Sinapsi: un viaggio nel meccanismo di trasmissione delle informazioni nel cervello

Le sinapsi sono giunzioni specializzate tra neuroni o tra neuroni e cellule bersaglio che consentono la trasmissione dell’informazione attraverso segnali chimici o elettrici nel sistema nervoso. Il termine fu coniato dal medico inglese Sir Charles Scott Sherrington nel 1897 dal greco  σύναψις che significa collegamento

La sinapsi è una struttura che permette a un neurone di trasmettere un segnale elettrico o chimico a un altro neurone o a una cellula bersaglio. Fanno parte del circuito che collega gli organi sensoriali, come quelli che rilevano il dolore o il tatto, nel sistema nervoso periferico al cervello.

sinaps da Chimicamo
sinapsi

Le sinapsi collegano i neuroni nel cervello ai neuroni nel resto del corpo e da questi neuroni ai muscoli. È così che l’intenzione di muovere un braccio, ad esempio, si traduce nel movimento effettivo dei muscoli del braccio. Le sinapsi sono importanti anche all’interno del cervello e svolgono un ruolo vitale nel processo di formazione della memoria.

Costituiscono un meccanismo fondamentale per il funzionamento del sistema nervoso, poiché consentono la trasmissione di segnali e l’integrazione delle informazioni tra le cellule nervose. Questo processo è essenziale per la comunicazione e il coordinamento delle funzioni cerebrali, come la percezione, la memoria, il movimento e molte altre attività cognitive e fisiologiche.

Possono essere classificate in base a diversi criteri come quello basato sulla direzione del flusso dell’informazione secondo il quale si distinguono sinapsi unidirezionali che trasmettono l’informazione in una sola direzione, dal neurone presinaptico al neurone postsinaptico o alla cellula bersaglio e bidirezionali in cui l’informazione può essere trasmessa in entrambe le direzioni, sia dal neurone presinaptico al neurone postsinaptico che viceversa.

Un’altra classificazione è basata sulla localizzazione anatomica in base alla quale si distinguono sinapsi centrali che si trovano nel sistema nervoso centrale che comprende il cervello e il midollo spinale e periferiche che trovano nel sistema nervoso periferico costituito da nervi e gangli. La classificazione più comune è basata sulla natura della trasmissione in cui si distinguono le sinapsi chimiche e quelle elettriche.

Sinapsi chimiche

Le sinapsi chimiche sono connessioni tra due neuroni o tra un neurone e una cellula non neuronale come una cellula muscolare, ghiandolare o sensoriale. Il complesso sinaptico comprende tre elementi:  terminale presinaptico, spazio sinaptico e membrana post-sinaptica.

sinapsi chimica 1 da Chimicamo
sinapsi chimica

Il neurone presinaptico rilascia un neurotrasmettitore che diffonde nello spazio sinaptico e si lega a recettori specifici localizzati sulla membrana postsinaptica con conseguente modificazione della permeabilità agli ioni della membrana postsinaptica stessa. Ciò determina sulla membrana postsinaptica un cambiamento del potenziale di membrana, detto potenziale postsinaptico.

Quando i neurotrasmettitori si legano ai recettori, si verifica una risposta nel neurone postsinaptico o nella cellula bersaglio. Questa risposta può essere di tipo eccitatorio, dove viene facilitata la generazione di un potenziale d’azione nel neurone postsinaptico, o di tipo inibitorio, dove viene ostacolata la generazione di un potenziale d’azione. L’equilibrio tra eccitazione e inibizione sinaptica è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema nervoso e per la regolazione di processi fisiologici complessi.

Una diversità di trasmettitori e recettori garantisce una molteplicità di risposte postsinaptiche. L’impacchettamento del trasmettitore nelle vescicole e il suo rilascio consentono a un singolo potenziale d’azione di secernere migliaia di molecole di trasmettitore quasi istantaneamente su un’altra cellula. Lo ione calcio agisce come un messaggero intracellulare legando il segnale elettrico della depolarizzazione presinaptica al rilascio della vescicola. Si genera, quindi, un flusso transmembrana di ioni calcio secondo il suo gradiente elettrochimico che produce un aumento locale della concentrazione intracellulare di tale ione a livello della terminazione presinaptica.

Ciò provoca la fusione di vescicole contenenti neurotrasmettitori con la membrana cellulare presinaptica, con rilascio di neurotrasmettitori.

Sinapsi elettriche

Si trovano in tutti i sistemi nervosi compreso il cervello umano e in esse la trasmissione dell’informazione avviene attraverso segnali elettrici diretti, senza l’intermediazione di neurotrasmettitori chimici. In questo tipo di sinapsi, i neuroni sono direttamente connessi da giunzioni chiamate mediante una giunzione comunicante detta anche gap junction.

sinapsi elettrica 1 da Chimicamo
sinapsi elettrica

Esse sono costituite da proteine chiamate connessine, glicoproteine transmembrana, che formano canali ionici tra le membrane cellulari dei neuroni collegati. Le connessine possono ruotare in senso orario, modificando il lume del canale e quindi il suo grado di apertura.

Segnali quali un abbassamento del pH o un aumento di concentrazione intracellulare di ione calcio
in una delle due cellule provoca la chiusura del canale.

Questi canali permettono il passaggio diretto di ioni, come sodio, potassio e calcio, tra le cellule, consentendo un flusso di corrente elettrica da una cellula all’altra.

La trasmissione dell’informazione attraverso una sinapsi elettrica è rapida e bidirezionale. Quando un potenziale d’azione si propaga nel neurone presinaptico, le correnti elettriche attraversano le gap junction e si diffondono direttamente nel neurone postsinaptico, generando un potenziale d’azione nel secondo neurone. Ciò permette una trasmissione veloce e sincronizzata del segnale.

Le sinapsi elettriche sono spesso trovate in regioni del sistema nervoso che richiedono una rapida e coordinata attività, come nel cuore o nei muscoli. Tuttavia, sono meno comuni rispetto alle sinapsi chimiche e si trovano principalmente in alcune parti del cervello, come il tessuto cerebrale embrionale o in determinate aree specializzate del sistema nervoso.

Le sinapsi elettriche sono meno flessibili rispetto alle sinapsi chimiche, poiché la trasmissione dell’informazione è basata principalmente sulla connessione fisica tra le cellule. Tuttavia, forniscono un meccanismo di trasmissione rapida e sincronizzata dell’informazione e possono svolgere un ruolo importante in specifici circuiti neurali e processi fisiologici.

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