Sinapsi: differenze tra le versioni

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Versione delle 16:39, 27 giu 2017

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Una sinapsi chimica è formata da tre elementi: il terminale presinaptico, o bottone sinaptico, [[spazio sinaptico]] (detto anche fessura inter-sinaptica o vallo sinaptico) e membrana post-sinaptica.

Il terminale presinaptico è una un'area specializzata, nell'assone del neurone presinaptico (il neurone portatore del messaggio), che contiene [[Neurotrasmettitore|neurotrasmettitori]] incapsulati in piccole sfere chiamate vescicole sinaptiche.

Il terminale presinaptico include la membrana pre-sinaptica dotata di canali per lo ione Ca²⁺ al passaggio del quale si crea un potenziale d'azione e le vescicole sinaptiche si fondono con la membrana, rilasciando il [[neurotrasmettitore]] nello spazio sinaptico. Qui il neurotrasmettitore entra in contatto con la membrana postsinaptica ove sono presenti specifici recettori o canali ionici.

Il neurotrasmettitore in eccesso viene riassorbito nella membrana presinaptica ([[ricaptazione]]), o scisso in parti inerti da un apposito [[enzima]]. Tali parti possono poi essere riassorbite dalla membrana presinaptica permettendo, all'interno del terminale presinaptico, una resintesi del neurotrasmettitore.

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===Giunzione neuromuscolare===

{{Vedi anche|Giunzione neuromuscolare}}

La '''giunzione neuromuscolare''' (o '''placca motrice''') è la sinapsi che il [[motoneurone]] forma con il [[muscolo]] scheletrico. Fra nervo e muscolo c'è uno [[spazio sinaptico]]. Il nervo è pre-sinaptico e il muscolo è post-sinaptico.

[[File:Synapse diag3.png|left|thumb| Schema di una placca motrice:<br />

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4) miofibrille]]

In prossimità della [[giunzione neuromuscolare]], la [[fibra motrice]] perde il suo rivestimento di [[Guaina mielinica|mielina]] e si divide in 2-300 ramificazioni terminali che si adagiano lungo la [[doccia sinaptica]] sulla superficie del [[sarcolemma]]. In [[anatomia]], il [[sarcolemma]] è la membrana cellulare delle fibre del tessuto muscolare striato, di origine connettivale. La membrana ha la funzione di ricevere e condurre stimoli. Le alterazioni della stabilità e del sistema di riparazione della membrana sarcolemmale possono portare alla [[distrofia muscolare]].

La [[Membrana cellulare|membrana plasmatica]] della fibra muscolare è notevolmente invaginata e forma numerose pliche giunzionali per aumentare la [[superficie]] di contatto fra [[nervo]] e [[muscolo]].

Nei [[terminale assonico|terminali assonici]] sono presenti molte [[vescicole sinaptiche]] contenenti [[acetilcolina]] (ACh), il mediatore chimico della placca motrice, sintetizzata in periferia del neurone.

Quando il [[potenziale d'azione]] raggiunge la parte terminale dell'[[assone]] si aprono canali [[potenziale elettrico]]-dipendenti per il [[Calcio (elemento chimico)|Ca²⁺]] (presenti nei bottoni sinaptici). Siccome la concentrazione extracellulare di Ca²⁺ è maggiore di quella interna il Ca²⁺ entra nella cellula secondo il [[gradiente]] di [[concentrazione]]. Inoltre è attratto nello spazio intracellulare anche dalla polarità negativa della membrana. Quindi è spinto a entrare da un doppio gradiente. Il suo ingresso permette la liberazione di ACh nello spazio sinaptico: la membrana della vescicola si avvicina alla membrana della sinapsi, le due membrane si fondono e viene rilasciata ACh.

Sulla membrana del muscolo ci sono [[recettore nicotinico|molecole recettoriali]] con grande [[affinità (biochimica)|affinità]] per ACh: si tratta di canali attivi che si aprono in seguito al legame con ACh. A differenza dei canali voltaggio-dipendenti questi canali sono aspecifici, cioè consentono il passaggio di ogni tipo di [[ione]]. All'apertura di questi recettori-canale il [[Sodio|Na⁺]] entra all'interno del muscolo spinto sia dalla forza chimica sia da quella [[elettrostatica]] e [[potassio|K⁺]] esce fuori dal muscolo spinto dalla forza chimica. Questo passaggio di ioni avviene contemporaneamente. (Durante il potenziale d'azione entra prima il Na⁺ e poi esce il K⁺ in maniera sequenziale, non contemporanea). Si ha quindi una [[depolarizzazione]] di membrana, perché entra più Na⁺ spinto da una forza maggiore di quella che spinge il K⁺ fuori dalla cellula. Il [[potenziale elettrico]] di membrana (E_m) a riposo del muscolo è {{M|−90|m|V}}; dopo l'apertura dei recettori-canale ACh-dipendenti e il [[flusso]] di ioni, l'E_m del [[muscolo]] diventa −40&nbsp;mV.

Questo valore è maggiore del valore soglia, ma non scatena un potenziale d'azione (quindi è un [[elettrotono]]), perché lungo la doccia sinaptica sulla superficie del [[sarcolemma]] non ci sono canali voltaggio-dipendenti per il Na⁺. Il potenziale di placca dunque, come tutti gli elettrotoni, è un potenziale locale, ma per potersi propagare lungo tutta la fibra muscolare deve essere trasformato in potenziale d'azione. Le regioni del sarcolemma adiacenti alla doccia sinaptica hanno canali voltaggio-dipendenti per il Na⁺; tra la regione della placca (in cui E_m&nbsp;=&nbsp;−40&nbsp;mV) e la regione contigua (in cui E_m&nbsp;=&nbsp;−90 mV) c'è una differenza di potenziale, perciò si verifica uno spostamento di [[carica elettrica|carica]] che forma un circuito di corrente capace di depolarizzare la regione di membrana su cui sono presenti i canali voltaggio-dipendenti per il Na⁺ generando un potenziale d'azione (anche questo preceduto da un elettrotono depolarizzante, quello della placca). Il potenziale d'azione si propaga lungo tutto il muscolo provocandone la [[contrazione muscolare|contrazione]].

Il [[potenziale di placca]] ha sempre un valore sufficiente per scatenare il [[potenziale d'azione]]. Quindi questa è una sinapsi "1:1", cioè in cui il potenziale di placca scatena il potenziale d'azione. Fra neuroni le sinapsi sono del tipo "molti:1", cioè occorrono più potenziali d'azione pre-sinaptici per scatenare un potenziale d'azione nel neurone post-sinaptico.

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Il [[sistema nervoso centrale]] è una fitta rete di connessioni: è costituito da almeno trenta miliardi di neuroni interconnessi tra loro, il quadruplo dei neuroni corticali delle scimmie più evolute. L'uomo dispone di 10¹⁴ o 10¹⁵ sinapsi.

La giunzione neuromuscolare è di tipo 1:1, cioè c'è una giunzione per ogni fibra muscolare. La superficie del corpo cellulare del motoneurone è cosparsa di bottoni sinaptici (ricoprono l'80% del [[Neurone|soma]] e dei [[Dendrite (biologia)|dendriti]]): quindi, la sinapsi del motoneurone è di tipo "molti:1". Molti potenziali d'azione che arrivano attraverso gli assoni presinaptici determinano eventualmente una risposta a livello del monticolo postsinaptico.

Prendiamo in esame un solo assone presinaptico. Il potenziale d'azione che viaggia lungo l'assone causa in prossimità della sinapsi l'apertura di canali voltaggio-dipendenti per il Ca²⁺. Il bottone sinaptico presenta vescicole contenenti un [[mediatore chimico]]. L'entrata di Ca²⁺ nella parte terminale dell'assone causa il rilascio del mediatore chimico nello spazio intersinaptico attraverso la fusione delle vescicole con la membrana cellulare. Nella membrana postsinaptica ci sono recettori con alta affinità per il mediatore. Il mediatore legandosi a questi recettori-canale ne causa l'apertura, quindi nella membrana postsinaptica avviene uno spostamento di ioni e si crea una d.d.p. di tipo elettrotonico. Questa non è sempre una depolarizzazione, può essere anche una [[iperpolarizzazione]] e l'ampiezza (± 2 mV) non è elevata come quella dell'elettrotono depolarizzante che genera il potenziale di placca.

Se in seguito all'apertura dei [[recettore ionotropico|recettori-canale]] si genera un potenziale depolarizzante, la membrana del neurone postsinaptico passa da – 70 mV (E_r) a – 68 mV (potenziale postsinaptico eccitatorio, PPSE), cioè raggiunge un valore più vicino al valore soglia, quindi occorre un elettrotono depolarizzante di intensità inferiore affinché avvenga un potenziale d'azione. Se si forma un potenziale iperpolarizzante la membrana passa da – 70 a – 72 mV (potenziale postsinaptico inibitorio, PPSI), un valore più lontano dal valore soglia, che quindi diventa più difficile da raggiungere.

Il mediatore può aprire canali aspecifici che lasciano passare tutti gli [[ione|ioni]] presenti nell'ambiente extracellulare (Na⁺ e K⁺) contemporaneamente secondo il loro [[gradiente]] [[elettrochimica|elettrochimico]] (Na⁺ dentro e K⁺ fuori), si crea così un PPSE (+ 2mV), cioè un [[cataelettrotono]]. Se il recettore di membrana è specifico solo per gli ioni piccoli, quali K⁺ e Cl^-, si crea un PPSI (– 2 mV), cioè un [[anaelettrotono]]: il K⁺ esce secondo gradiente, quindi E^m non è più uguale a E^r (che coincide col potenziale di equilibrio elettrochimico di Cl^-) e perciò il Cl^- non essendo più all'equilibrio elettrochimico entra nel neurone.

Un'unica sinapsi attiva non porta alla generazione del potenziale d'azione perché genera un elettrotono piccolo, locale e anche perché i canali voltaggio-dipendenti per il [[sodio|Na⁺]] non sono presenti nella regione immediatamente adiacente al bottone sinaptico, bensì si trovano all'inizio dell'[[assone]]. Quindi il [[potenziale d'azione]] si genera solo se la [[somma algebrica]] degli elettrotoni generati dalle sinapsi arriva al monticolo assonico con intensità sufficiente a far raggiungere il valore soglia.

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# Consideriamo che gli ingressi 1 e 2 sono attivati contemporaneamente: gli elettrotoni causati da queste si sommano. Questo fenomeno è detto sommazione spaziale: due sinapsi differenti sono attivate contemporaneamente o a brevissimo intervallo di tempo.

# Prendiamo infine in considerazione il caso in cui l'ingresso 1 sia attivato due volte di seguito a breve distanza di tempo: i due elettrotoni che si susseguono tra loro si sommano. Questo fenomeno è detto sommazione temporale: la sinapsi attivata è sempre la stessa, però i potenziali d'azione si [[addizione|sommano]] perché si sviluppano in un brevissimo intervallo di tempo, insufficiente affinché l'elettrotono causato dalla prima attivazione si estingua.

Perché nella regione del monticolo assonico si produca un potenziale d'azione è necessario che si generino più potenziali d'azione postsinaptici in somma l'uno con l'altro. Tutti gli elettrotoni causati da PPSI e PPSE si sommano algebricamente tra loro. La sinapsi molti:1 consente l'integrazione di molti segnali afferenti in un segnale efferente: c'è un'elaborazione dell'informazione.

Ogni sinapsi funziona da [[valvola]]: il segnale si propaga unidirezionalmente dall'elemento presinaptico a quello postsinaptico e mai viceversa. PPSE e PPSI sono fenomeni elettrotonici e quindi graduati e proporzionali alla quantità di mediatore chimico liberato dal bottone sinaptico. Il mediatore chimico è liberato in maggiore quantità se la sinapsi è attivata spesso ([[meccanismo|meccanismi]] di [[memoria (fisiologia)|memoria]]) o se la sinapsi è asso-assonica. Entrambe le sinapsi sono da considerare eccitatorie. Il potenziale d'azione che viaggia verso la sinapsi si propaga anche lungo il ramo collaterale dello stesso assone presinaptico che va a formare una sinapsi su un altro assone presinaptico in cui viene generato un PPSE che ne varia il Em di 2 mV (da – 70 a – 68 mV). Su quest'ultimo assone, che ora definiremo postsinaptico (rispetto al primo assone), ci sono recettori-canale per i [[ligando|ligandi]] (in quanto elemento postsinaptico) e canali voltaggio-dipendenti per il Na⁺ (in quanto assone), alcuni dei quali (pochi), in risposta al cambiamento di E_m, si aprono e generano un potenziale d'azione di ampiezza minore (perché entra meno Na⁺). Questo potenziale d'azione minore apre meno canali voltaggio-dipendenti per il Ca²⁺ e quindi si libera meno mediatore chimico, dunque il PPSE generato da questo secondo assone è minore di quello generato dall'assone di partenza, ma comunque i due PPSE si sommano.

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== Secrezione dei neurotrasmettitori ==

Non è ancora chiaro il meccanismo preciso tramite il quale un aumento del Ca²⁺ intracellulare scateni la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana plasmatica del terminale presinaptico. Ciò che è certo, è che nel processo sono coinvolte decine di proteine, alcune sono caratteristiche delle sinapsi neuronali, altre invece svolgono determinate funzioni sia nelle sinapsi sia all'interno di molte altre cellule per esempio a livello del [[reticolo endoplasmatico]], degli [[endosoma|endosomi]] o dell'[[Apparato del Golgi|apparato di Golgi]]. Una famiglia di proteine importanti nella fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana plasmatica sono le ''SNARE-associated proteins''.

Due di esse, la sinaptobrevina e la snapina sono proteine transmembrana presenti nella membrana delle vescicole sinaptiche. Le proteine SNAP, NSF, [[tomosina]], [[complexina]] e nSec1 sono SNARE-associated proteins presenti nel citoplasma del terminale presinaptico, mentre la sintaxina, sintafilina e SNAP-25 sono proprie della membrana del terminale presinaptico (le prime due sono proteine transmembrana, la seconda è una proteina estrinseca ancorata alla membrana tramite lipidi). Le proteine NSF (''NEM-sensitive fusion protein'') e quelle della famiglia SNAPs (''soluble NSF-attachment proteins'') agiscono coordinando l'assemblaggio di alcune proteine SNARE come la [[sinaptobrevina]], la [[sintaxina]] e [[SNAP25|SNAP-25]].

La funzione delle [[proteina SNARE|proteine SNARE]] sembra quella di associarsi, formando un complesso capace di portare in stretta apposizione due membrane, in questo caso quella delle vescicole sinaptiche e quella del terminale presinaptico, in particolare le proteine SNARE del citoplasma sembrano svolgere una funzione regolatrice nei confronti delle SNARE associate alle membrane; questa è una condizione essenziale affinché le due membrane si fondano permettendo l'[[esocitosi]] nella fessura sinaptica dei neurotrasmettitori contenuti nelle vescicole sinaptiche. Certo è che sono una famiglia di proteine fondamentali per la secrezione, dal momento che le tossine che le inibiscono bloccano il rilascio di [[Neurotrasmettitore|neurotrasmettitori]]. Tuttavia, nessuna delle proteine SNARE lega il Ca²⁺.

Nelle sinapsi le proteine leganti Ca²⁺ sono RIM, DOC2, CAPS, munc-13, la [[rabfilina]], la [[calmodulina]] e la [[sinaptotagmina]]. Sembra che sia quest'ultima a legare il Ca²⁺ a concentrazioni simili a quelle che occorrerebbero per scatenare la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana plasmatica del terminale presinaptico. La sinaptotagmina è una grossa proteina transmembrana che si trova nella membrana delle vescicole sinaptiche. RIM e DOC2 sono proteine leganti il Ca²⁺ che si trovano nel [[citoplasma]] del terminale presinaptico, la rabfilina è legata a Rab3 la quale a sua volta è una proteina estrinseca della membrana delle vescicole, così come lo è la proteina chinasi II Ca²⁺/CaM dipendente. Quando il Ca²⁺ si lega alla sinaptotagmina le fa cambiare conformazione e le permette di interagire con le proteine della famiglia SNARE che nel frattempo hanno apposto le due membrane, per cui sembra suo il ruolo determinante nella fusione delle due membrane. Anche se il suo ruolo nell'esocitosi non è chiaro, la sinaptotagmina è certamente una proteina fondamentale poiché anche una sola delezione in un suo gene non è compatibile con la vita.

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L'[[acetilcolina]] (Ach) è l'unico mediatore che agisce nella [[giunzione neuromuscolare]], ma agisce anche nelle sinapsi del [[Sistema nervoso centrale|SNC]] e del [[Sistema nervoso periferico|SNP]]. Le sinapsi il cui mediatore è l'ACh sono dette colinergiche. L'[[acetilcolina]] viene distrutta dall'enzima [[acetilcolinesterasi]] (acetil-colina-esterasi).

Le [[ammina|monoammine]] sono mediatori che presentano il [[Ammine|gruppo funzionale]] (–[[azoto|N]][[idrogeno|H]]₂). [[Dopamina]] (DA), [[noradrenalina]] (NA) e [[adrenalina]] sono caratterizzate dal [[Pirocatecolo|catecolo]], perciò sono dette catecolammine, e sono presenti nelle sinapsi di SNC e SNP. Il [[malattia di Parkinson|Parkinson]] è dovuto a una degenerazione dei neuroni dopaminergici. Sia l'[[adrenalina]] (detta anche [[Adrenalina|epinefrina]]) sia la noradrenalina (norepinefrina) si ritrovano nel [[apparato circolatorio|circolo sanguigno]], agendo anche come [[ormone|ormoni]]. I neuroni che utilizzano le monoammine sono detti aminergici e le monoamine vengono distrutte dal complesso delle [[Ammino ossidasi|Monoaminossidasi]] (MAO). La [[serotonina]] o 5-idrossitriptamina deriva dal [[triptofano]] ed è utilizzata in alcune regioni del SNC come quella [[ippocampo (anatomia)|ippocampica]].

[[amminoacido|Amminoacidi]] come [[Acido glutammico|Glutammato]], [[glicina]] e [[acido butirrico|acido γ-idrossibutirrico]] o [[Acido γ-amminobutirrico|GABA]] (che deriva dal glutammato per perdita di COOH). Glicina e GABA sono inibitori a livello delle sinapsi del SNC, si legano sempre a una classe di recettori che provoca effetti inibitori.

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*Attivanti (ad esempio quelle vicine al recettore β attivante): se attivate α-GTP attiva l'adenilico ciclasi.

*Inibenti (ad esempio quelle vicine al recettore α2 inibitorio): se attivate α-GTP inibisce l'adenilico ciclasi

Il meccanismo con cui α-GTP agisce sull'[[adenilato ciclasi]] è sempre lo stesso. L'[[Inibitore enzimatico|inibizione]] dell'adenilico ciclasi causa una diminuzione di [[Adenosina monofosfato ciclico|cAMP]] e quindi una diminuzione della [[velocità]] delle reazioni a cascata. Conseguentemente a questo meccanismo uno stesso mediatore può avere sia un effetto attivante sia un effetto inibente. Un [[mediatore]] che si lega a un recettore ionotropo può avere sempre e solo effetto attivante o sempre e solo effetto inibente. I mediatori che si legano a recettori metabotropi possono avere entrambi gli effetti, a seconda del tipo di recettore al quale si legano. Il legame del mediatore a un recettore metabotropo comporta un ritardo di 50-10050–100 m[[secondo|sec]] dell'apertura dei canali, al contrario degli ionotropi. La cascata di reazioni innescata da un singolo mediatore (che si lega a un singolo canale) comporta l'amplificazione del segnale cioè comporta l'apertura di più canali, al contrario di quanto accade per gli ionotropi (in cui ogni mediatore apre un solo canale).

L'effetto complessivo in seguito all'attivazione di un metabotropo è una modulazione dell'elemento postsinaptico, poiché il segnale è ritardato, prolungato nel tempo e generalizzato.

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