Il neurone. I neuroni trasmettono l informazione ad altri neuroni o alle cellule effettrici (cellule muscolari) attraverso le sinapsi.

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1 Il neurone I neuroni trasmettono l informazione ad altri neuroni o alle cellule effettrici (cellule muscolari) attraverso le sinapsi.

2 Trasmissione sinaptica Ingresso: segnali sinaptici Integrazione: segnali sinaptici PA Conduzione: PA trasmesso ai terminali Uscita: PA segnale sinaptico

3 La trasmissione sinaptica può essere di due tipi: Elettrica Chimica

4 Sinapsi elettriche Formate dalle giunzioni comunicanti (gap-junctions), costituite da canali che mettono in comunicazione diretta cellula presinaptica e post-sinaptica. Trasmissione del segnale molto rapida (può essere bidirezionale) per passaggio diretto di ioni (correnti ioniche) da elemento pre-sinaptico a quello postsinaptico. Poco rappresentate nel sistema nervoso dei mammiferi.

5 Sinapsi Chimica Elemento pre-sinaptico e post-sinaptico separati da uno spazio (fessura sinaptica: Å) che non permette passaggio diretto delle correnti ioniche. Informazione trasmessa grazie ad un trasmettitore chimico (neurotrasmettitore) contenuto in vescicole a livello pre-sinaptico e rilasciato in seguito all arrivo del PA alla terminazione dell assone. Il neurotrasmettitore rilasciato si lega a recettori specifici sulla membrana postsinaptica e determina una modificazione del potenziale di membrana (segnale sinaptico).

6 Trasmissione nella sinapsi chimica Il neurotrasmettitore viene rapidamente inattivato o rimosso dalla fessura sinaptica.

7 I recettori post-sinaptici ligando-dipendente sono di due tipi: Recettori ionotropici: associati a canali ionici. Responsabili di risposte sinaptiche rapide. Recettori metabotropici: accoppiati indirettamente a canali ionici, per mezzo di secondi messaggeri. Responsabili di risposte sinaptiche lente.

8 Il legame neurotrasmettitore-recettore determina una modificazione del potenziale di membrana post-sinaptico che può essere: depolarizzazione (sinapsi eccitatoria) iperpolarizzazione (sinapsi inibitoria)

9 Depolarizzazione: potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP) Sinapsi eccitatoria EPSP: determinato dall apertura di canali ionici non selettivi (Na + e K + ). Avvicina l elemento postsinaptico alla soglia per la nascita del PA Membrana postsinaptica - 65mV Membrana presinaptica Iperpolarizzazione: potenziale postsinaptico inibitorio (IPSP) Sinapsi inibitoria Membrana postsinaptica - 65mV IPSP: determinato dall apertura di canali per il Cl -. Allontana l elemento postsinaptico dalla soglia per la nascita del PA Membrana presinaptica

10 L EPSP, a differenza del PA, è una depolarizzazione che non raggiunge mai valori positivi. Dipende dall apertura di canali ionici non selettivi (permeabili contemporaneamente a diversi ioni, che si muovono attraverso la membrana spinti dal gradiente elettro-chimico esistente). Na Na + >K + K + >Na mv - 50 mv K + Na Apertura canale non selettivo: Al pdr prevale la forza elettro-chimica del Na +. Ingresso di Na + supera uscita di K +. Man mano che il potenziale di membrana si sposta verso valori meno negativi (depolarizzazione) aumenta la forza elettrochimica del K +. L uscita di K + supera l ingresso di Na + e il potenziale torna ai valori di riposo. K +

11 Il PA è caratterizzato dall inversione di polarità della membrana e dipende dall apertura, in sequenza, di canali voltaggiodipendenti selettivi, per Na + e K +. In un neurone la depolarizzazione soglia per la nascita del PA è determinata dagli EPSP sinaptici. Entra Na + Esce K + Soglia EPSP graduabili in ampiezza (maggiore quantità neurotrasmettitore rilasciato maggiore ampiezza EPSP) PA ha sempre la stessa ampiezza (tutto o nulla) EPSP si propagano con decremento (la loro ampiezza diminuisce man mano che si allontanano dal punto dove sono stati generati) PA si propaga senza decremento perché viene continuamente rigenerato

12 Principali neurotrasmettitori: Acetilcolina Amine (derivano da Aminoacidi): Dopamina e Noradrenalina (dalla Tirosina) Serotonina (dal Triptofano) Istamina (dall Istidina) Aminoacidi: Glutammato: principale neurotrasmettitore eccitatorio del SNC Acido gamma-aminobutirrico (GABA): principale neurotrasmettitore inibitorio del SNC Glicina: neurotrasmettitore inibitorio soprattutto nel midollo spinale.

13 Per ogni neurotrasmettitore esistono diversi tipi di recettore. Lo stesso neurotrasmettitore può avere effetto eccitatorio od inibitorio a seconda del recettore con cui interagisce. Una sinapsi è quindi eccitatoria od inibitoria non in base al neurotrasmettitore rilasciato, ma in base al tipo di recettore con cui il neurotrasmettitore si lega.

14 I neuroni del SNC ricevono numerosi contatti sinaptici eccitatori ed inibitori, su dendriti e soma, che devono essere integrati per generare risposte adeguate.

15 Segmento iniziale punto di nascita del PA La depolarizzazione generata dalle sinapsi eccitatorie su dendriti e soma del neurone deve arrivare al segmento iniziale dell assone con intensità sufficiente a raggiungere la soglia per generare il PA. Poichè gli EPSP si propagano con decremento la depolarizzazione che arriva al segmento iniziale può essere sotto il valore soglia. Quindi per generare un PA è necessaria la sommazione di più segnali sinaptici (sommazione sinaptica: spaziale e temporale)

16 Sommazione spaziale Sommazione spaziale Più segnali eccitatori nati contemporaneamente in punti diversi del neurone si sommano generando una depolarizzazione che arriva al segmento iniziale con un intensità sufficiente al raggiungimento della soglia per la nascita del PA.

17 Sommazione temporale sopra soglia Sommazione temporale Poiché gli EPSP hanno una durata maggiore del PA pre-sinaptico che li determina, la successione ad elevata frequenza di PA in una sola sinapsi permette sommazione dei singoli EPSP. Si genera una depolarizzazione di grande ampiezza che arriva al segmento iniziale con un intensità sufficiente al raggiungimento della soglia per la nascita del PA.

18 Effetti competitivi L attivazione simultanea di sinapsi eccitatorie ed inibitorie porta a sommazione di EPSP e IPSP. L iperpolarizzazione generata dai segnali inibitori riduce la depolarizzazione delle sinapsi eccitatorie. Al segmento iniziale arriva una depolarizzazione ridotta che può anche essere sotto il valore soglia per la nascita del PA. L informazione trasmessa dalle sinapsi eccitatorie viene bloccata.

19 La sommazione sinaptica è alla base di una proprietà essenziale dei neuroni: l integrazione sinaptica, che permette al neurone raggiunto da più segnali di valutarne intensità e durata e di generare PA a frequenza diversa (risposta diversa). Minore informazione Maggiore informazione Sinapsi Dendrite L ampiezza della depolarizzazione che raggiunge il segmento iniziale determina la frequenza dei PA generati dal neurone: depolarizzazione frequenza PA rilascio neurotrasmettitore a livello del terminale assonale informazione trasmessa.

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