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Facultad de Medicina
Departamento de Fisiología
FISIOLOGÍA HUMANA
BLOQUE 2. FISIOLOGÍA GENERAL
Tema 4. Sinapsis.
Dra. Bárbara Bonacasa Fernández, Ph.D.
E-mail: [email protected]. Telf.: 868 88 4883. Facultad de Medicina. Despacho B1.1.041-2. Campus de Espinardo.
TEMA 4. CONTENIDOS
1. Comunicación intercelular en el sistema nervioso
1. Sinapsis eléctrica
2. Sinapsis química:
1. Generalidades
2. Transporte axonal rápido
3. Papel del Calcio
4. Conexiones sinápticas
5. Clasificación de los neurotransmisores
1. Acetilcolina
2. Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina: Noradrenalina
3. Serotonina y Melatonina
4. Ácido gamma-butírico
6. Clasificación de los receptores
2. Respuestas en la célula postsináptica
1.Potenciales sinápticos.
2.Activación de proteínas G
3. Integración de la transferencia de la información nerviosa:
1. Modulación presináptica y postsináptica.
2. Inhibición presináptica
3. Inhibición postsináptica
4. Sumación.
5. Divergencia y convergencia.
6. Potenciación a largo plazo.
Un viaje de mil millas empieza con un
primer paso
Lao-Tsé
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
Entrada
¡Algo cambia!
Vídeo: http://outreach.mcb.harvard.edu/animations/synaptic.swf
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
• SINAPSIS: Zonas especializadas de contacto entre neuronas en las que tiene lugar la
transmisión de la información en el sistema nervioso.
• Partes:
• Terminación axónica de la célula presináptica
• Espacio sináptico o hendidura sináptica.
• Membrana de la célula postsináptica: puede ser neuronal o no.
• TIPOS:
1.Eléctrica: no hay espacio sináptico.
2.Química
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS ELÉCTRICA
• Transmisión directa de la corriente eléctrica (potencial de acción) entre células a través de
uniones gap.
Canales iónicos: transmisión bidireccional del potencial de acción.
• SNC, células de la glía, músculo liso y
cardíaco y célula β-pancreáticas.
• Respuesta rápida poco elaborada
(reforzamiento)
• Permite la sincronización entre células.
• También permiten el paso de señales
químicas.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS ELÉCTRICA
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Generalidades
• Comunicación intercelular a través de un mediador químico o neurotransmisor que produce
cambios en la membrana postsináptica:
• Despolarización
• Hiperpolarización
• Transmisión unidireccional de la información.
• Estructura:
1. neurona presináptica
2. hendidura sináptica
3. célula postsináptica
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=akXGOLu9r7g&feature=related
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Generalidades
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Generalidades
• La señal eléctrica se transforma en señal química que cruza la
hendidura sináptica hasta la célula postsináptica.
• INICIO DE LA RESPUESTA: unión del neurotransmisor con su
receptor en la célula postsináptica.
HENDIDURA SINÁPTICA:
AXÓN DE LA
NEURONA
PRESINÁPTICA
mitocondria
• Separa los elementos pre- y
postsinápticos: 30-400 μm.
• Entramado fibroso que facilita el
movimiento del neurotransmisor.
• Limita la acción del neurotransmisor
• Difusión.
• Metabolismo por enzimas. Ej: AChE
• Recaptación del neurotransmisor:
transportadores específicos en la
membrana presináptica.
Vesículas sinápticas
NEURONA
POSTSINÁPTICA
TERMINACIÓN
AXÓNICA
HENDIDURA
SINÁPTICA
receptores
MEMBRANA
POSTSINÁPTICA
neurotransmisor
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Generalidades
• SÍNTESIS DE NEUROTRANSMISORES: cuerpo celular y/o en la terminación axónica.
1.Transporte axónico lento: enzimas disueltas.
2.Transporte axónico rápido: neurotransmisores.
Los neurotransmisores polipeptídicos deben elaborarse en el cuerpo celular.
• Vesículas y mitocondrias en las terminaciones presinápticas.
• Vesículas están ancladas cerca de la membrana
• Algunas son un pool de reserva: neurotransmisor liberado a demanda por exocitosis.
• El calcio es la señal para la liberación del
neurotransmisor en la sinapsis.
Toxina tetánica y toxina botulínica.
• Las vesículas se reciclan.
• Especificidad:
1. Conexiones sinápticas.
2. Tipo de neurotransmisor liberado
3. Tipo de receptor.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Transporte axonal rápido
Péptidos sintetizados y
almacenados
VESÍCULA
SINÁPTICA
APARATO DE
GOLGI
RETÍCULO
ENDOPLÁSMICO
RUGOSO
Transporte axonal anterógrado rápido
a través de la red de microtúbulos
Las vesículas
vierten su
contenido por
exocitosis
Transporte axonal
retrógrado rápido
SOMA
LISOSOMA
Reciclado de vesículas
Los componentes de desecho
son digeridos en los lisosomas
Vídeos: http://www.youtube.com/watch?v=SyJgz4P-Omo; http://www.youtube.com/watch?v=gqsnuQwXPn4
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Papel del Calcio.
Un potencial de acción despolariza la
terminación axónica
Potencial
de acción
Terminación
axónica
La despolarización abre canales de Ca+2
Voltaje-dependientes y el ión entra.
Vesícula
sináptica
La entrada de Ca+2 dispara la exocitosis
de las vesículas sinápticas.
El NT difunde a través de la hendidura
y se une a receptores en la membrana
postsináptica.
Ca 2+
Canal de Calcio
regulado por voltaje
La unión del NT inicia una respuesta en
la célula postsináptica.
Ca 2+
Célula
postsináptica
Proteína
de anclaje
Respuesta
celular
Receptor
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Conexiones sinápticas
Axodendrítica
Axosomática
Axoaxónica
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Conexiones sinápticas
• Una célula postsináptica puede
recibir diversas señales
presinápticas.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores.
ESTRUCTURALMENTE se clasifican en:
1. Acetilcolina.
2. Aminas.
3. Derivados de un aminoácido simple.
1. Tirosina
1. Noradrenalina o Norepinefrina
2. Adrenalina o Epinefrina.
3. Dopamina.
2. Triptófano: Serotonina y Melatonina.
3. Histidina: Histamina
4. Glutamato.
5. Aspartato.
6. ácido gamma-aminobutírico (GABA).
7. Glicina.
4. Péptidos: Adrenocorticotropin (ACTH), colecistokinina, endorfinas, encefalinas,
sustancia P, péptido insulinotrópico Glucosa-dependente (GIP), glucagón,
neurotensina, oxitocina, secretina, hormona liberadora de tirotropina (TRH),
vasopresina y pétptido intestinal vasoactivo (VIP).
5. Purinas: AMP y ATP.
6. Gases: NO y CO.
7. Lípidos: Eicosanoides.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
ACCIÓN RÁPIDA
ACCIÓN
LENTA
Tratado de Fisiología Médica. Arthur C. Guyton y John E. Hall. Ed. Elsevier. 12ª Ed.
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los
neurotransmisores.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores.
E-Book: http://www.elsevierinstituciones.com/ebookreader/ctl_servlet?_f=110&bookid=978-84-8086-434-3
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación
de los neurotransmisores.
Acetilcolina
AcetilCoA
1.- La acetilcolina (Ach) se forma a partir de colina y acetil
CoA
2.-En la hendidura sináptica la Ach es degradada
rápidamente por la enzima acetilcolinesterasa
3.-La colina es transportada de regreso hacia la terminación
axónica y es utilizada para formar más ACh
CoA
TERMINACIÓN
AXÓNICA
A
Ch
Ch
A
Ch
Ch: colina
Vesícula sináptica
Ch
A
Ch
A: acetato
Receptor
colinérgico
A
Acetilcolinesterasa
(AChE)
CÉLULA
POSTSINÁPTICA
Vídeo: http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120107/anim0015.swf
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación
de los neurotransmisores.
Dopamina,
Noradrenalina
y Adrenalina
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores.
Noradrenalina
VARICOSIDAD AXÓNICA
MAO
El potencial de acción
llega a la varicosidad.
La despolarización abre los canales
de Ca2+ regulados por voltaje.
Tirosina
Axón
La entrada de Ca2+ desencadena
la exocitosis de las vesículas
sinápticas.
NA
Potencial de
acción
Canal de Ca2+
regulado por voltaje
Exocitosis
Transporte activo
Vaso
La NA se une al receptor
adrenérgico de la célula diana.
La activación del receptor finaliza
cuando la NA difunde hacia afuera
del espacio sináptico.
NA
G
La NA es transportada de nuevo
hacia dentro del axón.
Respuesta
CÉLULA DIANA
•NA: Noradrenalina
La NA puede ser recaptada por
las vesículas sinápticas para ser
liberad de nuevo.
La monoaminooxidasa (MAO) es
la enzima que metaboliza la NA
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores.
Serotonina y Melatonina.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores.
Ácido gamma-butírico.
1. COMUNICACIÓN
INTERCELULAR EN EL SN
SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los receptores.
1. Receptores colinérgicos
1. Nicotínicos: Están en el músculo esquelético, SN autónomo, y SNC. Son canales
iónicos monovalentes para Na+ o K+.
2. Muscarínicos: están presentes en el SNC y SNP. Van unidos a proteínas G (Calcio y
Fosfolípidos de membrana celular).
2. Receptores adrenérgicos.
1. Receptores alfa:
1. α1: Calcio y Fosfolípidos de membrana celular.
2. α2: Receptores acoplados a proteínas G inhibidoras de Adenilato Ciclasa.
2. Receptores beta: β1, β2 y β3: Receptores acoplados a proteínas G estimuladoras
de Adenilato Ciclasa.
3. Receptores glutamatérgicos:
1. GPCR: Receptores acoplados a proteínas G.
2. AMPA: Son canales de cationes monovalentes regulados por ligando. La unión de
Glu abre el canal y la célula se despolariza debido al flujo neto de Na+
3. NMDA: Son canales catiónicos que permiten el paso de Na+, K+ y CA2+. La apertura
de estos canales precisa la unión de Glu para la apertura y un cambio en el potencial
de membrana para liberar el Mg2+ que lo bloquea.
2.
RESPUESTAS EN LA CÉLULA
POSTSINÁPTICA
Terminal axónica
presináptica
Potencial sináptico
rápido y de acción corta
Potencial sináptico lentos
y de acciones prolongadas
Neurotransmisor
Canal iónico regulado
por compuerta química
Receptor asociado a
la proteína G
R
G
Vía inactiva
Modifica el
estado abierto
de los canales
iónicos
Célula
postsináptica
Los canales iónicos
se cierran
Los canales iónicos
se abren
Más Na+
dentro
PPSE=
despolarización
excitatoria
Vía de segundos
mensajeros activada
Más K+
fuera y Cldentro
Menos Na+
dentro
PPSI=
hiperpolarización
inhibitoria
Modifican las
proteínas existentes
o regula la síntesis
de nuevas proteínas
Menos K+
fuera
PPSE=
despolarización
excitatoria
Respuesta
intracelular
coordinada
2.
RESPUESTAS EN LA CÉLULA
POSTSINÁPTICA
POTENCIALES POSTSINÁPTICOS
Unión del NT al receptor: potenciales
postsinápticos (mseg).
• Despolarizante: potencial
postsináptico excitatorio (PPSE),
aumenta la probabilidad de la
célula dispare un potencial de
acción.
• Hiperpolarizante: potencial
postsináptico inhibitorio (PSIP)
aleja la membrana del umbral
reduciendo la probabilidad de que
se dispare un potencial de acción.
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
MODULACIÓN PRESINÁPTICA Y POSTSINÁPTICA
• Los trastornos de la transmisión sináptica son el fundamento fisiopatológico de muchas
enfermedades:
• Enfermedad de Parkinson
• Esquizofrenia
• Ansiedad
• Depresión
• Epilepsia.
• Los fármacos que actúan sobre la actividad sináptica son de los más antiguos conocidos y
utilizados:
• Alcohol
• Nicotina
• Cafeína
• Drogas: Heroína, Cocaína…
• Una vez establecida una sinapsis, no se mantiene fija de por vida, hay una reorganización
de las conexiones: plasticidad.
Animación: http://outreach.mcb.harvard.edu/animations/synapse.swf
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
INHIBICIÓN PRESINÁPTICA
• Es un medio de control más preciso que la modulación postsináptica
• Depende de la reactividad de la neurona y de la reactividad de la célula diana
No se libera neurotransmisor
Neurona inhibitoria
CÉLULA DIANA
Terminación axónica
presináptica
Sin respuesta
Neurona
excitatoria
Respuesta
Potencial de acción
Neurotransmisor
Respuesta
La neurona
excitatoria se dispara
Se genera un potencial
de acción
Una neurona inhibitoria se dispara, lo que bloquea la
liberación de neurotransmisor en una sinapsis
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
INHIBICIÓN POSTSINÁPTICA
Todos los puntos diana serán inhibidos por igual
La neurona inhibitoria modula la
señal
Sin
respuesta
Sin
respuesta
Neurona
excitatoria
Sin
respuesta
Una neurona excitatoria
y una neurona
inhibitoria se disparan
La señal modulada
se encuentra por
debajo del umbral
No se inicia ningún
potencial de acción en
la zona de gatillo
No ocurre ninguna
respuesta en ninguna
célula diana
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
INHIBICIÓN POSTSINÁPTICA
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
SUMACIÓN
1.Sumación espacial:
• La neurona postsináptica suma todos los potenciales postsinápticos generados de
modo simultáneo en sinapsis muy próximas.
• Si la suma de estas pequeñas despolarizaciones e hiperpolarizaciones producidas en
segmentos muy próximos alcanzan el umbral se produce un potencial de acción.
2.Sumación temporal
•En una misma sinapsis se pueden producir potenciales postsinápticos de modo repetido.
•Si éstos se suceden suficientemente rápido, los potenciales graduados se irán sumando.
Si el potencial graduado generado, suma de varios, alcanza el umbral, se genera un
potencial de acción.
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
SUMACIÓN
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
DIVERGENCIA Y CONVERGENCIA
En una vía divergente, una neurona
presináptica se ramifica para afectar una
cantidad
mayor
de
neuronas
postsinápticas.
En una vía convergente, muchas neuronas
presinápticas convergen para influir en una
cantidad menor de neuronas postsinápticas
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
POTENCIACIÓN Y DEPRESIÓN A LARGO PLAZO
• Procesos en los que la actividad sináptica tiene como consecuencia cambios sostenidos
en el tiempo.
• Para estos cambios a largo plazo, en realidad hay modulación presináptica y
postsináptica.
• Se cree que son procesos importantes en el aprendizaje y en la memoria.
• En la potenciación es muy importante el ácido glutámico.
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
POTENCIACIÓN A LARGO PLAZO: Ej. Glutamato
Axón presináptico
Glutamato
Se libera el glutamato
Ca 2+
Na +
La entrada de Na+ despolariza la
célula postsináptica
Mg 2+
Receptor
AMPA
La despolarización expulsa el
Mg2+ y abre el canal
El Ca2+ entra en el citoplasma
Liberación
paracrina
Célula
postsináptica
Na +
Ca 2+
La entrada de Ca2+ en la célula activa
las vías de los segundos mensajeros
Receptor
NMDA
La célula se vuelve más
sensible al glutamato
La sustancia paracrina de la célula
postsináptica aumenta la liberación de
glutamato
3.
INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA
POTENCIACIÓN Y DEPRESIÓN A LARGO PLAZO: Ej. Glutamato