TRASMISSIONE SINAPTICA Sinapsi_1

La sinapsi è il punto di collegamento fra due strutture eccitabili (neurone-neurone, neurone-muscolo) I neuroni che formano una sinapsi sono unità distinte (Ramon y Cajal, 1900) I segnali si trasmettono da un neurone all’altro attraverso punti di collegamento funzionali (Sherrington, 1897) Esistono due tipi di sinapsi strutturalmente e funzionalmente diverse: sinapsi elettriche e sinapsi chimiche Sinapsi_1

trasmissione bidirezionale trasmissione rapida (0.1 ms) SINAPSI ELETTRICA diffusione di ioni e piccole molecole dal neurone presinaptico a quello post-sinaptico (separati da ~ 3.5 nm) il flusso passivo della corrente passa nel poro delle giunzioni comunicanti trasmissione bidirezionale trasmissione rapida (0.1 ms) sincronizzazione di gruppi di cellule SINAPSI CHIMIICA spazio intersinaptico 20-40 nm la terminazione presinaptica contiene vescicole con neurotrasmettitori l’attività è iniziata dal potenziale d’azione presinaptico ingresso di Ca2+ presinaptico ritardo sinaptico maggiore: 0.3-1.5ms trasmissione unidirezionale Nella sinapsi elettrica, lo spazio intersinaptico e’ 20-40 nm e si riduce a 3.5 nm nelle zone di giunzione. Sinapsi_1

Struttura della sinapsi elettrica giunzione comunicante Ogni connessina è formata da 4 segmenti transmembrana il canale della giunzione comunicante è formato da 2 emicanali, (connessone) ciascuno appartenente ad una cellula connette il citoplasma delle due cellule ogni emicanale è costituito da 6 subunità proteiche (connessine) il poro si apre in seguito ad una piccola rotazione delle subunità l’apertura del poro è regolata dal: voltaggio, pH e Ca2+ Sinapsi_1

La trasmissione attraverso sinapsi elettriche Due elettrodi nella cellula presinaptica: - uno per iniettare I - uno per registrare Vm La depolarizzazione passiva si registra senza ritardo ma con ampiezza ridotta nella cellula postsinaptica la trasmissione elettrica avviene anche quando il segnale presinaptico è sotto soglia la variazione di potenziale nella cellula postsinaptica è proporzionale all’ampiezza e alla forma della variazione di potenziale della cellula presinaptica le sinapsi elettriche trasmettono con la stessa efficienza i segnali in entrambe le direzioni RUOLO FUNZIONALE sincronizzazione rapida dei segnali nervosi in cellule accoppiate elettricamente è diffusa nel SNC e nelle fibre muscolari lisce e cardiache Sinapsi_1

LA SINAPSI CHIMICA è la sinapsi più diffusa: SNC, SNP, neurone-muscolo scheletrico la trasmissione è mediata da sostanze chimiche introduce un certo ritardo è unidirezionale Sinapsi_1

La trasmissione sinaptica nella giunzione neuromuscolare La giunzione neuromuscolare: struttura Sinapsi_1

Le pliche giunzionali e le vescicole presinaptiche Le zone attive - vescicole in terminali presinaptici dell’organo elettrico di Torpedo due vescicole si stanno fondendo (frecce) Le pliche giunzionali e le vescicole presinaptiche muscolo scheletrico pre- post- motoneurone Sinapsi_1

IL POTENZIALE DI PLACCA stimolando il motoneurone (presinaptico) si registra a livello della cellula muscolare (postsinaptica) un potenziale di placca (EPP, end-plate potential), che depolarizza le membrana fino alla soglia del potenziale d’azione. Il potenziale di placca è eccitatorio e ha un’ampiezza elevata (40 mV) il curaro riduce sotto soglia l’ampiezza dell’EPP. Si può così studiare il potenziale di placca (EPP) senza il PA se l’EPP è sopra soglia, il PA che si genera si propaga lungo la fibra muscolare senza decadere e causa la contrazione del muscolo p. di placca V soglia -55 mV controllo + curaro (bassa dose) (alta dose) Sinapsi_1

Propagazione del potenziale di placca il potenziale di placca ha la massima ampiezza nel sito di insorgenza: a livello della placca motrice è dovuto ad un flusso netto di corrente positiva entrante si propaga passivamente e diminuisce in funzione della distanza stimolo 50 mV la presenza di un’alta densità di canali del Na+ e K+ lungo la fibra muscolare converte l’EPP in un PA che si propaga lungo la fibra e stimola la contrazione. stimolo 50 mV Sinapsi_1

Chi genera il potenziale di placca? l’insorgenza dell’EPP è causata da un aumento della concentrazione di acetilcolina (ACh) nella fessura sinaptica (fase di attivazione dell’EPP). l’ACh è rilasciata dalle vescicole delle terminazioni presinaptiche del motoneurone a livello della placca motrice sono concentrati i recettori nicotinici per l’acetilcolina (nAChR) che sono recettori-canali l’ACh si lega agli nAChR che si attivano e sono permeabili al Na+/K+/Ca2+. Si genera un flusso netto di cariche positive entranti nella membrana postsinaptica. la membrana postsinaptica si depolarizza la concentrazione di ACh si riduce rapidamente ad opera dell’enzima acetilcolinesterasi (ACh-esterasi) e per diffusione (fase di decadimento dell’EPP) Stimolo presinaptico t (ms) azione della ACh-esterasi attivazione del nAChR Sinapsi_1

Il potenziale d’inversione stimolo presinaptico Il p. di placca raggiunge sempre un valore max costante (-20 mV), indipendentemente dal p. di riposo post-sinaptico Il p. di placca cambia ampiezza in funzione del p. di riposo e può invertire direzione (potenziale di inversione, Erev) Erev coincide con il p. di equilibrio dei canali-recettori attivati dall’ACh (nAChR), permeabili a Na+, K+ e Ca2+ Nel caso di nAChR, Erev è la media tra ENa (+60 mV) e EK (-90 mV) Il potenziale di inversione è un parametro caratteristico di ogni tipo di sinapsi (neuronale, g. neuromuscolare) e permette di identificare il tipo di canale attivato dal neurotrasmettitore p. di placca evocato Sinapsi_1

Sinapsi eccitatorie e sinapsi inibitorie (neuronali) L’apertura di canali ionici nella cellula postsinaptica causa una variazione transiente del potenziale, detta potenziale postsinaptico che può essere di tipo eccitatorio o inibitorio potenziale post-sinaptico inibitorio (IPSP) (inhibitory post-sinaptic potential) potenziale post-sinaptico eccitatorio (EPSP) (excitatory post-sinaptic potential) -60 mV IPSP EPSP 20 mV il potenziale postsinaptico inibitorio è una variazione transiente del potenziale di membrana verso valori più negativi rispetto al potenziale di membrana a riposo (es. da –60 mV a –70, –80 mV). il potenziale postsinaptico eccitatorio è una variazione transiente del potenziale di membrana verso valori meno negativi rispetto al potenziale di membrana a riposo (es. da –60 mV a –20 mV). Sinapsi_1

E’ associata all’apertura di canali ionici selettivi per: Attività sinaptica eccitatoria E’ associata all’apertura di canali ionici selettivi per: Na+ , Na+ + K+, Na+ + Ca2+ Infatti, questi canali hanno potenziali di inversione (pot. di Nernst) più positivi del potenziale di riposo della cellula (Vm = - 60 mV) ENa = + 63 mV ENa+K = - 20 mV ENa+Ca = + 65 mV Sinapsi_1

È causata dall’apertura di canali selettivi per: Attività sinaptica inibitoria È causata dall’apertura di canali selettivi per: K+, Cl- infatti questi canali hanno potenziali di inversione più negativi del potenziale di riposo della cellula (Vm = - 60 mV) EK = - 80 mV ECl = - 70 mV Sinapsi_1