Transmisión Sináptica FISIOLOGIA I TEMA NUMERO 9 Transmisión Sináptica PROFESOR: Gregorio Tiskow, Ph.Sc. E-mail: gtiskow@ucla.edu.ve U.C.L.A. Barquisimeto, Venezuela

El Impulso Nervioso

Integración sináptica Se requiere de la integración de diversos sistemas para que se genere una respuesta…

¿ Cómo se señaliza y transmite la información en el Sistema Nervioso?

La información dentro, y entre las neuronas se transporta en forma de SEÑALES ELÉCTRICAS o QUÍMICAS.

Las Sinapsis Las SINAPSIS son uniones especializadas que permiten el pasaje de información de una neurona a otra, o de una neurona a una fibra muscular.

El Cerebro Humano 100.000 millones de neuronas. Un millón de millones (billón) de Sinapsis (1.000.000.000.000) 10 x millones de ceros de posibilidades teóricas de sinapsis. 10 x 80 son las cargas positivas existentes en el Universo.

Tipos de Sinapsis ELÉCTRICAS QUÍMICAS Dos Tipos: Clasificación funcional ELÉCTRICAS QUÍMICAS

SISTEMA NERVIOSO

Elementos de la sinapsis CELULA PRE-SINAPTICA HENDIDURA SINAPTICA CELULA POST-SINAPTICA

Elementos de la sinapsis

La transmisión de la señal en la mayoría de las uniones sinápticas es de naturaleza química

Anatomía Funcional SINAPSIS ELÉCTRICAS: Las uniones de las membranas pre- y postsinápticas son de tipo “unión en brecha” o Gap Junctions. Las uniones están facilitadas por la presencia de CONEXONES (arreglos hexagonales de proteínas) Se forman puentes de muy baja resistencia. El diámetro de los canales en el conexón, están regulados por pH, voltaje y iones calcio. Ca++ disminuye el diámetro del mismo. La señal eléctrica se propaga muy rápidamente. Transmisión puede ser bi-direccional.

Sinapsis Eléctricas

Anatomía Funcional TERMINALES O BOTONES PRE-SINAPTICOS: Generalmente se ubican sobre las dendritas o las espinas dendríticas o sobre el soma neuronal. En corteza cerebral, 98% de los botones se ubican sobre las dendritas. Entre 10.000 y 15.000 botones visibles. Pueden emitir señales excitatorias o inhibitorias.

Anatomía Funcional

Sinapsis Clasificación Morfológica Axo-dendrítica Axo-axonal Axo-somática

Sinapsis Químicas Las más frecuentes. Cada terminal pre-sináptica está separada de la postsináptica por la hendidura sináptica de unos 20-40 nm de ancho. En la terminal pre-sináptica es frecuente ver numerosas mitocondrias y vesículas sinápticas que contienen un neurotransmisor.

Sinapsis Química

TRANSMISION UNIDIRECCIONAL Sinapsis Química TRANSMISION UNIDIRECCIONAL

Sinapsis Química

Sinapsis Química Secuencia de acontecimientos Al llegar el potencial de acción a la terminal pre-sináptica, la membrana plasmática de la misma se despolariza. Lo anterior generará liberación del contenido de las vesículas hacia la hendidura sináptica. El neurotransmisor liberado de las vesículas provocará cambios en la permeabilidad de la membrana neuronal post-sináptica.

Sinapsis Química Liberación del Neurotransmisor Papel del ion Calcio: La membrana pre-sináptica está enriquecida en canales de Ca++ voltaje dependientes. Al llegar un potencial de acción, la membrana se despolariza y apertura canales de Ca++ Entrada de iones Ca++ al interior del terminal. Unión de iones Ca++ en los puntos de liberación o zonas activas del terminal pre-sináptico. Se induce fusión de las vesículas a la membrana y exocitosis.

Papel del Calcio

Sinapsis Química Liberación del Neurotransmisor Liberación del contenido de las vesículas a la hendidura sináptica. Fusión vesicular y exocitosis involucran un complejo de proteínas, entre ellas SNARE-v-Sinaptobrevina y la SNARE-t-Sintaxina en la membrana celular, y un grupo de proteínas G.

Ciclo vital vesícula sináptica

Liberación del Neurotransmisor 1 Llegada de la despolarización al terminal presináptico 2 Apertura de los canales de Ca++ 3 Entrada de Calcio 4 Interacción del Ca++ con la Sinaptotagmina 5 Inducción de la exocitosis 6 Liberación del Neurotransmisor 7 Endocitosis de la membrana vesicular

Liberación del Neurotransmisor La Zona activa está conformada por varias vesículas “ atracadas ” rodeadas por 10 canales de Calcio voltaje dependientes (microdominio). El Calcio es el Intermediario entre la señal eléctrica despolarizante y la exocitosis del Neurotransmisor. Tiempo de liberación de 0,2 mseg. Aprox.

Convergencia-Divergencia de Información Ello implica que la información que ingresa a cada célula neuronal es múltiple. Así, muchas neuronas pre-sinápticas, convergen en una sola neurona post-sináptica. También, los axones de la mayor parte de las neuronas pre-sinápticas se dividen en muchas ramas que divergen para terminar sobre muchas neuronas post-sinápticas. Convergencia y divergencia son las bases de los procesos de facilitación, sumación y fenómenos de reverberación.

Convergencia-Divergencia

Acción de la sustancia neurotransmisora en la neurona o célula post-sináptica…

Proteínas Receptoras

Interacción con Receptores Receptor: proteína superficial de la membrana unida a un canal iónico (ionotrópicos) y/o acoplada a proteínas intracelures que transducen la señal intracelularmente o al núcleo (metabotrópico). La unión del Neurotransmisor con el receptor provoca cambios conformacionales en este último.

Elementos post-sinápticos COMPONENTE DE UNION: ubicado en la membrana celular de la célula post-sináptica donde se unirá el neurotransmisor. COMPONENTE IONOFORO: atraviesa toda la membrana post-sináptica hasta el interior de la neurona.

Componente Ionoforo de la membrana post-sináptica DOS TIPOS: RECEPTOR IONICO (CANAL IONICO) RECEPTOR METABOTROPICO (ACTIVADOR DE SEGUNDOS MENSAJEROS)

Canal o Receptor Ionico CANALES CATIÓNICOS: permeables a iones Na+ con más frecuencia (pero también existen para iones K+ y iones Ca++) CANALES ANIÓNICOS: permeables a iones Cl- principalmente.

NEUROTRASMISOR EXCITADOR CANALES CATIÓNICOS Al aperturarse estos canales, y dejar entrar cargas (+), dichas cargas EXCITAN (DESPOLARIZAN) la membrana celular post-sináptica. La sustancia neurotransmisora que ejecuta este efecto es un: NEUROTRASMISOR EXCITADOR

NEUROTRASMISOR INHIBIDOR CANALES ANIÓNICOS Al aperturase estos canales, permiten la entrada de cargas (-) que INHIBEN la actividad eléctrica de la neurona post-sináptica (la HIPERPOLARIZAN) La sustancia neurotransmisora que ejecuta este efecto es un: NEUROTRASMISOR INHIBIDOR

Interacción con receptores metabotrópicos El Neurotransmisor se une con proteínas receptoras que activan pequeñas moléculas proteicas llamadas Proteínas G que pueden moverse libremente por la cara intracelular de la membrana postsináptica activando a su vez “proteínas efectóras” que pueden ser canales iónicos regulados por la proteína G ( canales de K+ por estímulo de los receptores ß por la noradrenalina ) o moléculas denominadas segundos mensajeros

SUSTANCIAS NEUROTRANSMISORAS

Criterios para considerar si una sustancia química es un neurotransmisor: 1- La molécula debe ser sintetizada y almacenada en la neurona pre-sináptica. 2-La molécula debe ser liberada por el terminal del axón pre-sináptico durante la estimulación. 3- Deben existir receptores específicos para la sustancia en la célula post-sináptica Cortesía Dr. Loureiro Nelson

Neurotransmisores Su ACCION se divide en: Síntesis Almacenamiento Liberación Interacción con el receptor Desactivación

Almacenamiento del Neurotransmisor Las Vesículas Sinápticas se anclan a filamentos de actina. Se movilizan hacia la zona activa donde se acoplan a la membrana presináptica (Efecto Docking) Luego de la exocitosis se vuelven a reciclar y reutilizar.

Desactivación del Neurotransmisor Dispersión del NT por simple difusión fuera de la sinapsis. Recaptación del NT por la pre-sinapsis Destrucción enzimática en la propia hendidura sináptica.

Inhibición vs excitación Excitación > Inhibición Excitación < Inhibición Estado de excitación Estado de inhibición

Excitación Post-sináptica Potencial Postsináptico Excitatorio (PPSE) EVENTOS ELECTRICOS-SECUENCIA EN LA MEMBRANA CELULAR POST-SINÁPTICA: Apertura de canales de Na+ con pasaje al interior celular de cargas (+) en forma masiva (corriente positiva). Se alcanza el umbral de excitación y se despolariza la membrana post-sináptica en ese punto (en el botón sináptico)

Cortesía Dr. Nelson Loureiro

Excitación Post-sináptica Potencial Postsináptico Excitatorio (PPSE) EVENTOS ELECTRICOS-SECUENCIA EN LA MEMBRANA CELULAR POST-SINÁPTICA: Disminución de la conductancia para los iones de Cl- y K+ a través de sus respectivos canales. Cambios en el metabolismo interno de la neurona para excitar la actividad celular.

Excitación Post-sináptica Potencial Postsináptico Excitatorio (PPSE) El PPSE debido a la actividad de un único botón sináptico es pequeño, pero las despolarizaciones producidas por cada uno de los botones activados se van a sumar. La sumación puede ser TEMPORAL o ESPACIAL

Sumación Temporal Sumación Espacial Facilitación Fatiga sináptica En la integración neuronal es importante considerar los siguientes procesos: Sumación Temporal Sumación Espacial Facilitación Fatiga sináptica

Facilitación Cuando hay actividad en más de uno de los botones sinápticos al mismo tiempo, se va a producir una sumación espacial, y así, se dice que la actividad en uno de los botones sinápticos FACILITA la actividad en los otros botones sinápticos y hace que se acerquen al nivel del umbral de disparo.

Sumación espacial - Facilitación

Facilitación Se producirá una sumación temporal, si estímulos aferentes repetitivos producen nuevos PPSE, antes que los potenciales previos hayan declinado o disminuido.

Sumación Temporal

Suma Espacial Excitatoria Suma Espacial Suma Espacial Suma Temporal Suma Espacial: se produce cuando hay la activación sincrónica de dos o más terminales nerviosos. Suma Temporal: se produce cuando una salva de potenciales de acción alcanza un terminal nervioso. Suma Espacial Suma Temporal Excitatoria Inhibitoria Suma Espacial Suma Espacial Suma Temporal Cortesía Dr. Loureiro Nelson

Fatiga Sináptica: Frecuencias de estímulos muy elevadas pueden agotar la capacidad de generar PAs Factores determinantes de la fatiga sináptica: Agotamiento del neurotransmisor Inactivación de los receptores post-sinápticos Alteración anormal de las concentraciones iónicas dentro de la célula post-sináptica Acumulación de metabolitos en el sistema que inhiben la respuesta. Cortesía Dr. Skirzewski Miguel

Inhibición Post-sináptica Potencial Postsináptico Inhibitorio (PPSI) EVENTOS ELECTRICOS-SECUENCIA EN LA MEMBRANA CELULAR POST-SINÁPTICA: Apertura de Canales de Cl- en la membrana post-sináptica. Entrada masiva de iones Cl- (entrada de cargas negativas desde el exterior) Aumenta la electronegatividad intracelular. Hiperpolarización de la membrana celular. Efecto Inhibidor. Disminuye excitabilidad celular.

Inhibición Post-sináptica Potencial Postsináptico Inhibitorio (PPSI) EVENTOS ELECTRICOS-SECUENCIA EN LA MEMBRANA CELULAR POST-SINÁPTICA: Aumento de la conductancia para los iones K+, los cuales salen al exterior celular aumentando la electronegatividad interna. Ejemplo de este tipo de neuronas: neurona en botella de Golgi (interneurona). En médula espinal. Neurotransmisor: la glicina.

Inhibición Post-sináptica Cualquier suceso sináptico que reduzca la probabilidad de generar un potencial de acción en la célula post-sináptica.

Inhibición Post-sináptica Potencial Postsináptico Inhibitorio (PPSI) Se pueden SUMAR ESPACIAL y TEMPORALMENTE.

Efecto de ciertas sustancias sobre la transmisión sináptica Ac. Kainico, (glutamato). Proviene del alga roja Digenea simplex. Ac. Quiscuálico, (glutamato). Semillas de Quisqualis indica. N-Metil-D-Aspartato, (glutamato) Agonistas Sobre canales Antagonistas Conotoquina (no competitivo NMDA) β-bungarotoxina, (veneno de cobra). Inhibe la liberación del neurotransmisor. Notexina (serpiente Tigre). Inhibe liberación del neurotransmisor, parálisis letal. Presinápticos Cortesía Dr. Skirzewski Miguel

Efecto de ciertas sustancias sobre la transmisión sináptica Muscimol, agonista GABA-A. De la seta Amanita muscaria. Bicuculina, antagonista GABA-A. De la planta Dicentra cucullaria Muscarina, pilocarpina (activan muscarínicos ACh) Atropina, (belladonna), alcaloide de planta, bloquea transmisión sináptica muscarínica. Nicotina, (alcaloide de origen vegetal), carbacol, agonistas de receptores nicotínicos. D-tubocurarina, compite con ACh por los receptores nicotínicos α-bungarotoxina, (serpiente krait)(cobra), unión irreversible y específica a los nicotínicos. (se ha usado para estudiar número de receptores). Fisostigmina, inhibidor de AChE. Post-sináptico Cortesía Dr. Skirzewski Miguel

Sesión de preguntas y respuestas…