I neurotrasmettitori

Che cosa sono i neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori sono sostanze chimiche che permettono il passaggio dell’informazione da un neurone all’altro attraverso le sinapsi, i punti di contatto in cui le cellule nervose si scambiano segnali. Quando un impulso elettrico raggiunge la terminazione di un neurone, queste molecole vengono liberate nello spazio sinaptico e si legano a specifici recettori della cellula successiva, trasmettendo così il messaggio.

Questo meccanismo è alla base di tutte le funzioni del sistema nervoso, dal controllo dei muscoli alla regolazione dell’umore. La varietà dei neurotrasmettitori e dei loro recettori spiega la straordinaria complessità del cervello, capace di elaborare informazioni diverse attraverso combinazioni chimiche specifiche. Neuroni differenti, infatti, rilasciano neurotrasmettitori differenti, contribuendo alla ricchezza dei circuiti nervosi.

Le tre grandi categorie chimiche

I neurotrasmettitori possono essere classificati in tre categorie chimiche principali: gli aminoacidi, le amine e i peptidi. Questa suddivisione si basa sulla struttura molecolare di ciascuna sostanza e aiuta a comprendere le diverse modalità con cui vengono prodotte, immagazzinate e liberate dai neuroni.

I neurotrasmettitori aminoacidi e quelli aminici sono piccole molecole organiche che contengono un atomo di azoto. Vengono incorporati e successivamente rilasciati dalle vescicole sinaptiche, piccole strutture che fungono da contenitori. I neurotrasmettitori peptidici, invece, sono molecole di dimensioni maggiori, immagazzinate e liberate dai granuli secretori. Questa differenza strutturale si riflette in comportamenti distinti al momento del rilascio.

Glutammato, GABA e acetilcolina

Tra i neurotrasmettitori più importanti figurano alcuni aminoacidi e amine che mediano la trasmissione sinaptica veloce. Nella maggior parte delle sinapsi del sistema nervoso centrale, questa trasmissione rapida è affidata a due aminoacidi: il glutammato e il GABA. Il primo svolge un ruolo prevalentemente eccitatorio, mentre il secondo ha una funzione inibitoria, e insieme contribuiscono all’equilibrio dell’attività nervosa.

L’acetilcolina, che appartiene alla categoria delle amine, media la trasmissione sinaptica veloce nelle giunzioni neuromuscolari, ossia nei punti in cui i nervi comunicano con i muscoli. Accanto a queste forme rapide esistono modalità di trasmissione più lente, sia nel sistema nervoso centrale sia in periferia, che possono coinvolgere tutte e tre le categorie di neurotrasmettitori. La coesistenza di processi veloci e lenti permette al sistema nervoso di rispondere a esigenze diverse.

La sintesi del neurotrasmettitore

Perché la trasmissione chimica avvenga, è necessario che il neurotrasmettitore sia stato sintetizzato e sia pronto per essere rilasciato. Le diverse sostanze vengono prodotte in modi differenti, a seconda della loro natura. Il glutammato, per esempio, essendo uno dei venti aminoacidi fondamentali, si trova in abbondanza in tutte le cellule del corpo, neuroni inclusi, e quindi non richiede percorsi di produzione particolarmente specializzati.

Diversa è la situazione del GABA e delle amine, che vengono prodotti esclusivamente dai neuroni che li rilasciano. In questi casi entrano in gioco enzimi specifici, gli enzimi sintetizzatori, che vengono trasportati fino al terminale dell’assone. Qui, nelle vicinanze del punto di rilascio, dirigono rapidamente la sintesi del neurotrasmettitore, garantendo che la sostanza sia disponibile dove e quando serve.

L’immagazzinamento nelle vescicole

Una volta prodotti nel citosol, ossia nel fluido interno della cellula, i neurotrasmettitori aminici e aminoacidici devono essere concentrati e conservati in attesa del rilascio. Questo compito è affidato a speciali proteine presenti nella membrana delle vescicole sinaptiche, chiamate trasportatori. Esse permettono di accumulare il neurotrasmettitore all’interno delle vescicole stesse, in concentrazioni elevate.

Le vescicole funzionano così come piccoli serbatoi pronti all’uso, che custodiscono il messaggero chimico fino al momento opportuno. Questo sistema di immagazzinamento consente al neurone di disporre rapidamente di una riserva di neurotrasmettitore, evitando di doverlo produrre da zero ogni volta che è necessario inviare un segnale. L’efficienza di questo meccanismo è fondamentale per la rapidità della comunicazione nervosa.

Il rilascio e il ruolo del calcio

Il rilascio del neurotrasmettitore è innescato dall’arrivo di un potenziale d’azione, l’impulso elettrico, nel terminale dell’assone. La depolarizzazione della membrana che ne consegue provoca l’apertura di particolari canali, i canali per il calcio voltaggio dipendenti, situati nelle cosiddette zone attive. Questi canali permettono l’ingresso degli ioni calcio all’interno del terminale.

L’aumento della concentrazione interna di ioni calcio rappresenta il segnale che dà il via alla liberazione del neurotrasmettitore da parte delle vescicole sinaptiche. È dunque il calcio a fare da ponte tra il segnale elettrico e la risposta chimica, traducendo l’impulso nervoso nell’effettivo rilascio del messaggero. Senza questo passaggio, la comunicazione tra neuroni non potrebbe avvenire.

Esocitosi ed endocitosi

Le vescicole liberano il loro contenuto attraverso un processo chiamato esocitosi. In questa fase la membrana della vescicola sinaptica si fonde con la membrana presinaptica nella zona attiva, creando un’apertura che permette al neurotrasmettitore di riversarsi nello spazio sinaptico. Da lì la sostanza raggiunge i recettori della cellula successiva, completando la trasmissione del segnale.

Dopo aver svolto la sua funzione, la membrana della vescicola non viene perduta: viene recuperata attraverso un processo opposto, l’endocitosi, che la riporta all’interno del terminale. Qui la vescicola può essere nuovamente riempita di neurotrasmettitore, pronta per un altro ciclo di rilascio. Questo continuo riciclo garantisce che il neurone disponga sempre di vescicole funzionanti.

La trasmissione lenta dei peptidi

Anche i granuli secretori liberano i neurotrasmettitori peptidici tramite esocitosi, con una modalità che dipende dal calcio. Tuttavia questo rilascio presenta caratteristiche diverse rispetto a quello delle vescicole sinaptiche classiche. I peptidi, infatti, vengono solitamente liberati al di fuori delle zone attive, in punti più distanti dai canali attraverso cui entra il calcio.

Questa distanza fa sì che il rilascio dei peptidi avvenga soltanto in presenza di numerosi potenziali d’azione ad alta frequenza, e risulti complessivamente più lento. Per dare un’idea della differenza, la liberazione dei peptidi può richiedere circa cinquanta millisecondi, contro i due millisecondi circa necessari alle vescicole sinaptiche. La trasmissione peptidica appare dunque adatta a modulare l’attività nervosa su tempi più lunghi.

Domande frequenti

Quali sono le tre categorie di neurotrasmettitori?

I neurotrasmettitori si suddividono in aminoacidi, amine e peptidi. Aminoacidi e amine sono piccole molecole rilasciate dalle vescicole sinaptiche, mentre i peptidi sono molecole più grandi liberate dai granuli secretori. Questa classificazione riflette differenze strutturali e funzionali.

Qual è il ruolo del calcio nel rilascio?

Il calcio funge da segnale chiave. Quando un impulso elettrico raggiunge il terminale dell’assone, si aprono i canali per il calcio voltaggio dipendenti e gli ioni entrano nella cellula. L’aumento della loro concentrazione interna innesca la liberazione del neurotrasmettitore dalle vescicole.

Che differenza c’è tra trasmissione veloce e lenta?

La trasmissione veloce, mediata soprattutto da glutammato, GABA e acetilcolina, avviene in tempi molto brevi, nell’ordine dei pochi millisecondi. La trasmissione lenta, tipica dei peptidi, richiede tempi maggiori e si attiva solo in presenza di impulsi ripetuti ad alta frequenza.

Che cosa sono esocitosi ed endocitosi?

L’esocitosi è il processo con cui la vescicola fonde la propria membrana con quella presinaptica e libera il neurotrasmettitore nello spazio sinaptico. L’endocitosi è il processo inverso, attraverso cui la membrana viene recuperata per essere riutilizzata e nuovamente riempita.