Rilascio presinaptico dei neurotrasmettitori

Le proprietà del rilascio del neurotrasmettitore dalle terminazioni presinaptiche determinano l'efficacia della trasmissione sinaptica, in quanto il numero delle molecole liberate nella fessura sinaptica è in relazione all'ampiezza della risposta postsinaptica. Nei loro studi sulla trasmissione neuromuscolare, Paul Fatt e Bernard Katz, scoprirono che nelle vicinanze della placca motrice del muscolo di rana potevano essere registrate depolarizzazioni spontanee, di ampiezza inferiore a 1 mV. L'ampiezza di questi segnali si riduceva progressivamente quando l'elettrodo di registrazione intracellulare veniva inserito a distanze crescenti dalla placca motrice, fino a scomparire completamente. Questi furono chiamati potenziali di placca in miniatura, dal momento che questi potenziali avevano forma, profilo temporale e sensibilità farmacologica simile ai potenziali di placca. Siccome in precedenza era stato scoperto che aumentando progressivamente la concentrazione extracellulare di ioni Mg2+, o riducendo la concentrazione extracellulare di Ca2+, si otteneva una riduzione dell'ampiezza dei potenziali di placca evocati, Katz e i suoi collaboratori sfruttarono questa osservazione per individuare le concentrazioni di questi cationi in presenza delle quali i potenziali di placca evocati diventavano così piccoli da corrispondere ad un singolo potenziale di placca in miniatura. Grazie a queste osservazioni, si accorsero che un normale potenziale di placca è prodotto da un gran numero di unità di trasmissione (equivalenti alle unità che danno luogo ai potenziali spontanei in miniatura) rilasciate simultaneamente durante un potenziale d'azione presinaptico. Dal momento che il rilascio sinaptico sembra avvenire sotto forma di unità discrete, pacchetti o quanti di neurotrasmettitore, Katz allora chiamò questo processo rilascio quantico. A questo punto, questi scienziati si chiesero quale fosse la composizione di un'unità, cioè si trattava di una singola molecola di acetilcolina o di tante? Se un potenziale di placca spontaneo in miniatura fosse stato dovuto ad una singola molecola di acetilcolina fuoriuscita dalla terminazione presinaptica, allora l'aggiunta di piccole quantità di acetilcolina alla soluzione salina esterna al muscolo avrebbero dovuto aumentare decisamente il numero di potenziali in miniatura. Partendo da bassissime concentrazioni di acetilcolina e passando poi a concentrazione progressivamente più elevate, questi ricercatori non riuscirono mai ad osservare un aumentato numero di potenziali in miniatura, ma videro piuttosto che nella membrana muscolare si sviluppava una depolarizzazione la cui ampiezza aumentava linearmente in funzione della concentrazione di acetilcolina. Katz e colleghi, dunque, conclusero che i potenziali di placca in miniatura non fossero prodotti in risposta a singole molecole di acetilcolina. Infatti, essi calcolarono che ogni potenziale di placca in miniatura fosse dovuto al rilascio di un pacchetto di 10000 molecole di neurotrasmettitore, l'acetilcolina in questo caso, e che queste molecole fossero in grado di attivare circa 2000 canali postsinaptici.