Transmisión Sináptica I PDF

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Bases Científicas de la Medicina I- Cesar González Transmisión sináptica y neurotransmisores I (13/05 M1) Daniela Fica RiquelmeTRANSMISIÓN SINÁPTICA YNEUROTRANSMISORES IEn este tema se estudiará que es lo que genera un potencial de acción en las neuronas. Un potencial de acción no solo salta de una ...

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1 Bases Científicas de la Medicina I- Cesar González Transmisión sináptica y neurotransmisores I (13/05 M1) Daniela Fica Riquelme

TRANSMISIÓN SINÁPTICA Y NEUROTRANSMISORES I En este tema se estudiará que es lo que genera un potencial de acción en las neuronas. Un potencial de acción no solo salta de una neurona a la otra, si no que esta en realidad integra una serie de señales positivas y negativas que llegan desde otra neurona, finalmente si la suma algebraica de estas señales supera un grado de excitación la neurona genera un potencial de acción, de no superar el grado de excitación, no lo genera. La consecuencia más importante de este proceso es la liberación de un neurotransmisor químico, lo que provocará un efecto en la célula postsináptica A grandes rasgos el potencial de acción es una corriente eléctrica u ola de despolarización que se propaga por toda la superficie de la neurona hasta el botón terminal provocando la liberación de neurotransmisores. Un Potencial graduado es un cambio en el potencial pero que ocurre de una manera localizada y luego de disipa en el tiempo y no se logra propagar por toda la membrana.

TRANSMISIÓN SINAPTICA Los impulsos nerviosos (o potencial de acción) son transmitidos de una célula nerviosa a otra. Las sinapsis son tipos de uniones intercelulares especiales, se puede establecer entre una neurona y otra, o entre una neurona y una célula efectora (célula muscular o glandular). Estas sinapsis pueden ser de diversos tipos, lo más común son: A. Sinapsis Eléctrica B. Sinapsis Química La transmisión sináptica no es un simple salto del potencial de acción de la célula presináptica a la célula postsináptica, sino que se genera un efecto en esta última. (puede alterar su potencial de membrana volviéndolo más positivo o menos negativo, o puede alterar la sensibilidad de la célula postsináptica a ser estimulada por otros estímulos).

2 Bases Científicas de la Medicina I- Cesar González Transmisión sináptica y neurotransmisores I (13/05 M1) Daniela Fica Riquelme SINAPSIS QUÍMICA

Son las sinapsis de más alta distribución y las más abundantes. Aquí existe una pequeña separación llamada espacio sináptico entre la célula presináptica y la célula postsináptica (gap de entre 200-300 Armstrong). Cuando el potencial de acción llega al botón terminal de la célula presináptica se genera la apertura de los canales de Ca++ sensibles a voltaje, de esta forma el Ca++ ingresa desde el fluido extracelular al interior del botón terminal provocando que active la maquinaria de difusión de la membrana de la vesícula sináptica para difundir con la membrana presináptica y generar una exocitosis de los neurotransmisores que luego interactúan con el receptor que se encuentra en la membrana postsináptica, una vez que se une a este receptor provoca un efecto en la célula postsináptica. Este tipo de sinapsis es siempre unidireccional, o sea, va de la célula presináptica a la postsináptica. No es que provoque un nuevo potencial de acción ya que eso depende de la suma de señales que reciba la neurona, y no solo señales de la neurona presináptica ya mencionada si no que de todas las neuronas que estén estableciendo contacto sináptico con la neurona. Debido a que el proceso involucra difundir, atravesar el espacio sináptico, unirse a un receptor y provocar un efecto, existe un pequeño delay o retraso en la transmisión de esta señal.

TIPOS DE RECEPTORES En la sinapsis química existen principalmente dos tipos de receptores los cuales se denominan: • •

Receptores ionotrópicos Receptores metabotrópicos

RECEPTORES IONOTRÓPICOS Los receptores ionotrópicos son canales iónicos activado por ligando, los cuales al tener contacto con el neurotransmisor se abren permitiendo la difusión de los iones. Las respuestas que generan son muy rápidas (fracciones de milisegundos) y provocan un cambio en el potencial de la membrana de la célula postsináptica, de la misma forma, la desaparición de la respuesta también es rápida cuando el ligando desaparece.

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RECEPTORES METABOTRÓPICOS Los receptores metabotrópicos son asociados a proteína G, en este caso cuando ocurre la unión entre el neurotransmisor y el receptor la respuesta es un proceso de traducción de señal con la generación de segundos mensajeros en la célula postsináptica, también es capaz de provocar un cambio en el potencial de membrana, pero es una respuesta más lenta y demoran mucho más en desaparecer (horas o días). Pueden además causar cascadas bioquímicas o incluso la regulación de la expresión génica, por esto mismo los receptores están asociados fenómenos neuronales más complejos que perduran en el tiempo como lo son el aprendizaje y la memoria. El receptor está acoplado a proteína G, la cual tiene su subunidad alfa, beta y gama unidad a GDP. Cuando se une el ligando al receptor le ocurre un cambio conformacional que le permite asociarse por el lado citosólico a la proteína G, cuando esto ocurre proteína se disocia de las subunidades gama y beta e intercambia el GDP por un GTP, la subunidad alfa activa unida a GTP puede provocar diversos efectos en la célula como: 1. Interactuar con un canal iónico: si estamos provocando la apertura de un canal iónico estaremos afectando también el potencial eléctrico de la membrana, estos quedan abiertos por mucho más tiempo, permitiendo en este caso que difunda el potasio hacia afuera. 2. Unirse a enzimas: Esta subunidad alfa también puede unir a una enzima, las cuales pueden ser adenilato-ciclasa o guanilato-ciclasa, esto puede producir AMP cíclico o GMP cíclico respectivamente, los cuales pueden activar diversos procesos o cascadas de señalización de la célula, incluso modulación de la expresión génica lo que desencadena síntesis de nuevas proteínas y puede cambiar la estructura de la neurona. 3. Activar una o más enzimas intracelulares: Puede activar enzimas y puede modular el metabolismo de neurona formando activadores químicos específicos celulares. 4. Activar transcripción génica: puede generar también cambios conformacionales en la neurona.

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SINAPSIS EN UNA NEURONA TÍPICA Las sinapsis pueden establecerse entre diferentes estructuras de la neurona y se clasifican en: •

• •

Axodendrítica: Ocurre entre el axón de la célula postsináptica y la dendrita de la célula presináptica. Es muy frecuente que las sinapsis que se establecen con las dendritas se establezcan por las espinas dendríticas, las cuales son muy especializadas Axosomática: Se establece entre el soma de la célula postsináptica y el axón de la célula presináptica Axoaxonal: Se establece entre el axón de la célula postsináptica y el axón de la célula presináptica.

El segmento inicial; que es continuación inmediata del cono axonal (2), es la zona más sensible del axón que tiene una mayor concentración de canales iónicos sensibles al voltaje. Esta neurona tiene una gran superficie la cual esta incrementada porque tiene muchas proyecciones dendríticas por las cuales puede recibir muchos inputs o estímulos desde otras neuronas.

En la imagen se observa el botón terminal (BT), vesículas sinápticas (VS), mitocondrias (M) las cuales necesita ya que el proceso de transmisión sináptica implica un gasto de energía consumiendo ATP. Se ve el espacio sináptico (ES) y la densidad postsináptica (P), esta última es un complejo proteico que contiene receptores, proteínas de unión y enzimas.

5 Bases Científicas de la Medicina I- Cesar González Transmisión sináptica y neurotransmisores I (13/05 M1) Daniela Fica Riquelme Las vesículas localizadas en el botón terminal están rodeadas de membrana biológica y contienen neurotransmisores. Pueden ser de tres tipos: 1.- Vesículas claras (electrolúcidas): son pequeñas y los neurotransmisores que contienen son aminoácidos, aminoácidos modificados como acetilcolina, glicina, GABA o glutamato. 2.- Vesículas pequeñas con centro electrodenso: contienen catecolaminas como adrenalina o noradrenalina. 3.- Vesículas grandes con núcleo denso: contienen neuropéptidos

EXOCITOSIS DE NEUROTRANSMISORES Las vesículas sinápticas nuevas vienen desde el soma, luego son transportada por los microtúbulos del transporte axonal hasta que llegan el botón terminal. 1. Cuando la vesícula ya está formada y llegando a la membrana presináptica (zona activa) se encuentra en primera instancia con la proteína Docking; la vesícula se asocia a esta proteína y queda anclada (Docking) a la espera de ser liberada. 2. Luego del proceso anterior y con gasto de ATP ocurre el priming que es la preparación, donde la vesícula queda lista para la exocitosis, lo cual no ocurrirá hasta que el Ca++ ingrese, y solo ingresará cuando el potencial de acción llegue al botón terminal. 3.- Se desencadena la exocitosis de los neurotransmisores. Kiss and Run: Es otro tipo de exocitosis. La vesícula sináptica no genera una amplia exocitosis como tal, sino que se fusiona con la membrana presináptica dejando una pequeña apertura para liberar neurotransmisores y luego se separa rápidamente de la membrana. Se cree que es un mecanismo para regular la cantidad de liberación de neurotransmisores.

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RECICLAJE DE VÉSICULAS Las vesículas claras y las vesículas pequeñas con centro electrodenso habitualmente se reciclan por endocitosis en el terminal axónico (en el botón terminal). Las vesículas envejecidas se devuelven al soma por transporte retrogrado y son degradadas. No se sabe si al momento de reciclar las vesículas sinápticas se necesita Ca++, pero se sabe que en la parte citosólica de estas vesículas recién exocitadas se asocian proteínas llamadas clatrinas las cuales recubren la vesícula permitiendo que se recuperen. Las vesículas sinápticas en su membrana tienen proteínas para transportar neurotransmisores, entonces puede recargarse de estos mismos al reciclarse. Puede ser directamente reciclada o puede funcionarse con un endosoma que por gemación puede generar una nueva vesícula para recargarse. Además, las vesículas se mueven por una bomba de protones, estos se concentran dentro de las vesículas formando un gradiente que luego es utilizado para el transporte activo secundario para los neurotransmisores en contra el gradiente de concentración desde el citosol del botón terminal hacia la luz de la vesícula Las vesículas grandes con núcleo electrodenso no se reciclan; exocitan y no sirven más

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SINAPSIS ELÉCTRICA En esta sinapsis, la membrana de la célula presináptica prácticamente contacta con la de la célula postsináptica , están separadas por un espacio mucho más pequeño que el que se da en la sinapsis química (el gap que existe es de 20-40 Armstrong), y en este se establecen uniones en hendidura, o sea que existe un hemicanal en la célula presináptica y el otro está en la postsináptica ;canal por el que difunden segundos mensajeros y iones, estos últimos tienen mayor importancia ya que se transmiten luego de que la célula presináptica despolarice y genere su potencial de acción. Esto va a generar un efecto en la célula postsináptica (no un nuevo potencial de acción). La reacción puede ser bidireccional, o sea, en ambos sentidos. No existen vesículas sinápticas por lo cual prácticamente no hay retraso o delay debido a que el ion difunde inmediatamente por los canales formados por los conexones. Esta sinapsis no es muy abundante, en el cuerpo puede producirse a nivel de la retina. También está presente tanto en invertebrados, vertebrados inferiores y en ciertas zonas del cerebro de mamíferos....