Sinapsi. scaricatoda

Transcript

1 Sinapsi -sito di contatto tra due cellule nervose -ruolo nella trasmissione delle informazioni -il contatto neurone-fibra muscolare prende il nome di placca motrice o giunzione neuromuscolare

2

3 Types of Synapses Figure 12.7

4

5 Sinapsi chimiche, la trasmissione dei segnali viene garantita da un mediatore chimico Sinapsi elettriche, risultano estremamente veloci nella trasmissione dei segnali

6 Sono forme primitive di sinapsi e non sono molto frequenti. La variazione del potenziale di membrana di una cellula viene trasmesso ad un altra adiacente per flusso diretto di corrente. Si trovano nel SNC e periferico dove si rende necessaria un alta velocità di connessione e sincronizzazione nell attività dei neuroni vicini.

7 Sinapsi elettriche: gap junctions -frequenti negli stadi embrionali -a sviluppo completo: nel miocardio muscolatura liscia cellule epiteliali cellule gliali Le sinapsi elettriche permettono una rapida comunicazione tra neuroni adiacenti sicronizzandone l attività elettrica. Quando una delle due cellule connesse da gap junctions viene eccitata, si crea un gradiente di potenziale tra l elemento presinaptico depolarizzato e quello postsinaptico non depolarizzato. Attraverso i connessoni fluiscono nella cellula postsinaptica ioni lungo il gradiente di potenziale. Raggiunto il valore soglia nella cellula postsinaptica, la depolarizzazione instaurerà il potenziale d azione. La comunicazione è bidirezionale, i connessoni trasmettono elettricamente nei due sensi e può essere eccitatoria o inibitoria a livello della stessa sinapsi Contatti con cellule vicine, la trasmissione dell eccitazione non è possibile nei confronti di cellule distanti Le cellule pre e postsinaptiche si trovano sempre nello stesso stato di polarizzazione, cioè non è possibile l instaurarsi di un inibizione a partire da un eccitazione

8 Chemical synapse Axon-dendrite Axo-axonic Axon-soma

9 Sinapsi chimiche -l arrivo del potenziale d azione nella terminazione presinaptica depolarizza la membrana; -si aprono i canali per gli ioni Ca 2+ voltaggio-dipendenti; -le vescicole sinaptiche contenenti il neurotrasmettitore sono fissate ai filamenti di actina del citoscheletro mediante la sinapsina o sono ancorate direttamente alla membrana presinaptica mediante la sinaptotagmina; -l entrata del Ca 2+ determina l attivazione della sinaptotagmina con conseguente disancoraggio delle vescicole alla membrana presinaptica ed esocitosi del contenuto vescicolare all interno della fessura sinaptica; inoltre, il Ca 2+ attiva la proteinchinasi calcio-calmodulina dipendente che va a fosforilare la sinaptina, ciò determina il rilascio delle vescicole dai filamenti del citoscheletro le quali possono ancorarsi alla membrana presinaptica per essere utilizzate in un secondo processo di trasmissione sinaptica; - Il neurotrasmettitore viene rilasciato nella fessura sinaptica caratterizzata da un ampiezza di nm. In scaricatoda 0,1 ms il neurotrasmettitore diffonde verso la membrana postsinaptica dove si lega ai recettori specifici.

10 Action potential 1 An action potential depolarizes the axon terminal. Axon terminal Synaptic vesicle 1 Postsynaptic cell

11 Action potential 1 An action potential depolarizes the axon terminal. Axon terminal Synaptic vesicle 2 The depolarization opens voltagegated Ca 2+ channels and Ca 2+ enters the cell. 1 Ca 2+ Voltage-gated Ca 2+ channel 2 Ca 2+ Postsynaptic cell

12 Action potential 1 An action potential depolarizes the axon terminal. Axon terminal Synaptic vesicle 2 3 The depolarization opens voltagegated Ca 2+ channels and Ca 2+ enters the cell. Calcium entry triggers exocytosis of synaptic vesicle contents. 1 Ca 2+ 3 Voltage-gated Ca 2+ channel 2 Ca 2+ Docking protein Postsynaptic cell

13 Action potential 1 An action potential depolarizes the axon terminal. Axon terminal Synaptic vesicle 2 3 The depolarization opens voltagegated Ca 2+ channels and Ca 2+ enters the cell. Calcium entry triggers exocytosis of synaptic vesicle contents. 1 Ca Neurotransmitter diffuses across the synaptic cleft and binds with receptors on the postsynaptic cell. Voltage-gated Ca 2+ channel 2 Ca 2+ Docking protein 4 Receptor Postsynaptic cell

14 Action potential 1 An action potential depolarizes the axon terminal. Axon terminal Synaptic vesicle 2 3 The depolarization opens voltagegated Ca 2+ channels and Ca 2+ enters the cell. Calcium entry triggers exocytosis of synaptic vesicle contents. 1 Voltage-gated Ca 2+ channel 2 Ca 2+ Ca 2+ Docking protein Receptor Neurotransmitter diffuses across the synaptic cleft and binds with receptors on the postsynaptic cell. Neurotransmitter binding initiates a response in the postsynaptic cell. Postsynaptic cell 5 Cell response

15

16 Inactivation of Neurotransmitters

17

18

19

20 La quantità di neurotrasmettitore rilasciato dipende dalla frequenza dei potenziali d azione nel neurone presinaptico. Se non arriva un ulteriore potenziale d azione, il rilascio di neurotrasmettitore si arresta in pochi millisecondi perché i canali voltaggio-dipendenti per il calcio si chiudono immediatamente dopo l apertura ed il calcio citoplasmatico viene attivamente pompato all esterno del bottone sinaptico per riportare le concentrazioni di tale ione ai valori base. Il tempo intercorrente tra l arrivo del potenziale d azione a livello del bottone presinaptico e la risposta a livello postsinaptico è di 0,5-5 millisecondi. Tale intervallo di tempo è definito ritardo sinaptico.

21 Il tempo che intercorre tra la comparsa di un potenziale d azione nel terminale assonico e la genesi del potenziale postsinaptico, normalmente attorno a 0.5 ms, è definito ritardo postsinaptico ed è dovuto principalmente alla diffusione del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Membrana presinaptica Membrana postsinaptica I potenziali postsinaptici sono variazioni del potenziale di membrana evocati chimicamente. - hanno un ampiezza molto minore dei potenziali d azione (una decina di mv al massimo) ed una durata molto maggiore (decine o in alcuni casi centinaia di ms). - sono dei potenziali locali (quindi non propagati) - sono graduati e sommabili (la loro ampiezza dipende dalla quantità d i neurotrasmettitore che è stato liberato e la loro durata dal tempo per cui il neurotrasmettitore esplica la sua azione)

22 Il sistema nervoso utilizza vari neurotrasmettori: Acetilcolina Aminoacidi: glicina acido γ-aminobutirrico (GABA) glutamato - aspartato Amine biogene: noradrenalina adrenalina dopamina serotonina - istamina Peptidi neuroattivi -La maggior parte dei neurotrasmettitori sono sintetizzati nel terminale assonale, e gli enzimi necessari per la loro sintesi sono trasportati per mezzo di un trasporto assonale. -Una volta rilasciati nella fessura sinaptica si legano ai recettori specifici sulla membrana della cellula postsinaptica inducendo una risposta. -Alcuni neurotrasmettitori, come l acetilcolina, vengono poi catabolizzati, altri diffondono nel torrente circolatorio per essere trasportati via, oppure vengono riportati attivamente dentro il terminale assonale per essere metabolizzati o riutilizzati.

23

24 L unione del neurotrasmettitore al recettore innesca una serie di risposte nella cellula postsinaptica: -molti neurotrasmettitori generano risposte rapide e di breve durata aprendo un canale ionico chimicamente regolato, il che porta al passaggio di ioni tra la cellula e il LEC e si determina una variazione del potenziale di membrana (potenziale sinaptico veloce, EPSP e IPSP); -alcuni neurotrasmettitori innescano risposte lente e durature attivando sistemi di secondi messaggeri. Queste risposte comprendono sia l apertura che la chiusura di canali ionici, sia la modificazione di proteine cellulari esistenti e la regolazione della sintesi di nuove proteine. Questo tipo di risposta lenta è stata messa in relazione con la crescita e lo sviluppo dei neuroni e con i meccanismi che sottendono la memoria a lungo termine.

25 Ionotropic and metabotropic receptors Fast Ion flow in/out milliseconds Slow Second messenger cascades seconds

26 Ionotropi Metabotropi

27 Fast and slow responses in postsynaptic cells Presynaptic axon terminal Rapid, short-acting fast synaptic potential Neurotransmitter Chemically gated ion channel G R Postsynaptic cell Ion channels open More Na + in EPSP = excitatory depolarization More K + out or Cl in IPSP = inhibitory hyperpolarization

28 Presynaptic axon terminal Chemically gated ion channel Rapid, short-acting fast synaptic potential Neurotransmitter Slow synaptic potentials and long-term effects G protein coupled receptor G R Postsynaptic cell Inactive pathway Ion channels open More Na + in EPSP = excitatory depolarization More K + out or Cl in IPSP = inhibitory hyperpolarization

29 Presynaptic axon terminal Chemically gated ion channel Rapid, short-acting fast synaptic potential Neurotransmitter Slow synaptic potentials and long-term effects G protein coupled receptor G R Postsynaptic cell Alters open state of ion channels Inactive pathway Activated second messenger pathway Ion channels open More Na + in EPSP = excitatory depolarization More K + out or Cl in IPSP = inhibitory hyperpolarization

30 Presynaptic axon terminal Chemically gated ion channel Rapid, short-acting fast synaptic potential Neurotransmitter Slow synaptic potentials and long-term effects G protein coupled receptor G R Postsynaptic cell Alters open state of ion channels Inactive pathway Activated second messenger pathway Ion channels open Ion channels close More Na + in More K + out or Cl in Less Na + in Less K + out EPSP = excitatory depolarization IPSP = inhibitory hyperpolarization

31 Presynaptic axon terminal Chemically gated ion channel Rapid, short-acting fast synaptic potential Neurotransmitter Slow synaptic potentials and long-term effects G protein coupled receptor G R Postsynaptic cell Alters open state of ion channels Inactive pathway Activated second messenger pathway Ion channels open Ion channels close More Na + in More K + out or Cl in Less Na + in Less K + out EPSP = excitatory depolarization IPSP = inhibitory hyperpolarization EPSP = excitatory depolarization

32 SINAPSI ECCITATORIE Funzionano in modo tale da portare il potenziale della membrana postsinaptica al valore più vicini al valore soglia in modo tale da generare un potenziale d azione

33 SINAPSI INIBITORIA Funziona in modo tale da iperpolarizzare la membrana del neurone postsinaptico o da stabilizzarla al valore di riposo

34 Un neurone riceve comunicazioni da centinaia o migliaia di neuroni; su di esso si genera pertanto una convergenza di imput L integrazione sinaptica operata dal neurone fa sì che quando la sommazione dei potenziali postsinaptici eccitatori prevale su quelli inibitori ed è in grado di portare il potenziale di membrana del monticolo assonale al valore soglia, nasce un potenziale d azione.

35

36

37 Inibizione e facilitazione presinaptica

38 Presynaptic modulation of transmission Axo-axonal communication (here, between A & B) can modify classical synaptic communication (here, between B & C); this can result in presynaptic inhibition or presynaptic facilitation. Note: the Terminal B must have receptors for the signal released from A.