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COLEGIO SANTO DOMINGO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS SUBSECTOR BIOLOGÍA

Prof. Sebastián Sepúlveda M.

Comunicación entre Células Nerviosas Transmisión sináptica. Se la puede definir como un área de contacto funcional (no físico) entre dos células excitables (una neurona y otra célula). En la gran mayoría de los casos, estos sitios de interacción se presentan entre las terminales y botones sinápticos de una neurona y la membrana plasmática de otra célula. Sin embargo, pueden darse casos en que la sinapsis sea axón-axón, axón-soma, dendrita-dendrita, etc. Estas sinapsis “atípicas” sirven para regular el sistema de transmisión. Para objeto de profundizar en la comprensión de los fenómenos sinápticos, nos centraremos en los eventos que ocurren en la sinapsis entre un botón sináptico y una dendrita. De acuerdo al tipo de transmisión que se realiza las diferentes sinapsis se puede clasificar en: a) Sinapsis Eléctrica: en este caso, las membranas de las células pre y postsináptica están conectadas a través de un conjunto de proteínas que forman un canal o poro llamado conexón. A través de este poro suelen pasar iones, siendo el más importante y frecuente el Calcio (Ca2+). Esta sinapsis es bidireccional (ya que el ión puede retornar a la membrana presináptica una vez que ha pasado a la postsináptica), rápida y poco regulable (existe poco control en la cantidad de iones que pasan de una célula a otra). Este tipo de sinapsis es escasa en los mamíferos, y se presenta en algunas regiones del SNC y en los contactos entre las células musculares cardíacas.

Figura 1. Sinapsis Eléctrica

b) Sinapsis Química: son aquellas en las cuales la transmisión del impulso nervioso se lleva a cabo a través de la liberación, en la terminación nerviosa, de una sustancia química, conocida como neurotransmisor (NT), que provoca cambios en el potencial eléctrico de la membrana de la célula postsináptica. Este tipo de sinapsis es unidireccional, más lenta y más regulable. Las neuronas, en términos relativos, se encuentran más separadas unas de otras, en comparación a la sinapsis eléctrica. Aunque morfológica y funcionalmente existen distintos tipos de sinapsis químicas, se ha demostrado la presencia de ciertos elementos constantes en su organización y que están representados en el esquema de la figura 2. En primer lugar, están las dos membranas en contacto, la presináptica, que conduce el impulso nervioso o potencial de acción y que corresponde a la porción terminal de un axón y la postsináptica, receptora del agente liberado y que por lo general corresponde al soma o a ramificaciones dendríticas. Es importante destacar que las terminaciones de las fibras presinápticas o terminales presinápticos generalmente están dilatadas formando los botones terminales o sinápticos. El terminal presináptico contiene, entre otras cosas, muchas mitocondrias (cuya presencia es indicativa de la alta actividad metabólica en la función de la sinapsis), numerosas vesículas sinápticas (las que contienen al neurotransmisor), ciertas proteínas, ATP y en algunos casos las enzimas encargadas de sintetizar al mediador químico. Respecto de la membrana postsináptica su característica más destacada es la presencia de receptores moleculares (proteínas de membrana) que gatillan una serie de respuestas al unirse al NT. Figura 2. Sinapsis Química

Funcionamiento de la sinapsis química. A pesar de la existencia de diferentes tipos de sinapsis químicas, en todas ellas se realiza básicamente el mismo proceso que cumple las siguientes etapas: 1. Llegada del impulso nervioso despolariza a la membrana presináptica. 2. Esta despolarización permite la apertura de canales de calcio, sabiendo que el calcio está más concentrado en el LEC que en el LIC, se produce la entrada de este ion hacia el terminal presináptico. El flujo de calcio resulta fundamental para la liberación del neurotransmisor. El aumento del calcio intracelular, promueve la movilización de las vesículas sinápticas, las cuales se fusionan a nivel de las zonas activas de la membrana presináptica. 3. La fusión de la vesículas a la membrana produce un rompimiento de éstas y, por exocitosis, el transmisor contenido en las vesículas es vaciado (liberado) al espacio sináptico. La cantidad de NT liberado depende directamente de la cantidad de calcio que ingresa al terminal. 4. El transmisor liberado difunde a través del espacio sináptico y la mayor parte de él se unirá a los receptores ubicados en la membrana postsináptica formándose el complejo NT-Receptor. El proceso termina con la recaptura o inactivación del NT. Figura 3. Pasos de la sinapsis química

Una vez que el NT ha llegado a la membrana postsináptica, se producen una serie de respuestas que dependen del NT y de la naturaleza del receptor que está involucrado. Finalmente, la acción del NT es modulada por la presencia de transportadores (proteínas de la neurona presináptica que traen de vuelta al NT) y enzimas digestivas (que hidrolizan al NT). Clasificación de los Neurotransmisores Estas moléculas se pueden clasificar de acuerdo a tres criterios: estructura química, efecto en el potencial eléctrico y acción en la neurona que los recibe dichos NT. 1. Estructura química: Dependiendo de su naturaleza química, los NT pueden clasificase en 3 grupos: a) Aminoácidos o derivados de aminoácidos: Algunos NT provienen de aminoácidos (AA) que cuando son ingeridos en la dieta o son fabricados por el cuerpo, no pasan a convertirse en proteínas, sino que son utilizados directamente como NTs. Tal es el caso del Glutamato, la Glicina y la Histamina (Figura 4). Figura 4. Glutamato

En otros casos, previamente a ser utilizados, los AA son transformados químicamente para dar origen a NTs. Por ejemplo, el AA Tirosina, puede ser convertido en 3 neurotransmisores distintos: Dopamina, Norepinefrina y Epinefrina (Figura 5). En este sentido, la Tirosina por sí misma, es muy poco eficiente como NT, de ahí que deba ser modificada químicamente. b) Péptidos También se les llama neuropéptidos, para diferenciarlos de aquellos péptidos que no cumplen roles como NTs. En general, son cadenas cortas de AA (en general, unos 3 a 9). Dentro de este grupo, encontramos a las Endorfinas, Encefalinas y a la Sustancia P (Figura 6). c) Otras moléculas pequeñas Corresponden a moléculas orgánicas con roles como NTs, pero que por estructura, no se encuentran relacionados a los aminoácidos. Su naturaleza química es diversa. Entre estos encontramos aminas como la Acetilcolina, lípidos como los Endocanabinoides y gases como el NO2. Figura 5. Síntesis de los Neurotransmisores Dopamina, Epinefrina y Norepinefrina

Figura 6. β-endorfina

2. Por Efecto Otra forma de clasificar a los NTs, es por su efecto sobre el potencial de acción de la neurona postsináptica: a) Excitatorios Llamados también activadores, estos NTs provocan despolarización, y por ende, potenciales de acción. El Glutamato es el ejemplo más importante b) Inhibitorios Llamados también inactivadores, estos NTs provocan repolarización o hiperpolarización, de ahí que impidan o anulen la producción de potenciales de acción. El GABA es el ejemplo más representativo. c) Moduladores Normalmente, estos NTs se co-liberan con otro NT, ya sea inhibitorio o excitatorio. Su función es regular la intensidad del efecto activador o inactivador de otro NT. Un ejemplo de modulador es la Histamina 3. Por acción Si bien es cierto, un NT provoca o no un potencial de acción, esta respuesta puede ser ejecutada de varias maneras. De esta forma, los NTs se pueden clasificar de acuerdo a como la neurona postsináptca, que recibe la señal excitatoria o inhibitoria, se las arregla para ejecutar dicha orden (Figura 7). Así, tenemos: a) Iónicos También llamados Ionotrópicos, estos NTs tienen receptores que actúan por sí mismos como canales iónicos, provocando que la neurona cambie su potencial de acción. En este sentido, por ejemplo, el Glutamato tiene un receptor Ionotrópico que actúa como canal de Na+. Luego, cuando este NT se une a este receptor, provoca un PPSE (Potencial Postsináptico Excitatorio) y la neurona se despolariza. El GABA, siguiendo la misma lógica, tiene un receptor Ionotrópico que actúa como canal de Cl-, provocando un PPSI (Potencial Postsináptico Inhibitorio) b) Metabólicos También llamados Metabotrópicos, estos NTs tienen receptores que no afectan directamente el potencial de acción, sino que alteran la síntesis de canales, receptores y NTs en la neurona postsináptica. De esta forma, por ejemplo, la neurona puede ser inhibida o inactivada fabricando o retirando canales de un determinado ión y volviéndose de esta manera, mas “sensible” o “insensible” a los potenciales. Figura 7. Vías de acción de Neurotransmisores Metabotrópicos y Ionotrópicos

Agonistas y Antagonistas Estas sustancias son productos naturales o artificiales, que no son propios del cuerpo, pero que al ser semejantes en estructura a los NTs, pueden alterar su efecto. Los agonistas, son sustancias con estructura similar al NT y que producen el mismo efecto corporal, mientras que los antagonistas son sustancias con estructura similar pero que

anulan o impiden el efecto del NT al cual se parecen. Muchas drogas (ya sea medicamentos o recreativas) que afectan al Sistema Nervioso son antagonistas o agonistas de determinados NTs. Ejemplos de Neurotransmisores Hasta la fecha, se han descrito aproximadamente 90 moléculas con función neurotransmisora. De esta gran variedad, revisaremos 8 que son los más estudiados y de los que se conoce mejor su efecto NT

Tipo

Efecto

Acción

Acetilcolina

Otras Moléculas

Mayormente Excitatorio

Ionotrópico y Metabotrópico

Lugar de Acción en el Sistema Nervioso Encéfalo (Centro de Ansiedad)

Agonistas (AG) y Antagonistas (ANT) AG: Nicotina ANT: Curare

Dopamina

Derivado de AA

Inhibitorio

Mayormente Metabotrópico

Unión Neuromuscular Cerebelo Sustancia Nigra (Centro de Motivación y Recompensa)

Serotonina

Derivado de AA

Histamina

Aminoácido

Glutamato

Inhibitorio

Mayormente Metabotrópico

Encéfalo: Centros de Control de Ánimo y Sueño

AG: Requip (Tratamiento de Parkinson); Cocaína ANT: Clozapina (Antipsicótico) AG: LSD ANT: Clozapina

Mayormente Ionotrópico

SNC: Control Sistema Inmune

del

ANT: Loratadina

Aminoácido

Modulador, Mayormente Inhibitorio Excitatorio

Mayormente Ionotrópico

de y

GABA

Aminoácido

Inhibitorio

Mayormente Ionotrópico

ANT: Metadona (Analgésico y Tranquilizante) AG: Alcohol Etílico (Etanol)

Glicina

Aminoácido

Inhibitorio

Ionotrópico

Todo el SNC: Vías Dolor, Atención Alerta Encéfalo. Vías Dolor, Atención Alerta Médula Espinal

Endorfinas

Péptidos

Inhibitorio

Mayormente Metabotrópico

SNC. Vías del Dolor

de y

AG: Taurina ANT: Estricnina AG: Metadona Morfina

y

ANT: Naltrexona Ciertamente, este cuadro sólo muestra una pequeña porción de la información existente sobre los neurotransmisores, pero su utilidad radica en la posibilidad de comparar los efectos de estas moléculas y comprender mejor la complejidad existente en el balance químico del sistema nervioso