Fisiologia prima parte

MECCANISMO AD AZIONE VELOCE.

Considerando un neurone che riceve informazioni da più sinapsi, si nota che tutti gli EPSP ed IPSP

si sommano per dare il MACRO EPSP, grazie all’integrazione dei segnali che può raggiungere la

soglia o meno in base alla quantità di EPSP rispetto agli IPSP.

La comunicazione chimica è diretta e veloce, che cosa vuol dire azione diretta e veloce?

La velocità è una caratteristica peculiare del nostro sistema nervoso, il quale si è evoluto in un certo

modo proprio per aumentare la velocità di informazioni trasmesse e delle risposte.

La velocità è data dal fatto che il neurotrasmettitore si leghi direttamente ad un Rc che è esso stesso

un canale ionico. Il canale cambia la sua conformazione aprendosi o chiudendosi. Se il canale si

apre si ha un flusso di ioni in entrata o in uscita che fa insorge un potenziale post sinaptico

eccitatorio o inibitorio che sommato agli altri origina il MACRO EPSP.

La sinapsi è anche definita diretta perché il neurotrasmettitore si lega direttamente ad un canale

ionico.

Una volta che il MACRO EPSP raggiunge la soglia, la cellula risponde mediante un firing, ossia

una risposta in potenziali d’azione ad una certa frequenza.

Considerando un neurone che riceve informazioni da 3 sinapsi, di cui 2 eccitatorie e 1 inibitoria.

I segnali si integrano ed essendo maggiore il numero di quelle eccitatorie il macro EPSP tocca il

valore soglia di apertura dei voltaggio dipendenti.

Finchè rimane ad un certo valore si generano potenziali d’azione ad una certa frequenza (1); se il

MACRO EPSP supera di molto la soglia, la frequenza cresce.

Se si mantiene costante l’attività delle tre sinapsi il risultato che si ottiene dovrebbe essere sempre

lo stesso e con la stessa frequenza di attivazione.

In realtà non avviene questo ed il MACRO EPSP può scendere sotto soglia e oscillare senza

raggiungerla (2) oppure può aumentare e dare una frequenza maggiore (3). Questo fenomeno è noto

come MODULAZIONE.

La comunicazione chimica diretta può essere modulata ma la modulazione sinaptica è un

evento lento. 42

Consideriamo un neurone con il potenziale di membrana a riposo a -70mV e la soglia del potenziale

d’azione a -50mV.

Se si riuscisse a portare il potenziale di membrana da -70 a - 80mV allora si avrebbe una DOWN

REGULATION.

In seguito a questo cambiamento il MACRO EPSP deve aumentare di 30 mV per raggiungere la

soglia, quindi è necessario un numero di sinapsi eccitatorie maggiore.

Per ottenere un down regulation bisogna modulare il potenziale di riposo.

Al contrario se si aumentasse il valore del potenziale d’azione a -60mV allora avremmo un UP

REGULATION e basterebbero 10mV del MACRO EPSP per raggiungere la soglia e andare in

firing.

La modulazione del neurone si ottiene per COMUNICAZIONE CHIMICA INDIRETTA ossia

attraverso l’azione di sinapsi indirette. 43

COMUNICAZIONE CHIMICA INDIRETTA E RECETTORI

METABOTROPICI

Nella comunicazione chimica indiretta il neurotrasmettitore non si lega ad un Recettore-canale

ionico.

Per la modulazione è necessario far muovere il potenziale di membrana di un valore considerevole e

per un tempo abbastanza lungo; il potenziale post-sinaptico generato è troppo piccolo e non

sufficiente a scatenare la modulazione.

Il neurotrasmettiore si lega ad un RECETTORE TRANSMEMBRANA A 7 PASSI chiamato

anche RECETTORE METABOTROPICO.

I recettori a 7 passi sono formati da un dominio extracellulare che lega il neurotrasmettitore, 7 α

eliche che attraversano la membrana e un dominio citosolico. A differenza dei recettori canale,

questi recettori non hanno un poro attraverso cui passano gli ioni.

Il recettore metabotropico NON è un canale!

Questi recettori a 7 passi, o metabotropici, sono il punto di congiunzione tra sistema nervoso ed

endocrino. Gli ormoni infatti possono essere steroidei ossia molecole liposolubili che regolano la

trascrizione genica, oppure proteici che non riescono ad attraversare liberamente la membrana, ma

agiscono legandosi al dominio extracellulare dei recettori metabotropici.

I Rc metabotropici posti su una cellula neuronale legano i neurotrasmettitori, posti su una cellula

non neuronale legano gli ormoni.

Il legame del neurotrasmettitore al dominio extracellulare del Rc causa il cambiamento

conformazionale del recettore: le 7 α eliche cambiano la loro posizione, modificando anche il

dominio citosolico.

Come avviene la trasmissione del segnale dal recettore metabotropico ad un canale ionico interno

della cellula?

La trasmissione del segnale dal recettore al canale ionico avviene attraverso la proteina G.

La proteina G è una proteina integrale della membrana

formata da delle code idrocarburiche che si inseriscono nella

membrana plasmatica.

E’ costituita da 3 subunità: alpha, beta e gamma.

In condizione inattiva la subunità α di questa proteina lega una

molecola di GDP;

Il legame di un ligando (neurotrasmettitore o ormone) al

dominio extracellulare del Rc metabotropico causa una

modificazione conformazionale del Rc stesso che dal lato

citosolico acquista affinità per la proteina G.

Se la proteina interagisce con il recettore a 7 passi, la subunità

alpha si modifica e lega il GTP.

Una volta legato, le subunità della proteina G perdono affinità

ed il dimero βγ (contenente le code) si stacca da α.

La subunità α della proteina G, staccatasi dal dimero, può

diffondere lungo il lato interno della membrana fino ad attivare

una famiglia di canali ionici che si aprono facendo entrare ed

uscire gli ioni che causano depolarizzazione o

iperpolarizzazione.

La proteina G si comporta quindi come un secondo

messaggero 44

Lo scopo della comunicazione chimica indiretta è quello di trasmettere un segnale che duri er un

certo periodo di tempo.

Per fare questo dopo l’attivazione della proteina G si innescano sistemi all’interno della cellula che

amplificano il segnale.

In questo modo la modulazione verrà generata molto lentamente, ma durerà a lungo nel tempo.

Oltre ad attivare canali ionici la proteina G può attivare enzimi, tra questo vi sono:

l’Adenilato ciclasi che porta alla sintesi del “terzo” messaggero cAMP.

• La Fosfolipasi C che porta alla formazione di IP3 e DAG.

•

Il cAMP ha diverse funzioni:

Può legarsi dal lato citosolico al canale ionico, comportandosi da neurotrasmettitore interno.

• La funzione principale del cAMP è quella di attivare una CHINASI-Camp DIPENDENTE

• (PKA). Funzioni di PKA:

1. FOSFORILA il canale dopo essere stata attivata.

2. AMPLIFICA IL SEGNALE in quanto è in grado di attraversare i pori nucleari e all’interno

del nucleo attivare modulatori della trascrizione genica (ad esempio CREB) i quali, a loro

volta, inducono la trascrizione nel gene bersaglio. La trascrizione genera un RNA

messaggero che con la traduzione formerà una PROTEINA CANALE che verrà esocitata ed

entrerà a far parte della membrana plasmatica.

Una cosa molto importante è che, affinché si attivi la

PKA, è necessario che 4 molecole di cAMP si leghino

alla subunità regolatrice. In questo modo la subunità

regolatrice si stacca da quella catalitica, la quale si attiva:

se i livelli di produzione del cAMP sono bassi, vengono

modulati solo pochi canali, ma l’effetto non potrà

procedere perché non verrà attivata abbastanza PKA e

non si avrà modulazione nucleare.

Se invece vengono aumentati i livelli di cAMP i 4 siti

della PKA si saturano e avviene la modulazione anche a

livello nucleare.

Anche l’INOSITOLO TRIFOSFATO (IP3) è un terzo messaggero.

In questa via, la proteina G attiva la FOSFOLIPASI C la quale opera un taglio a livello di un

fosfolipide presente nelle membrane biologiche, il Fosfatidil-inositolo.

Con il taglio avremo il distacco della testa polare (IP3) dalle due code idrofobiche che rimangono

nello strato fosfolipidico della membrana come DIACILGLICEROLO (DAG).

IP3 diventa citosolico e si comporta da terzo messaggero. 45

L’IP3 non lega direttamente un canale,

ma ha il suo recettore nel reticolo

endoplasmatico che funge da deposito

di calcio libero.

Quando l’IP3 si lega al recettore, il

calcio depositato fuoriesce dal reticolo e

aumenta in concentrazione nel citosol.

Il calcio può attivare una PROTEINA

CHINASI CALCIO DIPENDENTE

(PKC), oppure, se la sua

concentrazione non è abbastanza elevata

da attivare la chinasi, ne modifica la

conformazione in modo da rendere possibile la sua interazione con il diacilglicerolo di membrana e

l’innesco di una seconda modificazione conformazionale che attiva completamente la PKC.

In alcune cellule il calcio fuoriuscito dal RE si lega alla CALMODULINA, proteina con struttura

ad α elica con due terminali globulari, ognuno dei quali lega i due atomi di calcio. Il legame del

calcio alla calmodulina è un legame COOPERATIVO, ossia sono necessari 4 atomi di calcio per

attivare la calmodulina e dopo il legame dei primi 2, è più facile legare gli altri 2.

L’attivazione della calmodulina porta ad una modificazione conformazionale che rende possibile

l’interazione con una regione della proteina chinasi Ca-CALM dipendente.

La chinasi Ca-calmodulina dip ha una dominio catalitico e uno inibitore.

In forma INATTIVA il dominio catalitico si ripiega sull’inibitore e risulta quindi non funzionante.

In forma attiva acquisisce la capacità di fosforilare un’altra molecola, come un canale ionico,

aprendolo e facendo passare gli ioni e cambiando il potenziale di membrana in modo da modulare

l’eccitabilità della cellula.

Se il calcio viene ripompato nel RE, gli ioni

calcio si staccano dalla calmodulina la quale

perde affinità per la chinasi.

MA la chinasi è stata fosforilata e ciò non

consente al dominio inibitore di legare di

nuovo quello catalitico.

Per disattivare completamente la chinasi c’è

bisogno di una defosforilazione ad opera

della FOSFATASI un enzima che taglia i

legami fosforici liberando il fosfato che

torna ad essere molecolare e il sito inibitore

può legarsi a quello catalitico, disattivando

la chinasi.

Perciò per disattivare la chinasi non basta

un solo passaggio; questo influisce sul

tempo di disattivazione della modulazione

del neurone.

RIASSUMENDO:

1. Le sinapsi indirette operano modulazioni lente ma durature.

2. Il segnale è sottoposto ad amplificazione.

3. Dipendono da molecole di nuova sintesi o attivazione (Prot. G., cAMP, IP3, DAG, Ca2+,

PKA, PKC…) 46

DESENSITIZZAZIONE

Un fenomeno da considerare è