Synaptické váčky, nazývané také váčky neurotransmiterů, uchovávají v neuronu různé neurotransmitery, které se uvolňují během vápníkem regulované exocytózy v presynaptickém terminálu do synaptické štěrbiny synapse. Váčky jsou nezbytné pro šíření nervových impulsů mezi neurony a buňka je neustále obnovuje.
Synaptické vezikuly jsou tvořeny lipidovou dvouvrstvou, do které jsou vloženy transportní proteiny specifické pro každý typ neurotransmiteru. Neurotransmitery jsou z buněčné cytoplazmy do vezikul přemísťovány vezikulárními transportéry, které jsou závislé na aktivních transportních mechanismech zahrnujících výměnu protonů (H+ iontů). Potřebný gradient protonů je vytvořen vodíkovou ATPázou, která odbourává ATP pro energii. Vesikulární transportéry glutamátu například tímto procesem sekvestrují glutamát do vezikul.
Stechiometrie pohybu různých neurotransmiterů do váčku je uvedena v následující tabulce.
Neurotransmitery se uvolňují, když se vezikuly spojí s plazmatickou membránou buňky v „aktivních zónách“ synapse. Vesikly jsou roztroušeny po celé synapsi, některé jsou ukotveny v aktivních zónách a většina mimo aktivní zónu. Když akční potenciál dorazí do synapse, výsledný nárůst kladného náboje [depolarizace] otevře napěťově řízené vápníkové kanály a umožní Ca++ proudit do buňky. Příliv Ca++ spouští řadu proteinových interakcí, včetně SNAREs a Synaptotagminů, a způsobí fúzi vezikulární membrány s presynaptickou plazmatickou membránou v aktivní zóně a uvolnění neurotransmiterů z vezikul.
Membrány váčků se spojí s presynaptickou membránou a obsah váčků se uvolní do synaptického prostoru. Membránový materiál z váčků je buňkou recyklován prostřednictvím endocytózy: dochází k hromadné endocytóze nebo se tvoří jámy potažené klathrinem a nově vzniklé váčky se slučují s endosomy. Nové váčky raší z endosomů po zpracování materiálu (Kandel et al, 2000).
Materiál ve váčcích může být také uvolněn cestou polibku a běhu, ve které se váčky jen mírně spojí s membránou a samy se do ní plně neintegrují. Místo toho tvoří fúzní pór, malý otvor, který je případně tvořen dvěma hemichannely, kterými mohou proudit neurotransmitery (Kandel et al, 2000). Tak se může fúzní pór uzavřít a buňka nemusí procházet procesy exocytózy a endocytózy, což činí proces polibku a běhu nejrychlejším prostředkem recyklace váčků. Nicméně tímto způsobem se uvolňuje méně neurotransmiterů, takže se používá hlavně tehdy, když synapse potřebuje uvolnit malé nebo normální množství materiálů (Kandel et al, 2000).
Vesikly jsou obvykle vázány proteiny nazývanými synapsiny na aktinová vlákna nebo jiné cytoskeletální prvky uvnitř buňky. Příliv Ca++ způsobuje aktivaci Ca++/kalmodulin-dependentní protein kinázy, která fosforyluje synapsin a způsobuje, že uvolňuje vezikuly z místa, kde jsou vázány.
Nově uvolněné puchýřky musí být zacíleny na aktivní místa, což je práce, kterou pravděpodobně provádějí proteiny nazývané Rab3A a Rab3C. Dále musí být puchýřky ukotveny v místě, kde mají být uvolněny. Jedna z teorií o tom, jak toho dosahují, je, že protein na puchýřku, nazývaný puchýřek SNARE nebo v-SNARE, se váže s podobným proteinem, terčem nebo t-SNARE, který je na membráně, kde má puchýřek ukotvit. Aby mohl být puchýřek po uvolnění neurotransmiterů recyklován, musí být zrušeno spojení mezi t- a v-SNARES. Tento proces je prováděn cytoplazmatickými proteiny N-ethylmaleimide-senzitivním fúzním proteinem (NSF) a rozpustným NSF vazebným proteinem (SNAP).
O některých neurotoxinech, jako je batrachotoxin, je známo, že ničí synaptické váčky. Toxin tetanu poškozuje VAMP, typ v-SNARE (Kandel et al, 2000). Botulotoxiny poškozují t-SNARES a v-SNARES a tím inhibují synaptický přenos (Kandel et al, 2000). Pavoučí toxin zvaný α-Latrotoxin se váže na neurexiny, poškozuje váčky a způsobuje masivní uvolňování neurotransmiterů.