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Generación y Transmisión de
señales en las Neuronas
Generación y Transmisión de señales en las Neuronas
Los detalle de la transmisión sináptica (comunicación
entre neuronas) se explicará en el siguiente capítulo.
En éste trataremos de los cambios intraneuronal: la
forma en que el mensaje es transmitido desde el
cuerpo celular a lo largo del axón hasta los botones
terminales,
para
que
estos
liberen
los
neurotransmisores
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Potencial de reposo o potencial de membrana
„
„
Si colocásemos dos electrodos, uno
en el interior y otro en el exterior del
axón, podríamos observar que existe
una diferencia de carga de 70 mV,
siendo el interior del axón negativo
con respecto al exterior.
A esta diferencia de carga eléctrica se
denomina potencial de membrana o
potencial de reposo
-70 mV
+ + +
+ + +
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El potencial de membrana es el resultado del
equilibrio entre dos fuerzas:
¾
la fuerza de difusión y
¾
la presión electrostática
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La fuerza de difusión:
Hace que los iones se muevan de un lugar de mayor
concentración a otro de menor concentración. Si la membrana
fuese totalmente permeable a un ión, el interior y el exterior
llegarían a igualar concentraciones.
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Interior
Exterior
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Si abriésemos los canales del potasio….
Interior
Exterior
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Si abriésemos los canales del sodio….
Interior
Exterior
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Presión electrostática
difusión
El ion potasio:
„
„
las fuerzas de difusión tienden a empujarlo hacia fuera
de la célula
Sin embargo el exterior de la célula está cargado
positivamente con respecto a interior, por lo que la
presión electrostática tiende a empujar al catión hacia
el interior. De esta forma las dos fuerzas se equilibran
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difusión
Presión electrostática
El ion Cloro:
„
„
Se halla concentrado en el exterior del axón;
esto hace que las fuerzas de difusión tiendan a
empujarlo hacia el interior de la célula.
Y la presión electrostática lo empuja hacia el
exterior. De esta formas las dos fuerzas
vuelven a equilibrarse.
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Difusión y Presión electrostática
El ion Sodio:
„
„
Se halla concentrado en el exterior del axón;
esto hace que las fuerzas de difusión tiendan a
empujarlo hacia el interior de la célula.
Pero, al contrario que el ion cloro, está
cargado positivamente, por lo que la presión
electrostática no impide al sodio entrar en la
célula; al contario, lo atrae
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¿Cómo es posible entonces que el sodio
permanezca en mayor concentración en el liquido
extracelular?
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El sodio permanece en mayor concentración fuera
que dentro debido a la BOMBA DEL SODIOPOTASIO
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Esta bomba del sodio y potasio lo que hace es
bombear 3 iones de Na+ hacia el exterior de la
célula al mismo tiempo que bombea 2 iones K+
hacia el interior. Esta bomba consume energía
que le es suministrada por las mitocondrias en
forma de ATP
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INTERIOR
EXTERIOR
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Potenciales postsinápticos: PEPs y PIPs
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„
„
Cuando una neurona dispara libera los neurotransmisores a través de
sus botones en la terminaciones nerviosas. Estos neurotransmisores
difunden a través de la hendidura sináptica e interactúan con moléculas
receptoras especializadas (receptores) de la siguiente neurona
Cuando se produce la unión Neurotransmisor-Receptor se pueden
producir dos tipos de señales:
Despolarización de la
postsináptico excitatorio
Hiperpolarización de la
postsináptico inhibitorio
membrana
membrana
receptora
receptora
o
o
PEP,
potencial
PIP:
potencial
Tanto los PEPs como los PIPs son respuestas graduadas
Los potenciales postsinápticos viajan pasivamente hasta el cono
axónico, donde se produce la integración de la señal.
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Potencial de acción
+40 mV
0 mV
+ + +
+ + +
-60 mV
Umbral de excitación
Potencial de acción
Despolarización
-70 mV
Hiperpolarización
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Potencial del acción: es una inversión muy
rápida del potencial de membrana, y
constituye el mensaje transportado por el axón
desde el cuerpo celular hasta los botones
terminales.
El valor del voltaje a partir del cual se
desencadena un potencial de acción se
denomina umbral de excitación
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Un potencial de acción es una caída breve de la
resistencia de la membrana al Na+, ello provoca que
estos iones entren en la célula
Le sigue inmediatamente una caída transitoria de la
resistencia de la membrana al K+ (lo cual permite a
estos otros iones salir rápidamente fuera de la célula).
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La membrana consiste en una doble capa
lipídica en la que flotan muchos tipos
diferencies de moléculas proteicas.
Uno de esto tipos de moléculas
proporciona una vía para que los iones
puedan entrar o salir de las células
Estas moléculas forman canales iónicos,
los cuales tienen conductos (poros) que
pueden abrirse o cerrarse.
Cuando un canal iónico está abierto un
determinado tipo de iones puede pasar a
través del poro y así entrar o salir de la
célula.
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Cambios iónicos durante el potencial del acción
+40 mV
3.
Se
cierran
los
canales de Na+
4.
El K+ sale de la
célula haciendo que
el
potencial
de
membrana vuelva al
nivel de reposo
0 mV
2.
1.
Umbral de excitación
Se
abren
canales de K+
los
Se
abren
los
canales de Na+; el
Na+ entra en la
célula
5.
Se
cierran
canales de K+
los
Potencial de reposo
(-70)
El exceso de potasio en el exterior
difunde hacia otros lugares
3
4
2
5
1
1
En cuanto se alcanza el umbral de excitación, los canales de Na+ de la
membrana se abren y el sodio se precipita hacia el interior, impulsado por las
fuerzas
de
difusión
y
presión
electrostática.
La apertura de estos canales se desencadena debido a la despolarización de
la
membrana;
se
abren
en
el
umbral
de
excitación.
Dado que estos canales se abren por cambios en el potencial de membrana,
reciben el nombre de canales iónicos controlados por voltaje. La entrada de
iones de Na+ produce un cambio en el potencial de membrana desde -70 a +40
mV
3
4
2
5
1
2
La membrana del axón contiene canales de K+ controlados por voltaje,
pero estos canales son menos sensibles que los de sodio. Es decir,
necesitan un mayor nivel de despolarización……………………………..
De esta forma, los canales de K+ se abren después que los de sodio.
El potasio comienza a salir debido a presiones electrostáticas (el
potencial de membrana cada vez es menos negativo) y también al de
difusión (la concentración de potasio es muco más elevada en el
interior que en el exterior
3
4
2
5
1
3
Aproximadamente en el momento en que el potencial de
acción alcanza su pico (mas o menos en 1mseg) los
canales de sodio se cierran ( de hecho no pueden volver a
abrirse hasta que la membrana recupere nuevamente el
potencial de reposo). En este momento por lo tanto no
puede entrar más sodio en la célula.
3
4
2
5
1
4
En este punto, los canales de K+ que hay en la membrana están
abiertos, dejando que los iones de K+ se muevan libremente a través
de la membrana.
El interior del axón está ahora cargado positivamente, por lo que el K+
es empujado hacia el exterior de la célula por difusión y por presión
electrostática.
Esta salida de cationes hace que el potencial de membrana vaya
recuperando su valor normal. Al ocurrir esto, los canales de K+ se
empiezan a cerrar de nuevo.
3
4
2
5
1
5
A medida que el potencial de membrana vuelve a su estado normal, los
canales de K+ potasio se cierran, y no sale más potasio.
En realidad el potencial de membrana sobrepasa su valor de reposo (se
hace más negativo) y sólo gradualmente lo vuelve a recuperar.
Es la acumulación de iones de K+ fuera de la membrana la que hace
que la membrana esté temporalmente hiperpolarizada.
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Estos iones excesivos enseguida difunden hacia otros lugares y
el potencial de membrana vuelve a su valor normal.
Finalmente la bomba de sodio-potasio expulsa el sodio que había
entrado y recuperan el potasio que había salido
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CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL
DE ACCION
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Si conectásemos electrodos a lo largo de todo
el axón veríamos que se propaga por todo el
axón.
A medida que viaja, su tamaño permanece
constante. Esto es lo que se denomina Ley
del todo o nada. Esta ley postula que un
potencial de acción se da o no se da; una vez
se desencadene, se transmite a lo largo del
axón hasta su extremo. Además siempre
conserva el mismo tamaño, sin crecer o
disminuir.
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Todos los axones de los sistemas nerviosos de los
mamíferos son mielínicos; es decir los axones
están recubiertos por una vaina de mielina
producida por los oligodendrocitos o por las células
de Schwann.
A la separación que existe entre los segmentos de
mielina se denomina nódulos de Ranvier
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Cada
una
de
las
porciones
descubiertas del axón se denomina
nódulo de Ranvier
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La conducción a lo largo del axón se dice que es
saltatoria, ya que salta de un nódulo a otro nódulo
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El único lugar por donde un axón está en
contacto con el líquido extracelular es en los
nódulos de Ranvier. Sólo ahí puede haber
intercambio iónico.
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La conducción saltatoria tiene dos ventajas:
1.exceso
ECONÓMICO: las bombas se sodio-potasio que eliminan el
de Na+ que entra en el axón durante el potencial de
acción, gastan mucha energía.
Estas bombas, en un axón amielínico deben estar dispersas
por todas partes, sin embargo, en un axón mielínico el Na+
sólo puede entrar por los nódulos de Ranvier, por lo que la
cantidad de Na+ que entra es mucho menor.
Un axón mielínico gasta menos energía en mantener su
equilibrio de Na+
2.más
VELOCIDAD: La conducción en un axón mielínico es mucho
rápido que en un axón amielínico
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Comunicación neuronal: una visión general
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La fuerza de una contracción muscular puede
variar en un rango que va desde muy débil a
muy fuerte
Del mismo modo la fuerza de un estímulo
puede también variar desde casi inapreciable
a muy intensa
Sin embargo el potencial de acción es similar a
un pulso, no varía. Sigue la ley del todo o nada
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Entonces, si el potencial es un pulso, o sí o no,
como puede originar diversas respuestas???
Porque un único potencial de acción no es el
elemento básico de la información
Una respuesta está representada por una
frecuencia o tasa de descarga:
Por lo tanto la ley del todo o nada se
complementa con la Ley de la tasa
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Tasa de descarga : 1 Pa
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Tasa elevada de descargas
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Tasa de descarga
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La Tasa o frecuencia con la que una neurona
produce potenciales de acción, depende de los
efectos excitatorios e inhibitorios producidos
en las sinapsis (PEPs y PIPs). Denominado
también INTEGRACIÓN NERONAL
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