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3 - Funzionamento neurofisiologico e processi psichici: Sinapsi e…
3 - Funzionamento neurofisiologico e processi psichici: Sinapsi e comportamento
Introduzione alle sinapsi
Le cellule nervose si distinguono per la capacità di comunicare rapidamente e con precisione
Due meccanismi di comunicazione
Conduzione assonale → propagazione del segnale lungo l'assone
Trasmissione sinaptica → passaggio del segnale tra cellule
Sinapsi: definizione
Regioni specializzate di contatto dove avviene la comunicazione
Tra due neuroni, oppure tra un neurone e una cellula effettrice
Due tipi di sinapsi
Sinapsi elettriche
Il segnale passa direttamente dal neurone presinaptico al postsinaptico
Parte della corrente sfugge all'esterno tramite canali passivi della membrana
Un'altra parte passa nella cellula postsinaptica tramite giunzioni comunicanti
Canali ionici specializzati che collegano il citoplasma delle due cellule
Sinapsi chimiche
Il neurone presinaptico secerne un neurotrasmettitore
Il neurotrasmettitore attraversa la fessura sinaptica
Si lega a un recettore sulla membrana postsinaptica
Il legame apre canali ionici → variazione del potenziale di membrana postsinaptico
Non c'è contatto strutturale diretto tra le due cellule
Sinapsi chimiche
Struttura
Fessura sinaptica: 20-40 nm (10 volte più larga delle giunzioni comunicanti a 3 nm)
Nessun elemento strutturale connette direttamente le due cellule
Terminazioni presinaptiche: rigonfiamenti specializzati dell'assone
Contengono vescicole sinaptiche (migliaia di molecole di neurotrasmettitore ciascuna)
Vescicole accumulate nelle zone attive (regioni specializzate per il rilascio)
Differenze rispetto alle sinapsi elettriche
Elettriche: trasmettono depolarizzazioni e iperpolarizzazioni, degradano lo stimolo, nessuna inversione di polarità
Chimiche: solo depolarizzazione presinaptica efficace, possibile amplificazione e inversione di polarità
La trasmissione chimica è prevalente nel SNC
Meccanismo di rilascio del neurotrasmettitore
Potenziale d'azione arriva alla terminazione presinaptica
Apertura canali Ca2+ voltaggio-dipendenti nel terminale presinaptico
Aumento di Ca2+ → fusione vescicole con membrana citoplasmatica (esocitosi)
Il neurotrasmettitore viene liberato nella fessura sinaptica
Diffonde e si lega a recettori specifici sulla membrana postsinaptica
I recettori aprono o chiudono canali ionici
Questa sequenza causa un ritardo rispetto alla trasmissione istantanea delle sinapsi elettriche
Fenomeno dell'amplificazione
Poche vescicole rilasciano migliaia di molecole → apertura di migliaia di canali ionici postsinaptici
Canali ionici nelle sinapsi chimiche
Selettivi per specifiche specie ioniche
Apertura determinata da fattori elettrici (voltaggio), chimici (neurotrasmettitore) o meccanici (pressione/stiramento)
Possono essere passivi (sempre aperti) o attivi (apertura regolata)
Recettori presinaptici e postsinaptici
Recettori postsinaptici → trasmettono l'informazione alla cellula bersaglio
Recettori presinaptici → autoregolano il rilascio del neurotrasmettitore
Più sensibili perché più vicini al sito di rilascio
Se c'è rilascio eccessivo, inibiscono ulteriore rilascio (feedback negativo)
Azione diretta e indiretta sui canali ionici
Diretta: es. GABA → apre canali K+ → iperpolarizzazione → inibizione (neurotrasmettitore inibitorio per eccellenza)
Altri esempi: recettori per ACh, glutammato (GLU), glicina
Indiretta: tramite un secondo messaggero
Destino del neurotrasmettitore rilasciato
Si lega in parte ai recettori postsinaptici, in parte ai presinaptici
Una terza parte viene ricaptata dal neurone presinaptico tramite trasportatori specifici
Ogni neurotrasmettitore ha il proprio trasportatore (dopamina, serotonina, noradrenalina ecc.)
La ricaptazione e la fusione delle membrane comportano dispendio energetico
Meccanismo kiss-and-run
Alternativa all'esocitosi: la vescicola apre un poro senza fondersi con la membrana
Vantaggi: più veloce, meno dispendio energetico, nessuna perdita di membrane
Svantaggio: rilascia meno neurotrasmettitore
Il rilascio è regolato da diversi fattori, tra cui ormoni sessuali (es. estrogeni)
Sinapsi elettriche
Trasferimento diretto della corrente ionica da una cellula alla successiva
Sede: giunzioni comunicanti → membrane pre- e postsinaptiche separate da soli 3 nm
Trasmissione elettrotonica
La maggior parte delle sinapsi elettriche è bidirezionale
Neuroni pre- e postsinaptico sono isopotenziali
La variazione di potenziale nel postsinaptico è sovrapponibile per forma e ampiezza a quella del presinaptico
Eccezione: sinapsi elettrica rettificante → trasmissione unidirezionale
Meccanismo
Depolarizzazione del neurone presinaptico → cariche positive passano nella membrana postsinaptica
Se la depolarizzazione supera la soglia (−50 mV) → apertura canali Na+ voltaggio-dipendenti → potenziale d'azione
Trasmissione graduata
Avviene anche quando le correnti presinaptiche sono sotto la soglia del potenziale d'azione
Caratteristiche funzionali
Estrema rapidità della trasmissione (contatto diretto)
Importante per reazioni di difesa (es. muscolo cardiaco, nucleo reticolare del talamo)
Poca precisione
Soglia di attivazione molto alta quando connettono molti neuroni
Se superata, tutto il gruppo di neuroni scarica in modo sincrono (legge del tutto o nulla)
Altre funzioni
Partecipano alla regolazione metabolica e allo sviluppo cellulare
Passaggio di molecole (es. cAMP) attraverso i pori di grosso calibro delle giunzioni comunicanti
Neurotrasmettitori
Ruolo nella sinapsi chimica
Consentono l'elaborazione di informazioni complesse
Garantiscono la direzione unidirezionale del segnale (dal presinaptico al postsinaptico)
L'azione dipende dal recettore, non dal neurotrasmettitore
Stessa sostanza può eccitare alcune cellule e inibirne altre
Es. acetilcolina (ACh): eccitatoria, inibitoria o entrambe, a seconda del recettore
È il tipo di recettore a determinare se la sinapsi sarà eccitatoria o inibitoria
E se il canale ionico sarà attivato direttamente o tramite secondo messaggero
Caratteristiche dei recettori dei neurotrasmettitori
Proteine transmembrana a tutto spessore, con zona esterna che riconosce e lega il neurotrasmettitore
Funzione effettrice: modulano apertura/chiusura dei canali ionici nella cellula bersaglio
Criteri per definire una sostanza "neurotrasmettitore"
a) Deve essere sintetizzata nel neurone
b) Deve essere presente nelle terminazioni presinaptiche
c) Deve essere liberata in quantità sufficiente per agire sul neurone postsinaptico
d) Se introdotta dall'esterno, deve riprodurre l'azione del neurotrasmettitore endogeno
Due grandi classi chimiche
Molecole a basso peso molecolare → sintetizzate da precursori grazie a enzimi nel citosol
Peptidi → costituiti da catene amminoacidiche
Due tipi funzionali
Eccitatori → inducono l'innesco di potenziali d'azione
Inibitori → riducono la capacità della cellula di innescare potenziali d'azione
Recettori
I recettori sinaptici riconoscono i neurotrasmettitori e attivano gli effettori
Due famiglie di recettori
Recettori ionotropici (azione diretta sui canali ionici)
Recettore e canale ionico sono un'unica macromolecola
Il neurotrasmettitore si lega → cambia la conformazione → si apre il canale
Canali a controllo di ligando: si aprono/chiudono in base alla presenza della molecola
Fenomeno rapido (millisecondi)
Coinvolti nelle manifestazioni del comportamento
Esempi
Recettore nicotinico per l'ACh
Recettori per il GABA
Recettori per la glicina
Recettori per il glutammato: AMPA e NMDA
Recettori metabotropici (azione indiretta sui canali ionici)
L'unità recettiva è lontana dai canali ionici
Accoppiati con proteina G (guanosinmononucleotide)
Attivano meccanismi a cascata che aprono i canali
Fenomeno lento (da millisecondi a minuti)
Modulano comportamento e processi di apprendimento
Esempi
Recettori alfa e beta adrenergici (noradrenalina)
Recettori per dopamina e serotonina
Recettori muscarinici per l'ACh
Recettori metabotropici per il glutammato (mGluR, 7 tipi identificati)
Recettori per neuropeptidi
Meccanismo dei recettori metabotropici
Neurotrasmettitore si lega al recettore → proteina G accoppia recettore e molecola effettrice
La molecola effettrice (enzima) produce un secondo messaggero
Il secondo messaggero innesca reazioni a cascata che modificano le condizioni biochimiche della cellula
Attivazione di proteinkinasi → fosforilazione di proteine bersaglio
Mobilizzazione delle riserve intracellulari di calcio
Effettori principali: adenilciclasi, fosfolipasi-C, fosfolipasi-A2
Secondi messaggeri agiscono legandosi a proteine bersaglio o attivando proteinkinasi
I recettori sono identificati per il neurotrasmettitore e per il composto specifico che riconoscono