Lezioni, Biochimica fisiologica e patologica

Biochimica della neurotrasmissione

Introduzione

La neurotrasmissione è un processo fondamentale che coinvolge la comunicazione tra i neuroni nel sistema nervoso. Comprendere la struttura dei neuroni e il funzionamento delle sinapsi è essenziale per analizzare questo fenomeno complesso.

Struttura dei neuroni

I neuroni sono costituiti da tre principali componenti: il soma, i dendriti e l'assone.

Sinapsi

Posizione

Le sinapsi possono essere classificate in base alla loro posizione: asso-dendritica, asso-somatica, ecc.

Tipo

Le sinapsi si dividono in elettriche e chimiche.

Effetto

Le sinapsi possono avere effetti diversi:

• Eccitatorie: Aumento della permeabilità al Na⁺, causando depolarizzazione e potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP).
• Inibitorie: Aumento della permeabilità al Cl^-, causando iperpolarizzazione e potenziale postsinaptico inibitorio (IPSP).

Potenziale di membrana a riposo

Il potenziale di membrana a riposo è di circa -64 mV, a causa della differente concentrazione di ioni. Per esempio:

• Na⁺: maggiore concentrazione extracellulare (140:15)
• K⁺: maggiore concentrazione intracellulare (35:120)
• Cl^-: maggiore concentrazione extracellulare (120:5)

Le proteine intracellulari contribuiscono al potenziale.

La depolarizzazione avviene attraverso l'apertura dei canali Na⁺, mentre la ripolarizzazione avviene con l'apertura dei canali K⁺. L'iperpolarizzazione e il ritorno al potenziale di riposo sono regolati da pompe attive.

Segnali elettrici

I segnali elettrici sono dovuti a correnti passive che derivano da:

• Processi attivi che generano gradienti ionici.
• Variazioni di permeabilità dei canali Na⁺ e Cl^-.

Comunicazione neuronale

1. Sintesi del neurotrasmettitore e accumulo in vescicole.
2. Rilascio e interazione con i recettori.

Neurotrasmettitori

Un neurotrasmettitore è una sostanza che deve:

• Essere presente nel neurone pre-sinaptico.
• Essere rilasciato in concomitanza con la stimolazione.
• Agire sul recettore della cellula bersaglio quando applicato sperimentalmente e produrre gli stessi effetti di quando viene rilasciato dal presinaptico.
• Avere specifici meccanismi per cessare la sua attività.

I neurotrasmettitori si dividono in:

1. Neurotrasmettitori classici (NT), come gli aminoacidi, rilasciati a bassa frequenza per trasmettere il segnale, e le amine biogene.
2. Peptidi - neuromodulatori (NM), rilasciati a seguito di stimoli ad alta frequenza, che modificano la comunicazione interneuronale senza alterare il potenziale di membrana, ma influenzando la capacità dei NT di modificarlo.

Vescicole sinaptiche

I NT sintetizzati si accumulano in vescicole grazie a uno specifico trasportatore. Esistono tre pool di vescicole:

• Readily releasable pool (RRP): Circa 1%, ancorate alla membrana e pronte per il rilascio.
• Di riserva: Circa 80-90%, legate tra loro da sinapsina.
• Di riciclaggio: Circa 10-15%, consentono la comunicazione; se il contenuto di riserva viene esaurito, possono rapidamente rifornire le vescicole in RRP.

Rilascio e interazione con il recettore

Quando il Ca²⁺ entra nella cellula, le vescicole si fondono con la membrana grazie al complesso SNARE, essenziale per il rilascio. Se bloccato, l'esocitosi non avviene, come nel caso del botulino.

Il NT rilasciato si lega al recettore, che può essere:

• Ionotropo: Direttamente canali - permeabilità immediata.
• Metabotropo: Attraverso proteine G - modulazione della permeabilità.

Lo stesso NT può avere effetti diversi a seconda del recettore:

• NF_α e β → ^{+ cAMP}
• 2_α → ^{− cAMP}

C'è un'amplificazione a cascata, e gli effetti possono includere:

• Modificazioni del potenziale di membrana.
• Regolazione della trascrizione genica.

Esistono recettori anche sul neurone pre-sinaptico per regolare il firing con una sorta di feedback.