Basicamente, um neurônio pós-sináptico adiciona, ou integra, todas as entradas excitatórias e inibitórias que ele recebe e "decide" se dispara um potencial de ação. A integração de potenciais pós-sinápticos que ocorrem em locais diferentes — mas ao mesmo tempo — é conhecida como somatório espacial.
Esses estímulos são íons transmitidos por meio de mudanças de carga elétrica e passam por toda a célula nervosa. Sendo assim, este fenômeno é chamado de potencial de ação. As extremidades dos axônios possuem ramificações. Nelas estão presentes os botões pré-sinápticos separados da membrana das outras células pela fenda sináptica.
A membrana do neurônio pós-sináptico possui um grande número de proteínas receptoras, cujas moléculas podem possuir componentes de ligação onde o neurotransmissor, que está na fenda sináptica, se liga a um componente ionóforo, que atravessa toda a membrana pós-sináptica até alcançar o interior do neurônio pós-sináptico.
A ligação entre os neurotransmissores e o sinal intracelular é realizado através da associação ou com proteinas G (pequenas proteínas que se ligam e hidrolizam a GTP) ou com as enzimas proteína-kinases, ou com o próprio receptor na forma de um canal de íon controlado pelo ligante (por exemplo, o receptor de acetilcolina).
Em geral, os receptores dos neurônios pré-sinápticos agem para inibir a liberação de mais neurotransmissores. A grande maioria dos receptores de neurotransmissores pertence a uma classe de proteínas conhecida como receptores em serpentina. Essa classe exibe uma estrutura transmembrana característica.
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