La Sinapsi: Tipi e Funzioni

La Sinapsi

• La sinapsi è una struttura specializzata che permette la comunicazione tra due cellule eccitabili.

Tipi di Sinapsi

• Esistono due tipi principali di sinapsi: elettrica e chimica.

Sinapsi Elettrica

• Offre continuità citoplasmatica tra l’elemento pre- e post-sinaptico tramite canali di giunzioni comunicanti (connessoni).
• Consente una trasmissione rapida del segnale grazie al passaggio diretto di correnti elettrotoniche, sia unidirezionale che bidirezionale.
• Il vallo sinaptico nelle sinapsi elettriche è di 2-4 nm.
• L'informazione è stereotipata (potenziale d'azione tutto o nulla).
• La velocità di trasmissione è elevata grazie alla conduzione dell'impulso.
• Una giunzione comunicante è formata da una coppia di emicanali (connessoni), ciascuno composto da 6 subunità proteiche (connessine), che creano un poro di 2 nm per la comunicazione tra cellule adiacenti.
• La variazione del potenziale di membrana in una cellula è trasmessa a una cellula adiacente tramite un flusso diretto di corrente (scambio diretto di ioni).
• Il ritardo sinaptico è breve, inferiore a 0,1 ms.
• L'apertura dei connessioni può essere regolata da pH acido, aumento di Ca²⁺ e decremento di AMPc, che chiudono i canali.

Sinapsi Chimica

• La sinapsi chimica utilizza neurotrasmettitori per comunicare.
• Il vallo sinaptico è di 30-50 nm.
• Offre la possibilità di "modulare" il contenuto di informazione variando la quantità di messaggero.
• La velocità di comunicazione è lenta a causa della diffusione e del flusso di massa.
• Gli elementi pre- e postsinaptici sono separati da un vallo sinaptico di 20-40 nm.
• La depolarizzazione dell'elemento presinaptico provoca il rilascio di neurotrasmettitori, che si legano a recettori specifici sulla membrana postsinaptica, modificando il potenziale di membrana.

Eventi nella Trasmissione Sinaptica Chimica

• Depolarizzazione del terminale presinaptico.
• Ingresso di ioni Ca²⁺ attraverso canali calcio voltaggio-dipendenti.
• Innesco della fusione vescicolare e rilascio del neurotrasmettitore nello spazio sinaptico.
• Legame del neurotrasmettitore ai recettori sulla membrana postsinaptica, innescando il processo di trasduzione.
• La variazione di potenziale può essere di due tipi: eccitatoria (EPSP) o inibitoria (IPSP).

Tipi di Sinapsi (Effetti sul Potenziale Postsinaptico)

• Le sinapsi eccitatorie causano depolarizzazione (EPSP), portando il potenziale della membrana postsinaptica più vicino al valore soglia per generare un potenziale d'azione.
• Le sinapsi inibitorie causano iperpolarizzazione (IPSP), allontanando il potenziale della membrana postsinaptica dal valore soglia.

EPSP

• L'EPSP (potenziale postsinaptico eccitatorio) non inverte mai la polarità della membrana.
• È mediato da canali ionici ligando-dipendenti non selettivi (cationici aspecifici).
• Al potenziale di riposo, prevale la forza elettrochimica del Na⁺; l'ingresso di Na⁺ supera l'uscita di K⁺.
• Al potenziale più depolarizzato, prevale la forza elettrochimica del K⁺; l'uscita di K⁺ supera l'ingresso di Na⁺.

Regolazione della Liberazione di Neurotrasmettitori

• La liberazione avviene per fusione vescicolare.
• Il processo include mobilizzazione (liberazione delle vescicole dal citoscheletro), traffico (direzionamento verso le zone attive), docking e priming (ancoraggio e predisposizione alla fusione), e fusione (sinaptotagmina + Ca²⁺).
• La fissione vescicolare è il recupero della membrana delle vescicole e la loro riformazione.
• In condizioni basali, la sinaptotagmina inibisce la fusione completa, che si verifica solo quando il Ca²⁺ intracellulare aumenta.
• L'aumento della capacità di membrana è dovuto all'attivazione dei canali del Ca²⁺ voltaggio-dipendenti.
• La liberazione "quantale" del neurotrasmettitore si manifesta con depolarizzazioni postsinaptiche spontanee di bassa ampiezza (mEPSP) in assenza di stimolazione nervosa.
• Un mEPSP è un "quanto" di neurotrasmettitore, e la sua attivazione è Ach-dipendente, coinvolgendo circa 2000 canali.
• I quanti sono contenuti in vescicole sinaptiche (1 vescicola ≈ 1 quanto di Ach ≈ 5000 molecole).
• La liberazione è di 1 quanto/s in assenza di potenziale d'azione e aumenta a 150 quanti/ms in presenza di potenziale d'azione.

Tipi di Neurotrasmettitori

• Include acetilcolina (ACh), amine biogene (dopamina, adrenalina, serotonina, istamina, noradrenalina), aminoacidi (acido γ-aminobutirrico/GABA, glicina, glutammato) e neuropeptidi (Met-encefalina).

Tipi di Recettori Postsinaptici

• Recettori ionotropici: responsabili di risposte rapide.
• Recettori metabotropici: accoppiati a proteine G, modulano l'attività di canali ionici attraverso l'attivazione di secondi messaggeri e sono responsabili di risposte lente.

Recettori Nicotinici dell'Acetilcolina

• L'acetilcolina (ACh) si forma a partire da colina e acetil CoA.
• Nella fessura sinaptica, l'ACh viene rapidamente degradata dall'enzima acetilcolinesterasi.
• La colina viene ritrasportata nel terminale assonico e riutilizzata per sintetizzare altra ACh.

Recettori del GABA

• GABA-A e GABA-C sono ionotropici.
• GABA-B è metabotropico, accoppiato a Gi.

Recettori Muscarinici dell'Acetilcolina

• M1, M3 e M5 sono accoppiati a Gq e stimolano la PLC.
• M2 e M4 sono accoppiati a Gi, riducendo i livelli di cAMP.

Recettori del Glutammato

• Ionotropi: AMPA e Kainato (permeabili a Na⁺ e K⁺), NMDA (permeabili a Na⁺, K⁺ e Ca²⁺).
• Metabotropi: mGlu (8 tipi diversi accoppiati a proteine G).
• L'EPSP evocato dal glutammato ha due componenti: una rapida (recettori AMPA) e una lenta (recettori NMDA).
• I recettori NMDA sono controllati sia dal ligando che dal potenziale di membrana.

Potenziamento a Lungo Termine (LTP)

• Desritto per la prima volta nell'ippocampo da Bliss e Lomo nel 1973.
• Definito come l'aumento stabile e duraturo dell'intensità della risposta neuronale dopo stimolazione ad alta frequenza.
• L'ippocampo riceve informazioni tramite la via perforante dalla corteccia entorinale, che fornisce afferenze dirette (neuroni piramidali CA1) e indirette.
• L’LTP è una risposta circoscritta alle sole sinapsi attivate e non estesa alle sinapsi circostanti non attive.
• Questo si osserva nella via 1 che è stata sottoposta a stimolazione ad alta frequenza..
• I meccanismi molecolari del LTP comprendono l'attivazione di vie metaboliche intracellulari (CaMKII, PKC), la fosforilazione di canali AMPA, la mobilizzazione di riserve citoplasmatiche di canali AMPA e la sintesi di un messaggero retrogrado che aumenta la liberazione di Glu.
• Durante l'LTP, l'aumento di Ca2+ attiva protein chinasi dipendenti dal calcio, come la PKC e la CaMKII.
• La marcatura della subunità GluA1 del recettore AMPA evidenzia un aumento di recettori sulle spine dendritiche in risposta alla stimolazione ripetitiva che induce LTP.
• L'LTP può essere precoce o tardivo, a seconda dei meccanismi molecolari coinvolti.

Integrazione Sinaptica

• I neuroni del SNC ricevono numerosi contatti sinaptici eccitatori e inibitori, integrati per generare risposte adeguate.
• L'integrazione sinaptica può avvenire tramite sommazione spaziale (somma di EPSP e IPSP da diverse sinapsi) o sommazione temporale (somma di EPSP e IPSP successivi da una singola sinapsi).

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