Les neurotransmetteurs agissent en se liant à des récepteurs situés sur la membrane des cellules cibles, ce qui déclenche une réponse chimique ou électrique dans ces cellules. Certains neurotransmetteurs, comme la sérotonine et la dopamine, interviennent dans la régulation de l'humeur, du plaisir et de la motivation. D'autres, comme l'acétylcholine, agissent comme des médiateurs chimiques dans la régulation des fonctions autonomes du corps, telles que la fréquence cardiaque et la digestion, ainsi que dans la régulation de la libération d'hormones par le système endocrinien. L'acétylcholine et la dopamine sont égamement impliquées dans le contrôle du mouvement et de la coordination musculaire. La noradrénaline et le glutamate sont associés à des fonctions cognitives telles que l'apprentissage, la mémoire et l'attention.

Les catégories de neurotransmetteurs

L'acétylcholine.
L'acétylcholine (ACh) est sécrétée comme neurotransmetteur principal par des neurones répartis dans tout le système nerveux. Cette molécule a une structure chimique est relativement simple, composée d'une molécule d'acide acétique (acétyle) liée à une molécule de choline par une liaison ester (d'où son nom). Elle est synthétisée à partir de la choline et de l'acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA) à l'aide d'une une enzyme appelée choline acétyltransférase. (La choline est un sel d'ammonium quaternaire possédant un groupe ammonium quaternaire, qui est un groupe fonctionnel constitué d'un atome d'azote lié à quatre groupes alkyles ou aryles). 

L'acétylcholine agit comme un neurotransmetteur dans les synapses dits cholinergiques, où elle est libérée par les terminaisons nerveuses présynaptiques et se lie aux récepteurs cholinergiques postsynaptiques. Dans le système neuromusculaire, l'acétylcholine est libérée au niveau de la jonction neuromusculaire, où elle se lie aux récepteurs cholinergiques présents sur la membrane des cellules musculaires, déclenchant ainsi la contraction musculaire.

L'acétylcholine se lie à deux types de récepteurs : le récepteur nicotinique et le récepteur muscarinique. Ces deux récepteurs portent le nom de molécules qui interagissent avec eux en plus de l'acétylcholine :

• Le récepteur nicotinique se trouve dans la jonction neuromusculaire, ainsi que dans d'autres synapses. Quand la nicotine se lie au récepteur nicotinique et l'active de la même manière que l'acétylcholine.. 

.• Le récepteur muscarinique tire son nom de la muscarine, une substance produite par certains champignons, et qui se lie au récepteur muscarinique.

L'acétylcholine est également impliquée dans divers processus cognitifs tels que l'apprentissage, la mémoire et l'attention. Des niveaux adéquats d'acétylcholine dans le cerveau sont essentiels pour maintenir ces fonctions. Dans le système nerveux autonome, l'acétylcholine agit comme un neurotransmetteur pour les neurones du système nerveux parasympathique, intervenant  ainsi dans des fonctions telles que la digestion, la fréquence cardiaque et la respiration.

Neurotransmetteurs du groupe des acides aminés.
Certains neurotransmetteurs sont les acides aminés. Cela comprend principalement le glutamate (Glu), le GABA (acide gamma-aminobutyrique, un dérivé du glutamate) et la glycine (Gly). Ces acides aminés ont un groupe amino et un groupe carboxyle dans leurs structures chimiques. Chaque neurotransmetteur d’acide aminé est considéré comme lié à son propre système de neurones, à savoir les systèmes glutamatergique, GABAergique et glycinergique, n'intéragissant pas entre eux et chacun possédant ses propres récepteurs. 

Les neurotransmetteurs d'acides aminés sont éliminés de la synapse par recapture. Une pompe dans la membrane cellulaire de l'élément présynaptique, ou parfois dans une cellule gliale voisine, éliminera l'acide aminé de la fente synaptique afin qu'il puisse être recyclé, reconditionné dans des vésicules et libéré à nouveau. 

Les neurotransmetteurs d’acides aminés sont presque exclusivement associés à un seul effet. Le glutamate est considéré comme un acide aminé excitateur, mais uniquement parce que les récepteurs Glu chez l'adulte provoquent une dépolarisation de la cellule postsynaptique. La glycine et le GABA sont considérés comme des acides aminés inhibiteurs, encore une fois parce que leurs récepteurs provoquent une hyperpolarisation.

Glutamate.
Le glutamate (Glu)  est l’un des 20 acides aminés utilisés pour fabriquer des protéines. C'est le principal neurotransmetteur excitateur dans le système nerveux central. Il est impliqué dans de nombreuses fonctions cérébrales, y compris l'apprentissage, la mémoire, et la plasticité synaptique. Le glutamate agit en se liant à des récepteurs glutamatergiques sur les neurones postsynaptiques.

GABA.
Le GABA (acide gamma-aminobutyrique) est le principal neurotransmetteur inhibiteur dans le système nerveux central. Il  agit en se liant à des récepteurs GABAergiques sur les neurones postsynaptiques et intervient dans  la régulation de l'excitabilité neuronale, en réduisant l'activité électrique de ces neurones. Des dysfonctionnements des neurones GABAergiques, qui modulent l'activité des neurones excitateurs et contribuent à maintenir l'homéostasie neuronale, sont associés à des troubles neurologiques tels que l'épilepsie et les troubles anxieux. 

Glycine.
La glycine(Gly) est un autre neurotransmetteur inhibiteur dans la moelle épinière et le tronc cérébral. Elle agit en se liant à des récepteurs glycinergiques sur les neurones postsynaptique et régule la transmission des signaux sensoriels et moteurs.

Neurotransmetteurs du groupe amine biogène.
Les neurotransmetteurs du groupe de l’amine biogène sont  des composés fabriqués par voie enzymatique à partir d’acides aminés aromatiques (tyrosine, tryptophane, histidine). Ils contiennent des groupes amino, mais n'ont plus de groupes carboxyle et ne sont donc plus classés comme acides aminés. Ils sont essentiels pour la communication neuronale et sont impliqués dans la modulation de diverses fonctions neurologiques et comportementales. Parmi ces neurotransmetteurs, la dopamine, la noradrénaline et l'épinéphrine, toutes trois dérivées de la tyrosine, appartiennent à la classe des catécholamines.

Dopamine.
La dopamine est liée à un système de neurones qui lui est propre, le système dopaminergique (avec des récepteurs spécifiques). Les neurones dopaminergiques se trouvent dans plusieurs régions du cerveau, notamment le système nerveux central. Ces neurones sont impliqués dans des voies neurologiques importantes, notamment dans le système de récompense du cerveau. La dopamine intervient également dans le contrôle des mouvements, la motivation et la cognition. La dopamine est éliminée de la synapse par les protéines de transport situées dans la membrane cellulaire présynaptique. Des dysfonctionnements des neurones dopaminergiques sont associés à des troubles tels que la maladie de Parkinson et la schizophrénie. 

Neurotransmetteurs adrénergiques.
Le système des neurotransmetteurs adrénergiques comprend deux molécules importantes : la noradrénaline et l'adrénaline. Ces deux molécules sont très similaires et se lient aux mêmes récepteurs, appelés récepteurs alpha et bêta. Produites par les glandes surrénales, elles sont libérées dans la circulation sanguine sous forme d'hormones de stress libérée et régulent le système nerveux orthosympathique.

• La noradrénaline (=  norépinéphrine) est impliquée dans la régulation de l'attention, de l'humeur, du stress et de la vigilance. Les neurones noradrénergiques sont localisés dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique.

• L'adrénaline ( = épinéphrine), outre sa fonction d'hormone de stress et un neurotransmetteur présent en petites quantités dans le cerveau.

Histamine.
L'histamine est dérivée de l'histidine. Elle est impliquée dans la régulation de la vigilance, du sommeil et de la réponse immunitaire. Les neurones histaminergiques se trouvent dans l'hypothalamus et d'autres régions du cerveau.

Neuropeptides.
Les neuropeptides, comme les protéines, sont des molécules constituées de chaînes d'acides aminés reliées par des liaisons peptidiques. Contrairement aux protéines proprement dites, qui sont de très longues chaînes, et aux autres neurotransmetteurs, qui sont généralement de petites molécules, les neuropeptides sont des chaînes d'acides aminés souvent composées de 3 à 36 acides aminés  (ex. :  la met-enképhaline, qui compte cinq acides aminés ou la bêta-endorphine, qui en compte 31). 

Les neuropeptides sont synthétisés à l'intérieur des neurones, comme d'autres neurotransmetteurs, mais leur production et leur libération sont régies par des mécanismes distincts. Ils sont généralement stockés dans des vésicules synaptiques et libérés lors de la stimulation neuronale, agissant ensuite sur les récepteurs spécifiques sur les cellules cibles pour déclencher une réponse physiologique. 
Ils  agissent comme des messagers chimiques dans le système nerveux, jouant un rôle important dans la régulation de la douleur, du stress, de l'humeur, de l'apprentissage et de la mémoire, ainsi que dans le contrôle de l'appétit et du sommeil, entre autres.  Exemples de neuropeptides :

• L'endorphine agit comme un analgésique naturel en inhibant la transmission de la douleur. Elle est également associé à la régulation de l'humeur et à la sensation de bien-être, souvent liée à l'exercice physique ou à des expériences agréables.

• L'ocytocine, connue comme l'hormone de l'amour ou de l'attachement,  est impliquée dans les interactions sociales, l'attachement maternel et les processus de reproduction. Elle intervient dans la régulation des comportements sociaux et émotionnels, ainsi que dans le déclenchement des contractions utérines lors de l'accouchement et de l'éjection du lait maternel.

• La substance P est impliquée dans la transmission de la douleur et des signaux inflammatoires. Elle agit en transmettant les informations douloureuses des terminaisons nerveuses périphériques vers le système nerveux central, où elles sont interprétées comme la sensation de douleur.

ʉۢ La vasopressine, ̩galement connue sous le nom d'hormone antidiur̩tique (ADH), est impliqu̩e dans la r̩gulation de l'̩quilibre hydrique de l'organisme en contr̫lant la r̩absorption de l'eau par les reins. Elle joue ̩galement un r̫le dans la r̩gulation de la pression art̩rielle et dans certains aspects du comportement social, tels que l'attachement et l'agression.

• La neurotensine est impliquée dans la régulation de la douleur, de l'appétit, du stress et de l'anxiété. Elle agit également comme un neurotransmetteur dans le système nerveux central et périphérique, influençant différents aspects du comportement et de la physiologie.

En raison de leur implication dans la régulation du système nerveux et du comportement, les neuropeptides sont  des cibles potentielles pour le développement de médicaments dans le traitement de divers troubles neurologiques et psychiatriques.

Gaz neurotransmetteurs.
Les  gaz neurotransmetteurs sont une classe particulière de neurotransmetteurs qui se présentent sous forme gazeuse à température et pression normales. Contrairement aux autres neurotransmetteurs qui sont des molécules solubles dans l'eau et stockées dans des vésicules présynaptiques, les gaz neurotransmetteurs sont généralement produits dans les cellules nerveuses au moment de leur utilisation et diffusent à travers les membranes cellulaires pour activer des récepteurs spécifiques ou moduler l'activité de certaines enzymes intracellulaires. Leur état gazeux leur permet de diffuser rapidement à travers les tissus et d'agir sur de vastes zones du système nerveux. Les gaz neurotransmetteurs les plus connus sont l'oxyde nitrique (NO) et le monoxyde de carbone (CO). 

• L'oxyde nitrique est produit par une enzyme appelée oxyde nitrique synthase (NOS), qui convertit la L-arginine en NO et en citrulline. Ce processus nécessite du dioxyde d'azote comme cofacteur. Une fois produit, le NO diffuse rapidement à travers la membrane cellulaire et agit comme un neurotransmetteur ou comme un messager cellulaire dans les cellules voisines. Il est impliqué dans la régulation notamment de la relaxation des vaisseaux sanguins et dans la neurotransmission et la modulation de la réponse immunitaire. 

• Le monoxyde de carbone est également produit par des enzymes, principalement l'enzyme hème oxygénase (HO). L'HO décompose l'hème (présent dans l'hémoglobine et d'autres protéines) pour former du CO, du fer et de la biliverdine. Le CO agit ensuite comme un neurotransmetteur en modulant l'activité des récepteurs spécifiques sur les cellules cibles. Son rôle dans le système nerveux est cependant moins bien compris que celui de l'oxyde nitrique.

Neurotransmetteurs purinergiques.
Les neurotransmetteurs purinergiques sont une classe de neurotransmetteurs qui incluent l'ATP (adénosine triphosphate), l'ADP (adénosine diphosphate), l'AMP (adénosine monophosphate) et l'adénosine. Contrairement aux neurotransmetteurs classiques qui sont de petites molécules, les neurotransmetteurs purinergiques sont des nucléotides, composés d'une base purique (dans ce cas, l'adénine) liée à un sucre et à un ou plusieurs groupes phosphate.

• L'adénosine triphosphate (ATP) est synthétisé à partir de précurseurs tels que l'ADP (adénosine diphosphate) et le phosphate inorganique par une enzyme appelée adénylate kinase ou à travers la voie métabolique de la glycolyse. Une fois synthétisé, l'ATP est stocké dans des vésicules à l'intérieur des terminaisons nerveuses et libéré dans l'espace synaptique lors de la stimulation neuronale.

• L'adénosine est produite à partir de l'ATP par des enzymes telles que l'ectonucléotidase ou l'ectokinase, qui dégradent l'ATP en adénosine. L'adénosine est également générée par le métabolisme cellulaire normal, où l'ATP est dégradé en adénosine par des processus cellulaires tels que la phosphorylation.

Les fonctions des neurotransmetteurs purinergiques sont notamment la modulation de la transmission synaptique, la régulation du flux ionique, la modulation de la libération d'autres neurotransmetteurs et la régulation de la plasticité synaptique. Ils sont également impliqués dans des processus physiologiques tels que la réponse immunitaire, la régulation de la pression sanguine, la régulation du rythme cardiaque et la modulation de la douleur.

Les récepteurs des neurotransmetteurs

Chaque type de neurotransmetteur a des récepteurs spécifiques avec lesquels il peut interagir. Par exemple, la dopamine se lie à des récepteurs dopaminergiques, la sérotonine à des récepteurs sérotoninergiques, et ainsi de suite. Cette spécificité de liaison permet aux neurotransmetteurs de transmettre des signaux sélectifs et précis. Les récepteurs des neurotransmetteurs peuvent être présents sur différentes régions de la membrane cellulaire, aussi bien sur la surface synaptique, que les dendrites, le soma cellulaire ou l'axone. Leur localisation joue un rôle dans la modulation de la transmission synaptique et de l'intégration du signal neuronal. 

Lorsqu'un neurotransmetteur se lie à son récepteur, il déclenche une série de réactions biochimiques à l'intérieur de la cellule cible, appelée cascade de signalisation. Cette cascade de signalisation peut conduire à des changements dans le potentiel de membrane, à la régulation de l'expression génique, à la modulation de l'activité des canaux ioniques, ou à d'autres réponses cellulaires.

On peut diviser en deux classes de récepteurs à la surface cellulaire auxquels les neurotransmetteurs se lient :

• Les récepteurs ionotropiques sont des canaux ioniques qui s'ouvrent directement en réponse à la liaison d'un neurotransmetteur. Lorsque le neurotransmetteur se lie au récepteur ionotropique, il provoque un changement conformationnel rapide qui permet aux ions spécifiques de traverser la membrane cellulaire. L'ouverture du canal ionique entraîne généralement un changement rapide du potentiel de membrane, ce qui peut déclencher une réponse électrique dans la cellule. Les récepteurs ionotropiques sont impliqués dans la transmission synaptique rapide et dans la régulation rapide des fonctions cellulaires. Les récepteurs ionotropiques comprennent les récepteurs de glutamate (comme les récepteurs NMDA, AMPA et kainate) et les récepteurs de l'acétylcholine nicotiniques, entre autres.

• Les récepteurs métabotropiques sont liés à des protéines G (ou protéines couplées aux récepteurs) et n'ont pas de fonction de canal ionique intrinsèque. Lorsque le neurotransmetteur se lie à un récepteur métabotropique, il active une cascade de réactions intracellulaires via les protéines G. Ces réactions peuvent moduler l'activité des canaux ioniques ou activer des voies de signalisation intracellulaire, ce qui peut entraîner des changements dans l'activité cellulaire à long terme. Les récepteurs métabotropiques sont impliqués dans la modulation à long terme de la neurotransmission et dans la régulation de processus cellulaires complexes tels que la plasticité synaptique, l'apprentissage et la mémoire. Les récepteurs métabotropiques comprennent les récepteurs de l'acétylcholine muscariniques, les récepteurs de la sérotonine, les récepteurs de la dopamine, etc.