Fisiologia - le sinapsi

SINAPSI ELETRICHE

Nella sinapsi elettrica le cellule sono separate da una strettissima fessura sinaptica,

inoltre la continuità elettrica viene garantita da delle giunzioni gap (giunzioni

comunicanti) che collegano la cellula presinaptica a quella postsinaptica. Le giunzioni

comunicanti sono delle regioni di membrana contenenti particolari canali acquosi detti

connessoni, ognuno dei quali è costituito da 6 subunità proteiche ( connessine), che

disposte in circolo delimitano un poro acquoso centrale. Nella giunzione gap, a ogni

connessone sulla membrana della cellula presinaptica corrisponde un connessone

giustapposto su quella postsinaptica.

Quando i connessoni attigui sono aperti, le cellule sono connesse elettricamente e vi può

essere flusso di corrente tra le cellule. Quando nella cellula presinaptica insorge il

potenziale d’azione, si crea una differenza di potenziale tra gli elementi sinaptici e

quindi una forza elettromotrice. La f.e.m. induce correnti di circuito locale, che si

propagano dalla cellula con potenziale più positivo a quella con potenziale più negativo.

Il risultato è una depolarizzazione della cellula postsinapticaà se la depolarizzazione supera il valore soglia la cellula postsinaptica genera un

nuovo potenziale d’azione.

Le sinapsi elettriche sono dette sinapsi non rettificanti, in quanto possono far passare la corrente in entrambe le direzioni(bidirezionali).

Quindi la direzione viene imposta dall’elemento sinaptico che per primo genera il potenziale d’azione e che quindi diventa l’elemento

presinaptico.

Le sinapsi elettriche sono SOLO ECCITATORIE .

Le sinapsi elettriche sono molto rapide (il periodo di latenza- tempo in cui la cellula postsinaptica genera il potenziale postsinaptico - è

brevissimo) perciò sono localizzate in aree del SNC ed in tessuti in cui le cellule devono generare potenziali d’azione sincroni per assolvere al loro

compito funzionale.

SINAPSI CHIMICHE Le sinapsi chimiche sono costituite da:

- una fessura sinaptica relativamente ampia;

- una cellula presinaptica, caratterizzata da un apparato esocitotico e da vescicole sinaptiche;

- una cellula postsinaptica contraddistinta dalla presenza di recettori per il neurotrasmettitore rilasciato dalla

cellula presinaptica.

Le specializzazioni degli elementi pre- e post- sinaptici fanno si che la trasmissione del segnale sia unidirezionale,

perciò la sinapsi chimica è definita sinapsi rettificante.

Fasi della trasmissione sinaptica:

1. esocitosi del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica: l’esocitosi è indotta dal potenziale d’azione generato dalla cellula presinaptica e

dalla variazione di concentrazione intracellulare di Ca resa possibile dall’apertura dei canali voltaggio dipendenti del calcio presenti sulla

++

membrane del terminale presinaptico. L’esocitosi del neurotrasmettitore avviene in zone specializzate della membrana, dette “zone attive”.

2. attivazione della membrana postsinaptica: conseguenza della diffusione del neurotrasmettitore verso l’elemento postsinaptico. L’attivazione

inizia dopo che il neurotrasmettitore si è legato ai recettori specifici della membrana postsinaptica. La formazione del legame recettore-

neurotrasmettitore causa una variazione della permeabilità della membrana e, quindi, una variazione del potenziale di membrana della cellula

postsinaptica.

3. rimozione del neurotrasmettitore dalla fessura sinaptica: l’interruzione della trasmissione sinaptica inizia quando termina l’esocitosi del

neurotrasmettitore e per completarsi richiede anche l’eliminazione del neurotrasmettitore ancora presente nella fessura sinaptica. Tale rimozione

può avvenire mediante tre meccanismi:

- diffusione del neurotrasmettitore fuori dalla fessura sinaptica secondo gradiente di concentrazione

- inattivazione enzimatica del neurotrasmettitore

- recupero del neurotrasmettitore da parte dell’elemento presinaptico, grazie a meccanismi di cotrasporto con il Na.

Il meccanismo con cui viene generato il potenziale postsinaptico dipende dal tipo di neurotrasmettitore e dai recettori e può essere:

- TRASMISSIONE DIRETTA ( o sinapsi chimica veloce): il neurotrasmettitore si lega al sito recettoriale di un canale ionico ligando-dipendente

(recettore ionotropico ) e la molecola recettoriale così attivata causa direttamente la variazione del potenziale di membrana della cellula

*

postsinaptica.

- TRASMISSIONE INDIRETTA (o sinapsi chimica lenta): il neurotrasmettitore si lega ad un recettore accoppiato ad una proteina G (recettore

metabotropico ) che a sua volta modula l’attività di un canale ionico attraverso l’attivazione di un secondo messaggero. La variazione della

*

permeabilità della membrana postsinaptica, in questo caso, richiede il susseguirsi in cascata di diversi eventi citoplasmatici.

A seconda del tipo di canale ionico coinvolto, le sinapsi chimiche si dividono in:

- ECCITATORIE: causano la depolarizzazione della membrana postsinaptica, a causa dell’apertura dei canali per il Na (E = +62mV)

+ Na V + positivo

e il Ca (E =+125mV)à il V si avvicina al valore sogliaà eccitazione

++ m Potenziale di

Ca m membrana

- INIBITORIE: causano l’iperpolarizzazione della membrana, a causa dell’apertura di canali per il K (E =-102 mV) e

+ k V = -80 mV

m

del Cl (E =-88mV)à il V si allontana dal valore sogliaà inibizione dell’eccitazione

- Cl m V + negativo

m

In ogni sinapsi chimica rapida una o più specie di ioni trasferisce corrente attraverso la membrana postsinaptica e la variazione del potenziale di

membrana che ne consegue determina se la sinapsi è eccitatoria o inibitoria. Se prendiamo come riferimento una sinapsi in cui solo una specie

ionica, X, conduce la corrente sinaptica, vedremo che man mano che il potenziale di membrana, Vm, si sposta verso il potenziale di equilibrio, Ex,

la forza motrice agente su X (Vm-Ex) diminuirà. Quando Vm=Ex, il flusso di corrente transmembrana si annulla, anche se i canali continuano a

essere aperti, poiché è nulla la forza motrice agente sugli ioni X. Se ora regoliamo, sperimentalmente, il valore di Vm sull'altro lato rispetto a Ex, la

corrente ricomincerà nuovamente a fluire, perché Vm-Ex sarà ancora diverso da zero, ma il segno risulta cambiato, indicando che la forza motrice

è diretta ora in direzione opposta. Di conseguenza, X fluirà attraverso i canali in direzione opposta rispetto alla situazione precedente. Poiché la

direzione della corrente ionica e il segno del potenziale postsinaptico s’invertono quando Vm passa da un lato all'altro di Ex, quest'ultimo è detto

potenziale d’inversione, E . Quando i canali sinaptici si aprono, la corrente sinaptica provoca lo spostamento di Vm verso Einv della corrente. Il

inv

potenziale d’inversione è una proprietà che si è dimostrata molto utile per capire come gli ioni trasportino la corrente. Se il potenziale

d’inversione di una corrente sinaptica è più positivo della soglia della cellula postsinaptica, allora quella sinapsi è eccitatoria. Se invece Einv è più

negativo della soglia, la sinapsi è inibitoria.

* Recettore ionotropicoà complessi proteici che possiedono due domini funzionali, un sito di legame

extracellulare per il neurotrasmettitore ed una regione transmembranaria che costituisce il canale.

Strutturalmente sono costituiti da 4 o 5 subunità proteiche, ciascuna delle quali contribuisce a formare il poro del

canale.

* Recettore metabotropicoà vengono così chiamati perché il legame del recettore con l’agonista da origine a

metaboliti. Questi recettori sono proteine transmembranali a 7 α-eliche che non formano canali ionici. Hanno un

sito di legame extracellulare per il neurotrasmettitore e una regione intracellulare deputata al legame con le

proteine G, le quali sono costituite da 3 subunità (αβγ), che legano nucleotidi guaninici. Quando una proteina G

viene in contatto con un recettore legato al suo agonista (stato attivo) viene attivata, se invece il recettore è legato

ad un antagonista, viene favorito lo stato inattivato del recettore che impedisce l’attivazione delle proteine G.

ESEMPIO DI SINAPSI CHIMICA: LA SINAPSI NEUROMUSCOLARE

La sinapsi neuromuscolare è una sinapsi chimica diretta eccitatorie il cui neurotrasmettitore è l’acetilcolina ( ACh). (tramite il rilascio

di acetilcolina la fibra muscolare potrà contrarsi.)

Nella giunzione neuromuscolareà cellula presinaptica = motoneurone

cellula postsinaptica = fibra muscolare scheletrica

La fibra muscolare è caratterizzata da un’unica regione sinaptica che occupa una posizione centrale ed è detta placca motrice. In prossimità della

placca motrice, il motoneurone perde la sua guaina mielinica e si ramifica.

La fibra nervosa del motoneurone si porta a livello di una fibra muscolare, fonde la sua membrana basale con quella della fibra muscolare e

costituisce una serie di espansioni bottoniformi (bottoni sinaptici), ospitate in invaginazioni del sarcolemma della fibra muscolare.

Ipotesi del rilascio quantale del neurotrasmettitore: La liberazione del neurotrasmettitore (in questo caso ACh) avviene in via quantale ( in

à

quanti), cioè il rilascio avviene per multipli di contenuto quantale di ogni vescicoletta.

Essendo la giunzione neuromuscolare una sinapsi chimica diretta, la molecola recettoriale che lega l’ACh è un canale ionico ligando

dipendente:

- Recettore canale nicotinico di tipo muscolare ( nAChR). recettore deve il suo nome alla nicotina, l’agonista di riferimento per questo

àTale

recettore. È un recettore ionotropo che ha effetti postsinaptici eccitatori. Sono antagonisti del recettore il curaro e la α-bungarotossina. Il nAChR è

costituito da 5 subunità (α β γ δ negli invertebrati e α β ε δ nei vertebrati), ognuna delle quali è costituita da 4 porzioni idrofobiche (M M M

2 2 1 2 3

M ). Il canale passa allo stato aperto quando a ogni subunità α si lega una molecola di ACh. Quando è aperto, il canale viene attraversato da una

4

corrente cationica entrante (Na entrante e K uscente). L’elevata concentrazione di neurotrasmettitore (ACh) fa si che si possano aprire

+ +

contemporaneamente un gran numero di recettori nicotinici e che si generino potenziali postsinaptici abbondantemente sovrasogliaà quindi ad

ogni potenziale d’azione neuronale (presinaptico) corrisponde un potenziale d’azione muscolare (postsinaptico) capace di propagarsi lungo la

fibra muscolare scheletrica.

- Recettore muscarinico (mAChR)à Prende il nome dal suo agonista, la muscarina. È espresso nelle cellule effettrici del sistema nervoso

autonomo innervate da neuroni postganglia