Sinapsi chimiche

Che cos’e una sinapsi chimica

Nel sistema nervoso umano maturo la trasmissione sinaptica e prevalentemente di tipo chimico. A differenza delle sinapsi elettriche, in cui le membrane delle due cellule sono praticamente a contatto e la corrente passa direttamente da una all’altra, nella sinapsi chimica le due cellule restano fisicamente separate. Il segnale non attraversa quindi un ponte di corrente, ma viene tradotto in una sostanza, il neurotrasmettitore, che viaggia da un neurone all’altro.

Questo passaggio definisce due ruoli distinti. La cellula che invia il messaggio e detta presinaptica, quella che lo riceve postsinaptica. Tra le due si interpone uno spazio sottile ma decisivo, la fessura sinaptica, attraverso il quale il neurotrasmettitore diffonde per raggiungere i propri bersagli. L’intera architettura della sinapsi e organizzata per rendere questo trasferimento rapido, preciso e affidabile.

La struttura della sinapsi chimica

La sinapsi chimica e composta da tre elementi fondamentali: la membrana presinaptica, la fessura sinaptica e la membrana postsinaptica. Ciascuno presenta specializzazioni morfologiche che ne riflettono la funzione.

La fessura sinaptica, detta anche spazio intersinaptico, e lo spazio che separa le due membrane. Risulta circa dieci volte piu ampia rispetto alla distanza che si osserva nelle giunzioni comunicanti delle sinapsi elettriche. Questo spazio non e vuoto: e riempito da proteine fibrose che fanno aderire le due membrane l’una all’altra, mantenendole allineate e stabili nel tempo.

La terminazione presinaptica, cioe l’estremita dell’assone del neurone che invia il segnale, contiene piccole sferette delimitate da membrana chiamate vescicole sinaptiche. Al loro interno e immagazzinato il neurotrasmettitore, la sostanza chimica utilizzata per comunicare con il neurone successivo. Molti terminali assonici ospitano anche vescicole di dimensioni maggiori, denominate granuli secretori, che contengono proteine solubili.

Zone attive e densita postsinaptica

Su entrambe le facce della fessura sinaptica si osservano accumuli di proteine che, nel loro insieme, vengono chiamati specializzazioni di membrana. Queste strutture non sono semplici ispessimenti, ma veri e propri apparati funzionali che organizzano il rilascio e la ricezione del neurotrasmettitore.

Sul versante presinaptico, le proteine che si proiettano nel citoplasma del terminale assonico, insieme alla membrana stessa, costituiscono gli effettivi siti di rilascio del neurotrasmettitore. Queste regioni sono chiamate zone attive ed e proprio qui che le vescicole sinaptiche si ancorano e riversano il loro contenuto nella fessura.

Sul versante opposto, la fascia di proteine che attraversa la zona densa della membrana postsinaptica prende il nome di densita postsinaptica. Essa contiene i recettori per il neurotrasmettitore, molecole che hanno il compito cruciale di convertire il segnale chimico intercellulare in un segnale intracellulare all’interno della cellula postsinaptica. In altre parole, e qui che il messaggio chimico viene di nuovo tradotto in un evento elettrico o biochimico capace di influenzare il neurone ricevente.

Come avviene la trasmissione del segnale

La sequenza degli eventi che porta alla trasmissione sinaptica chimica segue un ordine preciso. Quando un potenziale d’azione, cioe l’impulso elettrico che percorre l’assone, raggiunge la terminazione presinaptica, provoca l’apertura di canali sensibili alla differenza di potenziale. Questo determina l’ingresso di ioni nella terminazione, evento che innesca lo spostamento delle vescicole sinaptiche verso le zone attive.

Le vescicole si fondono con la membrana presinaptica e liberano il neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Le molecole diffondono rapidamente attraverso lo spazio intersinaptico e si legano ai recettori della densita postsinaptica. Questo legame modifica lo stato della cellula postsinaptica, generando un nuovo segnale. La precisione del processo dipende dal fatto che i siti di rilascio presinaptici e i recettori postsinaptici sono spazialmente allineati, in modo che il neurotrasmettitore venga riversato proprio dove si trovano le molecole pronte a riceverlo.

I tipi di sinapsi nel sistema nervoso centrale

Nel sistema nervoso centrale si distinguono diversi tipi di sinapsi a seconda di quale parte del neurone ricevente costituisca l’elemento postsinaptico. Questa classificazione e utile perche la posizione del contatto influenza il modo in cui il segnale viene integrato dalla cellula bersaglio.

• Sinapsi asso-dendritica: il terminale dell’assone presinaptico contatta un dendrite del neurone ricevente. E la disposizione piu comune e tipicamente legata a funzioni di trasmissione del segnale verso il corpo cellulare.
• Sinapsi asso-somatica: il contatto avviene direttamente sul corpo cellulare, o soma, del neurone postsinaptico. Per la sua posizione, ha una notevole influenza sul comportamento complessivo della cellula.
• Sinapsi asso-assonica: il terminale presinaptico contatta un altro assone, spesso a livello della sua terminazione. Questo tipo di contatto svolge un ruolo importante nella modulazione del rilascio di neurotrasmettitore da parte della seconda sinapsi.

Sinapsi simmetriche e asimmetriche

Una seconda classificazione si basa sull’aspetto delle specializzazioni di membrana, studiate al microscopio elettronico. Quando le specializzazioni delle due membrane hanno uno spessore simile, la sinapsi e detta simmetrica, o sinapsi del II tipo di Gray. Quando invece le specializzazioni sul lato postsinaptico appaiono piu dense rispetto a quelle del lato presinaptico, si parla di sinapsi asimmetrica, o sinapsi del I tipo di Gray.

Queste differenze strutturali non sono puramente descrittive, ma sono correlate a differenze funzionali. Le sinapsi di Gray del I tipo, asimmetriche, sono in genere eccitatorie: tendono cioe a favorire la generazione di un potenziale d’azione nella cellula ricevente. Le sinapsi del II tipo, simmetriche, sono invece di norma inibitorie e tendono a ridurre la probabilita che la cellula postsinaptica si attivi. Il bilancio continuo tra ingressi eccitatori e inibitori e cio che permette al sistema nervoso di regolare con finezza la propria attivita.

La giunzione neuromuscolare

Un caso particolare di sinapsi chimica e rappresentato dalla giunzione neuromuscolare, il punto di contatto tra l’assone di un motoneurone del midollo spinale e una fibra muscolare scheletrica. Si tratta di una sinapsi straordinariamente efficiente: in condizioni normali, un potenziale d’azione nell’assone del motoneurone induce sempre un potenziale d’azione nella cellula muscolare che innerva, garantendo cosi una contrazione affidabile.

Questa affidabilita dipende in gran parte da specializzazioni strutturali raffinate. La terminazione presinaptica contiene un gran numero di zone attive, mentre la regione postsinaptica, chiamata anche placca motrice, presenta una serie di piccole pieghe in cui si raccolgono i recettori per il neurotrasmettitore. Queste pieghe sono perfettamente allineate con le zone attive presinaptiche, in modo che una grande quantita di molecole di neurotrasmettitore venga rilasciata proprio su una superficie densamente provvista di recettori. E questa precisione architettonica a rendere la trasmissione neuromuscolare cosi rapida e sicura.

Perche la trasmissione chimica e cosi importante

Si potrebbe pensare che convertire un segnale elettrico in chimico e poi di nuovo in elettrico sia un passaggio inutilmente complicato. In realta questo schema offre vantaggi decisivi. La sinapsi chimica consente di amplificare il segnale, di invertirne il significato trasformando un ingresso in eccitazione o inibizione, e soprattutto di modularne l’intensita nel tempo. Proprio la plasticita della trasmissione chimica, cioe la capacita delle sinapsi di rafforzarsi o indebolirsi in base all’esperienza, e considerata il fondamento cellulare dell’apprendimento e della memoria.

Domande frequenti

Qual e la differenza tra sinapsi chimica e sinapsi elettrica?

Nella sinapsi elettrica le membrane delle due cellule sono molto vicine e collegate da giunzioni comunicanti, attraverso cui la corrente passa direttamente e quasi istantaneamente da un neurone all’altro. Nella sinapsi chimica, invece, le due cellule sono separate da una fessura sinaptica e il segnale viene trasmesso da una sostanza, il neurotrasmettitore, che viene rilasciata dalla cellula presinaptica e riconosciuta dai recettori della cellula postsinaptica. La sinapsi chimica e leggermente piu lenta ma molto piu flessibile e modulabile.

Che cosa sono le vescicole sinaptiche?

Le vescicole sinaptiche sono piccole sferette delimitate da membrana contenute nella terminazione presinaptica. Al loro interno e immagazzinato il neurotrasmettitore. Quando un potenziale d’azione raggiunge la terminazione, le vescicole si avvicinano alle zone attive, si fondono con la membrana e liberano il loro contenuto nella fessura sinaptica, dando avvio alla trasmissione del segnale.

Che cosa distingue una sinapsi eccitatoria da una inibitoria?

Una sinapsi eccitatoria aumenta la probabilita che il neurone ricevente generi un potenziale d’azione, mentre una sinapsi inibitoria la riduce. Sul piano strutturale, le sinapsi eccitatorie corrispondono spesso alle sinapsi asimmetriche del I tipo di Gray, mentre quelle inibitorie corrispondono alle sinapsi simmetriche del II tipo. L’equilibrio dinamico tra questi due tipi di ingresso permette al sistema nervoso di regolare con precisione la propria attivita.

Che cos’e la giunzione neuromuscolare?

La giunzione neuromuscolare e la sinapsi chimica che mette in comunicazione l’assone di un motoneurone con una fibra muscolare scheletrica. E caratterizzata da grande affidabilita: un singolo potenziale d’azione nel motoneurone e in grado di innescare sempre la contrazione della fibra muscolare. Questa efficienza deriva dall’elevato numero di zone attive presinaptiche e dalle pieghe della placca motrice, ricche di recettori e allineate con i siti di rilascio.