Tổng quan  

Dưới đây là một chuỗi các sự kiện đã được tóm lược lại một cách ngắn gọn và đơn giản hóa diễn ra trong quá trình truyền tin đi từ nơron trước synap đến nơron sau synap. Mỗi bước sẽ được giải thích chi tiết và cụ thể hơn ở phía dưới. Đặc biệt chú ý là chỉ ngoại trừ bước cuối, toàn bộ quá trình còn lại vận hành chỉ trong khoảng thời gian vài trăm μs, đó là khi ta xét đến synap với khả năng dẫn truyền nhanh nhất.[14]  

1. Quá trình khởi đầu bằng việc sóng kích thích điện hóa được gọi dưới cái tên điện thế hoạt động di chuyển dọc theo màng tế bào trước synap để cuối cùng đến synap.  
2. Khi đến synap, điện thế hoạt động làm khử cực màng tế bào tại synap dẫn đến mở các kênh protein Ca2+ tăng tính thấm cho ion calci.  
3. Các ion calci lưu chuyển vào bên trong màng tế bào trước synap, kết quả làm tăng nồng độ calci nội bào.  
4. Nồng độ calci tăng cao làm hoạt hóa một loạt protein nhạy calci gắn vào các bọc chứa chất dẫn truyền thần kinh.  
5. Những protein này chúng thay đổi hình dạng, tác động đến màng của các bọc synap "neo đậu" gần đó hợp nhất với lại màng tế bào trước synap, dẫn đến việc giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh vào khe synap, khoảng không gian hẹp giữa màng tế bào trước synap và sau synap.  
6. Chất dẫn truyền thần kinh khuếch tán vào khe synap. Sau đó chúng gắn vào các thụ thể đặc hiệu nằm trên màng tế bào sau synap. Không phải tất cả phân tử truyền đạt khi được giải phóng ra từ bọc synap đều gắn vào thụ thể hết, một số ít phân tử không đến được thụ thể và gắn vào nó.  
7. Khi chất truyền đạt thần kinh gắn vào thụ thể sẽ hoạt hóa nó theo nhiều cách thức đặc trưng cho tính chất cũng như là cấu trúc hình thể của chính loại thụ thể đó. Một vài dạng hoạt hóa điển hình sẽ được mô tả chi tiết hơn ở bên dưới. Đối với tất cả các cơ chế hoạt hóa thụ thể, điều cốt lõi không ngoài khác hơn đó chính là làm vận hành tế bào sau synap.  
8. Do chuyển động nhiệt của các phân tử, sự vận động của nguyên tử, làm chuyển dời vị trí cân bằng của khối tinh thể rắn, các phân tử truyền đạt này rồi cuối cùng cũng sẽ bị bật ra khỏi các thụ thể và trôi dạt vào chất nền ngoại bào.  
9. Chất truyền đạt thần kinh hoặc là bị tái hấp thu vào tế bào trước synap, và sau đó tái đóng gói cho lần giải phóng tiếp theo, hoặc là chúng đi vào quá trình chuyển hóa.

Giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh  

Xung động thần kinh (hay điện thế hoạt động) xuất hiện và di chuyển dọc theo sợi trục gây ra quá trình giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh thông qua cơ chế xuất bào. Trong tận cùng sợi trục trước synap, các bọc mang các chất dẫn truyền thần kinh khu trú ở gần màng tế bào. Điện thế hoạt động khi lan truyền đến các cúc tận cùng, hoạt hóa các kênh cổng điện thế calci lưu thông dòng chảy ion calci vào bên trong tế bào.[15] Các ion calci lúc này chúng sẽ tiến hành gắn vào các protein synaptotagmin hiện diện trên màng của các bọc synap, như thế làm cho các bọc này hợp nhất được với màng tế bào trước synap.[16] Quá trình hợp nhất màng này diễn ra theo một cách ngẫu nhiên, do đó dẫn đến việc là quá trình truyền tin qua synap cũng thường xuyên thất bại ở những synap rất nhỏ, và các synap này điển hình có mặt ở hệ thống thần kinh trung ương. Trái ngược lại ở các synap lớn (chẳng hạn như synap thần kinh - cơ), xác suất giải phóng các bọc synap đạt lên tới 100%. Cơ chế vận hành quá trình hợp nhất các bọc synap chính là làm khởi động nên một loạt các protein được biết với tên gọi là SNARE. Nhìn chung là các phức hợp protein này đóng vai trò như chất trung gian điều phối hoạt động hợp nhất màng và cố định vị trí các bọc synap trong vùng hoạt động.[17] Các màng thuộc bọc synap sau khi hợp nhất hóa với màng tế bào sau synap, chúng sẽ được khôi phục trở lại bằng quá trình nhập bào và sau đó được tái sử dụng tham gia quá trình tạo các bọc synap mới.

Tuy cơ chế giải phóng chất dẫn truyền thần kinh bằng việc hòa màng bọc synap chiếm đại đa số diễn ra ở cấp độ thần kinh. Nhưng vẫn có ngoại lệ, đặc biệt đó là thụ thể loại II trên các tế bào nụ vị giác ở động vật có vú. Ở đây chất dẫn truyền thần kinh ATP được giải phóng trực tiếp ngay tại tế bào chất vào qua các cổng kênh điện thế để vào khe synap mà không cần bọc synap cũng như là cơ chế hòa màng như trên.[18]

Gắn vào thụ thể  

Các thụ thể ở vị trí đối diện cúc tận cùng trên màng tế bào sau synap để cho các chất dẫn truyền thần kinh gắn vào. Khi các chất truyền đạt gắn vào hoạt hóa thụ thể, nó sẽ đáp ứng bằng một trong hai cách. Thứ nhất, các thụ thể với bản chất là kênh cổng chất gắn sẽ mở trực tiếp ở màng tế bào sau synap, thúc đẩy sự vận động của các ion ra vào tế bào và dẫn đến làm thay đổi cục bộ điện thế màng tế bào. Kết quả của sự thay đổi điện thế đó chính là hình thành điện thế sau synap. Về tổng quan, hiện tượng kích thích (hay hưng phấn) làm tăng dòng chảy ion dương vào nội bào được biết đến chính là quá trình khử cực, và hiện tượng ức chế ngược lại làm tăng dòng chảy ion âm vào nội bào đến mức vượt ngưỡng mức điện thế nghỉ màng tế bào tại thời điểm ban đầu (siêu phân cực). Để mà biết synap nào là ức chế và synap nào là kích thích thì dựa vào tính chất và cấu trúc của kênh ion vận hành dòng chảy ion đặc trưng của kênh ion đó ở màng sau synap, khả năng ứng khớp chức năng của các loại thụ thể đối với từng chất dẫn truyền thần kinh cũng như là có mối tương quan với nó. Thứ hai đó là các thụ thể khi ở dạng hoạt động chúng có thể tác động điện thế màng nhờ vào khả năng kiểm soát quá trình sinh tổng hợp các chất truyền tin thứ hai (second messengers) diễn ra trong nơron sau synap. Những chất truyền tin thứ hai này có thể khuếch đại tín hiệu hưng phấn hay ức chế tùy thuộc vào bản chất của các chất dẫn truyền thần kinh.

Chấm dứt  

Sau khi chất dẫn truyền thần kinh đã hoàn thành xong nhiệm vụ của mình là gắn vào thụ thể phân tử, nó cần phải được di dời ngay để tiếp tục tăng cường điện thế sau synap (EPSPs) hoặc là làm giảm điện thế sau synap (IPSPs). Sự biến chuyển các chất truyền đạt này được thực hiện thông qua một hay nhiều quá trình sau:

• Chất dẫn truyền thần kinh có thể bức ra khỏi thụ thể là do tính chuyển động nhiệt của phân tử gây ra bởi cả chính nó và cả thụ thể, tạo điều kiện cho môi trường chất nền ngoại bào bên ngoài nơron nuốt chửng nó (chuyển hóa) hoặc là tái hấp thu.[19]
• Các enzyme bên dưới màng tế bào sau synap chúng có thể làm bất hoạt hay chuyển hóa các chất dẫn truyền thần kinh.
• Các bơm tái hấp thu có thể bơm tích cực các chất dẫn truyền thần kinh trở lại vào tận cùng sợi trục trước synap nhằm tái xử lý sử dụng lại cũng như chờ đợi xung điện thế hoạt động cho lần giải phóng tiếp theo.[19]