S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión.

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1 S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión

2 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-1 Sinapsis en una neurona motora típica. La neurona tiene dendritas (1), un axón (2) y un núcleo prominente (3). Nótese que el retículo endoplásmico rugoso se extiende dentro de las dendritas, pero no en el axón. Muchas neuronas distintas convergen en la neurona y sus botones terminales forman sinapsis axodendríticas (4) y axosomáticas (5). Vaina de mielina (6). (Reproducida con autorización de Krstic RV: Ultrastructure of the Mammalian Cell. Springer, 1979.)

3 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-2 Micrografía electrónica del botón sináptico (S) que termina en el cuerpo de una dendrita (D) en el sistema nervioso central. P, densidad postsináptica; M, mitocondria. (× 56 000). (Cortesía de DM McDonald.)

4 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-3 Sinapsis axodendríticas, axoaxónicas y axosomáticas. Muchas neuronas presinápticas terminan en espinas dendríticas, como se muestra en la parte superior, pero algunas también terminan directamente en los cuerpos de las dendritas. Nótese la presencia de vesículas sinápticas claras y granuladas en las terminaciones, y la acumulación de vesículas claras en las zonas activas.

5 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-4 Ciclo de las vesículas sinápticas pequeñas en las terminaciones nerviosas presinápticas. Las vesículas se desprenden del endosoma temprano y luego se llenan con neurotransmisor (NT, arriba a la izquierda). Luego se desplazan a la membrana plasmática, se fijan y se ceban. Cuando llega un potencial de acción a la terminación, la entrada de iones calcio (Ca 2+ ) induce la fusión y la exocitosis del contenido de los gránulos a la hendidura sináptica. La pared de la vesícula se cubre con clatrina y la vesícula es captada por endocitosis. Ya en el citoplasma se fusiona con el endosoma temprano y el ciclo está listo para repetirse. ATP, trifosfato de adenosina. (Reproducida con autorización de Südhof TC: The synaptic vesicle cycle: A cascade of protein-protein interactions. Nature, 1995;375:645.)

6 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-5 Principales proteínas que interactúan para producir la fijación y fusión de la vesícula sináptica en las terminaciones nerviosas. Los mecanismos por los cuales se fusionan las vesículas sinápticas con la célula comprenden la participación de la sinaptobrevina, proteína del asa v en la membrana de la vesícula, fijada con la antitoxina, proteína del asa t en la membrana celular; en el fenómeno anterior también interviene el complejo multiproteínico regulado por GTPasas pequeñas como Rab3. (Reproducida con autorización de Ferro-Novick S, John R: Vesicle fusion from yeast to man. Nature 1994;370:191.)

7 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-6 Las conexiones sinápticas excitadoras e inhibidoras que median el reflejo miotático son ejemplos de circuitos típicos dentro del sistema nervioso central (SNC). A) La neurona sensitiva receptora de estiramiento del músculo cuadríceps establece una conexión excitadora con la neurona motora extensora del mismo músculo y con una interneurona inhibidora que se proyecta a las neuronas motoras flexoras que inervan el músculo de la corva antagonista.

8 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-6 (continuación) B) Disposición experimental para estudiar la excitación y la inhibición de la neurona motora extensora. El panel superior muestra dos estrategias para inducir un potencial postsináptico excitador (despolarizante), o EPSP, en la neurona motora extensora: la estimulación eléctrica de todo el nervio aferente Ia con electrodos extracelulares y una corriente intracelular que pasa por un electrodo insertado en el cuerpo celular de una neurona sensitiva.

9 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-6 (continuación) En el panel inferior se muestra que la corriente que pasa por una interneurona inhibidora genera un potencial postsináptico inhibidor (hiperpolarizante), o IPSP, en la neurona motora flexora. (Tomada de Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM [eds.]: Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, 2000.)

10 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-7 El potencial postsináptico inhibidor (IPSP) se debe al aumento de la entrada de cloro durante la estimulación. Esto puede demostrarse mediante la repetición del estímulo mientras se varía el potencial de membrana en reposo (RMP) de la célula postsináptica. Cuando el potencial de membrana es ECl, el potencial desaparece; con potenciales más negativos, se vuelve positivo (inversión de potencial).

11 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-8 Las neuronas centrales integran diversas señales sinápticas a través de la suma temporal y espacial. A) La constante de tiempo de la neurona postsináptica afecta la amplitud de la despolarización causada por los potenciales postsinápticos excitadores (EPSP) consecutivos generados por una sola neurona presináptica. En casos de una constante cronológica larga, si se induce un segundo EPSP antes de que disminuya o cese el primer EPSP, los dos potenciales se suman para inducir un potencial de acción. B) La constante longitudinal de una célula postsináptica es la que modifica la amplitud de los dos EPSP producidos por dos neuronas presinápticas, A y B. Si la constante longitudinal es larga, la despolarización inducida en dos puntos de la neurona se propaga a la zona de “activación” con decremento mínimo, de tal forma que se suman los dos potenciales y se desencadena un potencial de acción. (Tomada de Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM [eds.]: Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, 2000.)

12 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-8 (continuación) Las neuronas centrales integran diversas señales sinápticas a través de la suma temporal y espacial.

13 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-9 Comparación de las neuronas que producen inhibición presináptica y postsináptica. La inhibición presináptica es un proceso mediado por neuronas cuyas terminaciones están en las terminaciones de nervios excitadores, que forman sinapsis axónicas y disminuyen la liberación de transmisor desde la neurona excitadora. La inhibición postsináptica surge cuando un transmisor inhibidor (como glicina o GABA) es liberado desde una terminación nerviosa presináptica, en la neurona postsináptica.

14 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-10 Efectos de la inhibición y la facilitación presinápticas en el potencial de acción y la corriente de iones calcio (Ca 2+ ) en la neurona presináptica y el potencial postsináptico excitador (EPSP) en la neurona postsináptica. En ambos casos, las líneas continuas representan los controles, y las punteadas, los registros obtenidos durante la inhibición o la facilitación. Surge inhibición presináptica cuando la activación de los receptores presinápticos incrementa la conductancia de cloruro, lo cual disminuye la magnitud del potencial de acción; lo anterior aminora la penetración de calcio y en consecuencia, la cantidad del transmisor excitador liberado. Aparece la facilitación presináptica cuando el potencial de acción se prolonga y se abren los conductos de calcio por un lapso más largo. (Modificada de Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM [eds.]: Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, 2000.)

15 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-11 Inhibición por retroalimentación negativa de una neurona motora espinal a través de una interneurona inhibidora. El axón de la neurona motora espinal posee una colateral recurrente que establece sinapsis con una interneurona inhibidora que termina en el pericarion de la misma neurona motora y otros más. La interneurona inhibidora recibe el nombre de célula de Renshaw y su neurotransmisor es la glicina.

16 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-12 Unión neuromuscular. A) Micrografía electrónica de barrido que muestra ramificación de los axones motores con terminaciones incrustadas en las hendiduras de la superficie de la fibra muscular.

17 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-12 (continuación) Unión neuromuscular. B) Estructura de una unión neuromuscular. ACh, acetilcolina. (Tomada de Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vanders Human Physiology. McGraw-Hill, 2008.)

18 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-13 Fenómenos en la unión neuromuscular que conducen a un potencial de acción en la membrana plasmática de la fibra muscular. (Continúa)

19 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-13 (continuación) El impulso que llega en el extremo de la neurona motora incrementa la permeabilidad de sus terminaciones, al calcio que penetra en ellas, e induce la exocitosis de las vesículas sinápticas que contienen acetilcolina (ACh). La ACh se difunde y se une a los receptores colinérgicos nicotínicos (NM) en la lámina motora terminal, lo cual intensifica la conductancia de sodio y potasio. La entrada resultante del sodio genera el potencial de lámina terminal. El “vertedero” de corriente creado por dicho potencial local despolariza la membrana muscular vecina hasta el nivel de descarga de impulsos. Se generan así potenciales de acción a ambos lados de la placa terminal y son conducidos alejándose de ella en ambas direcciones, a lo largo de la fibra muscular con lo que se contrae el músculo. La acetilcolina se elimina de la hendidura sináptica por acción de la acetilcolinesterasa. (Tomada de Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vanders Human Physiology. McGraw-Hill, 2008.)

20 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-14 Terminaciones de las neuronas autonómicas posganglionares en el músculo liso. Las fibras nerviosas transcurren por las membranas y los miocitos de fibra lisa y en ocasiones hacen surcos en su superficie. Las múltiples ramas de las neuronas posganglionares tienen las llamadas “varicosidades” y contienen vesículas sinápticas. El neurotransmisor es liberado desde las varicosidades y se difunde hasta receptores en las membranas plasmáticas de las células de músculo liso. (Tomada de Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vanders Human Physiology. McGraw-Hill, 2008.)

21 M C G RAW- H ILL E DUCACIÓN Todos los derechos reservados. S ECCIÓN I. B ASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA Capítulo 6. Transmisión sináptica y de la unión FIGURA 6-15 Resumen de los cambios que ocurren en una neurona y la estructura que inerva cuando su axón es triturado o cortado en un punto marcado con X. La hipersensibilidad de la estructura postsináptica al transmisor secretado antes por el axón se debe, sobre todo, a la síntesis o la activación de más receptores. Existe degeneración anterógrada (walleriana) desde el punto de daño hasta la terminación y, retrógrada, hasta el muñón axónico de la colateral más próxima (colateral de sostén). También hay cambios en el cuerpo celular, incluida la cromatólisis. El nervio empieza a crecer de nuevo, con múltiples ramas pequeñas que se proyectan en el trayecto que antes seguía el axón (brote regenerador).