Les acides aminés sont essentiels au fonctionnement cérébral puisqu'ils sont soit impliqués dans la synthèse protéique et le métabolisme énergétique, soit neurotransmetteurs. Pour tenter d’éclairer un peu plus la relation qui existe entre l’alimentation et la neurotransmission il est utile d’en développer les mécanismes. Des notions de bio chimie sont bien sur intéressantes, mais la connaissance de tous les termes n’est pas indispensable à la compréhension globale des différents processus.

Définition d’un neuromédiateur ou neurotransmetteur :

 Molécule qui sert de signal de communication entre neurones ou entre un neurone et une cellule spécialisée. On connaît aujourd’hui plus de 120 neurotransmetteurs. Les plus étudiés sont la dopamine, la noradrénaline, l’acétylcholine, la sérotonine. Le neurotransmetteur est généralement stocké dans les vésicules d’une terminaison nerveuse. Sous l’influence d’un signal électrique, les vésicules libèrent leur contenu à travers l’espace qui sépare la terminaison nerveuse d’une autre cellule nerveuse. Les molécules de neurotransmetteur vont alors se loger dans des récepteurs ménagés dans la cellule destinatrice. Cette intrusion génère un courant électrique. Par ce mécanisme sont transmises des impulsions électriques d’une cellule à l’autre. Une fois que le neurotransmetteur a été utilisé, il est détruit (dégradation) ou récupéré (recapture) par la cellule qui l’avait émise. Les neurotransmetteurs sont responsables de l’appétit, la sexualité, l’humeur, les émotions, la décision, la pensée, la mémorisation, l’éveil,  etc... Un neuromédiateur est une substance chimique libérée par un neurone, qui modifie, de manière spécifique, l'activité d'une autre cellule. Certains acides aminés qui jouent le rôle de médiateurs ou de modulateurs modifient la polarisation cellulaire. L'ouverture d'un canal sous l'influence d'un médiateur peut s'accompagner de l'entrée dans la cellule soit de Na+ et de Ca2+, entraînant une dépolarisation, soit de Cl-, entraînant une hyperpolarisation. Les acides aminés qui entraînent une hyperpolarisation cellulaire par augmentation de la concentration intracellulaire des ions Cl- due à l'ouverture des récepteurs canaux correspondants, sont appelés inhibiteurs. Ce sont l'acide gamma -aminobutyrique, la glycine, la beta-alanine et la taurine. Les acides aminés qui entraînent une dépolarisation cellulaire par augmentation de la concentration intracellulaire des ions Na+ et Ca2+ due à l'ouverture des récepteurs canaux correspondants, sont appelés activateurs. Ce sont le glutamate et accessoirement l'aspartate.Les premiers ayant un effet desstressant les seconds excitant.Il existe d'autres mécanismes de régulation de l'entrée et de la sortie des ions sodium, potassium, calcium et chlorure dans la cellule, nous n’en parlerons pas ici. LES NEUROMÉDIATEURS "CLASSIQUES"
Ces neurotransmetteurs sont, outre l'acétylcholine, des amines et des acides aminés. Les acides aminés, outre leur rôle de neurotransmetteur, jouent un rôle important dans le métabolisme cellulaire (métabolisme intermédiaire, synthèse protéique) Ils sont donc présents dans tous les neurones 

L'ACETYLCHOLINE

L'acétylcholine et les amines biogènes sont synthétisées grâce à des voies de synthèse courte, utilisant des enzymes, à partir de précurseurs (choline, tyrosine, tryptophane). La régulation de leur synthèse se fait au niveau de certaines enzymes spécifiques des chaînes de synthèse.L'acétylcholine est synthétisée à partir de la choline et de l'acétylcoenzyme A (Acétyl CoA). La choline est captée par les terminaisons axonales cholinergiques par un mécanisme de transport actif Na+ dépendant (facteur limitant de la vitesse de synthèse de l'acétylcholine) à haute affinité, saturable, et localisé spécifiquement au niveau des terminaisons cholinergiques. La présence de choline dans le milieu extracellulaire est due à la dégradation de l'acétylcholine précédemment libérée et à l'apport de choline par le sang (dégradation des phospholipides membranaires, alimentation). Lorsque la membrane est dépolarisée par l'arrivée d'un potentiel d'action (PA), les canaux Ca2+ sensibles au voltage s'ouvrent, provoquant une entrée d'ions Ca2+, ce qui entraîne la libération de l'acétylcholine dans la fente synaptique.Une fois libérée, l'acétylcholine se fixent sur des récepteurs nicotiniques ou des récepteurs muscariniques. Les récepteurs nicotiniques et muscariniques sont quelquefois présents au niveau d'une même synapse ou bien sont indépendants l'un de l'autre. Ces récepteurs ont une structure et des propriétés pharmacologiques tout à fait distinctes.

LES ACIDES AMINÉS EXCITATEURS : GLUTAMATE ET ASPARTATE 
Le glutamate a pour principal précurseur la glutamine , mais il peut aussi être synthétisé à partir de l'aspartate.

LES ACIDES AMINÉS INHIBITEURS : GABA –GLYCINE- bêta ALANINE -TAURINE
Le précurseur de l’ acide gamma-aminobutyrique, ( GABA ) est la glutamine. La glutamine est synthétisée partir du glutamate. Le glutamate provient également de la  dégradation du glucose par le cycle de Krebs. Le GABA est synthétisé par décarboxylation du glutamate grâce à une enzyme. Cette enzyme a pour cofacteur la vitamine B6. Ainsi, elle est inhibée par tous les agents qui la dissocient de son cofacteur, auquel elle est faiblement liée. Après libération dans la fente synaptique, le GABA est capté par des transporteurs sélectifs dans les neurones GABA et les cellules gliales. Ce sont des protéines membranaires à 12 segments transmembranaires hydrophobes. Le transport du GABA est dépendant des ions sodium (Na+) et chlore (Cl-). L’ion Cl- se fixe sur un site proche du site de fixation du GABA et augmente l’affinité du transporteur pour son substrat. Le gradient Na+ est nécessaire au transport du GABA dans la cellule, 2 ions Na+ étant transportés dans la cellule avec le GABA. L’inversion du gradient Na+ provoque une libération de GABA à partir des neurones ou des cellules gliales. Une fois recapté par les neurones, le GABA est recyclé ou dégradé en succinate par l’intervention successive de deux enzymes.Il existe deux grands types de récepteurs GABAergiques : le récepteur GABA_A et le récepteur GABA_B. Le récepteur GABA_A est un membre de la famille des récepteurs canaux ioniques. Il est sensible au muscimol (agoniste) comme à la bicuculline et à la picrotoxine (antagonistes). La fixation du GABA sur son site de reconnaissance provoque l’ouverture d’un canal chlore (Cl-), qui, laissant passer les ions Cl-, produit l’hyperpolarisation de la cellule cible. Le récepteur GABA_A présente, en dehors des sites récepteurs au GABA, une variété d’autres sites récepteurs topographiquement distincts capables de reconnaître des substances pharmacologiquement actives, comme les benzodiazépines (BZDs) - les barbituriques - les neurostéroïdes - les convulsivants - l'alcool ... Ces substances interagissent de manière allostérique avec les sites récepteurs au GABA et modulent la réponse GABA_A. Les récepteurs GABA_A et GABA_B se répartissent différemment dans le cerveau :

• Les sites GABA_A sont retrouvés en fortes concentrations dans le cortex cérébral, les noyaux thalamiques et la couche granulaire du cervelet. Ils sont majoritairement postsynaptiques : leur activation est responsable de potentiels postsynaptiques inhibiteurs classiques.
• Les sites GABA_B sont retrouvés en fortes concentrations dans le cortex cérébral. Lorsqu’ils sont situés sur des terminaisons nerveuses, le GABA agit sur ces récepteurs pour réduire la libération des neurotransmetteurs contenus dans les terminaisons (diminution de la libération de noradrénaline, de glutamate, de dopamine ou de sérotonine …).

Ainsi, la liaison du GABA sur ces récepteurs GABA_A ou GABA_B entraîne une inhibition de la neurotransmission.

GLYCINE
La glycine est un acide aminé présent dans tous les tissus de l'organisme. Au niveau du système nerveux central, elle joue le rôle de neurotransmetteur et de neuromodulateur. La glycine est synthétisée à partir de la sérine sous l'influence d'une hydroxy-méthyl-transférase. Comme le GABA, elle est libérée par les terminaisons présynaptiques dans la fente synaptique. Elle agit sur deux types de récepteurs :

1. Les récepteurs-canaux spécifiques de structure pentamérique, perméables aux ions Cl-. L'agoniste principal est la glycine mais il en existe d'autres qui, par ordre d'efficacité décroissante, sont la glycine, la bêta-alanine et la taurine. Elle favorise leur ouverture et a un effet hyperpolarisant. L'ordre préférentiel de passage des ions est le suivant : Br- > Cl- > I-.
2. Le récepteur glycine NMDA dont l'agoniste physiologique est le glutamate. Ce récepteur comporte un site régulateur modulé par la glycine. La glycine est nécessaire à l'action du glutamate qui a un effet dépolarisant par entrée du sodium et du calcium dans la cellule. La glycine a donc ainsi un effet opposé à son effet direct.

La résultante de ces deux effets antagonistes dépend notamment de la distribution de glycine et des récepteurs dans les diverses zones du cerveau.  Béta AlanineLa bêta-alanine est l'acide 3-aminopropionique ou acide β-aminopropanoïque.
Est un constituant de l’acide pantothénique, formé de ß-alanine et d'acide pantoïque, L'acide pantothénique n'est pas synthétisé par l'organisme. Il est apporté par l'alimentation. L'acide pantothénique exerce ses effets par l'intermédiaire du coenzyme A et de l'ACP qui sont des transporteurs de groupe acyl. Le coenzyme A forme des liaisons riches en énergie avec l'acide acétique (groupe acétyl) pour donner l'acétyl-coenzyme A, et avec d'autres acides carboxyliques pour donner des acyl-CoA. L'acétyl provient du métabolisme des acides gras par ß-oxydation, des acides aminés : alanine, glycine, sérine, thréonine et cystéine, ainsi que des glucides par l'intermédiaire du pyruvate après sa transformation en acétate. L'acétyl-coenzyme A a plusieurs fonctions :

• il entre dans le cycle de Krebs : il s'unit à l'acide oxalo-acétique pour donner l'acide citrique.
• il est utilisé pour la synthèse des acides gras.
• il intervient dans la biosynthèse de l'acétylcholine.

Taurine
La taurine, est ainsi dénommée parce qu'elle a été isolée initialement dans la bile de taureau. Sa structure se rapproche de celle du GABA. La taurine est présente dans l'alimentation et est bien absorbée par le tube digestif. Elle est également synthétisée par l'organisme. Sa biosynthèse, qui s'effectue à partir de la méthionine en passant par la cystéine, comporte plusieurs étapes. La vitamine B6 intervient comme coenzyme dans trois d'entre elles. Sa concentration intracellulaire est de 500 à 2000 fois plus élevée que sa concentration extracellulaire; de ce fait elle intervient dans la régulation des échanges osmotiques. La taurine pénètre à l'intérieur des cellules par co-transport avec le sodium qui est ensuite pompé hors de la cellule. Les données de la littérature concernant les rôles possibles de la taurine comme médiateur sont moins précises que celles qui concernent le GABA. Mais on sait qu'elle favorise la pénétration des ions Cl- à l'intérieur des cellules, ce qui augmente leur polarisation. La taurine a les effets suivants:

• des effets de type GABA, notamment un effet antiépileptique renforcé en présence de zinc.
• une action tonicardiaque.
• un effet protecteur vis-à-vis des surcharges calciques intracellulaires. La taurine module en effet la concentration de calcium.
• Elle permet un bilan de l’azote positif.
• Facilite l’assimilation des aminoacides par simulation de l’insuline.
• Limite la production de sérotonine.

LES NEUROPEPTIDES
Les neurones du système nerveux central  contiennent une incroyable variété de peptides (> 40) dont la distribution dans le cerveau est à chaque fois distincte. Nombre de ces peptides avaient été identifiés comme messagers chimiques dans d'autres tissus : hypothalamus, hypophyse, glandes endocrines, système digestif. Les peptides sont habituellement formés à partir d'un précurseur comme une chaîne d’acides aminés plus ou moins longue et sont synthétisés dans le corps cellulaire du neurone. Il faut noter qu'il n'y a pas de mécanisme de recapture comme pour les neuromédiateurs "classiques". Ainsi, les peptides ne sont pas dégradés rapidement et, persistant dans le milieu extracellulaire, ils peuvent agir pendant des périodes de temps plus longues (qq. secondes à qq. minutes). Les neurones disposent ainsi de deux systèmes de communication,"classique" et  peptidergique qui leur permettent de largement varier l'amplitude des réponses postsynaptiques.En règle générale, tous ces neuropeptides sont associés, dans une terminaison synaptique, à un autre neuromédiateur dit "classique" ou à un autre neuropeptide. Dans ce cas, c'est l'organisation de l'activité de la voie afférente qui contrôle la substance libérée (l'ACh & le VIP sont libérés par la même terminaison à des fréquences de stimulation différentes) ou il y libération synchrone des neuromédiateurs avec interaction des diverses substances (neuromodulation) dans les régions pré ou postsynaptiques.

LES AUTRES MÉDIATEURS NEURONAUX
De nombreuses molécules peuvent intervenir dans les régulations cellulaires du système nerveux. Certaines d'entre elles sont fréquemment avancées comme neuromodulateurs, bien que leurs fonctions de messagers neuronaux ne soient pas toujours clairement établies. L’adénosine et l'adénosine triphosphate (ATP) jouent un rôle neuromodulateur. Les taux tissulaires d'adénosine et d'ATP varient beaucoup selon les conditions physiologiques. À l'état normal, le taux d'ATP est quelques centaines de fois supérieur à celui de l'adénosine. L'anoxie aiguë entraîne une augmentation immédiate de l'adénosine et une chute de l'ATP : le rapport adénosine/ATP s'inverse totalement. L'adénosine semble intervenir comme une "molécule de l'urgence", surtout dans le coeur qui manque d'oxygène. Elle induit une bradycardie. La diminution de la contractilité cardiaque est une protection, lors par exemple de l'exercice physique. L'adénosine induit également une vasodilatation qui compense en partie le besoin local en oxygène.

Les hormones, enfin, libérées dans la circulation sanguine, sont distinctes des neurotransmetteurs. Néanmoins, il existe des récepteurs hormonaux dans le cerveau. La mélatonine, sécrétée par l'épiphyse, présente un cycle de sécrétion lié à l'éclairement. Des récepteurs à la mélatonine sont identifiés dans le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus. Les hormones stéroïdes jouent un rôle sur la mémoire à long terme et dans la vigilance (progestérone : somnolence). On a pu mettre en évidence un site de liaison des stéroïdes couplé aux récepteurs GABA-A, par lequel les stéroïdes pourraient diminuer la fréquence d'ouverture du ionophore Cl- (site d'action membranaire / sites intracellulaires jusqu'ici connus des hormones stéroïdiennes). La corticostérone faciliterait le transport du tryptophane et entraînerait une augmentation de la synthèse de 5-HT. Ceci souligne combien les deux grands systèmes de communication intercellulaire de l'organisme, que sont le système nerveux et le système hormonal, sont étroitement liés.