ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΝΕΥΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ

Εισαγωγή

​

Στο νευρικό σύστημα υπάρχουν δύο ειδών συνάψεις: οι ηλεκτρικές και οι χημικές συνάψεις (Εικόνα 3.1) (Pereda, 2014). Το μεγαλύτερο ποσοστό των συνάψεων στο νευρικό σύστημα είναι χημικές. Υπάρχουν πολλές και σημαντικές διαφορές μεταξύ των ηλεκτρικών και χημικών συνάψεων.

 

• Στις ηλεκτρικές συνάψεις γίνεται άμεση μεταφορά ιόντων μέσω ενός διαύλου που σχηματίζεται μεταξύ των δύο κυττάρων και η ροή του ιοντικού ρεύματος γίνεται άμεσα από το ένα κύτταρο στο άλλο με διάχυση ιόντων. Στις χημικές συνάψεις, τα δύο νευρικά κύτταρα δεν εφάπτονται. Επομένως, για τη μεταφορά του σήματος, το ηλεκτρικό σήμα στο ένα κύτταρο (δυναμικό ενεργείας) μετατρέπεται σε χημικό (νευροδιαβιβαστής), και κατόπιν, σε ηλεκτρικό σήμα (μετασυναπτικό δυναμικό), με την πρόσδεση του νευροδιαβιβαστή στους υποδοχείς του μετασυναπτικού κυττάρου

• Στις ηλεκτρικές συνάψεις, μεταδίδονται τόσο υπο-ουδικά σήματα όσο και δυναμικά ενεργείας, ενώ στις χημικές συνάψεις μεταδίδονται μόνο δυναμικά ενεργείας.

• Στις ηλεκτρικές συνάψεις, η μετάδοση του ηλεκτρικού σήματος γίνεται πολύ γρήγορα ενώ στις χημικές συνάψεις, υπάρχει μια χρονική καθυστέρηση

• Στις χημικές συνάψεις, το ηλεκτρικό σήμα του προσυναπτικού κυττάρου μπορεί να αλλάξει, να μετασχηματιστεί και να εμφανίσει μεγάλη ποικιλομορφία. Αντίθετα, στις ηλεκτρικές συνάψεις το ιοντικό ρεύμα μεταδίδεται από το ένα κύτταρο στο άλλο.

​

Χαρακτηριστικά ηλεκτρικών συνάψεων

Οι δίαυλοι ιόντων που διαμορφώνουν τις ηλεκτρικές συνάψεις είναι πρωτεΐνες, οι οποίες ονομάζονται κοννεξίνες (Εικόνα 3.2) (Pereda, 2014). Οι κοννεξίνες είναι πρωτεΐνες που σχηματίζονται από 6 διαφορετικές υπομονάδες, σε κυκλική διάταξη ώστε να σχηματίζεται ένας δίαυλος. Όταν δύο νευρικά κύτταρα συνδέονται με ηλεκτρική σύναψη, τότε και το κάθε νευρικό κύτταρο εκφράζει μια ήμι-κοννεξίνη, η οποία ευθυγραμμίζεται με την ημι-κοννεξίνη του άλλου κυττάρου. Με αυτό τον τρόπο, σχηματίζεται μια ενιαία κοννεξίνη και δημιουργείται μια χασματοσύνδεση, η οποία επιτρέπει τη διέλευση ιόντων από το ένα κύτταρο στο άλλο (εικόνα 3.2), επιτρέποντας τη μεταφορά των ηλεκτρικών σημάτων από το ένα κύτταρο στο άλλο. Η κοννεξίνη έχει μια χαρακτηριστική δομή με τέσσερις διαμεμβρανικές περιοχές και για να ανοίξει χρειάζεται στερεοτακτική αλλαγή στο χώρο, και όχι το άνοιγμα απλά ενός πόρου, όπως είδαμε την προηγούμενη φορά στους τασοελεγχόμενους διαύλους.

 

Ηλεκτρικές συνάψεις έχουν καταγραφεί και έχουν βρεθεί κυρίως σε κατώτερους εξελικτικά οργανισμούς, αλλά και σε μικρότερο βαθμό στο νευρικό σύστημα των θηλαστικών κατά την ανάπτυξη και ακόμη λιγότερο στον ενήλικο εγκέφαλο.

• Μελανογόνος αδένας στη σουπιά. Τα κύτταρα που συνδέονται με τους μελανογόνους αδένες, με τον αδένα δηλαδή που θα εκκρίνει το μελάνι, συνδέονται με ηλεκτρικές συνάψεις μεταξύ τους και έτσι η ενεργοποίηση του ενός κυττάρου θα ενεργοποιήσει σχεδόν ταυτόχρονα και όλα τα υπόλοιπα κύτταρα και θα προκληθεί η έκκριση του μελανιού.

• Συγχρονισμός (διάμεσοι νευρώνες)

• Ολιγοδενδροκύτταρα

• Λεία μυϊκά κύτταρα

​

Χημικές συνάψεις

Στις χημικές συνάψεις, το ηλεκτρικό σήμα του ενός κυττάρου, που είναι το δυναμικό ενεργείας, μετατρέπεται σε έκλυση νευροδιαβιβαστή, που βρίσκεται μέσα σε κυστίδια, ο νευροδιαβιβαστής εκλύεται σε μια σχισμή, δηλαδή σε ένα κενό μεταξύ των δύο κυττάρων, που ονομάζεται συναπτική σχισμή και προσδένεται σε πρωτεΐνες που βρίσκονται στο επόμενο κύτταρο (Εικόνα 3.3).

Επομένως, στις χημικές συνάψεις το ηλεκτρικό σήμα (δυναμικό ενεργείας) του νευρώνα Α μετατρέπεται σε χημικό σήμα (έκλυση νευροδιαβιβαστή) και ξανά σε ηλεκτρικό, με τη δράση του νευροδιαβιβαστή στους υποδοχείς του στο κύτταρο Β. Το κύτταρο Α, το οποίο εκλύει το δυναμικό ενεργείας, ονομάζεται προσυναπτικό κύτταρο, γιατί βρίσκεται προ της σύναψης. Το κύτταρο Β, στο οποίο υπάρχουν οι υποδοχείς είναι το μετασυναπτικό κύτταρο, βρίσκεται μετά τη συναπτική σχισμή. Η αλλαγή του δυναμικού που προκαλείται στη μεμβράνη του μετασυναπτικού κυττάρου ονομάζεται μετασυναπτικό δυναμικό. Αν η αλλαγή είναι θετική, τότε ονομάζεται διεγερτικό μετασυναπτικό δυναμικό, ενώ αν η αλλαγή είναι αρνητική ονομάζεται ανασταλτικό μετασυναπτικό δυναμικό.

Σε μια χημική σύναψη, υπάρχουν τέσσερα στάδια για την ολοκλήρωση της συναπτικής διαβίβασης: η σύνθεση του νευροδιαβιβαστή και η αποθήκευση στα κυστίδια, η έκλυση του νευροδιαβιβαστή στη συναπτική σχισμή, η πρόσδεση του στους υποδοχείς του νευροδιαβιβαστή και η αποδόμηση ή επαναπρόσληψή του. Η μετάδοση του ηλεκτρικού σήματος είναι μονόδρομη (σε αντίθεση με τις ηλεκτρικές συνάψεις που μπορεί να γίνεται και αμφίδρομα). Στις χημικές συνάψεις, υπάρχει πολύ μεγάλη ποικιλομορφία, τόσο στο είδος των νευροδιαβιβαστών που εκλύονται όσο και το είδος των υποδοχέων που βρίσκονται στο μετασυναπτικό κύτταρο. Έτσι, το σήμα μπορεί για παράδειγμα να μειωθεί, να ενισχυθεί, ή να αλλάξει μορφή όταν μεταδίδεται από τον ένα νευρώνα στον άλλο.

​

​

Σύνθεση του νευροδιαβιβαστή και αποθήκευση στα κυστίδια

Οι κλασσικοί νευροδιαβιβαστές είναι οι ουσίες: Ακετυλοχολίνη, κατεχολαμίνες (ντοπαμίνη, νοραδρεναλίνη), σεροτονίνη, και τα αμινοξέα (γλουταμικό οξύ και GABA).

Η ακετυλοχολίνη συντίθεται από την χολίνη και το ακετυλοσυνένζυμο Α με τη βοήθεια του ενζύμου της χολινακετυλοτρανσφεράσης. Η ακετυχολοχίνη εκλύεται από νευρώνες του αυτόνομου νευρικού συστήματος, από τους κινητικούς νευρώνες στη νευρομυϊκή σύναψη, από διάμεσους νευρώνες των βασικών γαγγλίων, και από νευρώνες του βασικού πυρήνα. Μετά την έκλυσή της, η ακετυλοχολίνη αποδομείται από ένα ένζυμο, τη χολινεστεράση.

Οι νευροδιαβιβαστές, ντοπαμίνη, νορεπινεφρίνη και σεροτονίνη, απαρτίζουν μια ομάδα νευροδιαβιβαστών, τις βιογενείς αμίνες, καθώς είναι παράγωγα αμινοξέων. Η ντοπαμίνη και η νορεπινεφρίνη είναι παράγωγα του αμινοξέως τυροσίνη και ανήκουν στην ομάδα των κατεχολαμινών. Η τυροσίνη με τη δράση της υδροξυλάσης της τυροσίνης σχηματίζει την L-DOPA, η οποία με τη δράση μιας αποκαρβοοξυλάσης μετατρέπεται σε ντοπαμίνη. Κατόπιν, με την υδροξυλάση β της ντοπαμίνης, η ντοπαμίνη μετατρέπεται σε νοραδρεναλίνη ή νορεπινεφρίνη. Οι νευρώνες που εκλύουν ντοπαμίνη βρίσκονται στον μεσεγκέφαλο, και συγκεκριμένα στην κοιλιακή καλυπτρική περιοχή και στη μέλαινα περιοχή (Εικόνα 3.4).

Η νοραδρεναλίνη (ή νορεπινεφρίνη) εκλύεται πάλι από νευρώνες που βρίσκονται στο επίπεδο της γέφυρας, και σχηματίζουν τον πυρήνα του υπομέλανα τόπου. Οι άξονες των νοραδρεναργικών κυττάρων προβάλλουν σε διάφορες περιοχές σε όλο των εγκέφαλο, όπως στον εγκεφαλικό φλοιό και στον ιππόκαμπο (Εικόνα 3.4).

Η σεροτονίνη είναι ένας νευροδιαβιβαστής που παράγεται από την τρυπτοφάνη με τη δράση του ενζύμου υδροξυλάση της τρυπτοφάνης. Τα κύτταρα που εκλύουν σεροτονίνη βρίσκονται στον πυρήνα της ραφής, στο επίπεδο της γέφυρας (Εικόνα 3.4).

​

Οι νευροδιαβιβαστές που είναι αμινοξέα περιλαμβάνουν το γλουταμικό οξύ και το GABA. Το GABA συντίθεται από το γλουταμικό οξύ, το γλουταμικό οξύ υπάρχει ως αμινοξύ σε όλα τα κύτταρα, το οποίο όμως πακετάρεται σε κυστίδια, για να δράσει ως νευροδιαβιβαστής. Το γλουταμικό οξύ είναι ο βασικός διεγερτικός νευροδιαβιβαστής στον εγκεφαλικό φλοιό και στον ιππόκαμπο, καθώς η δράση του προκαλεί εκπόλωση των νευρώνων, άρα φέρνει το δυναμικό της μεμβράνης πιο κοντά στην ουδό του δυναμικού ενεργείας. Νευρώνες που εκλύουν γλουταμικό οξύ υπάρχουν και σε άλλες περιοχές, όπως στο νωτιαίο μυελό. Το GABA είναι ο βασικός ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής στον εγκέφαλο, καθώς η δράση του προκαλεί υπερπόλωση των νευρικών κυττάρων, άρα απομακρύνει τη μεμβράνη του κυττάρου από την ουδό του δυναμικού ενεργείας. GABA εκλύεται από διάμεσους νευρώνες στον εγκεφαλικό φλοιό, στον ιππόκαμπο, στο νωτιαίο μυελό και σε άλλες περιοχές του νευρικού συστήματος, όπως από τους νευρώνες των βασικών γαγγλίων και από τα κύτταρα Purkinjee της παρεγκεφαλίδας.

Εκτός από αυτές τις βασικές ουσίες που δρουν ως νευροδιαβιβαστές, υπάρχουν και διάφορα νευροδραστικά πεπτίδια, όπως για παράδειγμα τα οπιοειδή (εγκεφαλίνες και η ενδορφίνη), τα οποία έχουν αναλγητική δράση δηλαδή εξομαλύνουν την αίσθηση του πόνου ή και οι ταχυκινίνες όπως είναι η ουσία P, οι οποίες έχουν αλγητική δράση, δηλαδή αυξάνουν την αίσθηση του πόνου. Ρόλο νευροδιαβιβαστή παίζουν και άλλες ουσίες όπως η ινσουλίνη, η εκλυτική ορμόνη της αδενοκορτικοτροπίνης, κ.α.

 

Έκλυση του νευροδιαβιβαστή

Όλοι οι νευροδιαβιβαστές πρέπει να αποθηκευτούν σε κυστίδια στα τερματικά του άξονα του νευρώνα που τους εκλύει. Υπάρχουν εξειδικευμένες πρωτεΐνες που επιτρέπουν τη μεταφορά των νευροδιαβιβαστών στα κυστίδια. Αυτές είναι:

1) vAchT (vesicular acetylcholine transporter), μεταφορέας ακετυλοχολίνης σε κυστίδια

2) VGAT (vesicular GABA transporter), μεταφορέας GABA σε κυστίδια

3) vGluT (vesicular glutamate transporter), μεταφορέας του γλουταμικού οξέως στα κυστίδια

4) VMAT, μεταφορέας μονοαμινών

 

Πίνακας 3.1: Τα είδη των νευροδιαβιβαστών και οι μηχανισμοί σύνθεσης

​

Η έκλυση του νευροδιαβιβαστή γίνεται βάσει του νόμου του Dale που λέει ότι κάθε κύτταρο εκλύει ένα και μόνο νευροδιαβιβαστή. Αυτός ο νόμος αναφέρεται κυρίως στους κλασικούς νευροδιαβιβαστές. Έχει βρεθεί ότι ένας νευρώνας μπορεί να εκλύσει παραπάνω της μιας ουσίας ως νευροδιαβιβαστή, αλλά οι άλλες ουσίες είναι πεπτίδια. Αν και έχει βρεθεί επίσης ότι σε μερικές περιπτώσεις και σε διαφορετικά τερματικά του άξονα ο ίδιος νευρώνας μπορεί να εκλύσει διαφορετικούς κλασσικούς νευροδιαβιβαστές .

Για την επιτυχή έκλυση νευροδιαβιβαστή, απαιτείται η έκλυση δυναμικού ενεργείας από το προσυναπτικό κύτταρο. Το δυναμικό ενεργείας προκαλεί την ενεργοποιήση διαύλων ασβεστίου και την αύξηση της ενδοκυττάριας συγκέντρωσης ασβεστίου. Το μέγεθος του εισερχόμενου ρεύματος ασβεστίου επηρεάζει την ποσότητα νευροδιαβιβαστή που θα εκλυθεί και κατ’ επέκταση το μέγεθος του μετασυναπτικού δυναμικού (Εικόνα 3.5).

Με ποιο τρόπο όμως το ασβέστιο προκαλεί την εξωκυττάρωση του νευροδιαβιβαστή; Ο νευροδιαβιβαστής είναι αποθηκευμένος σε κυστίδια, τα οποία βρίσκονται είτε κοντά στην μεμβράνη του τερματικού του άξονα, είτε προσδεμένα πάνω στον κυτταροσκελετό, σε ινίδια κυτταροσκελετού. Το ασβέστιο που εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα προσδένεται σε εξειδικευμένες πρωτεϊνες, όπως η καλμοδουλίνη. Αυτό το σύμπλεγμα ενεργοποιεί μια κινάση η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη φωσφορυλίωση μιας πρωτεΐνης, της συναψίνης. Η φωσφορυλίωση της συναψίνης επιτρέπει την απελευθέρωση των κυστιδίων από τον κυτταροσκελετό, και την προσέγγισή τους στην μεμβράνη. Για την ένωση της μεμβράνης του κυστιδίου με την κυτταροπλασματική μεμβράνη κινητοποιούνται διάφορες πρωτεΐνες, όπως οι συνταξίνες, συναπτοφυσίνες και πρωτεΐνες-υποδοχείς των πρωτεϊνών SNAP (soluble NSF attachment protein) (SNARE πρωτεΐνες). Η αλληλεπίδραση αυτών των πρωτεϊνών είναι αυτή που θα επιτρέψει στο κυστίδιο να αγκυροβολήθει στη συναπτική μεμβράνη. Κατόπιν, συγκεκριμένες πρωτεΐνες σχηματίζουν πόρους συγχώνευσης των δύο μεμβρανών (δηλ. του κυστιδίου και του κυττάρου), ώστε να γίνει η ένωση των δυο μεμβρανών και η απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή στο εξωκυττάριο περιβάλλον.

​

Υποδοχείς νευροδιαβιβαστών

Ο νευροδιαβιβαστής διαχέεται στο εξωκυττάριο περιβάλλον και προσδένεται στους υποδοχείς που βρίσκονται στη μεμβράνη του μετασυναπτικού νευρώνα. Oι υποδοχείς νευροδιαβιβαστών χωρίζονται σε 3 βασικές κατηγορίες, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του υποδοχέα:

• μπορεί να είναι δίαυλοι ιόντων,

• να προσδένονται σε G πρωτεΐνες,

• να έχουν δράση κινάσης της τυροσίνης.

Ανεξάρτητα από τον τρόπο λειτουργίας των υποδοχέων, το τελικό αποτέλεσμα είναι η αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης του κυττάρου. Οι υποδοχείς που είναι δίαυλοι ιόντων επηρεάζουν άμεσα το δυναμικό της μεμβράνης. Οι υποδοχείς που προσδένονται σε G πρωτεΐνες προκαλούν την ενεργοποίηση ενός ενδοκυττάριου καταρράκτη μέσω του οποίου επηρεάζεται η λειτουργία των διαύλων ιόντων και έτσι να προκαλείται αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης του μετασυναπτικού κυττάρου, η οποία ονομάζεται μετασυναπτικό δυναμικό.

Το μετασυναπτικό δυναμικό είναι βαθμιδωτό, δηλαδή όσο μεγαλύτερη ποσότητα νευροδιαβιβαστή εκλύεται ή όσο περισσότεροι υποδοχείς υπάρχουν στο μετασυναπτικό κύτταρο, τόσο μεγαλύτερο είναι το μετασυναπτικό δυναμικό. Αν η δράση των υποδοχέων του νευροδιβαβιαστή έχει ως αποτέλεσμα την καθαρή εισροή θετικών ιόντων, τότε το μετασυναπτικό δυναμικό προκαλεί μια θετική αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης. Ο νευροδιαβιβαστής και ο υποδοχέας που προκαλούν μια θετική αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης ονομάζεται διεγερτικός γιατί φέρνει το δυναμικό του μετασυναπτικό κυττάρου στην ουδό για την έκλυση δυναμικού ενεργείας. Κάθε νευροδιαβιβαστής μπορεί να προσδεθεί σε πολλούς υποδοχείς (Πίνακας 3.2)

​

​

Υποδοχείς ιοντικοί δίαυλοι

Η υπεροικογένεια των ιοντικών διαύλων ελεγχόμενων από την πρόσδεση μορίων (ligand gated ion channel) περιλαμβάνει το νικοτινικό υποδοχέα της ακετυλοχολίνης, τους ιονοτρόπους υποδοχείς του γλουταμικού οξέως, τον υποδοχέας του γ-αμινοβουτυρικού οξέως (GABA) και ο ευαίσθητος στη στρυχνίνη υποδοχέας της γλυκίνης. Τα βασικά χαρακτηριστικά των υπομονάδων όλων των ιονοτρόπων υποδοχέων είναι:

• Ένα μακρύ, υδρόφιλο, αμινοτελικό τμήμα με αρκετές δυνητικές θέσεις γλυκοζυλίωσης και από μια θηλιά (βρόχο) κυστεΐνης, που διαμορφώνεται από δύο συντηρημένα κατάλοιπα κυστεΐνης υπεύθυνη για την δέσμευση αγωνιστών.

• 4 διαμεβρανικές περιοχές οι οποίες ονομάζονται Μ1, Μ2, Μ3 και Μ4.

• Mεταξύ των διαμεβρανικών περιοχών Μ3 και Μ4, διαμορφώνεται μια μεγάλη ενδοκυτταρική θηλιά, που περιέχει πιθανές θέσεις φωσφορυλίωσης

• Ένα μικρό εξωκυτταρικό, καρβοξυτελικό τμήμα

 

O νικοτινικός υποδοχέας της ακετυλοχολίνης είναι ένας δίαυλος ιόντων, που εκφράζεται στην νευρομυϊκή σύναψη, καθώς και σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου. Εξαιτίας της άμεσης επίδρασης της λειτουργίας αυτού του υποδοχέα με την κίνηση του οργανισμού, έχει μελετηθεί εκτενώς. Για το σχηματισμό ενός νικοτινικού διαύλου απαιτούνται πέντε διαφορετικές υπομονάδες: δυο α υπομονάδες, μία β, μία γ, και μία δ υπομονάδα. Η κάθε υπομονάδα περιλαμβάνει τέσσερις διαμεβρανικές περιοχές. Στην α υπομονάδα υπάρχει η θέση πρόσδεσης στην ακετυλοχολίνη, η οποία προκαλέσει το άνοιγμα του διαύλου. Όταν σε ένα νικοτινικό δίαυλο ακετυλοχολίνης προσδεθούνε μόρια ακετυλοχολίνης, ο πόρος του υποδοχέα ανοίγει ανάλογα με το επίπεδο του δυναμικού της μεμβράνης. Τον πόρο του υποδοχέα διαπερνούν ιόντα νατρίου και καλίου βάσει της ηλεκτροχημικής τους διαβάθμισης. Σε αρνητικά δυναμικά της μεμβράνης, τα ιόντα νατρίου εισέρχονται στο κύτταρο ενώ τα ιόντα καλίου εξέρχονται από το κύτταρο. Ανάλογα με το επίπεδο του δυναμικού της μεμβράνης του κυττάρου, η ενεργοποίηση του νικοτινικού διαύλου ακετυλοχολίνης έχει διαφορετικές επιδράσεις στο δυναμικό της μεμβράνης (Εικόνα 3.7).

Όταν η διέγερση του κινητικού νευρώνα είναι μεγάλη, προκαλείται έκλυση πολυάριθμων κυστιδίων ακετυλοχολίνης, με αποτέλεσμα πολλοί νικοτινικοί υποδοχείς της ακετυλοχολίνης ενεργοποιούνται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μεγάλη εκπόλωση του μυϊκού κυττάρου, η οποία αν ξεπεράσει την ουδό, τότε έχουμε την έκλυση δυναμικού ενεργείας, εξαιτίας της παρουσίας διαύλων νατρίου. Το δυναμικό ενεργείας στο μυϊκό κύτταρο, το οποίο είναι ένα επιμήκες κύτταρο, μεταδίδεται βάσει των κανόνων που διέπουν τη μετάδοση του δυναμικού ενεργείας, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του μυϊκού κυττάρου, τόσο ταχύτερη είναι η μετάδοση του δυναμικού ενεργείας.

Οι ιοντοτρόποι υποδοχείς του γλουταμικού οξέως ανοίγουν περιλαμβάνουν τρείς κατηγορίες: οι υποδοχείς NMDA (N-methyl-D-aspartate), oι AMPA υποδοχείς (amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid) και οι υποδοχείς καϊνικού. Οι λειτουργικοί υποδοχείς ΑΜΡΑ και NMDA είναι ετεροτετραμερή σύμπλοκα. Η ενεργοποίησή τους ανοίγει ένα δίαυλο κατιόντων, μέσα από τον οποίο μπορεί να περάσουν ιόντα νατρίου, καλίου ή ασβεστίου, ανάλογα με τον υποδοχέα.

Οι ΑΜΡΑ υποδοχείς συντίθενται από συνδυασμούς των υπομονάδων: GluR1, GluR2, GluR3, GluR4. Κάθε ΑΜΡΑ υποδοχέας αποτελείται από 2 ζεύγη όμοιων υπομονάδων. Δηλάδή, 2 GluR1 και 2 GluR2 υπομονάδες, ή 2 GluR1 και 2 GluR3 υπομονάδες, κλπ. Κάθε ετερομερής συνδυασμός έχει διαφορετικές ιδιότητες. Συγκεκριμένα, η παρουσία ή όχι της GluR2 υπομονάδας έχει βασική επίδραση στις ιδιότητες του υποδοχέα. Αν λείπει η υπομονάδα GluR2 από τον υποδοχέα, τότε ο υποδοχέας είναι διαπερατός σε ιόντα νατρίου, καλίου και ασβεστίου. Αν ο υποδοχέας περιλαμβάνει και μια GluR2 υπομονάδα, τότε ο υποδοχέας είναι διαπερατός μόνο σε ιόντα νατρίου και καλίου.

Οι NMDA υποδοχείς συντίθενται υποχρεωτικά από 2 NR1 υπομονάδες και μία ή περισσότερες NR2 (NR2A-D) υπομονάδες, η παρουσία των οποίων διαμορφώνει τις λειτουργικές ιδιότητες του διαύλου. Σε κάποιες περιπτώσεις, κυρίως κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης του νευρικού συστήματος, συμμετέχει μια διαφορετική υπομονάδα, η NR3. Στο αμινοτελικό άκρο των NR2 υπομονάδων, υπάρχει μια ρυθμιστική αλλοστερική περιοχή που προσδένει ψευδάργυρο στην NR2A και πολυαμίνες στην NR2B. Επιπλέον, κάθε υπομονάδα περιλαμβάνει περιοχές που προσδένουν το γλουταμικό οξύ και τη γλυκίνη στις περιοχές μεταξύ των αμινοτελικού άκρου και της πρώτης διαμεμβρανικής περιοχής καθώς και μεταξύ της τρίτης και τέταρτης διαμεμβρανικής περιοχής.

Ο δίαυλος NMDA είναι διαπερατός σε ιόντα νατρίου, καλίου και ασβεστίου. Η εισροή ιόντων ασβεστίου διαφοροποιεί τη λειτουργία αυτού του υποδοχέα από άλλους ιονότροπους υποδοχείς καθώς επιτρέπει τη σύνδεση της συναπτικής διαβίβασης με καταρράκτες κυτταρικής σηματοδότησης, καθώς το ασβέστιο μπορεί να προσδεθεί στην πρωτεΐνη καλμοδουλίνη, η οποία κατόπιν να ενεργοποιήσει την κινάση της καλμοδουλίνης.

Τέλος, υπάρχει μια θέση πρόσδεσης του ιόντος μαγνησίου, εσωτερικά του διαύλου. Το ιόν του μαγνησίου προσδένεται σε αυτή τη θέση και μπλοκάρει τη ροή ιόντων μέσα από το δίαυλο. Για να επιτραπεί η ροή των ιόντων, πρέπει το ιόν του μαγνησίου να αποβληθεί από τη θέση πρόσδεσης, κάτι το οποίο επιτυγχάνεται με την εκπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης.

​

​