Neuroni e il sistema nervoso

La segnalazione chimica

Gli enzimi modificano i propeptidi per produrre uno o più neurotrasmettitori peptidici. Dopo la fusione delle vescicole nell'esocitosi, i peptidi diffondono lontano e vengono degradati dagli enzimi proteolitici. I passaggi e meccanismi che seguono i sistemi neurotrasmettitoriali e della segnalazione chimica sono i seguenti: 1. Cellula che produce il segnale, di cui ne esistono tre tipi: - Le molecole non permeanti come i neurotrasmettitori non possono attraversare rapidamente la membrana plasmatica della cellula bersaglio e si devono legare alla porzione extracellulare del recettore transmembrana. - Le molecole permeanti sono in grado di attraversare la membrana plasmatica e di legarsi a recettori citoplasmatici o nucleari delle cellule bersaglio. - Le molecole associate alla superficie cellulare sono localizzate sulla superficie della membrana cellulare. Queste molecole segnale attivano i recettori sulle cellule bersaglio solo se sono immediatamente adiacenti alla cellula.

1. Segnale: è una molecola o un impulso elettrico che viene prodotto e trasmesso da una cellula all'altra.

2. Segnale: è una molecola o un impulso elettrico che viene prodotto e trasmesso da una cellula all'altra.

3. Recettore, di cui esistono diversi tipi: le molecole segnalenon permeanti possono legare e attivare recettori legati aicanali ionici, recettori legati agli enzimi, recettoriaccoppiati alle proteine G e le molecole segnale permeantiattivano recettori intracellulari.

4. Molecola bersaglio;

5. Risposta.

I recettori nello specifico-> Ciascun neurotrasmettitoreesercita i suoi effetti post-sinaptici legandosi a recettorispecifici: lo stesso neurotrasmettitore può legarsi a diversirecettori e ogni differente recettore a cui si lega ilneurotrasmettitore viene chiamato sottotipo recettoriale.

Esistono diversi tipi di neurotrasmettitori:

Ammine biogeniche, come l’acetilcolina (ACh);

Monoammine, comprende le catecolamine dopamina, noradrenalina ed adrenalina e l’indolamina serotonina;

Aminoacidi, che comprende il GABA, la glicina ed il glutamato;

Polipeptidi.

Ammine biogenicheL’acetilcolina viene sintetizzata nel citosol del

terminale assonico presinaptico dei neuroni colinergici. La colina acetiltransferasi (CAT) è l'enzima caratteristico della biosintesi dell'ACh. Solamente i neuroni colinergici contengono questo enzima, la presenza di CAT in un neurone è quindi una forte indicazione che questo neurone utilizza l'ACh come uno dei suoi trasmettitori. L'acetilcolina è sintetizzata generalmente nei neuroni dall'enzima colina acetil-transferasi utilizzando come substrato colina, a sua volta biosintetizzata a livello epatico a partire dalla serina, e il gruppo acetile dell'acetil-CoA, prodotto nei mitocondri. L'attività di questo enzima può essere notevolmente ridotta da composti organici del mercurio, che hanno alta affinità per il gruppo sulfidrilico dell'acetil-CoA. Questa inibizione può portare a deficienza di acetilcolina, con conseguenze rilevanti sulla funzione motoria. L'enzima acetilcolinesterasi (AChE) è

responsabile delladegradazione, per idrolisi, dell'acetilcolina, riconvertita in colina. Tale enzima, presente nelle terminazioni nervose, è responsabile dell'interruzione nella trasmissione del segnale.

L'acetilcolina può essere degradata anche da altre colinesterasi, come la butirrilcolinesterasi, che però la legano con affinità minore.

La maggior parte dell'acetilcolina sintetizzata viene immagazzinata all'interno di vescicole sinaptiche, dalle quali si ha un rilascio attraverso l'esocitosi attivata dall'ingresso del calcio nella terminazione nervosa. Le vescicole colinergiche accumulano acetilcolina con un meccanismo di trasporto attivo per mezzo di una proteina trasportatrice specifica.

La maggior parte dell'ACh appena sintetizzata viene trasportata all'interno di vescicole citosoliche verso la regione presinaptica del neurone. In questa sede le vescicole sono immagazzinate e fungono da vero e proprio deposito di ACh in

Attesa del segnale di rilascio. Solo la forma depositata nelle vescicole può svolgere correttamente il ruolo di neurotrasmettitore. Il processo di rilascio dell'Ach dalle vescicole di deposito viene cominciato da un potenziale d'azione trasmesso lungo l'assone fino alla membrana nervosa presinaptica.

Farmaci che inibiscono l'attività dell'enzima acetilconisteresi AChE: gli organifosfati-> Ci sono due tipi diversi di recettori dell'acetilcolina, e questi sono attivati da farmaci diversi. Il recettore ionotropico ACh è stimolato dalla nicotina, un alcaloide che si trova nelle foglie di tabacco (il nome latino della pianta è Nicotiania tabacum). Il recettore metabotropico ACh è stimolato dalla muscarina, che si trova nel fungo velenoso Amanita muscaria. Di conseguenza questi due recettori sono detti rispettivamente recettori nicotinici e recettori muscarinici.

Tra i numerosi farmaci che interagiscono con gli enzimi colinergici

quanto è costituito da diverse regioni cerebrali che contengono neuroni colinergici. Questo sistema è coinvolto in molte funzioni cognitive, come l'attenzione, la memoria e il controllo motorio. Il secondo farmaco, la neostigmina, blocca l'enzima acetilcolinesterasi, che degrada l'acetilcolina. Questo porta ad un aumento della concentrazione di acetilcolina nelle sinapsi colinergiche, migliorando la trasmissione del segnale nervoso. Entrambi i farmaci hanno un'importante applicazione clinica. L'atropina viene utilizzata per trattare gli effetti tossici degli organofosfati e per ridurre la secrezione di saliva durante interventi chirurgici. La neostigmina, invece, viene impiegata per trattare la miastenia grave, una malattia autoimmune che provoca debolezza muscolare. In conclusione, gli organofosfati sono composti che possono essere letali per l'uomo a causa della loro azione sull'acetilcolina. Tuttavia, grazie all'uso di farmaci come l'atropina e la neostigmina, è possibile contrastare gli effetti nocivi di questi composti e utilizzarli in modo sicuro nella medicina moderna.quanto i neuronicolinergici sono sparpagliati in diversi nuclei tra essi correlati, nel cuore del telencefalo, in posizione mediale e ventrale rispetto ai gangli della base. I più conosciuti di essi sono il nucleo mediale del setto ed il nucleo basale di Meynert, che forniscono l'innervazione colinergica all'ippocampo, alla corteccia ed al bulbo olfattivo. La funzione delle cellule di questo complesso risulta per lo più sconosciuta, ma l'interesse per questa regione è stato alimentato dalla scoperta che queste cellule sono tra le prime a morire nel decorso del morbo di Alzheimer, che è caratterizzato da una perdita progressiva e profonda delle funzioni cognitive (anche se, in realtà, nel morbo di Alzheimer si assiste ad una morte neuronale generalizzata, e non si è potuto stabilire nessuno specifico legame tra il morbo e i neuroni colinergici). Così come i sistemi noradrenergici e serotoninergici, anche il sistema colinergico.

è coinvolto nellaregolazione dell’eccitabilità generale del cervello,nell’attivazione e nei cicli sonno-veglia. Il complesso delproencefalo basale può avere anche un ruolo particolarenell’apprendimento e nella formazione dei ricordi.

Il secondo sistema colinergico diffuso ha un nome molto lungo: complessocolinergico ponto-mesencefalotegmentale. Si tratta di celluledel ponte e del tegmento del mesencefalo, che utilizzano ACh:Questo sistema agisce principalmente sul talamo dorsale dove,insieme ai sistemi noradrenergici e serotoninergici, regolal’eccitabilità dei nuclei sensoriali di ritrasmissione. Questecellule proiettano anche al telencefalo, fornendo un legamecolinergico tra il tronco dell’encefalo ed i complessi delproencefalo basale.

MonoammineI neurotrasmettitori dopamina, noradrenalina e adrenalina sonotutti sintetizzati a partire dalla tirosina attraverso una viabiosintetica comune che comprende cinque enzimi: latirosinaidrossilasi,

una decarbossilasi degli amminoacidi aromatici, la dopamina-β-idrossilasi, la pteridina-riduttasi e la feniletanolamina N-metiltransferasi. Tutte le catecolamine possiedono il nucleo del catecolo, costituito da un anello benzenico diidrossilato in posizione 3, 4. I neuroni catecolaminici sono presenti in regioni del sistema nervoso coinvolte nella regolazione del movimento, dell'umore, dell'attenzione e delle funzioni viscerali.

I canali ionici -> Il canale ionico trasmettitore-dipendente che è stato studiato in maniera più approfondita è il recettore nicotinico presente nei muscoli scheletrici. Questa molecola è un pentamero, un insieme di cinque subunità proteiche disposte come le doghe di una botte, unite assieme a formare un unico poro che attraversa la membrana. Quattro diverse polipeptidi vengono usati quali subunità per costituire il recettore nicotinico: essi sono chiamati alfa, beta, gamma e delta. Il canale completo è formato

da due unità alfa (α), da una unità beta (β), gamma (γ) e delta (δ), abbreviando α2 β γ δ. Attraverso questo, si è compresa la struttura di base delle subunità di molti altri canali trasmettitori dipendenti presenti nel cervello, e, fra di loro, vi sono molte somiglianze. La maggior parte contiene quattro segmenti idrofobici che probabilmente attraversano la membrana. Si pensa che la maggior parte dei canali siano complessi pentamerici, strettamente analoghi al recettore nicotinico dell'acetilcolina. I sistemi neurotrasmettitoriali Un neurotrasmettitore è una sostanza che veicola le informazioni fra i neuroni, attraverso la trasmissione sinaptica (vedi sinapsi). All'interno del neurone, i neurotrasmettitori sono contenuti in vescicole dette vescicole sinaptiche che sono addensate alle estremità distali dell'assone nei punti in cui esso contrae rapporto sinaptico con altri neuroni. Nel momento in cuiinaptico; III) Deve essere in grado di legarsi a specifici recettori o canali ionici sulla membrana post-sinaptica; IV) Deve essere in grado di produrre una risposta eccitatoria o inibitoria nel neurone post-sinaptico. Durante la trasmissione sinaptica, il neurotrasmettitore viene rilasciato nello spazio sinaptico e si lega ai recettori o ai canali ionici presenti sulla membrana post-sinaptica. Questa interazione scatena una risposta nel neurone post-sinaptico, che può essere eccitatoria o inibitoria a seconda del tipo di neurotrasmettitore coinvolto. È importante sottolineare che affinché un composto venga considerato un neurotrasmettitore, deve soddisfare tutti e quattro i requisiti sopra elencati.