Sinapsi e segnali chimici

In questo articolo capiremo cos’è una sinapsi e a cosa serve.

Le cellule del sistema nervoso sono in grado di comunicare tra loro e con cellule di altri tessuti. La comunicazione nervosa è legata a diversi fattori:

• le molecole prodotte dai neuroni che fungono da segnale;
• i recettori per le molecole presenti sulle cellule bersaglio;
• le connessioni anatomiche tra i neuroni.

L’insieme di queste strutture prende il nome di sinapsi.

Andando più nello specifico possiamo distinguere la struttura di una sinapsi in:

• una struttura presinaptica, sede del potenziale d’azione;
• il vallo o fessura sinaptica;
• la struttura postsinaptica, che riceve il segnale.

La struttura presinaptica è rappresentata dal terminale assonico. L’assone si ramifica perdendo la guaina mielinica ed assumendo una forma svasata che prende il nome di bottone sinaptico. Il bottone sinaptico può prendere contatto con il neurone postsinaptico su tre diverse zone. In base a dove avviene il contatto possiamo distinguere:

• sinapsi asso-somatica, il contatto avviene sul corpo cellulare;
• sinapsi asso-dendritica, il contatto avviene sui dendriti;
• sinapsi asso-assonica, il contatto avviene sull’assone.

Tipi di sinapsi

Possiamo identificare due tipi sinapsi: elettriche e chimiche.

Le sinapsi elettriche fanno passare direttamente un segnale elettrico dal citoplasma di una cellula all’altra. Queste sinapsi hanno il vantaggio di avere una conduzione del segnale molto rapida tra le cellule. Questo tipo di sinapsi la troviamo principalmente nei neuroni del sistema nervoso centrale.

A differenza della sinapsi elettriche, le sinapsi chimiche utilizzano neurotrasmettitori. Il segnale elettrico viene convertito in un segnale chimico che attraversa il vallo sinaptico e raggiunge la cellula bersaglio. La sintesi del neurotrasmettitore può avvenire sia nel soma sia nel terminale assonico.

I neurotrasmettitori polipeptidici sono sintetizzati nel soma e poi trasportati perché il terminale assonico è privo di organuli necessari per la sintesi proteica. Le molecole di neurotrasmettitore sono impacchettate in piccole vescicole sinaptiche, che verranno rilasciate per esocitosi (Il passaggio di materiali attraverso le membrane).

Esocitosi

Il rilascio di neurotrasmettitori per esocitosi avviene in questo modo: il potenziale di azione che raggiunge il terminale assonico fa aprire i canali voltaggio-dipendenti per il Ca²⁺. Gli ioni calcio che sono più concentrati nel liquido extracellulare entrano nella cellula, legandosi a proteine regolatrici ed avviando l’esocitosi. Le membrane delle vescicole sinaptiche si fondono con la membrana cellulare rilasciando il neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Le molecole di neurotrasmettitore si diffondono nel vallo sinaptico per poi legarsi ai recettori della cellula postsinaptica.

Segnali chimici

Le molecole chimiche rilasciate dai neuroni possono fungere da neurotrasmettitori, neuromodulatori o da neuroormoni. I neurotrasmettitori ed i neuromodulatori agiscono come sostanze paracrine ed autocrine mentre i neuroormoni vengono secreti nel sangue per raggiungere bersagli lontani.

La quantità di neurotrasmettitore rilasciata dal terminale assonico è connessa al numero di potenziali d’azione che arrivano al terminale nell’unità di tempo. Difatti i potenziali di azione sono tutti uguali, per cui l’unica variabile è la frequenza. Questo accade perché un potenziale graduato innesca una sequenza di potenziali d’azione.

Maggiore è l’ampiezza del potenziale graduato maggiore è la frequenza dei potenziali di azione innescati.

Le sostanze neurocrine vengono classificate in sette categorie a seconda della loro struttura:

1. acetilcolina
2. amine biogene
3. aminoacidi
4. purine
5. gas
6. peptidi
7. lipidi

I neuroni del SNC rilasciano molte sostanze neurocrine, al contrario i neuroni del SNP rilasciano solamente acetilcolina, noradrenalina e adrenalina.

Acetilcolina

L’acetilcolina (ACh) viene sintetizzate dalla colina e dall’acetil coenzima A. La colina (C₅H₁₄NO) è una piccola molecola presente anche nei fosfolipidi. L’acetil-CoA è l’intermedio che si forma nel ciclo dell’acido citrico.

Amine biogene

Le amine biogene sono derivati dai singoli aminoacidi. L’aminoacido tirosina viene convertito in dopamina, noradrenalina e adrenalina. L’aminoacido triptofano viene convertito in serotonina mentre l’istidina è convertita in istamina.

Aminoacidi

Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio del SNC, mentre il GABA (acido gamma-aminobutirrico) è il principale inibitorio. L’aspartato svolge le stesse funzioni del glutammato ma solamente in alcune aree cerebrali. L’aminoacido glicina è il più importante neurotrasmettitore inibitorio del midollo spinale, ma può anche legarsi ad un recettore per il glutammato potenziandone gli effetti.

Purine

L’adenosina monofosfato (AMP) e l’adenosina trifosfato (ATP) agiscono anche da neurotrasmettitori.

Gas

L’ossido nitrico o monossido d’azoto (NO) viene sintetizzato a partire dall’ossigeno e dall’aminoacido arginina. L’NO non si lega a recettori di membrana ma diffonde liberamente nella cellula bersaglio, una volta entrato si lega alle proteine.

Peptidi

Tra i peptidi secreti dal sistema nervoso troviamo la sostanza P coinvolta nelle vie nocicettive, gli oppioidi (encefaline ed endorfine) che mediano l’analgesia ed i neuroormoni e neurotrasmettitori colecistochina, vasopressina e peptide natriuretico atriale.

Lipidi

I lipidi neurocrini includono gli eicosanoidi che sono ligandi endogeni per i recettori cannabinoidi.

Recettori

I recettori per i neurotrasmettitori appartengono alla categoria dei recettori collegati a proteine G ed ai recettori accoppiati a canali ionici. Di questi recettori abbiamo discusso qui Comunicazione intercellulare.

Ci sono tre principali tipi di recettori:

1. colinergici;
2. adrenergici;
3. glutamatergici.

Recettori colinergici

I recettori colinergici si dividono in recettori nicotinici e recettori muscarinici. I recettori nicotinici sono canali cationici monovalenti attraverso cui possono passare sia sodio che potassio. Si trovano sui muscoli scheletrici, nella divisione autonoma del SNP e nel SNC.

I recettori muscarinici si dividono in cinque sottotipi e sono tutti accoppiati a proteine G collegati a sistemi di secondi messaggeri. Data questa varietà, la risposta dei tessuti varia a seconda del sottotipo di recettore. Questi recettori si trovano nel SNC e nella divisione autonomica parasimpatica del SNP.

Recettori adrenergici

I recettori adrenergici si suddividono in α (alfa) e β (beta) ed ognuno di essi presenta svariati sottotipi. Proprio come i recettori muscarinici anche questi sono collegati a proteine G e danno l’avvio a cascate di secondi messaggeri.

Recettori glutamatergici

L’azione del glutammato dipende da quali recettori si trovano sulla cellula bersaglio. I recettori AMPA sono simili ai canali nicotinici per l’acetilcolina, il legame col glutammato fa depolarizzare la cellula a causa dell’ingresso di sodio.

I recettori NMDA permettono il passaggio di Na⁺, K⁺ e Ca²⁺. Per poter funzionare il legame col glutammato non basta, serve anche una variazione del potenziale di membrana. Il legame col glutammato apre il cancello ma gli ioni non possono entrare perché sono bloccati dal Mg²⁺. Se la cellula si depolarizza il Mg²⁺ viene espulso e gli ioni possono passare.