dell’assone può essere generato un potenziale di azione, che nasce al livello del cono di emergenza e ha la

capacità di propagarsi più o meno rapidamente fino al terminale assonale. È rappresentato come un’enorme

depolarizzazione. Quando il potenziale di azione raggiunge il terminale assonale, il terminale assonale verrà

depolarizzato perché è invaso da questo potenziale (graficamente il potenziale di azione è un’inversione della polarità: se

prima all’interno c’erano i + e all’esterno i -, ora all’interno ci sono i - e all’esterno i +). La depolarizzazione del terminale

provoca un’apertura di alcuni canali voltaggio-dipendenti che si trovano sulla membrana presinaptica. Al potenziale di

riposo di -70 mVolt i canali sono chiusi, quando la membrana si depolarizza fino a -40 mVolt i canali al calcio si aprono. Il

calcio è lo ione più abbondante nei liquidi extracellulari (si trova anche all’interno delle cellule, ma la concentrazione di

calcio libero nel citosol è veramente molto bassa e si trova in dei depositi intracellulari. Il calcio è un potentissimo

messaggero intracellulare, quando aumenta la concentrazione di calcio significa che ci sono stati degli eventi importanti

all’interno della cellula, quindi deve aumentare quando ce n’è bisogno e poi rapidamente uscire o essere depositato).

Quando si aprono i canali del calcio questo entra secondo gradiente di concentrazione (la concentrazione extracellulare è

maggiore di quella intracellulare e quindi tende ad entrare). L’aumento della concentrazione intracellulare di calcio

provoca due eventi: provoca la fusione delle membrane delle vescicole con la membrana plasmatica e in questo modo

possono riversare il neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Il meccanismo è un meccanismo di endocitosi, che ha un

costo da un punto di vista energetico. Il neurotrasmettitore viene rilasciato e sulla membrana postsinaptica dei recettori,

delle proteine transmembrana che hanno il sito di riconoscimento per lo specifico neurotrasmettitore (se ad esempio il

neurotrasmettitore è acetilcolina, sulla membrana postsinaptica ci saranno dei recettori colinergici che sono in grado di

interagire con le molecole di acetilcolina).

Il calcio non solo provoca la fusione delle vescicole, ma va a mobilitare anche le vescicole di riserva, per cui queste

vescicole legate agli elementi del citoscheletro si staccano e si spostano, portandosi in prossimità della membrana

plasmatica. In questo modo le vescicole consumate che hanno liberato il neurotrasmettitore vengono sostituite con nuove

vescicole. Come fa il calcio a rompere la

membrana di queste vescicole?

La vescica è associata a delle

molecole particolari, la

sinaptotagmina e le molecole del

gruppo SNARE. Tramite queste

molecole la vescicole è legata alla

membrana. Quando arriva il calcio cambia il tipo di interazione tra sinaptotagmina e molecole di tipo SNARE e questo

provoca un cambiamento della struttura della vescicola e la liberazione del neurotrasmettitore.

In questa tabella sono indicati i principali neurotrasmettitori e la famiglia a cui appartengono.

Glutammato → e’ il principale neurotrasmettitore del nostro sistema nervoso 20

Ormoni peptidici → molti di loro sono stati identificati per la prima

volta nel sistema nervoso autonomo, in particolare nel sistema

nervoso enterico. Il sistema nervoso enterico e’ un sistema nervoso

che si trova localizzato in periferia, all’interno della parete del tratto

gastro-enterico. Per la prima volta questi neurotrasmettitori sono

stati scoperti all’interno del tratto gastro-enterico. Molti di questi

ormoni peptidici sono presenti anche al livello del SNC, molto

spesso co-localizzati con altri neurotrasmettitori classici.

Alcuni di questi neurotrasmettitori vengono classificati come

neurotrasmettitori eccitatori inibitori, per esempio il glutammato e’

un neurotrasmettitore eccitatorio, mentre la glicina e’ un

neurotrasmettitore di tipo inibitorio. In realtà la molecola di per sé

non e’ né eccitatoria né inibitoria. Ciò che li rende in questo modo e’

il tipo di ricettore con cui va ad agire sulla membrana postsinaptica, il tipo di risposta che nasce nell’elemento

postsinaptico a causa dell’interazione del neurotrasmettitore con un particolare tipo di recettore. L’interazione tra

neurotrasmettitore e recettore post sinaptico provoca un nuovo segnale elettrico sulla membrana post sinaptica. Il

neurotrasmettitore si lega al recettore e sulla membrana si andranno ad aprire dei canali e ci sarà una variazione di

permeabilità della membrana post sinaptica. Se il neurotrasmettitore fa aprire i canali per il sodio, il sodio entra e quindi si

ha una variazione del potenziale di membrana sotto forma di depolarizzazione. Se invece si aprono dei canali al cloro si

ha una variazione del potenziale di membrana che sarà una iperpolarizzazione. Quello che fa il neurotrasmettitore

andandosi a legare con il recettore specifico e’ modificare la permeabilità della membrana andando ad aprire o chiudere

dei canali, e in questo modo avviene il movimento di ioni attraverso la membrana e quindi si generano dei segnali, delle

variazioni del potenziale di membrana (potenziali sinaptici o postsinaptici, che sono un tipo di potenziali graduati la cui

ampiezza dipende dall'intensità dello stimolo che e’ stato generato).

Si possono classificare i recettori in due categorie principali:

1.​ RECETTORI IONOTROPICI → un recett