Sinapsi
Sinapsi elettriche e sinapsi chimiche
In biologia si definiscono sinapsi le strutture di collegamento anatomo-funzionale che consentono la trasmissione dell'impulso nervoso. Il prodotto finale dell'azione della sinapsi è il passaggio di un segnale elettrico-chimico lungo una via di comunicazione oppure la risposta fisiologica nel caso delle cellule che rappresentano il bersaglio finale della comunicazione.
Le sinapsi coinvolgono le cellule nervose, in particolare i neuroni, ma possono coinvolgere anche cellule sensoriali dell'epidermide, cellule muscolari o ghiandolari, che rappresentano il terminale finale della comunicazione nelle strutture periferiche dell'organismo.
Figura 1: Sinapsi.
Sinapsi: tipi di classificazione
Esistono numerose tipologie di sinapsi, la cui categorie abbracciano diversi livelli di classificazione. È possibile infatti distinguere le sinapsi in base a caratteristiche anatomiche, che riguardano la tipologia di cellule coinvolte e le porzioni delle cellule in contatto tra loro, oppure fisiologiche, che riguardano la modalità attraverso cui il segnale si propaga.
1) Classificazioni anatomiche
Dal punto di vista anatomico distinguiamo:
- sinapsi che coinvolgono solamente neuroni, dette sinapsi interneuroniche;
- sinapsi in cui un neurone è connesso ad una cellula muscolare, dette sinapsi neuromuscolari;
- sinapsi citoneuronali in cui, oltre al neurone, è coinvolta una cellula specializzata del tessuto epiteliale.
Per quanto riguarda le sinapsi interneuroniche, ne esistono quattro tipologie in base alla porzione della cellula in cui si verifica la giunzione, che può essere la porzione assonica, quella dendritica o il corpo cellulare stesso.
Nel caso in cui la connessione riguardi due porzioni assoniche si verifica la sinapsi asso-assonale; se uno degli estremi della sinapsi è un dendrite, si definiscono invece sinapsi asso-dendritiche. Nella sinapsi dendro-dendritica entrambi gli estremi sono a carico di porzioni dendritiche; infine nelle sinapsi asso-somatiche un assone è connesso col corpo cellulare della cellula nervosa adiacente.
2) Classificazioni fisiologiche
Dal punto di vista fisiologico viene descritta una distinzione tra sinapsi elettriche e sinapsi chimiche. Le prime sono molto più semplici e determinano una risposta immediata, mentre il secondo tipo presenta caratteristiche più complesse e raffinati sistemi di modulazione.
Figura 2: Sinapsi elettriche e sinapsi chimiche.
Sinapsi elettriche
In questo tipo di sinapsi l'impulso elettrico generato dal passaggio del potenziale d'azione determina un automatico passaggio di ioni da una cellula a quella adiacente attraverso canali trans-membrana definiti gap junction, attraverso cui il citoplasma delle cellule adiacenti è in intima connessione.
Il passaggio ionico è immediato e la regolazione può avvenire nel caso in cui la gap junction non sia sempre aperta ma chiusa da un sistema a cancello la cui apertura è determinata dal passaggio del potenziale elettro-chimico.
Questo tipo di sinapsi è la più veloce e consente il passaggio di informazione in maniera bidirezionale.
Sinapsi chimiche
Questa tipologia di sinapsi è più complessa e mediata dall'azione di sostanze chimiche definite neurotrasmettitori. Anatomicamente la sinapsi chimica si presenta con le due cellule (pre-sinaptica e post-sinaptica) che mostrano ciascuna una porzione ("terminale") molto vicina al terminale dell'altra ma non in contatto. Tra i due terminali viene a crearsi uno spazio, definito fessura sinaptica, di poche decine di nanometri di spessore.
Sulla membrana pre-sinaptica sono presenti dei canali per il calcio voltaggio-dipendenti, mentre sulla membrana del terminale post-sinaptico ci sono i recettori specifici per il neurotrasmettitore.
Funzionamento delle sinapsi chimiche: rilascio del neurotrasmettitore
Il passaggio dell'informazione nelle sinapsi di tipo chimico è mediato dall'azione di speciali molecole, dette neurotrasmettitori, rilasciate dalle cellule pre-sinaptiche in risposta all'arrivo del potenziale d'azione. Quando la propagazione di quest'ultimo arriva alla cellula pre-sinaptica, la carica della membrana cellulare cambia e questo determina l'apertura dei canali del calcio sulla membrana stessa.
Gli ioni calcio sono presenti in concentrazione maggiore nello spazio intercellulare rispetto al citoplasma della cellula, pertanto passano attraverso i canali secondo gradiente di concentrazione.
L'aumento della concentrazione di calcio nell'ambiente intracellulare causa il rilascio del neurotrasmettitore, prodotto nella cellula, attraverso vescicole che espellono le molecole all'esterno tramite esocitosi. Terminato il potenziale d'azione, gli ioni calcio sono nuovamente rilasciati nell'ambiente esterno attraverso trasporto attivo contro gradiente.
Funzionamento delle sinapsi chimiche: trasduzione del segnale
La trasduzione del segnale è quel processo che permette di convertire il segnale chimico in segnale elettrico e si realizza nella cellula post-sinaptica grazie all'interazione del neurotrasmettitore con specifici recettori di membrana. I recettori in questione sono canali ionici ligando-dipendenti che si azionano una volta entrati in connessione con il neurotrasmettitore, permettendo l'ingresso degli ioni e modificando il potenziale di membrana della cellula. L'azione dei neurotrasmettitori è molto breve, arrivando a durare pochi millesimi di secondo.
Il legame tra il neurotrasmettitore e il recettore è infatti molto debole e poco dopo l'azione il neurotrasmettitore è allontanato dalla fessura sinaptica in vari modi: per diffusione secondo gradiente, attraverso vie metaboliche o mediante captazione da parte delle stesse cellule per-sinaptiche.
Figura 3: Funzionamento della sinapsi chimica.
Caratteristiche delle sinapsi chimiche
Come detto in precedenza, le sinapsi chimiche sono più lente di quelle elettriche perché richiedono l'azione di una molecola mediatrice. Tra queste sinapsi, comunque, ne esistono di più rapide e più lente. In quelle più lente, la trasduzione del segnale non avviene in modo diretto dopo l'interazione del neurotrasmettitore con il recettore di membrana, ma quest'ultimo attiva una proteina, detta proteina G, che è la responsabile dell'apertura dei canali ionici.
Questa interazione comporta un ritardo che può essere di pochi secondi oppure può durare alcune ore.
Oltre alla minore rapidità, le sinapsi chimiche si distinguono da quelle elettriche anche per il fatto di essere esclusivamente monodirezionali.
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