CAPÍTULO 5 Transmisión sináptica: generalidades, mecanismos e integración

Figura 5-1 Sinapsis eléctrica y química Figura 5-1 Sinapsis eléctrica y química. a, en la sinapsis eléctrica, la corriente pasa directamente de la célula presináptica a la postsináptica a través de una unión eléctrica constituida por una conexión. b, en la sinapsis química la despolarización de la terminal presináptica causa exocitosis de la vesícula sináptica y la liberación del neurotransmisor, que se une a receptores de membrana presentes sobre la célula postsináptica, con excitación o inhibición resultante.

Figura 5-2 Propagación de las señales en la sinapsis eléctrica Figura 5-2 Propagación de las señales en la sinapsis eléctrica. a, representación esquemática del ganglio abdominal del camarón de agua dulce con macroelectrodos implantados sobre su fibra presináptica (en rojo) y postsináptica (en azul). b, a la izquierda, la despolarización de la fibra presináptica (línea en rojo) mediante corriente despolarizante (línea verde) propicia el surgimiento de un potencial de acción que se propaga a la fibra postsináptica (línea azul). A la derecha, el potencial de acción (línea azul) inducido en la fibra postsináptica por un pulso de corriente despolarizante (línea verde) se propaga sólo en parte a la fibra presináptica (línea roja). (Modificada por GJ Nicholls et al., From neuron to brain, Sinauer Associates, 2001.)

Figura 5-3 Modelo tridimensional de una unión eléctrica Figura 5-3 Modelo tridimensional de una unión eléctrica. a, en la sinapsis eléctrica las células presinápticas y postsinápticas están acopladas mediante enlaces eléctricos. Éstos se conforman con dos hemicanales, llamados conexones, que entran en contacto con el citoplasma de la célula contigua, lo que hace posible el flujo de iones de una célula a otra. b, cada hemicanal se integra con seis conexinas, cada una de las cuales posee cuatro segmentos transmembrana hidrofóbicos. c, las conexinas forman un poro central que se abre después de una rotación en sentido horario (de casi 0.9 nm) de la subunidad.

Figura 5-4 Unión neuromuscular. a, representación esquemática de una placa neuromuscular de un músculo de rana.

b. c. Figura 5-4 Unión neuromuscular. b, imagen de la unión neuromuscular de un ratón tomada con el microscopio electrónico de barrido. La terminal axónica está descubierta en el músculo (M) para evidenciar la franja sináptica (G) (C, capilar; N, nervio motor; S, núcleo de una célula de Schwann). c, músculo sartorio de rana. Fotografía del microscopio electrónico de vesículas sinápticas condensadas en la zona activa. (b, tomada de Y Matsuda, et al. Muscle nerve. Scanning electron microscopic study of denervated and reinnervated neuromuscular junction. 11:1266-71, 1988, pgc John Wiley & Sons Inc. c, tomado de L Squire, et al. Fundamental neuroscience, 2nd ed, 2002, pgc Elsevier.)

Figura 5-5 Potencial sináptico generado en la placa Figura 5-5 Potencial sináptico generado en la placa. La amplitud del potencial sináptico disminuye a medida que se aleja de la unión neuromuscular. A la reducción de la amplitud corresponde un aumento de la duración del potencial de placa.

Figura 5-6 El recorrido temporal de la corriente sináptica resulta de la abertura sincronizada de diversos canales. a, la aplicación de un breve pulso de ACh induce la abertura sincrónica de los canales (en este caso seis). Cada canal permanece abierto por un periodo variable. Se observan los diversos tiempos de cierre. b, el recorrido temporal de la respuesta sináptica depende de la suma de las seis líneas representadas en a.

Figura 5-7 El bloqueo de los canales de sodio dependientes de voltaje con tetradotoxina (TTX) produce una progresiva reducción de la amplitud del potencial de acción y del potencial sináptico. a, ganglio estrellado del calamar con dos axones gigantes (en rojo y azul).

Figura 5-7 b, un potencial de acción inducido en la célula presináptica por un impulso de corriente despolarizante crea en la célula postsináptica un potencial excitatorio que alcanza el umbral para la generación de un potencial de acción. La subadministración de tetradotoxina induce una reducción de la amplitud del potencial de acción (en rojo) y del potencial sináptico (en azul).

Figura 5-7 c, amplitud de la respuesta postsináptica (ordenadas) en función de la amplitud de la respuesta presináptica (en azul, abscisas) o de la despolarización inducida por la corriente despolarizante (en rojo, abscisas) después de un bloqueo completo del potencial de acción con tetradotoxina. (Modifi cada por GJ Nicholls, et al. From neuron to brain. Sinauer Associates, 2001.)

Figura 5-8 Potenciales sinápticos miniatura registrados en la unión neuromuscular de rana en condiciones de control (izquierda) y en presencia de eserina, un inhibidor de la acetilcolinesterasa (derecha). Se observa cómo la eserina induce un aumento de la amplitud y la duración, pero no de la frecuencia de los potenciales miniatura. (Modificada por P Fatt, B Katz. Spontaneous subthreshold activity at motor nerve endings. J Physiol 117:109-128, 1952.)

Figura 5-9 El potencial de placa se compone por una sola unidad llamada cuanto. En presencia de una baja concentración de calcio, los potenciales de placa aparecen constituidos por diversas unidades cuya amplitud mínima es igual a la amplitud promedio de los potenciales espontáneos en miniatura. a, registros intracelulares superpuestos por potenciales de acción de placa provocados por estimulación nerviosa y relacionados con la ausencia de respuesta (falla).

Figura 5-9 b, número de potenciales de placa (ordenadas) en función de su amplitud (abscisas). Son visibles en el histograma diversos picos, cuya amplitud media representa un múltiplo de la amplitud promedio de los potenciales en miniatura (c). (a, modificada a partir de J del Castillo, B Katz. Quantal components of the end-plate potencial. J Physiol 124:560-73, 1954a. b, modificada a partir de IA Boyd, AR Martin. The end-plate potential in mammalian muscle. J Physiol 132:74-91, 1956.)

a. b. Figura 5-10 Sinapsis química del sistema nervioso central. a, en el SNC, el axón de una célula presináptica forma sinapsis momentánea con las dendritas de las neuronas postsinápticas; se observan las varicosidades o botones sinápticos únicos contenidos en la vesícula sináptica. b, fotografía del microscopio electrónico de una sinapsis axodendrítica de la médula espinal de ratón. a, axón; d, dendrita. Barra de calibración: 500 nm (pgc M Grandolfo y L Ballerini).

Figura 5-11 Esquema de la sinapsis química Figura 5-11 Esquema de la sinapsis química. El neurotransmisor liberado de la vesícula se enlaza a los receptores presentes sobre la membrana postsináptica y después se remueve por difusión o recaptación activa por parte de los transportadores.

Figura 5-12 Fórmula química de los principales neurotransmisores.

Figura 5-13 La ACh se sintetiza a partir de la acetilcoenzima A y la colina mediante una reacción en extremo simple en la cual el grupo acetílico de la acetilcoenzima A se transfiere a la colina por acción de una enzima llamada acetiltransferasa de colina. Por tanto, tal enzima representa el marcador de elección de las neuronas colinérgicas.

Figura 5-14 La tirosina se convierte primero en L-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) por medio de una oxidasa, la hidroxilasa de tirosina. La L-DOPA después se descarboxila a dopamina + CO2 por efecto de una descarboxilasa.

Figura 5-15 La dopamina se transporta al interior de la vesícula sináptica, donde se convierte en noradrenalina por acción de la β-hidroxilasa de dopamina. En la médula suprarrenal, la noradrenalina se convierte en adrenalina por efecto de la N-metiltransferasa de feniletanolamina.

en serotonina por efecto de la descarboxilasa de 5-hidroxitriptófano. Figura 5-16 El triptófano se convierte en 5-hidroxitriptófano por acción de la hidroxilasa de triptófano. El 5-hidroxitriptófano se convierte en serotonina por efecto de la descarboxilasa de 5-hidroxitriptófano.

Figura 5-17 La histamina se sintetiza por descarboxilación a partir de la histidina.

Figura 5-18 En las células en las cuales se usa como neurotransmisor, el ácido γ-aminobutírico (GABA) se sintetiza a partir del glutamato por acción de la descarboxilasa de ácido glutámico (GAD), que requiere como cofactor el fosfato de piridoxal. El glutamato se sintetiza a partir del α-cetoglutarato producido en el ciclo de Krebs al que transamina la transaminasa de α-cetoglutarato (GABA-T). Después el GABA se degrada hasta semialdehído succínico del mismo GABA-T que actúa al mismo tiempo como enzima de síntesis y degradación. SSADH, deshidrogenasa de semialdehído succínico.

Figura 5-19 Inhibición gabaérgica dendrítica y somática Figura 5-19 Inhibición gabaérgica dendrítica y somática. a, a la izquierda, interneurona gabaérgica que hace sinapsis sobre las dendritas de una célula principal del hipocampo. Un potencial de acción en la célula gabaérgica (en azul) induce en las dendritas de la célula principal un potencial postsináptico inhibitorio (inhibición dendrítica, en rojo). A la derecha, la despolarización de las dendritas produce una espiga cálcica (línea superpuesta arriba), que se inhibe (línea superpuesta intermedia) por la estimulación concomitante de la célula gabaérgica (línea inferior en rojo).

Figura 5-19 b, a la izquierda, interneurona gabaérgica del hipocampo que hace sinapsis sobre el soma de una célula principal (potencial postsináptico inhibitorio perisomático). Un potencial de acción en la célula gabaérgica (en azul) induce en el soma de la célula principal un potencial sináptico inhibitorio (en rojo). A la derecha, descarga de potenciales de acción producidos en la célula principal por impulso de corriente despolarizante (líneas superpuestas arriba). Si la célula gabaérgica se estimula inmediatamente después del primer potencial de acción, el potencial sináptico inhibitorio (línea intermedia en rojo) bloquea los potenciales de acción que siguen (líneas superpuestas abajo). (Modificada por R Miles, et al. Differences between somatic and dendritic inhibition in the hippocampus. Neuron 16:815-23, 1996.)

Figura 5-20 Inhibición presináptica Figura 5-20 Inhibición presináptica. A la izquierda, fibra muscular del camarón de agua dulce inervada por un axón inhibitorio (azul) y uno excitatorio (rojo). A la derecha, la estimulación de la fi bra excitatoria induce un EPSP (a), mientras que la estimulación de la inhibitoria, un IPSP despolarizante de baja amplitud (0.2 mV, b). Si la estimulación inhibitoria precede por pocos milisegundos a la excitatoria es capaz de bloquear casi por completo el EPSP (c). Si la estimulación inhibitoria sigue a la excitatoria no produce ningún efecto (d). (Modifi cada por GJ Nicholls, et al. From neuron to brain. Sinauer Associates, 2001.)

Figura 5-21 Liberación concomitante de glicina y GABA en las sinapsis entre interneuronas y motoneuronas espinales. a, registros concomitantes de exploración segmentaria entre dos neuronas interconectadas: una interneurona (registrada en exploración de corriente, en azul) y una motoneurona espinal (registrada en exploración de voltaje, en rojo). IPSC inducidos por un solo potencial de acción (a) y una espiga breve (b). En (c), localización de las interneuronas presinápticas estimuladas.

Figura 5-21 b, único IPSC inducido en ausencia de estricnina (a), en presencia de estricnina (b) y bajo el efecto de estricnina + bicuculina (c). Cada línea es el promedio de muchas líneas. En b y c, la misma línea se ha registrado con dos diversas escalas de amplitud. c, recorrido temporal de las corrientes sinápticas inhibitorias en ausencia de estricnina, en presencia de estricnina y bajo el efecto de estricnina + bicuculina. El histograma a la derecha representa la contribución relativa de la respuesta GABA a las corrientes sinápticas totales (GABA + glicina). (Modificada por P Jonas, J Bischofberger, J Sandkuhler. Corelease of two fast neurotransmitters at a central synapse. Science 281:419-24, 1998.)

Figura 5-21 c, recorrido temporal de las corrientes sinápticas inhibitorias en ausencia de estricnina, en presencia de estricnina y bajo el efecto de estricnina + bicuculina. El histograma a la derecha representa la contribución relativa de la respuesta GABA a las corrientes sinápticas totales (GABA + glicina). (Modifi cada por P Jonas, J Bischofberger, J Sandkuhler. Corelease of two fast neurotransmitters at a central synapse. Science 281:419-24, 1998.)

Figura 5-22 El glutamato es el principal neurotransmisor excitatorio del SNC; se sintetiza por transaminación del ácido α-cetoglutárico.

Figura 5-23 Transmisión del dolor en la médula espinal Figura 5-23 Transmisión del dolor en la médula espinal. a, b, en respuesta a estímulos dolorosos, las células ganglionares de las raíces dorsales (DRG) liberan sobre las interneuronas del asta dorsal sustancia P y glutamato. Las interneuronas de la sustancia gelatinosa liberan encefalina (ENK), que bloquea la transmisión excitatoria de las células ganglionares. c, en las células del ganglio de las raíces dorsales, la encefalina reduce la duración de los potenciales de acción del calcio. (Modificada por GJ Nicholls, et al. From neuron to brain. Sinauer Associates, 2001.)

Figura 5-24 Propiedades integradoras de la sinapsis Figura 5-24 Propiedades integradoras de la sinapsis. a, sumación temporal de dos potenciales sinápticos excitatorios surgidos de forma consecutiva sobre la misma terminal. La misma corriente sináptica da origen a dos diferentes potenciales sinápticos, de acuerdo con la constante de tiempo de la membrana de la célula objetivo. En el caso de una constante de tiempo de larga duración, los dos potenciales se suman y alcanzan el umbral para un potencial de acción. b, sumación espacial de dos potenciales sinápticos surgidos de modo simultáneo sobre dos terminales diferentes. También en este caso la misma corriente da origen a dos potenciales sinápticos diferentes según la constante de espacio λ. En el caso de una constante de tiempo elevada, los potenciales sinápticos generados de manera simultánea llegan al soma con un decremento de 37% y por consiguiente su sumación alcanza el umbral para un potencial de acción.