I recettori dei neurotrasmettitori e gli effettori

Come il neurotrasmettitore agisce sul neurone post-sinaptico

I neurotrasmettitori liberati nella fessura sinaptica influenzano il neurone post-sinaptico legandosi a centinaia di specifiche proteine recettrici incastonate nell’ispessimento post-sinaptico. Il legame tra un neurotrasmettitore e il suo recettore funziona come l’inserimento di una chiave in una serratura: l’incastro provoca un cambiamento nella conformazione della proteina, e questo cambiamento mette in moto la risposta della cellula.

I recettori dei neurotrasmettitori possono essere divisi in due grandi categorie, che differiscono per velocità e tipo di effetto:

1) i canali ionici trasmettitore-dipendenti;
2) i recettori accoppiati alla proteina G.

I canali ionici trasmettitore-dipendenti

I canali ionici trasmettitore-dipendenti sono proteine che attraversano la membrana, costituite da cinque subunità che si uniscono formando un poro centrale. In assenza di neurotrasmettitore il poro resta chiuso. Quando il neurotrasmettitore si lega a specifici siti sulla regione extracellulare del canale, induce un cambiamento configurazionale che provoca l’apertura del poro, permettendo agli ioni di fluire attraverso la membrana.

La dinamica passo per passo

Il processo segue una sequenza precisa:

1. Un impulso arriva al terminale presinaptico, inducendo il rilascio del neurotrasmettitore.
2. Le molecole si legano ai canali ionici trasmettitore-dipendenti nella membrana post-sinaptica.
3. Se gli ioni sodio (Na+) entrano nella cellula post-sinaptica attraverso i canali aperti, la cellula si depolarizza.
4. Il cambiamento risultante nel potenziale di membrana viene chiamato potenziale post-sinaptico eccitatorio (PPSE).

Eccitazione e inibizione

Non tutti i canali producono lo stesso effetto. Se i canali trasmettitore-dipendenti sono permeabili al cloro (Cl-), si verifica un’iperpolarizzazione della cellula rispetto al potenziale di membrana a riposo. Poiché ciò tende a portare il potenziale di membrana lontano dal valore di soglia per la generazione dei potenziali d’azione, l’effetto è detto inibitorio. Un’iperpolarizzazione del potenziale di membrana post-sinaptico causata dal rilascio di un neurotrasmettitore prende quindi il nome di potenziale post-sinaptico inibitorio (PPSI).

In pratica, l’attivazione sinaptica dei canali ionici GABA-dipendenti produce un PPSI, mentre l’attivazione sinaptica dei canali ionici dipendenti dall’acetilcolina (ACh) e dal glutammato induce i PPSE. È questo equilibrio tra segnali eccitatori e inibitori a regolare l’eccitabilità complessiva del neurone.

I recettori accoppiati alla proteina G

La seconda famiglia agisce in modo più lento ma più articolato. Tutti i tipi di neurotrasmettitori che agiscono sui recettori accoppiati alla proteina G svolgono le loro azioni post-sinaptiche seguendo alcune fasi distinte:

1) Le molecole del neurotrasmettitore si legano alle proteine recettrici incastonate nella membrana post-sinaptica.
2) Le proteine recettrici attivano piccole molecole proteiche, chiamate proteine G, libere di muoversi lungo la faccia intracellulare della membrana post-sinaptica.
3) Le proteine G, una volta attivate, attivano a loro volta proteine effettrici che possono essere canali ionici oppure enzimi capaci di sintetizzare molecole chiamate secondi messaggeri, le quali si diffondono nel citosol.
4) I secondi messaggeri possono attivare ulteriori enzimi nel citosol, in grado di regolare la funzione dei canali ionici e di alterare il metabolismo cellulare.

Poiché i recettori accoppiati alle proteine G possono innescare un gran numero di processi metabolici, vengono detti recettori metabotropici. La loro azione non si esaurisce nell’apertura di un canale, ma può modificare in profondità lo stato della cellula.

Gli autorecettori

I recettori dei neurotrasmettitori non si trovano solo sul versante post-sinaptico, ma anche nella membrana del terminale assonico presinaptico. I recettori sensibili al neurotrasmettitore rilasciato dalla stessa terminazione presinaptica sono chiamati autorecettori. Solitamente sono accoppiati alle proteine G e promuovono la formazione del secondo messaggero. Svolgono inoltre la funzione di valvole di sicurezza, riducendo la liberazione di neurotrasmettitore quando la sua concentrazione nella fessura sinaptica raggiunge valori troppo elevati.

Recupero e degradazione del neurotrasmettitore

Una volta che il neurotrasmettitore è stato liberato e ha interagito con i recettori post-sinaptici, deve essere eliminato dalla fessura sinaptica per permettere una successiva trasmissione. Questo processo può avvenire in più modi:

1. per semplice diffusione delle molecole del trasmettitore fuori dalla sinapsi;
2. tramite un riassorbimento condotto da specifiche proteine presenti nella membrana presinaptica;
3. tramite il riassorbimento operato dalle proteine presenti nelle membrane della glia;
4. attraverso la distruzione enzimatica all’interno della stessa fessura sinaptica.

Una volta tornati nel citosol del terminale assonico, i neurotrasmettitori possono venire distrutti per via enzimatica o essere riassunti dalle vescicole sinaptiche, pronti per un nuovo ciclo di rilascio.

Come i farmaci interferiscono con la trasmissione sinaptica

Alcuni farmaci, chiamati inibitori, riescono a bloccare il normale funzionamento di proteine specifiche coinvolte nella trasmissione sinaptica. Gli inibitori dei recettori per il neurotrasmettitore, denominati antagonisti, si legano al recettore e bloccano l’azione del trasmettitore: ne è un esempio il curaro, antagonista dell’acetilcolina.

Esistono invece farmaci che si legano ai recettori ma, anziché inibirli, simulano l’azione dei neurotrasmettitori normalmente presenti. Sono chiamati agonisti: un esempio è la nicotina, agonista dell’acetilcolina. La distinzione tra agonisti e antagonisti è centrale per comprendere il meccanismo d’azione di moltissimi farmaci che agiscono sul sistema nervoso.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra canali ionici trasmettitore-dipendenti e recettori accoppiati alla proteina G?

I canali ionici trasmettitore-dipendenti aprono direttamente un poro nella membrana al legame del neurotrasmettitore, dando una risposta rapida. I recettori accoppiati alla proteina G agiscono invece in modo indiretto, attivando proteine G e secondi messaggeri che innescano numerosi processi metabolici: per questo sono detti recettori metabotropici.

Che differenza c’è tra PPSE e PPSI?

Il potenziale post-sinaptico eccitatorio (PPSE) deriva dall’ingresso di ioni come il sodio, che depolarizza la cellula e la avvicina alla soglia del potenziale d’azione. Il potenziale post-sinaptico inibitorio (PPSI) deriva invece da un’iperpolarizzazione, ad esempio per ingresso di cloro, che allontana la cellula dalla soglia.

A cosa servono gli autorecettori?

Gli autorecettori si trovano sul terminale presinaptico e rispondono al neurotrasmettitore rilasciato dalla cellula stessa. Funzionano come valvole di sicurezza: quando la concentrazione del trasmettitore nella fessura sinaptica diventa troppo elevata, riducono ulteriori rilasci, regolando così il segnale.

Qual è la differenza tra agonisti e antagonisti?

Gli antagonisti si legano al recettore e bloccano l’azione del neurotrasmettitore, come il curaro nei confronti dell’acetilcolina. Gli agonisti si legano anch’essi al recettore ma ne simulano l’attivazione, come la nicotina, anch’essa rivolta ai recettori dell’acetilcolina.