Transmisión sináptica (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Psicología - 1º curso
Asignatura Biologia del Comportament
Año del apunte 2016
Páginas 6
Fecha de subida 08/10/2017
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Profesora: Imma Clemente

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Tema 9. Transmisión sináptica Por sinapsis entendemos dos cosas: el paso de información de la neurona presináptica a la neurona postsináptica (sinapsis neurona-neurona pero también puede ser neuromuscular y neuroendocrina) y el lugar especializado en el que se produce la comunicación (membrana del botón terminal, espacio sináptico y membrana de la célula receptora).
9.1 Tipos de sinapsis Sinapsis neurona-neurona (axodendríticas): el 85% de las sinapsis del encéfalo son axodendríticas (la información pasa del botón terminal a la dendrita de la neurona postsináptica). Este tipo de sinapsis es excitatorio, la información que se pasa sigue transmitiendo (cuando una neurona la pasa la información a otra también le dice que siga pasando esa información). Cada neurona puede recibir miles de sinapsis. Hay otros tipos de sinapsis que sirven para controlar la transmisión de información.
Axosomática: la neurona pre le pasa la información mediante los botones terminales al soma de la neurona post. Suelen ser sinapsis inhibitorias (cuando disparan, cortan la transmisión de información como método de emergencia).
Axoaxónicas: sirven para modular otras sinapsis (por ejemplo una sinapsis axosomática). Sirve para modular la intensidad (sin cortarla) con la que se transmite la información.
Según como se transmite la información, también vamos a tener dos tipos de sinapsis: Químicas: existe un espacio sináptico (30-50nm) entre las neuronas pre y post, de manera que la información la transportará una sustancia química (neurotransmisor). La sinapsis química es más lenta. Son asimétricas. La zona pre se caracteriza por tener las zonas activas, especializadas en liberar el neurotransmisor (almacenado en vesículas sinápticas y/o en gránulos de secreción). La zona post sináptica (densidades postsinápticas) se caracteriza por tener los receptores de los neurotransmisores. La información solo puede ir de la pre a la post (unidireccional).
El principal inconveniente que tienen es que son lentas (hay demora sináptica). Esto hace que no seamos instantáneos, que los procesos cognitivos consuman tiempo. Una de las ventajas es que son sinapsis que pueden ser excitatorias e inhibitorias. La más importante es que estas sinapsis son plásticas. Esto quiere decir que a medida que funciona la sinapsis puedo modificarla con la experiencia: puedo hacer que aumenten las dendritas, que haya más receptores, hacer que sean más sensibles al neurotransmisor… Al neurotransmisor también lo podemos llamar el primer mensajero.
Eléctricas: el espacio sináptico es muy pequeño (3-5 nm). Esto hace que los canales iónicos de las neuronas pre y post sináptica puedan establecer conexión. Una proteína de canal estaba formada por varios polipéptidos. En las sinapsis eléctricas, los canales iónicos están formados por un polipéptido (conexina) especial exclusivo de las señales eléctricas (6 moléculas de conexina). Estas proteínas tienen tendencia a unirse entre sí (por eso se llaman conexinas y son simétricas). Al canal iónico se le llama conexón y estos canales se unen (a los conexones unidos pre y post se les llama canales de unión íntima). Esto va a hacer que el sodio y el potasio puedan pasar directamente de la neurona pre a la post sin necesidad de neurotransmisor (también pueden pasar iones de la post a la pre). La sinapsis eléctrica no tiene retraso sináptico, es más rápida.
Esta sinapsis es típica de invertebrados aunque nosotros también tenemos algunas (no son las más abundantes). Son más difíciles de estudiar que las químicas.
Una característica importante es que son simétricas, si yo cortara membrana presináptica i postsináptica no sabría que es la parte pre y post. Estas pueden ser bidireccionales (la información puede ir de la pre a la post y de la post a la pre).
El principal inconveniente que tienen es que solo son excitatorias. Sirven para pasar la información pero no para inhibirla. La segunda limitación que tienen es que son muy rígidas, poco plásticas, poco modificables por la experiencia. Su principal ventaja es que son muy rápidas, de manera que serán importantes cuando quiera sincronizar redes de neuronas para que disparen al mismo tiempo (sobretodo para las conductas explosivas).
Hay bastantes en el tronco del encéfalo, donde son importantes para sincronizar procesos motores y sensoriales (ejemplo en una huida). También hay en la retina, hipotálamo, hipocampo, corteza cerebral… y son importantes para la atención, aprendizaje y memoria. Hay redes de neuronas que según la intensidad del estímulo podrían actuar de forma sincrónica (cuando el estímulo es fuerte) o de forma independiente.
9.2 Fases de la neurotransmisión A no ser que diga algo, ahora se refiere a una sinapsis neurona-neurona y de tipo químico.
La sinapsis química tiene una serie de fases o etapas que irán des de que se sintetiza el neurotransmisor hasta que se elimina del espacio sináptico.
Síntesis, transporte del neurotransmisor y almacenamiento Hay 3 grandes grupos de neurotransmisores: - - Aminoácidos: la mayoría de ellos los incorporamos por la dieta (los esenciales, los no esenciales no).
Cuando te comes algo que tiene proteína se degrada y se convierte en aminoácidos.
Aminas: para sintetizar algo necesito un sustrato y una enzima. Se necesita una molécula previa a partir de la cual se sintetiza (viene por dieta) y que pueda travesar la barrera hematoencefálica. También necesito una enzima que modifique el precursor (todas las sintetizamos a partir de nuestra información genética). La mayoría de enzimas son de naturaleza proteica excepto algunas que son RNA. El precursor y la enzima los transportaremos hacia los botones (transporte axonal anterógrado lento) y cuando lleguen al botón, en las vesículas sinápticas tenemos proteínas transportadoras que los meten dentro (el neurotransmisor ya sintetizado o el precursor y la enzima) de las vesículas. Se acaba la síntesis dentro del botón. Dependiendo de cada neurotransmisor, algunos se sintetizan en el soma y otros se acaban de sintetizar en el botón. Los aminoácidos y las aminas se almacenan en vesículas sinápticas (sacos de membrana para proteger algo que está dentro).
Péptidos: son cadenas de aminoácidos unidas por un enlace peptídico. Se sintetizan en los ribosomas de la pared del retículo endoplasmático (formando el RER). A medida que se sinteticen se meterán en vesículas e irán a aparar al aparato de Golgi donde se modifican. Una vez modificados se ponen en vesículas más grandes que las sinápticas. Se transportan por los microtúbulos por transporte anterógrado rápido. Estas vesículas más grandes se llaman gránulos de secreción y quedan más alejadas de la zona de salida.
Liberación al espacio sináptico: Los neurotransmisores se liberan cuando el potencial de acción alcanza los botones terminales. Cuando se alcanza el botón terminal, en su membrana hay un tercer tipo de canal regulado por voltaje. En vez de canales regulados por voltaje para sodio y potasio los vamos a tener para el calcio. El calcio por concentración y carga eléctrica entrará. La entrada de calcio es la señal para que las vesículas sinápticas o los gránulos se dirijan a una zona activa. Se produce una exocitosis (fusión de las dos membranas) de manera que ya tengo el neurotransmisor en el espacio sináptico. La exocitosis es la expulsión de sustancias fabricadas por la célula o de compuestos no digeridos captados por endocitosis, mediante la fusión de la membrana de la vesícula que contiene estas sustancias con la membrana plasmática (en este caso la de los botones terminales). Dado que los gránulos de secreción están más lejos de las zonas activas, necesitaremos que lleguen estímulos más intensos (trenes, entrará más calcio y permitirá que también se liberen los neurotransmisores de los gránulos).
Muchas neuronas tienen más de un tipo de neurotransmisor, de manera que pueden tener vesículas y gránulos. Para las vesículas el estímulo es menos intenso porque están más cerca de la zona activa.
Unión del neurotransmisor al receptor Un neurotransmisor nunca entra en la neurona postsináptica. Lo único que hace es unirse a receptores y el receptor se encarga de traducir el mensaje que lleva. La unión neurotransmisor-receptor es muy específica (como una llave y una cerradura). Esto quiere decir que conocemos unos 100 receptores con sus subtipos y que a un receptor solo se le pueda unir un neurotransmisor (excepto la adrenalina y la noreadrenalina). Sin embargo, un mismo neurotransmisor tiene varios tipos de receptores.
Cuando se une el neurotransmisor al receptor, provoca un cambio en el receptor. La mayoría de receptores son postsinápticos (para pasar la información a otra neurona) pero también hay presinápticos (para regular la cantidad de neurotransmisor liberado, mecanismo de regulación por retroalimentación o feedback) o autoreceptores. La unión es breve y reversible.
Caso acetilcolina (ACh): la sintetiza la neurona, es una sustancia endógena. Se conocen dos tipos de receptores: - - Nicotínicos: cuando se une a este, en la neurona postsináptica se producen PEPs. Requiere la unión simultánea de dos moléculas de ach y esto abre el canal para que puedan pasar los iones de sodio y potasio. Así se produce una despolarización a causa de la entrada de sodio.
Muscarínicos: cuando se une a este, en la neurona postsináptica se producen PIPs.
La ACh no es excitatoria ni inhibitoria, depende del receptor al que se una. ¿Dónde se distribuyen los receptores para el neurotransmisor? La mayoría de nicotínicos se encuentran en las sinapsis neuromusculares del SN somático y en las sinapsis del ganglio del SN simpático y parasimpático y con el órgano diana del parasimpático.
Al receptor también se le pueden unir sustancias exógenas (sustancias que tomo del medio), que actúan como drogas o fármacos. Una sustancia exógena que se puede unir en los receptores nicotínicos es la nicotina (por eso se llaman así). La nicotina imita el efecto de la acetilcolina (es un agonista). Otra droga que se puede unir a estos receptores es el curare, que actúa bloqueando o impidiendo la función de la acetilcolina (de manera que es un antagonista). Impide que se pueda hacer una sinapsis neuromuscular pero quedas consciente porque la mayoría de receptores son muscarínicos.
Se llaman muscarínicos porque a ellos se unía una sustancia exógena llamada muscarina. Es una sustancia que se encuentra en una seta (actúa como agonista), de manera que si te la comes te mueres por paro cardiorespiratorio. La atropina en cambio hace que predomine el SN simpático.
Inactivación o degradación Se elimina el neurotransmisor del espacio sináptico. La unión entre neurotransmisor y receptor ha de ser breve, y por tanto ha de ser reversible (se ha de poder separar del receptor). Esto se hace para dejar la sinapsis en condiciones por si llega una nueva señal. Hay que dejar todo preparado otra vez por si llega un nuevo potencial de acción y porque si actúa demasiado tiempo podemos perder sensibilidad al neurotransmisor (desensibilización, cada vez responde menos la neurona postsináptica).
La eliminación del neurotransmisor depende de cada tipo pero hay 3 mecanismos: - Difusión: es pasivo y es común a todos los neurotransmisores. Los neurotransmisores se van difundiendo.
- Degradación: hay enzimas que degradan el neurotransmisor en el espacio sináptico. Este es activo.
- Recaptación: volver a captar por el botón terminal. Hay proteínas transportadoras en el botón terminal que coge el neurotransmisor y lo vuelve a entrar en el botón terminal des del espacio sináptico. Una vez dentro del botón terminal se reutiliza o se degrada (depende de cada neurotransmisor).
9.3 Receptores ionotrópicos y metabotrópicos Tenemos dos tipos de receptores, ionotrópicos y metabotrópicos. Cuando el neurotransmisor se une a estos receptores, en la neurona postsináptica puede pasar que se integre toda la información y se genera un potencial de acción (la integración se hace por sumación) o cuando el receptor es metabotrópico, que se produzca activación de enzimas (que intervienen en reacciones metabólicas que modifiquen en la excitabilidad de la neurona, modulación o neuromodulación).
Receptores ionotrópicos Un ejemplo es el receptor nicotínico de la acetilcolina. Un receptor ionotrópico se caracteriza por ser una proteína transmembrana que a nivel funcional tiene dos regiones diferenciadas: uno o más sitios que actúan como receptor (1) para el neurotransmisor y su propio canal iónico (2). Se une el neurotransmisor y se produce la abertura del canal iónico. Si se abre el canal iónico lo que se produce en la neurona postsináptica es un cambio en la permeabilidad (provocando que se produzcan potenciales postsinápticos). Se producirá un potencial más grande o más pequeño dependiendo del neurotransmisor. Como estos potenciales son locales y se transmiten pasivamente, un solo PEP no podrá producir una despolarización (no llegará al umbral).
Cuando se produce la sinapsis, en la zona receptora de le neurona postsináptica se producen muchos PEPs i PIPs i se integran en el cono.
Integración y modulación sináptica La integración se produce por sumación. La sumación quiere decir que los diferentes PEPs i PIPs pueden sumar y/o restar sus efectos. Esta sumación se puede producir de dos maneras: - Espacial: todos los PEPs y/o PIPs que se producen al mismo tiempo en distintos puntos de la zona receptora de la neurona postsináptica, pueden sumar o restar sus efectos en el cono.
Temporal: un PEP y un PIP tienen una duración de 15 mili segundos. Si en 15 milisegundos se producen 3 PEPs, también en el cono sumarán sus efectos. Una neurona integra todos los PEPs i los PIPs que le llegan en cualquier punto de la zona receptora durante 15 milisegundos (lo suma todo).
Como resultado de la integración pueden pasar 3 cosas: que se produzca una despolarización que alcance el nivel umbral (se produce un potencial de acción o varios), que se produzca una despolarización que no alcance el nivel de descarga (no se produce potencial de acción pero como esa despolarización dura 15 milisegundos, diremos que durante este tiempo la neurona está facilitada, que quiere decir que si llegan nuevos estímulos es más fácil que dispare un potencial de acción) o que se produzca una hiperpolaricación (hay más PIPs, durante 15 milisegundos la neurona está inhibida, que quiere decir que si llegan más estímulos lo tienen más difícil para que se alcance el nivel de descarga).
Las aminas y los aminoácidos tienen neurotransmisores con receptores ionotrópicos. Como excitatorios hay el glutamato y la acetilcolina (nicotínico, produce PEPs) y como inhibitorios la GABA y la glicina.
Receptores metabotrópicos Pueden ser presinápticos o postsinápticos. Hay receptores metabotrópicos para los neurotransmisores que son aminas, aminoácidos y péptidos. El receptor muscarínico de la acetilcolina es metabotrópico.
Los receptores metabotrópicos se caracterizan porque no tienen canal iónico propio, solo actúan como receptor para el neurotransmisor. En su cara interna (la parte citoplasmática) tienen unida una proteína llamada proteína G que tiene tres subunidades: alpha, beta i gamma. Cuando el neurotransmisor se une al receptor metabotrópico se activa la proteína G que se caracteriza porque coge GTP del medio, lo rompe a GDP y con la energía que se saca, la subunidad alpha se divide y se desplaza por la cara interna de la membrana.
Cuando llega un neurotransmisor no se abre nada, se desplaza la subunidad alpha que irá por la membrana donde podrá hacer dos cosas: producir la apertura de un canal iónico de membrana (ya que él no tiene canal iónico, se desplaza hasta abrir otro canal iónico) (1). Este es el caso del receptor muscarínico de la muscarina, la subunidad alpha se desplaza hasta encontrar canales de potasio y abrirlos. El potasio sale y produce PIPs.
Sería el mismo efecto que en un receptor ionotrópico, los PEPs i PIPs, se integran en el cono axónico.
Cuando un receptor metabotrópico abre un canal utiliza la vía directa o de atajo. El efecto en la neurona postsináptica será más lento (porque ha de ir a buscar el canal). Es más rápido que la vía del segundo mensajero (pero esta es más extensa y más duradera).
Algunos receptores metabotrópicos utilizan otra vía que se llama la vía del segundo mensajero. Por esta vía en la neurona postsináptica no se producirán ni PEPs ni PIPs sino que se activa una enzima en la neurona postsináptica que provocará reacciones metabólicas que intervienen en la síntesis de una molécula que se llama segundo mensajero (2). El segundo mensajero lo sintetiza la neurona post. Este segundo mensajero puede producir cambios en la neurona postsináptica que duren horas, días, semanas y meses. Ejemplo de la noreadrenalina (primer mensajero) y el receptor beta-adrenérgico: se separa la subunidad alpha que activa una enzima de membrana (adenil-ciclasa porque coge ATP del medio y lo transforma en AMP cíclico). Este AMP cíclico es el segundo mensajero y es el más conocido y más universal (es el que utilizan más neuronas). El AMP cíclico activa otra enzima en la neurona postsináptica que se llama protein-quinasa). Las protein-quinasas cogen fosfato y lo añaden a proteínas (fosforilación). Cuando una proteína es fosforilada cambia su estructura y su funcionamiento (en este ejemplo la proteína que fosforila son los canales de fuga para el potasio, y cuando fosforila se cierran). Si se cierran los canales de fuga los potasios ya no se pueden fugar y se produce una despolarización de la membrana (pero no se han generado ni PEPs ni PIPs). Diremos que un primer mensajero actúa como neurotransmisor cuando produce integración (produce PEPs i PIPs que se suman, se integran y pueden producir un potencial de acción) y cuando se unen a receptores ionotrópicos o a metabotrópicos que utilizan la vía directa. Cuando un primer mensajero se une a un receptor metabotrópico y activa un segundo mensajero diremos que no actúa como neurotransmisor sino como neuromodulador (regula la transmisión sináptica). Segundo mensajero: sustancia sintetizada en el interior de la neurona postsináptica (o liberada) en respuesta a la unión del neurotransmisor a un receptor metabotrópico.
Dijimos que una neurona podía tener distintos primeros mensajeros, unos actúan como neurotransmisores (hace que se pase la información) y otros como neuromoduladores (va a hacer que el neurotransmisor lo tenga más fácil o más difícil). Si la noreadrenalina cierra los canales de fuga de los potasios produce una despolarización y cuando llega el neurotransmisor le es fácil pasar la información. Neuromoduladores: Sustancias químicas endógenas que pueden regular la neurotransmisión amplificándola o reduciéndola.
Modifica la respuesta de la neurona postsináptica a otros neurotransmisores.
Se pueden fosforilar canales, bombas, receptores, enzimas, proteínas del citoesqueleto neuronal y factores de transcripción. Que llegue el neuromodulador puede hacer que algún gen empiece a sintetizar proteínas para los neurotransmisores, citoesqueleto de las dendritas… Las proteínas no se quedan permanentemente fosforiladas, algunas enzimas desfosforilizan (proteinfosfatasas). Entre las dos enzimas se controla la fosforilación y la función de las proteínas. La fosforilación puede activar, inhibir o modificar el funcionamiento de estas proteínas en la neurona postsináptica.
Un receptor metabotrópico puede actuar a nivel de: - Membrana (proteína G): fosforilación de canales iónicos que altera obertura/cierre, la permeabilidad, bombas, receptores (desensibilización).
Citoplasma: autoreceptores metabotrópicos que generan procesos metabólicos de dentro la célula para producir una enzima que sintetice un neurotransmisor.
Núcleo: expresión génica, factores de transcripción. Modifica la expresión génica mediante fosforilación de proteínas reguladoras y factores de transcripción que activan la expresión de genes (receptores, enzimas implicadas en la síntesis de neurotransmisores, etc).
La otra característica de esta segunda vía es que permite amplificar la información. Cuando actuamos sobre un recetor ionotrópico se abre un canal. En cambio cuando un neurotransmisor actúa sobre un receptor metabotrópico, podrá ir activando tantas proteínas G como pasen por allí, que provoca la abertura de muchos canales iónicos (efecto multiplicador en cada uno de los pasos o reacciones). La adenil-ciclasa deja de estar activada cuando una proteína Gi la inactiva.
Receptores nucleares: los estrógenos actúan sobre receptores nucleares i actuaran sobre la expresión génica (i resulta la síntesis de proteínas i la función que llevará a cabo la célula).
Sinapsis neuromuscular Es al comunicación que se establece entre la neurona motora i el músculo. El neurotransmisor que se utiliza es la acetilcolina i esta sinapsis es muy eficaz (rapidez y fiabilidad). El efecto de la neurona presináptica sobre el potencial de membrana de la postsináptica es poco, se necesitan más sinapsis. En cambio cuando la neurona motora hace un potencial de acción, la fibra muscular ha de moverse, una única neurona es capaz de activar una fibra muscular (la fibra muscular hace un potencial de acción).
La sinapsis neuromuscular es tan eficaz porqué tiene características específicas de la sinapsis neuromuscular: - Medida: es una sinapsis muy grande y actúa sobre un trozo de superficie muy grande.
Abundan las zonas activas, las zonas del botón terminal donde se produce la liberación del neurotransmisor. Esto quiere decir que se liberan cantidades muy elevadas de neurotransmisor.
La membrana de la fibra muscular que queda por debajo de la sinapsis presenta unos pliegues para incrementar la superficie sin incrementar el volumen. Tenemos mucha superficie de membrana sobre la cual actuará la sinapsis. Cuantos más receptores tenga más dosis entra y más grande se hace el potencial de membrana, se supera el lindar diferencial i se lleva a cabo el potencial de acción en la fibra muscular.
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