TEMA 7. Transmisión sináptica PDF

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TEMA%7.%TRANSMISIÓN%SINÁPTICA% % Para! empezar…! ¿Qué! es! la! sinapsis?! Es! una! aproximación! intercelular! especializada! entre!neuronas!en!la!que!se!lleva!a!cabo!la!transmisión!del!impulso!nervioso.! Cuando! el! potencial! de! acción! llega! al! lugar! sináptico! se! observa! un! elemento! presináptico!y!otro!postsináptico,!que!puede!ser!una!neurona!u!otra!célula!muscular.! Durante!mucho!tiempo!ha!habido!un!debate!de!como!un!elemento!eléctrico!pasaba!a! otra!neurona!o!a!otra!célula.!Se!establecieron!dos!teorías:! • •

Química:! se! desarrolló! la! idea! en! la! escuela! farmacológica! liderada! por! Henri! Dale.!Esta!escuela!defendía!que!un!mensajero!químico!transmitía!el!PA.! Eléctrica:!se!desarrolló!en!la!escuela!fisiológica!de!Sherrington!(sinapsis)!y!John! Eccles,! quienes! defendieron! que! había! un! proceso! eléctrico! que! permitía! el! paso!del!potencial.! En!este!experimento,!mediante!un!estímulo!táctil,!se!permitió!registrar! el!comportamiento!de!3!neuronas,!con!distintos!potenciales!de!acción.! Las! neuronas! sensitivas! estimulan! a! las! motoras! para! producir! un! efecto,! si! vemos! la! actividad! eléctrica! de! las! neuronas! a! b! y! c! se! ven! unos! registros! prácticamente! iguales.! La! comunicación! entre! estas! neuronas!era!tan!rápida!que!se!pensó!que!solo!se!podía!explicar!por!un! fenómeno!eléctrico.!!

! No! fue! hasta! 1936! cuando! Henry! Dale! y! Otto! Loewi! investigaron! el! comportamiento! del!corazón!tras!un!estímulo%eléctrico.!Era!una!época!donde!se!investigaba!mucho!con! los! corazones! de! rana,! debido! a! que! el! corazón! tiene! automatismo! cardiaco! que! permite!medir!la!frecuencia!cardiaca!fácilmente.! Lo! que! se! sabía! era! que! estaba! conectado! al! nervio! vago! y! que! esto! producía! un! enlentecimiento!de!la!frecuencia!cardiaca!por!unidad!de!tiempo.! En!otro!experimento!conectó!con! vasos!el!corazón!inervado!a!un!corazón!denervado!y! registró!qué! pasaba!en!el!segundo!corazón!con!respecto!al! primero.! Aquí!observó!que! al! no! tener! nervio! vago,! la! estimulación! y! variación! de! la! frecuencia! cardiaca,! hacia! efecto! en! el! segundo! corazón! tras! un! tiempo! (en! el! que! se! producía! la! difusión! del! mensajero!químico!de!un!compartimento!a!otro).!Se!sacaron!dos!conclusiones:!! -

El!nervio!vago!produce!enlentecimiento!de!la!FC!! El! mensajero! químico! que! media! esta! situación! es! la! acetilcolina=la! comunicación!entre!neuronas!es!un!proceso!químico.!

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! ! ! Hay!sinapsis!por!tanto,!de!tipo!eléctrico!y!químico! •

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Sinapsis!eléctrica:!es!aquella!en!la!que!la!transmisión!entre!la!primera!neurona! y!la!segunda!no!se!produce!por!la!secreción!de!un!neurotransmisor!sino!por!el! paso!de!iones!a!través!de!uniones!GAP.!Son!más!rápidas!y!menos!propensas!a! alteraciones!o!modulación!ya!que!facilitan!el!intercambio!entre!los!citoplasmas! de!iones!y!otras!sustancias.!! -Transmisión!bidireccional.! -Sincronización!de!la!actividad!neuronal.! -Comunicación! más! rápida,! debido! a! que! los! PA! pasan! a! través! del! canal! proteico!directamente!sin!necesidad!de!liberación!de!los!neurotransmisores.! Sinapsis! química:! La! sinapsis! química! se! establece! entre! células! que! están! separadas!entre!sí!por!un!espacio!de!unos!20-30! nanómetros!(nm),!la!llamada! hendidura!sináptica.! La! liberación! de! neurotransmisores! es! iniciada! por! la! llegada! de! un! impulso! nervioso!(o!potencial!de!acción),!y!se!produce!mediante!un!proceso!muy!rápido! de! secreción! celular:! en! el! terminal! nervioso! presináptico,! las! vesículas! que! contienen!los!neurotransmisores!permanecen!ancladas!y!preparadas!junto!a!la! membrana! sináptica.! Cuando! llega! un! potencial! de! acción! se! produce! una! entrada! de! iones! calcio! a! través! de! los! canales! de! calcio! dependientes! de! voltaje.! Los! iones! de! calcio! inician! una! cascada! de! reacciones! que! terminan! haciendo! que! las! membranas! vesiculares! se! fusionen! con! la! membrana! presináptica!y! liberando!su!contenido!a! la!hendidura!sináptica.!Los! receptores! del!lado!opuesto!de!la!hendidura!se!unen!a!los!neurotransmisores!y!fuerzan!la! apertura! de! los! canales! iónicos! cercanos! de! la! membrana! postsináptica,! haciendo!que!los!iones!fluyan!hacia!o!desde!el!interior,!cambiando!el!potencial! de! membrana! local.! El! resultado! es! excitatorio! en! caso! de! flujos! de! despolarización,!o!inhibitorio!en!caso!de!flujos!de!hiperpolarización.!El!que!una! sinapsis! sea! excitatoria!o! inhibitoria! depende! del! tipo! o! tipos!de! iones! que! se! canalizan! en! los! flujos! postsinápticos,! que! a! su! vez! es! función! del! tipo! de! receptores!y!neurotransmisores!que!intervienen!en!la!sinapsis.!

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! 1. NEURONAS% Una!neurona!es!una!célula!excitable!formada!por!un!soma!y!un!axón.!! Del! soma! salen! unas! prolongaciones! que! se! denominan! dendritas! y! una! única! prolongación! denominada! axón,! que! termina! en! los! botones! sinápticos! o! terminales! donde!se!produce!la!conexión!con!otra!neurona.! Las!neuronas!tienen!una!forma!muy!variable.!Cada!forma!responde!a!una!función.!! 1.1. La!clasificación!estructural!de!las!neuronas!incluye!a:! • Unipolares:!solo!tienen!una!prolongación!que!se!bifurca!y!actúa!como!un!axón! salvo!en!sus!extremos!ramificados,!en!los!que!la!rama!periférica!recibe!señales! y!funcionan!como!dendritas,!transmitiendo!el!impulso!sin!que!este!pase!por!el! soma! neuronal.! Es! el! caso! de! las! neuronas! sensitivas! espinales! o! de! la! raíz! dorsal.! • Bipolares:! tienen! dos! prolongaciones! que! salen! del! soma:! el! axón! y! una! dendrita.!Son!los!receptores!de!la!retina!y!mucosa!olfatoria.! • Multipolares:! además! del! axón! tienen! más! prolongaciones! (de! 2! a! mil! dendritas)! que! les! permite! recibir! terminales! axónicos! desde! neuronas! distintas.! Un! ejemplo! es! la! célula! de! Purkinje! o! las! que! se! encuentran! en! la! médula!espinal!piramidal!o!en!la!corteza!del!cerebelo.!!

1.2.

! La!clasificación!funcional!de!las!neuronas!incluye:!

!

•

•

•

Neuronas% motoras% o% motoneuronas:! inervan! a! efectores! como! al! músculo! mediante!la!placa!motora!o!a!glándulas.!Tienen!el!soma!en!el!asta!anterior!de!la! médula.!Son!neuronas!eferentes,!multipolares.! Neuronas%sensitivas:!son!capaces!de!detectar!cambios!y!llevar!la!información!al! SNC.!Tienen!su!soma,!por!regla!general,!en!los!ganglios!de!la!raíz!dorsal!y!llevan! información! a! la! medula.! Son! neuronas! aferentes,! unipolares! o! pseudounipolares.! Neuronas% de% asociación% o% interneuronas:! no! son! ni! sensitivas! ni! motoras.! Conectan! una! neurona! sensitiva! con! una! neurona! motora.! En! general! son! multipolares.!

Una!neurona!sensitiva!puede!contactar!con!una!interneurona!o!con!una!motora.!! 2. SINAPSIS% Para! estudiar! la! sinapsis! nos! solemos! referir! a! la! sinapsis! de! tipo! químico.! Los! elementos! que! encontramos! son:! el! elemento! presináptico,! el! elemento! sináptico! (cambia!de!voltaje)!y!!el!elemento!postsináptico.!Entre!los!dos!últimos!está!el!espacio! sináptico.! Del! elemento% presináptico! salen! por! exocitosis! unas! sustancias! químicas! como! los! neurotransmisores.! Para! que! esto! ocurra! se! necesita! una! elevación! de! la! permeabilidad! del! calcio.! Estas! sustancias! salen! al! espacio! o! terminal% sináptico.! Cuando! las! sustancias! atraviesan! la! hendidura! sináptica! se! unen! a! elementos! receptores! de! membrana! de! la! neurona% postsináptica! produciendo! un! potencial! de! acción.! 2.1.

Tipos!de!conexiones!sinápticas!

Desde!el!punto!de!vista!morfológico!las!sinapsis!pueden!ser:! 1. Entre!un!axón!y!dendrita!(axodendrítica).! 2. Entre!un!axon!y!axon!(axoaxónica).! 3. Entre!un!axón!y!célula!(axosomática).! Según! donde! se! localice! la! sinapsis! va! a! ser! más! fácil! o! menos! que! se! produzca! el! potencial!de!acción.! Por!regla!general!va!a!ser!más!efectiva!la!3,!debido!a!la!situación! de!los!canales!de!voltaje.! También!las!hay!dendrodendríticas,!y!recíprocas,!seriadas!o!glomérulos.!! 2.2.

Tipos!de!sinapsis:!Químicas%y%eléctricas%

Si! nos! fijamos! en! la! forma! de! la! sinapsis! con! microscopio! electrónico! vemos! densidades.!

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Hay! una! especie! de! membrana,! que! es! una! dendrita! con! distintas! vesículas! que! poseen! neurotransmisores.! En! la! zona! de! contacto! entre! la! dendrita! y! la! zona! de! las! vesículas,!existen!distintas!densidades.!! Vemos!por!tanto!que!las!membranas!de!las!dos!neuronas! estan!conectadas.!! En! la! siguiente! observamos! que! hay! una! separación! de! las! membranas! de! las! vesículas! y! de! las! dendritas,! tras! la! cual! aparece! una! zona! donde! se! vuelven! a! unir.! Deducimos! por! tanto! que! las! sinapsis!eléctricas!están!formadas!por!conexones!(uniones!tipo!GAP).! Diferentes!microscopias!que!muestran!un!hígado.!

!! •

Sinapsis%eléctricas%

Las! sinapsis!de! tipo! eléctrico!de! células! excitables! están!formadas! por! 6!subunidades! que!pueden!estar!en!cualquier!sitio!y!que!facilitan!la!transmisión.! No!solo!están!en!las! neuronas.!! Este! tipo! de! sinapsis! tiene! conexones! entre! las! membranas.! Los! conexones! están! formados! por! conexinas! que! atraviesan! varias! veces! la! membrana! y! forman! los! hemicanales! de! una! y! otra! membrana.! Al! unirse! las! conexinas! forman! unidades! homoméricas!o!heteroméricas.!! Los! conexones! pueden! estar! por! tanto! formados! por! el! mismo! tipo! de! conexinas! (homomérico)!o!por!distintas!(heteromérico).!! A!la!hora!de!formar!el!canal!intercelular!de!tipo!GAP,!los!conexones!pueden!ser!iguales! y!dar!lugar!a!un!canal!homotípico!o!ser!diferentes!y!dar!un!canal!heterotípico.!!

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La! característica%principal! de!estas!uniones!comunicantes!es!que!por!los!canales!pasa! todo! lo! que! quepa,! lo! que! quiere! decir! que! las! moléculas! pasan! dependiendo! de! su! peso!molecular!(las!de!bajo!peso!pasan!fácilmente!y!las!otras!no).!Por!las!uniones!GAP! pueden!pasar,!por!tanto,!iones,!calcio,!ATP%!y!segundos%mensajeros.!! Las! uniones! comunicantes! son! modulables,! por! lo! que! los! canales! pueden! estar! abiertos!o!cerrados.!Lo!que!los!modifica!son!las!quinasas!o!fosfatasas,!la!concentración! de!calcio!o!los!niveles!de!protones.!Vamos!a!tener!situaciones!en!las!!que!las!conexinas! permitan! que! el! canal! esté! abierto,! y! a! veces,! cerrado.! En! definitiva,! que! una! célula! tenga!uniones!GAP!no!implica!que!sea!“permeable”.!!

! El! daño! neuronal! se! asocia! con! concentraciones! altas! de! calcio! o! de! protones.! Las! sinapsis!tienen!un!mecanismo%protector!que!hace!que!los!canales!se!cierren!y!protejan! a!las! células!vecinas! de!la! acidosis!o! de!la!concentración!alta! de!calcio.! Cuando!el! pH! varía!mucho!en!una!célula,!o!hay!mucho!calcio!si!se!propagan!estas!características!por! todas! las! células! las! matarían.! Es! por! ello! por! lo! que! la! célula! cierra! sus! canales! al! presentar!una!de!estas!dos!características!(muere!ella)!para!no!matar!al!resto.!! El! acoplamiento! (uniones! comunicantes! entre! dos! neuronas)! también! tiene! una! característica! eléctrica:! es! muy! rápido! desde! el! punto! de! vista! funcional,! y! esto! es,! porque!las!cosas!ocurren!a!la!vez!en!las!células!acopladas.! Concluimos! que! va! a! haber! uniones! comunicantes! en! aquellos! sitios! donde! es! importante!la!sincronización.!! La! FUNCIÓN! de! las! sinapsis! eléctricas! es! sobre! todo! la! sincronización,! la! cuál! es! importante! durante! el! desarrollo! embrionario,! en! procesos! rítmicos! como! la! respiración! ! (sigue! un! proceso! cíclico! que! requiere! neuronas! unidas! entre! sí)! y! otra! función! para! la! que! se! le! requiere! es! para! producir! una! explosión! de! secreción! hormonal!(HPT).!Ej:0para0que0el0parto0sea0eficaz,0debe0de0haber0una0contracción0global.0 Esto0se0garantiza0porque0a0lo0largo0del0embarazo0existen0neuronas0que0propician0estas0 uniones0tipo0GAP.0 ! •

Sinapsis%químicas%

En!las!sinapsis!químicas!hay!un!retraso!sináptico!desde!cuando!se!produce!el!PA!en!la! primera!membrana!a!cuando!se!produce!en!la!segunda.!Este!tiempo!que!transcurre! desde!que!el!potencial!de!acción!alcanza!el!terminal!presináptico!se!debe!a!la! liberación!del!neurotransmisor!y!a!la!interacción!de!éste!con!el!receptor!produciendo! la!respuesta!en!la!célula!postsináptica.

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! Tiene! que! ocurrir! que! las! vesículas! sinápticas! difundan! a! través! de! la! hendidura! sináptica!mediante!exocitosis!y!endocitosis!a!la!membrana!postsináptica,!lo!cual!es!un! proceso!más!lento.! Los!canales%dependientes%de%ligando!son!los!que!dejan!el!paso!de! iones!y!permiten!su!entrada!

a) b) c) d) e)

2.3. Diferencias!entre!la!sinapsis!eléctrica!y!química! ! S.E:!Distancia!corta!entre!la!membrana!pre!y!post!sináptica.! S.Q:!Hendidura!sináptica!30-400!nm! S.E:!Continuidad!física!entre!los!citoplasmas! S.Q:!Sin!continuidad! S.E:!Transmisión!de!la!información!por!corriente!iónica! S.Q:!Neurotransmisores! S.E:!Dirección!de!la!transmisión:!BIDIRECCIONAL! S.Q:!UNIDIRECCIONAL! S.E:!Ausencia!de!retraso!sináptico! S.Q:!Retraso!sináptico! En!esta!imagen!(terminal!sináptico)!hay! muchas!vesículas!por!lo!que!pensamos!que! en!su!interior!hay!neurotransmisores.!La! vesícula!más!oscura!y!grande!significa!que! hay!mayor!número!de!neurotransmisores.! Recordar!que!el!color!de!la!vesícula!viene! dado!por!la!densidad,!a!mayor!densidad,! mayor!oscuridad.!! Es!decir,!que!al!hablar!de!un!terminal! sináptico!hay!que!tener!en!cuenta!de!que! hay!varios!tipos!de!neurotransmisores.!!

! ! Además,!en!la!parte!postsináptica!se!observa!gran!densidad.! 3. !NEUROTRANSMISORES% Hay!varios!tipos!de!neurotransmisores:! 3.1.

Moléculas!pequeñas!(neurotransmisores!clásicos)!

Son!los!que!se!descubrieron!en!el!experimento!del!corazón.!

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Son!la!acetilcolina,!aminas!(adrenalina,!noradrenalina,!dopamina,!serotonina)!y! aminoácidos!(GABA,!glutamato,!glicina!y!aspartato).! No!todos!tienen!la!misma!función.!Mientras!que!GABA!es!el!neurotransmisor! inhibitorio!por!excelencia!el!excitatorio!es!el!glutamato.! 3.2.

Moléculas!grandes!(péptidos)!

Sustancia%P,!NPY!(neuropéptido!Y),!encefalinas,!endorfinas,!somatostatina,!CGRP! (péptido!relacionado!con!el!gen!de!la!calcitonina)! 3.3.

Otros!

Son!neurotransmisores!convencionales!como!por!ejemplo!los!gases!(óxido!nítrico)!y! no!convencionales!como!los!neurotrasmisores!retrógrados!de!tipo!lipídico!como!los! carabinoides!endógenos.!! !

! 4. TRANSPORTE%AXÓNICO% Los! axones! están! formados! por! filamentos,! microtúbulos,! que! dan! forma! al! axón! y! transportan!moléculas!u!organelas.!Esto!se!sabe!gracias!a!un!experimento!en!el!que!se! inyectaban!aas!marcados!en!el!ganglio!de!la!raíz!dorsal!y!se!observaba!después!cada!aa! circulaba!en!tiempos!distintos.! Este!transporte!por!el!axón!puede!ocurrir!en!dos!sentidos:! 1. Desde!el!terminal!sináptico!hasta!el!soma.! 2. Desde!el!soma!hasta!el!terminal!sináptico.! Las!proteínas!motoras! son! las!que! facilitan!el! movimiento.! Tienen! una! cabeza!que! se! une! al! microtúbulo,! un! cuerpo! formado! por! una!serie! de! cadenas,! y! una! cola! que! se!

!

acopla! a! lo!que! debe! transportar:!la! cadena! ligera! se! une! al!microtúbulo! y! la! cadena! pesada!a!la!molécula!que!se!va!a!transportar.! Las! proteínas! motoras! se! unen! al! microtúbulo! utilizando! ATP! y! provocando! el! desplazamiento!de!una!molécula!con!respecto!a!la!otra.!Tienen!un:! -

Extremo!motor!que!unen!al!citoesqueleto!(microtúbulos!y!actina)! Extremo! por! el! que! se! unen! a! diferentes! tipos! de! estructuras! moleculares:! organelas,!vesículas!u!otras!proteínas!del!citoesqueleto.!

La! miosina! se! une! a! la! actina,! mientras! que! la! quinesina! y! dineína! ! se! unen! a! microtúbulos.! Hay!un!transporte!rápido!y!otro!lento.% a) El! transporte% rápido! puede! ser! anterógrado! (va! desde! el! soma! al! terminal! axónico)!o!retrógado!(desde!el!terminal!axónico!al!soma)!realizado!por!toxinas,! virus!o!NGF.!Es!importante!para!saber!de!dónde!puede!ir!una!vía!a!otra!o!para! explicar! el! mecanismo! de! la! neurotransmisión.! En! el! transporte! rápido! se! transportan! factores! de! crecimiento! varios! (NGF).! Éstos! son! captados! en! el! terminal!axónico! y!son!transportados!al! soma!de!la! neurona!para! que!actúen.! Además! de! transportar! sustancias! fisiológicas! como! el! NGF! también! transportan! virus! atenuados! o! toxinas! inactivadas.! Podemos! seguirlos! y! así! determinar!las!vías!nerviosas!(trazados!nerviosos).!% b) Mediante! el! transporte% lento! se! llevan! proteínas! del! citoesqueleto! u! otras! proteínas! complejas! importantes! en! la! neurotransmisión! como! la! clatrina! o! enzimas,!las!cuales!se!usan!importantes!para!sintetizar!neurotransmisores.!! El!transporte!lento!es!solo!anterógrado.! % 5. SÍNTESIS%DE%NEUROTRANSMISORES% % 5.1. Síntesis%de%neurotransmisores%clásicos%(moléculas%pequeñas)% Primero,! se! sintetizan! una! serie! de! enzimas! en! el! soma,! que! son! necesarias! para! transformar!un!precursor!en!un!axón!activo.!Éstas!van!a!ser!transportadas!al!terminal! axónico! donde! hay! otros! transportadores! que! llevan! el! precursor,! previamente! sintetizado!en!el!citoplasma.!Es!decir,!que!los!neurotransmisores!se!sintetizan!gracias!a! estas!enzimas!y!a!los!precursores!del!terminal,!y!pueden!hacerlo!o!en!el!soma!o!en!el! terminal!axónico.!! Una!vez! sintetizado!el! neurotransmisor,! entra! en!las!vesículas! sinápticas!para! esperar! al!PA.!! Si!el!neurotransmisor!se!libera!y!se!queda!ahí,!produce!un!efecto!que!no!es!el!querido,! es! decir,! que! el! proceso! debe! ser! altamente! regulado! para! obtener! la! función! requerida! y! específca.! Tras! la! actuación! del! neurotransmisor,! habrá! un! reciclado! de! éste!para!que!vuelva!a!ser!precursor.!!

!

! ! ! 5.2.

Síntesis% de%

neurotransmisores%peptídicos%(de%molécula%grande)% Estos! neurotransmisores! son! peptídicos! y! se! sintetizan! como! cualquier! proteína.! Se! sintetizan!desde! mRNA!(prepopéptido),! en!el!RE! se!forma! el!propéptido! y!finalmente! en!la!vesícula%sináptica!por!escisión!se!forma!el!péptido%activo.!! En!este!caso,!las!enzimas!y!precursores!se!sintetizan!en!el!soma!y!van!hacia!el!terminal! axónico! donde! se! activa!el! péptido! y! se! libera! el! neurotransmisor.! Para!que! vuelva! a! haber! neurotransmisor! en! la! hendidura! sináptica! es! necesario! volver! a! sintetizar! el! neurotransmisor!en!el!terminal!peptídico.!!

% Neurotransmisor%clásico:!un!ejemplo!es!la!síntesis!de!la!serotonina.!Su!precursor!es!el! triptófano,! el! cual! entra! en! la! célula! por! el! soma! o! el! terminal! axónico! y! sintetiza! la! serotonina! con! la! ayuda! de! MAO! (no! es! específico! de! esta! vía).! Después! entra! en! la! vesícula! sináptica.! La! vesícula! con! el! neurotransmisor! activo! se! dirige! en! transporte! anterógrado!al!terminal!axónico!y!lo!libera.!Una!vez!liberado!se!produce!la!degradación! de!la!serotonina.!! Sin! embargo! la! vesícula! puede! ser! recaptada! para! volver! a! utilizarse! en! otro! PA.! Aunque!todo!se!sintetice!en!el!soma,!el!reciclado!es!distinto.! Neurotransmisor% peptídico:! las! peptidasas! son! las! encargadas! de! activarlos,! pero! a! diferencia!de!los!otros!no!tienen!reciclado!en!el!terminal!axónico.!

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Para! que! una! molécula! se! considere! neurotransmisor! tiene! que! compartir! los! siguientes%requisitos:% • • • •

• •

Ser!sintetizado!por!la!neurona! Localizarse!en!el!interior!de!la!neurona! Ser!liberado!cuando!se!despolarice!la!neurona! Ser! liberado! en! cantidad! suficiente! para! ejercer! un! efecto! específico! postsináptico.!Esto!se!debe!realizar!ya!que! la!transmisión!está! muy!regulada!y! posee!una!alta!especificidad.!! Reproducir! el! efecto! cuando! se! administra! de! manera! exógena.0...