Psicobiologia: classificazione delle sinapsi

Sinapsi elettriche
Le membrane plasmatiche sono addossate una all’altra con fessure plasmatiche di 3,5 nm con ritardi di 0,1ms.
Il potenziale d’azione è condotto direttamente dalla cellula pre-sinaptica alla post-sinaptica.
Si incontra di rado nel SN perché non è una struttura tipica dei neuroni.
Il potenziale è trasmesso attraverso i connessoni, molto più ampi dei canali ionici, in giunzione comunicante.
Non permettono l’integrazione dei segnali sinaptici e sono bi-direzionali.
Sono utilizzate quando serve rapidità di trasmissione e quando è richiesta la sincronizzazione nell’attività di più cellule.
- Eccitatorie
Nel sistema visivo dei vertebrati, nella retina, nel cuore.


Sinapsi chimiche
La fessura sinaptica distanzia i neuroni da 20 a 50 nm, il ritardo è di 0,5-5ms.
Il potenziale d’azione è convertito dal neurone pre-sinaptico in neurotrasmettitore che depolarizza (PPSE) o iperpolarizza (PPSI) il neurone post-sinaptico con un potenziale post-sinaptico PPS. Il NT non entra mai nella cellula post-sinaptica, ma influenza solo dalla fessura.
Si differenziano per la reazione del neurone post-sinaptico.

Esiste una classificazione per morfologia della sinapsi per identificare a colpo d’occhio se una sinapsi è eccitatoria o inibitoria.
Il tipo I di Gray (fessura sinaptica 30nm, specializzazioni di membrana asimmetriche, zone attive spesse ed estese, vescicole sinaptiche tondeggianti, spine dendritiche spesso presenti e localizzazione asso-dendritica) corrisponde alle eccitatorie.
Il tipo II di Gray (fessura sinaptica 20nm, specializzazioni di membrana simmetriche, zone attive sottili ed poco estese, vescicole sinaptiche ovoidali, spine dendritiche normalmente assenti e localizzazione asso-somatica) corrisponde alle inibitorie.

- Dirette o ionotropiche
Il NT va ad agire su un canale ionico trasmettitore dipendente che permette l’entrata o uscita degli ioni al legame con il NT. È sufficientemente veloce, però una sola trasmissione non è sufficiente allo sviluppo del potenziale d’azione.
- Giunzione neuro-muscolare
Non vale la classificazione di Gray perché morfologicamente diversa dalle sinapsi del SN.
La membrana post-sinaptica (placca motoria) è di una fibra muscolare a contatto con un motoneurone ed è molto più grande di una sinapsi neurale. Le specializzazioni di membrana sono specifiche sia nel neurone pre-sinaptico (filamento denso come zona attiva), sia nella placca motoria (pieghe giunzionali).
Il NT è l’acetilcolina e viene liberata solo per eccitare, in quantità 200 volte superiori alla normale comunicazione sinaptica. Il canale colinergico è detto recettore nicotinico.
- Eccitatorie
Il principale NT è il glutammato. Di solito sono asso-dendritiche e servono centinaia o migliaia di PPSE per ottenere un potenziale d’azione post-sinaptico.
- Inibitorie
I principali NT sono la glicina e il GABA. Di solito sono asso-somatiche o asso-assoniche per il fatto che il PPSI è più tenue rispetto al PPSE e così il ritardo di propagazione del PPSE viene compensato.
Esiste un secondo meccanismo chiamato inibizione per derivazione che agisce solo quando il neurone è eccitato. Infatti l’ECl è vicino al Vm, per cui aprendo i canali Cl- non avviene nessuna iperpolarizzazione fino a che non cambia il Vm.
- Indirette o metabotropiche o accoppiate a proteina G o a secondo messaggiero
Il NT va ad agire su un recettore di membrana, chiamato recettore di membrana associato a proteina G, il quale dà inizio ad una serie di eventi interni alla cellula che come ultimo passaggio hanno l’attivazione del canale ionico. È molto più lento però permette una reazione maggiore in durata e intensità. Le proteine G sono proteine di membrana che si associano ai recettori NT-dipendenti che si modificano all’interno e le scindono in tre subunità.
Naturalmente non esiste un’unica proteina G, ma delle famiglie. La proteina G non è specifica dei neuroni, ma è tipica della comunicazione di altri tipi di cellula.
La scissione avviene attraverso la molecola di GTP (guanosintrifosfato) che sostituisce la GDP nella subunità α.
Ogni subunità assume proprietà e funzioni diverse. La subunità α ricerca un target per scatenare la reazione.
Nella via breve la subunità α della proteina G cerca direttamente un canale ionico.
Nella cascata del II messaggero la subunità α della proteina G attiva un enzima che produce una molecola solubile detta II messaggero che attiva un secondo enzima che infine attiva il canale ionico. Il II messaggero funziona come una sorta di NT interno che può modificare il metabolismo cellulare e l’espressione genica del neurone, perciò l’effetto dura molto più a lungo.
La molecola di II messaggero più diffusa è l’AMPc (Adenosinmonofosfato ciclico) derivato dall’ATP modificato dall’enzima è l’adenilato ciclasi. L’AMPc attiva la protein chinasi che cede un fosforo che infine attiva il canale ionico.

La prima caratteristica delle sinapsi indirette è l’amplificazione dell’effetto dell’NT. Infatti nelle ionotropiche una molecola di NT apre un canale, nelle metabotropiche una molecola di NT apre migliaia canali ionici per l’effetto cascata delle reazioni interne.
La seconda caratteristica delle sinapsi indirette è l’ampiezza dell’effetto nella cellula. Nelle ionotropiche l’effetto è poco esteso, nelle metabotropiche l’effetto si estende in tutto il neurone.
La terza caratteristica delle sinapsi indirette è la durata dell’effetto nella cellula. Nelle ionotropiche l’effetto è istantaneo, nelle metabotropiche l’effetto perdura fino a quando tutte le reazioni interne non vengono terminate, ma è ritardato.

Le sinapsi indirette sono ampiamente modulabili. Infatti la subunità β può attivare a sua volta altri II messaggero. Alcuni ormoni influenzano altri recettori che danno origine a cascate di II messaggero che può, ad esempio, inibire la sintesi di AMPc.
- Eccitatorie
- Inibitorie
- Neuromodulatorie
Di solito sono asso-assoniche.

Integrazione dei potenziali post-sinaptici
L’attività elettrica dei neuroni dipende dalla quantità di segnali sinaptici eccitatori e inibitori ricevuti, la posizione in cui sono situati i contatti sinaptici e della costante di spazio e la costante di tempo delle diverse porzioni del neurone.

La sommazione spaziale avviene quasi algebricamente, PPS = PPSE – PPSI, fino alla soglia del potenziale d’azione. A livello spaziale la sommazione dipende la geometria della sinapsi e dalla costante di spazio.
L’efficacia di una sinapsi diminuisce con la distanza, ma ciò varia da cellula a cellula e in parti diverse della stessa cellula. Il grado di attenuazione del segnale è dipendente dalla costante di spazio, cioè la distanza alla quale il valore del PPS è il 37% del suo valore iniziale. La costante dipende dalla sezione del dendrite e dalla resistenza della sua membrana.

L’effetto dei PPS non cessa immediatamente dopo la stimolazione, nel neurone post-sinaptico perdura per un periodo variabile.
Il calcolo della durata del segnale dipende dalla costante di tempo e definisce il tempo dopo il quale il PPS è sceso del 37% rispetto al suo valore iniziale e varia tra 1ms a 20ms.
La sommazione temporale avviene in dipendenza alla costante di tempo, più è maggiore tanto più è possibile che inneschi un potenziale d’azione.

Esistono delle eccezioni. Alcuni neuroni hanno una frequenza di scarica spontanea prodotta dal proprio metabolismo. Alcuni dendriti molto estesi hanno necessità di riamplificare il PPS, ma normalmente la trasmissione è elettrotonica.