Las proteínas en las células nerviosas de los animales desencadenan la liberación de neurotransmisores en respuesta a la señal electroquímica.
Las células nerviosas son los componentes centrales del sistema nervioso de un animal. Transmiten y procesan información mediante una combinación de señales eléctricas y químicas, y se encuentran en todos los animales a excepción de los más simples, como las esponjas. Las células nerviosas tienen un cuerpo celular, dendritas (que reciben señales) y un axón (que transmite la señal). Las dendritas y el axón se proyectan desde el cuerpo celular. Los axones se ramifican en extremos ciegos llamados extremos, y los extremos del axón se conectan a las dendritas de otros nervios a través de sinapsis. Cuando un nervio recibe suficiente estimulación de sus dendritas, el nervio dispara una señal electroquímica a lo largo de su axón, llamada "potencial de acción".
Las sinapsis químicas son las uniones entre los extremos del axón en una célula nerviosa y las dendritas en una célula vecina; son brechas estrechas, o hendiduras, de solo 20 nm de ancho. Las señales se transmiten a través de las sinapsis químicas mediante neurotransmisores, pequeños mensajeros químicos moleculares. Cuando un potencial de acción alcanza una sinapsis química, los neurotransmisores se liberan rápidamente en la hendidura sináptica. Como solo deben entrar en la hendidura en respuesta a un potencial de acción, la liberación está estrictamente controlada.
Los neurotransmisores se producen en grandes cantidades en los extremos de los axones y se empaquetan en sacos de membrana llamados vesículas. Cuando las vesículas se fusionan con la membrana celular en la sinapsis, liberan su contenido en la hendidura sináptica. Se requieren dos proteínas, "SNARE" y "sinaptotagminas", para la fusión de vesículas. Los SNARE actúan como velcro, algunos se unen a la vesícula y otros a la membrana celular. Cuando las SNARE entran en contacto entre sí, se unen con fuerza y acercan la vesícula al límite celular. La fusión de la membrana depende de la curvatura de la membrana y, sin el potencial de acción, la curvatura es demasiado superficial para que se produzca la fusión. Las otras proteínas, las sinaptotagminas, también están unidas a las vesículas. Tienen grandes secciones en forma de cuña que pueden llegar desde la vesícula hasta la membrana celular. En ausencia de un potencial de acción, las sinaptotagminas tienen la misma carga que la membrana celular y son repelidas. Sin embargo, cuando la señal llega a los extremos del axón, se liberan iones de calcio en el citoplasma de la célula. Las sinaptotagminas se unen al calcio, que tiene carga positiva y neutraliza la repulsión. Luego, las proteínas se incrustan en la membrana celular creando un área de mayor curvatura. En combinación con la tracción de los SNARE, esto es suficiente para que la vesícula y la membrana celular se fusionen y para que se liberen los neurotransmisores.
La activación de sinaptotagmina, la fusión de vesículas y la liberación de neurotransmisores ocurren dentro de 1 ms del potencial de acción que llega a la terminal del axón.
