Transmisión Sináptica

Presentación del tema: "Transmisión Sináptica"— Transcripción de la presentación:

1 Transmisión Sináptica
Capitulo 5

2 Resumen Sinapsis  Contactos funcionales entre neuronas Sinapsis
Eléctrica Unión en brecha Química Neurotransmisores Inhibidores Excitadores Receptores Las sinapsis corresponden a los contactos funcionales entre las neuronas, de los que se pueden distinguir dos grandes tipos: S. Eléctrica y Química. En la sinapsis eléctrica la corriente fluye a través de las uniones en brecha (canales de membrana). En la sinapsis química la comunicación intercelular ocurre a través de la secreción de neurotransmisores, los cuales provocan respuestas eléctricas postsinápticas al unirse a receptores particulares, permitiendo así la transmisión de la información. La respuesta postsináptica frente a un neurotransmisor puede ser excitadora o inhibidora.

3 Para que recordemos… Neurona Sinapsis Presináptica y Postsináptica
Neurotransmisor Canales Receptores Permeabilidad iónica

4 Sinapsis eléctricas Flujo pasivo y directo de corriente de una neurona a otra Fuente: Diferencia de potencial generada por el potencial de acción Transmisión bidireccional  Mucho más rápida Propósito: Sincronizar la actividad eléctrica entre poblaciones de neuronas. Neuronas hormonosecretantes Las sinapsis eléctricas se encuentran en todos los sistemas nerviosos, permitiendo el flujo pasivo y directo de corriente de una neurona a otra. La fuente habitual de corriente es la diferencia de potencial generada localmente por el potencial de acción, esta disposición permite que la transmisión pueda ser bidirecional (corriente puede fluir en cualquier dirección, aunque en ciertos casos la transmisión se torna unidireccional) y muy rápida (dado que el flujo pasivo de corriente a través de la unión en brecha es casi instantáneo). Uno de los propósitos particulares de este tipo de sinapsis corresponde al de sincronizar la actividad eléctrica entre poblaciones de neuronas. Por ejemplo, la transmisión eléctrica entre ciertas neuronas hormonosecretantes del hipotálamo asegura que todas las células disparen potenciales de acción aprox. Al mismo tiempo, facilitando así una explosión de secreción hormonal en la circulación.

5 ATP y segundos mensajeros
Unión en brecha: Canales apareados y alineados con precisión  Formación de poros Es más grande que los canales iónicos regulares y permeables a más sustancias como… ATP y segundos mensajeros Unión en Brecha: Corresponde a una especialización intercelular compuesta por canales de membrana que están apareados y alineados con precisión, de tal manera que cada par de canales forma un poro. El poro de un canal de unión en brecha es mucho más grande que el poro de los canales iónicos con puerta de voltaje, aumentando así su permeabilidad, permitiendo que el ATP y otros metabolitos, como por ejemplo los segundos mensajeros, sean transferidos entre las neuronas.

6 Cangrejo de río y sinapsis eléctrica

7 Terminación Presinaptica
Sinapsis Químicas Espacio entre neuronas Hendidura Sináptica Neurotransmisores Presente en el interior de la neurona Pre-Sináptica Liberada por la despolarización Ca2+ dependiente Tiene receptores específicos en neurona Post-Sináptica Vesículas Sinápticas Orgánulos limitados por membranas Se fusionan con la membrana plasmática Hablaremos de ellas luego  Terminación Presinaptica Lugar de conexión a la Hendidura sináptica Libera Neurotransmisores Hablaremos de ella luego  Existe un espacio mayor entre las neuronas pre y postsinápticas que en las sinapsis eléctricas, este espacio se llama Hendidura Sináptica. Lo que distingue a este tipo de sinapsis son los neurotransmisores que se encuentran contenidos en el interior de la terminación presináptica. Estos elementos se encuentran limitados por membranas llamadas vesículas sinápticas.

8 2) Apertura de Canales de Ca2+ 3)Aumento Ca2+ Intracelular
1) Potencial de acción 2) Apertura de Canales de Ca2+ 3)Aumento Ca2+ Intracelular 4) Vesículas se fusionan con la membrana 5) Liberación de Neurotransmisores 6) Unión a los receptores 7) Alteración de permeabilidad 8) Cambio en la probabilidad de ocurrencia de un potencial de acción El proceso se genera cuando un potencial de acción invade la terminación presináptica El cambio en el potencial de membrana causado por la llegada del potencial de acción produce la apertura de los canales de calcio con puerta de voltaje en la membrana presináptica. Debido al acentuado gradiente de concentración de Ca2+ a través de la membrana presináptica, la apertura de estos canales produce un influjo rápido de Ca2+ en la terminación presináptica, con el resultado de que la concentración de Ca2+ se eleva transitoriamente hasta un valor mucho más alto. LA elevación de la concentración presináptica de Ca2+ permite que las vesículas sinápticas se fusionen con la membrana plasmática presináptica. Esta fusión permite la liberación de los neurotransmisores a la hendidura sináptica (exocitosis). Luego de la exocitosis, los neurotransmisores difunden a través de la hendidura sináptica y se unen a receptores específicos sobre la membrana de la neurona postsináptica. La fijación del neurotransmisor a los receptores abre los canales de la membrana postsináptica (o a veces los cierra), lo que altera la capacidad de los iones de ingresar (o salir) en las células postsinápticas. 8) El flujo de corriente resultante inducido por el neurotransmisor altera la conductancia y (habitualmente) el potencial de membrana de la neurona postsináptica, aumentando o disminuyendo la probabilidad de que la neurona dispare un potencial de acción. Así se traspasa la información de una neurona a otra.

9 Neurotransmisores De Molécula Pequeña: Median acciones sinápticas rápidas Neuropéptidos: Modulan funciones en curso y más lentas Cuando se presenta más de un tipo neurotransmisor al interior de una terminal nerviosa, se denominan cotransmisores. Múltiples neurotransmisores pueden producir diferentes tipos de respuestas en las células postsinápticas individuales (excitación/inhibición, rápido/lento). A lo largo de los años se han logrado identificar aprox 100 neurotransmisores diferentes, los que se pueden clasificar en: Neurotransmisores de molécula y pequeña neuropéptidos. Actualmente se sabe que muchos tipos de neuronas sintetiza y liberan 2 o más neurotransmisores diferentes. Cuando se presenta… Como dif. Tipos de transmisores pueden ser empaquetados en diferentes poblaciones de vesículas sinápticas, los cotransmisores no necesariamente son liberados de manera simultánea.

10 Criterios para reconocerlos…
1. La sustancia debe estar presente en el interior de la neurona presináptica. 2. La sustancia debe ser liberada en respuesta a la despolarización presináptica (Ca2+ dependiente). 3. Se deben presentar receptores específicos para las sustancias en la célula postsináptica.

11 Síntesis y empaquetamiento
De Molécula Pequeña Neuropeptidos Síntesis al interior de terminaciones presinaptica Sintetizados en el cuerpo de la neurona Enzimas necesarias producidas en el cuerpo de la neurona y transportadas por transporte axonico lento Transportados a lo largo del axón y terminación sináptica por transporte axonico rápido Empaquetadas en vesículas pequeñas de centro claro Empaquetados en vesículas grandes de centro denso Las neuronas han desarrollado una capacidad muy compleja de regular la síntesis, empaquetamiento, liberación y degradación (o eliminación) de neurotransmisores para lograr los niveles deseados de moléculas de transmisor. Las enzimas necesarias son producidas en el cuerpo de la neurona y después transportadas hasta al citoplasma de la terminación nerviosa por un mecanismo llamado transporte axónico lento. Para algunos transmisores de molécula pequeña, los pasos finales de la síntesis ocurren en el interior de las vesículas, las cuales se denominan vesículas pequeñas de centro claro.

12 Eliminación Eliminación Difusión Recaptación Degradación
Puede ser uno o combinación Difusión Lejos de los receptores Recaptación En terminales nerviosas o por células gliales Degradación Por enzimas especificas Una vez que se liberan los neurotransmisores, es necesario eliminarlos para que pueda ocurrir otro ciclo de transmisión sináptica. Esta eliminación puede ser a través de: La difusión lejos de los receptores postsinápticos, combinada con recaptación en las terminaciones nerviosas o las células gliales circundantes, degradación por enzimas especificas o una combinación de estos mecanismos.

13 Sinapsis Neuro-Muscular
Unión entre una célula nerviosa motora y las fibras musculares Se produce en la membrana de la fibra muscular Es conocida como placa terminal El neurotransmisor liberado es la Ach (acetilcolina) Potencial de acción en la neurona motora que produce despolarización de la fibra muscular  Contrae la fibra muscular Es conocido como Potencial de Placa Terminal (PPT) Se ha estudiado ampliamente debido a que es fácil de observar

14 Liberación cuántica de neurotransmisores
Existen pequeños cambios en el potencial postsináptico en ausencia de estimulación Son sensibles a bloqueo de receptores colinérgicos  también requieren Ach Potenciales de Placa Terminal en Miniatura (PPTM) Cuando se reduce la liberación de Ca2+ para medir los PPT  Se liberan cantidades unitarias de Ach, semejante a PPTM Liberación de ACH ocurre en paquetes separados Cuantos  PPTM Gran parte de experimentos examinan la liberación de ACh en las uniones neuromusculares para estudiar la neurotransmisión Estas sinapsis entre las neuronas motoras espinales y las células del músculo esquelético son muy fáciles de observar. Por lo habitual el PPT es suficientemente grande como para llevar el potencial de membrana de la fibra muscular por encima del umbral para producir un potencial de acción postsináptico, este potencial genera que se contraiga la fibra muscular. Los cambios espontáneos en el potencial de membrana de la célula muscular ocurren incluso en ausencia de estimulación de la neurona motora postsináptica, tienen la misma forma que los PPT, pero son mucho más pequeños. Tanto los PPT como los fenómenos espontáneos son sensibles a los agentes farmacológicos que bloquean los receptores colinérgicos postsinápticos. Cuantos surgirían de descarga de una sola vesícula sináptica

15 Vesículas Sinápticas Reciclado local:
Se agrega membrana vesicular a membrana de la terminación presinaptica, luego membrana vesicular es eliminada. Ciclo de vesículas sinápticas Exocitosis Endocitosis Precursores de vesículas se producen en retículo endoplasmatico y aparato de Golgi en el cuerpo neuronal. Esto queda muy lejos de las terminaciones neuronales, no permitiendo un rápido relleno de las vesículas, por esto se hace crucial el reciclaje local. Un mal funcionamiento de este reciclaje puede traer consecuencias graves al funcionamiento cerebral. ¿Cómo se forman los cuantos y cómo se descargan en la hendidura sináptica? Se propuso que las vesículas sinápticas cargadas con neurotransmisor constituyen la fuente de cuantos. Es decir, un cuanto de liberación de transmisor se debe a la fusión de una vesícula sináptica con la membrana presináptica. Se han identificado estructuras en la terminación presináptica que conectan las vesículas con la membrana plasmática y puede estar involucradas en la fusión de la membrana.   La fusión de las vesiculas sinapticas hace que se agregue nueva membrana a la membrana plasmatica de la terminacion presinaptica, pero este agregado no es permanente y es eliminada en algunos minutos. La membrana de las vesículas sinápticas es reciclada en el interior de la terminación presináptica, en este proceso, llamado ciclo de las vesículas sinápticas. La exocitosis: las vesículas se forman y se transportan para ser fusionadas con la membrana neuronal La endocitosis: las vesículas son recaptadas en el citoplasma y recicladas para hacer nuevas vesículas.

16 Proceso de reciclado local
Fusión de las vesículas con la membrana presináptica regulada por Ca2+. Recuperación endocitósica de la membrana vesicular . Pasan a través de las vesículas con cubierta y los endosomas. Es utilizada para la formación de nuevas vesículas sinápticas Son almacenadas en un pool de reserva . Permanecen ahí hasta que se requiera la liberación de neurotransmisor nuevamente. El endosoma es un orgánulo de las células animales y fúngicas delimitado por una sola membrana, que transporta material que se acaba de incorporar por endocitosis mediado por un receptor en el dominio extracelular en el lugar que se inicia la invaginación. La mayor parte del material es transferido a los lisosomas para su degradación.

17 Papel del Calcio Reducción de Ca2+ exterior reduce el tamaño del PPT, disminuyendo cantidad de fusión vesícula-membrana. Terminaciones tienen canales del calcio sensibles al voltaje: Cantidad de neurotransmisor liberada es sensible a la cantidad exacta de Ca2+ que ingresa. Bloqueo de estos canales del calcio con fármacos inhibe la liberación de transmisores. *No todos los transmisores son liberados con la misma velocidad y estas diferencias pueden ser por la disposición espacial de las vesículas en relación con los canales de Ca2+. Dato importante para saber cómo el Ca2+ regula la fusión de las vesículas sinápticas es el hecho de que las terminaciones presinápticas tienen canales de Ca2+ sensibles al voltaje en sus membranas. Reducción de Ca2+ en el exterior de terminación presinaptica reduce el tamaño del PPT, disminuyendo la cantidad de vesículas que se fusionan con la membrana plasmática. Diferentes experimentos permitieron confirmar que en las terminaciones presinápticas hay canales de Ca2+ con puerta de voltaje. Estos experimentos mostraron que la cantidad de nerotransmisor liberada es sensible a la cantidad exacta de Ca2+ que ingresa, además, el bloqueo de estos canales con fármacos también inhibe la liberación de transmisores. Aunque el Ca2+ es un desencadenante universal para la liberación de transmisores, no todos son liberados con la misma velocidad. La velocidad de liberación depende del lugar en donde se encuentren las diferentes vesículas, en relación a los canales de Ca2+

18 Papel del calcio en liberación de neurotransmisores
Necesario Quelantes que amortiguan los niveles de Ca2+ impide liberación de neurotransmisores Suficiente Microinyección de Ca2+ Desencadena liberación de neurotransmisores Las consecuencias de la elevación en la concentración presináptica de Ca2+ se ha demostrado a partir de dos formas: 1) Microinyección de Ca2+… y 2) Microinyección presináptica de quelantes de Ca2+ Quelante: Sustancias químicas que fijan Ca2+ y mantienen amortiguada su concentración en bajos niveles. Así, el calcio sirve como segundo mensajero durante la liberación del transmisor.

19 Mecanismos moleculares de secreción de neurotransmisores
regulan la reunión de SNARE La ATPasa NSF y SNAP Forman un complejo macromolecular, que expande las dos membranas, colocándolas en estrecha aposición, para promover la fusión de las dos membranas. SNARE Señala elevación del Ca2+ en interior de la terminación, desencadenando fusión vesicular No se sabe exactamente cómo un aumento en la concentración presináptica de Ca2+ permite desencadenar la fusión de las vesículas y la liberación de transmisores, sin embargo, se han obtenido algunos indicios importantes para la identificación de las proteínas que se encuentran sobre las vesículas, sus patrones de fijación sobre la membrana y el citoplasma presinápticos. Existen dos proteínas originariamente consideradas importantes para la fusión de las vesículas con las membranas del aparato de golgi: ATPasa NSF y SNAP, que también participan en la preparación de las vesículas sinápticas para la fusión. Estas dos proteínas funcionan regulando la reunión de otras proteínas llamadas SNARE Estas proteínas SNARE pueden formar un complejo… Sinaptotagmina *El Ca2+ cambia las propiedades químicas de la sinaptotagmina, permitiendo que se inserte en las membranas y se una a otras proteínas, incluidas la SNARE.

20 Otras proteínas que completan el proceso
La Clatrina  gemación endocitósica La Dinamina  Separación final de la membrana La Sinaptojanina  pérdida de envoltura de las vesículas. Sinapsina mantiene las vesículas en el pool de reserva. Sinapsina : se une reversiblemente a las vesículas sinapticas para formar uniones cruzadas entre las vesículas recién formadas y el citoesqueleto para mantener las vesículas fijadas en el interior del pool de reserva.

21 Receptores de Neurotransmisores
Explican la capacidad de variadas sustancias para alterar las propiedades funcionales de las neuronas. Son proteínas introducidas en la membrana plasmática de las células postsinápticas. La unión de los neurotransmisores, de forma directa o indirecta, abre o cierra los canales iónicos en la membrana postsináptica. Cambia el potencial de membrana postsináptico, mediando así la transferencia de información eléctrica. Receptores explican la capacidad de los neurotransmisores, las hormonas y los fármacos para alterar las propiedades funcionales de las neuronas. La unión de los transmisores a sus receptores respectivos genera un cambio en el potencial de membrana postsináptico.

22 Cambios en la permeabilidad de la membrana postsináptica durante la transmisión sináptica
Unión de ACh a receptores abre canales iónicos con puerta de ligando, similar a cómo los cambios en el potencial de membrana abren canales iónicos con puerta de voltaje. Liberación de mucha ACh por potencial de acción  Múltiples acciones eléctricas de la ACh. Unión de transmisores con sus receptores  Apertura transitoria de gran cantidad de canales iónicos postsinápticos. A partir de estudios de pinzamiento zonal se demostró que la union de ACh a sus receptores abre canales ionicos con puerta de ligando, de forma muy similar a cómo los cambios en el potencial de membrana abren los canales ionicos con puerta de voltaje. Las acciones eléctricas de la ACh se multiplican mucho cuando un potencial de acción produce la liberación de millones de moléculas de ACh en la hendidura sináptica. Se unen a miles de receptores de ACh empaquetados en un denso conjunto sobre la membrana postsináptica que abren transitoriamente una gran cantidad de canales iónicos postsinápticos.

23 Principio general para las sinapsis: La fijación del transmisor a los receptores postsinápticos producen un cambio de la conductancia postsináptica a medida que los canales iónicos se abren o se cierran. Cambio de conductancia Cambio en potencial de membrana Corriente postsináptica Potencial postsináptico La conductancia postsináptica esta aumentada si los canales estan abiertos y está disminuida si los canales estan cerrados Este cambio de conductancia genera la corriente postsináptica, la cual modifica el potencial de membrana postsináptico para producir un potencial postsináptico.

24 Potenciales postsinápticos excitadores e inhibidores
Aumentan o disminuyen la probabilidad de que se desarrolle un potencial de acción postsináptico, abriendo o cerrando canales iónicos en la célula postsináptica. Los PPSE o un PPSI dependen del tipo de canal que está acoplado con el receptor y de la concentración de los iones permeables en el interior y el exterior de la célula. PPSE  Despolarización  Potencial de reversión más positivo que umbral PPSI  Hiperpolarización y despolarización  Potencial de reversión más negativo que umbral. Los potenciales postsinápticos excitadores (PPSE) aumentan la probabilidad de que se desarrolle un potencial de acción postsinápticos. Los potenciales postsinápticos inhibidores (PPSI) disminuyen esta probabilidad. Los principios de la inhibición postsináptica son muy parecidos a los de la excitación. En ambos casos, los neurotransmisores que se fijan a los receptores abren o cierran canales iónicos en la célula postsináptica. El hecho de que una respuesta postsináptica sea un PPSE o un PPSI depende del tipo de canal que esta acoplado con el receptor y de la concentración de los iones permeables en el interior y el exterior de la célula. De hecho, la única distinción entre la excitación y la inhibición postsináptica es el potencial de reversión del potencial postsinápticos en relación con el voltaje umbral para generar potenciales de acción en la célula postsináptica. Mientras los PPSE siempre despolarizan a la célula postsináptica, los PPSI pueden hiperpolarizarla o despolarizarla. Un PPSE tiene un potencial de reversión más positivo que el umbral del potencial de acción, mientras que un PPSI tiene un potencial de reversión mas negativo que el umbral. El PPSE despolariza el potencial de membrana sobre umbral, mientras el PPSI siempre actúa para mantener el potencial de membrana más negativo que el potencial umbral…

25 Suma de los potenciales sinápticos
PPSE producidos por sinapsis excitadoras individuales habitualmente se encuentran muy por debajo del umbral para generar potenciales de acción. La mayoría de las neuronas están inervadas por miles de sinapsis, y los potenciales postsinápticos producidos por cada sinapsis activa pueden sumarse (en espacio y tiempo) para determinar el comportamiento de la neurona postsináptica. La suma de los PPSE y PPSI por una neurona postsináptica permite que la célula integre la información eléctrica proporcionada por todas las sinapsis inhibidoras y excitadoras que actúan sobre ella en cualquier momento. Si la suma de todos los PPSE y PPSI conduce a una despolarización de amplitud suficiente como para elevar el potencial de membrana por encima del umbral, la célula postsináptica desarrollará un potencial de acción. Por el contrario, si no es suficiente, el potencial de acción no se desarrollará.

26 Dos familias amplias de proteínas receptoras abren o cierran de diferentes formas los canales iónicos postsinápticos. Inotrópicos / Canales iónicos con puerta de ligando Fijación de neurotransmisores + canal iónico Metabotrópicos / Receptores acoplados a la proteína G. Diferentes pasos metabólicos Sin canales iónicos Participación de proteínas G. Fijación de transmisores + Unión de proteínas G. Las proteínas G se disocian del receptor e interactúan directamente con los canales iónicos o se unen a otras proteínas efectoras, que forman los mensajeros intracelulares que abren o cierran canales iónicos. (canales iónicos con puerta de ligando): Están relacionados directamente con los canales iónicos. Contienen dos dominios funcionales: un sitio extracelular que fija neurotransmisores, y un dominio de expansion de la membrana que forma un canal iónico. Así, los receptores inotrópicos combinan tanto funciones de fijación de transmisores y de canal, en una única entidad molecular. No poseen canales iónicos como parte de su estructura, afectan a los canales por la activación de moléculas intermedias llamadas proteínas G. Contienen un sitio de fijación del neurotransmisor (extracelular) y un dominio intracelular que se une a las proteínas G. La fijación de los neurotransmisores a los receptores Metabotropicos activa a las proteínas G, que se disocian del receptor e interactúan directamente con los canales iónicos o se unen a otras proteínas efectoras, como las enzimas, que forman los mensajeros intracelulares que abren o cierran canales iónicos. Las proteínas G pueden ser consideradas como transductores, que conectan la fijación del neurotransmisor con la regulación de los canales iónicos

27 Receptores inotrópicos  efectos postsinápticos rápidos.
La respuesta que se produce en una sinapsis depende del neurotransmisor liberado y de los receptores y canales postsinápticos asociados. Receptores inotrópicos  efectos postsinápticos rápidos. Receptores metabotrópicos  Efectos postsinap. lentos. Ejemplos: La lentitud comparativa de los receptores Metabotropicos es porque requieren una fijación secuenciada y ordenada de varias proteínas en cada receptor para producir la respuesta fisiológica final. Es importante destacar que un transmisor determinado puede activar tanto receptores inotrópicos como metabotrópicos para producir poteciales postsinápticos rápidos y lentos en la misma sinápsis.

28 Muchas Gracias Traído a ustedes por la Marce y el Mallea