FISIOLOGÍA HUMANA BLOQUE 2. FISIOLOGÍA GENERAL. Tema 4. Sinapsis. Dra. Bárbara Bonacasa Fernández, Ph.D.

Transcripción

1 Facultad de Medicina Departamento de Fisiología FISIOLOGÍA HUMANA BLOQUE 2. FISIOLOGÍA GENERAL Tema 4. Sinapsis. Dra. Bárbara Bonacasa Fernández, Ph.D. Telf.: Facultad de Medicina. Despacho B Campus de Espinardo.

2 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

3 Entrada Algo cambia! Vídeo:

4 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

5 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.

6 SINAPSIS ELÉCTRICA 1. COMUNICACIÓN

7 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:

8 SINAPSIS QUÍMICA: Generalidades

9 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: mitocondria AXÓN DE LA NEURONA PRESINÁPTICA Separa los elementos pre- y postsinápticos: μm. Vesículas sinápticas 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. TERMINACIÓN AXÓNICA HENDIDURA SINÁPTICA receptores neurotransmisor NEURONA POSTSINÁPTICA MEMBRANA POSTSINÁPTICA

10 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.

11 SINAPSIS QUÍMICA: Transporte axonal rápido Péptidos sintetizados y almacenados VESÍCULA SINÁPTICA RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO APARATO DE GOLGI Transporte axonal anterógrado rápido a través de la red de microtúbulos Las vesículas vierten su contenido por exocitosis SOMA LISOSOMA Transporte axonal retrógrado rápido Reciclado de vesículas Los componentes de desecho son digeridos en los lisosomas Vídeos:

12 SINAPSIS QUÍMICA: Papel del Calcio. Terminación axónica Vesícula sináptica Potencial de acción Un potencial de acción despolariza la terminación axónica La despolarización abre canales de Ca +2 Voltaje-dependientes y el ión entra. La entrada de Ca +2 dispara la exocitosis de las vesículas sinápticas. Ca 2+ El NT difunde a través de la hendidura y se une a receptores en la membrana postsináptica. La unión del NT inicia una respuesta en la célula postsináptica. Canal de Calcio regulado por voltaje Ca 2+ Célula postsináptica Proteína de anclaje Respuesta celular Receptor

13 SINAPSIS QUÍMICA: Conexiones sinápticas Axodendrítica Axosomática Axoaxónica

14 SINAPSIS QUÍMICA: Conexiones sinápticas Una célula postsináptica puede recibir diversas señales presinápticas.

15 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.

16 Tratado de Fisiología Médica. Arthur C. Guyton y John E. Hall. Ed. Elsevier. 12ª Ed. SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. ACCIÓN LENTA ACCIÓN RÁPIDA

17 SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. E-Book:

18 SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. Acetilcolina 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 AcetilCoA Ch A Ch CoA A Ch TERMINACIÓN AXÓNICA Vesícula sináptica Ch: colina A: acetato Ch A A Ch Receptor colinérgico Acetilcolinesterasa (AChE) CÉLULA POSTSINÁPTICA Vídeo:

19 SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina

20 SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. Noradrenalina Axón Tirosina Potencial de acción Canal de Ca 2+ regulado por voltaje VARICOSIDAD AXÓNICA MAO NA Exocitosis Transporte activo El potencial de acción llega a la varicosidad. La despolarización abre los canales de Ca 2+ regulados por voltaje. La entrada de Ca 2+ desencadena la exocitosis de las vesículas sinápticas. La NA se une al receptor adrenérgico de la célula diana. Vaso G NA Respuesta La activación del receptor finaliza cuando la NA difunde hacia afuera del espacio sináptico. La NA es transportada de nuevo hacia dentro del axón. NA: Noradrenalina CÉLULA DIANA La NA puede ser recaptada por las vesículas sinápticas para ser liberad de nuevo. La monoaminooxidasa (MAO) es la enzima que metaboliza la NA

21 SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. Serotonina y Melatonina.

22 SINAPSIS QUÍMICA: Clasificación de los neurotransmisores. Ácido gamma-butírico.

23 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 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 CA 2+. La apertura de estos canales precisa la unión de Glu para la apertura y un cambio en el potencial de membrana para liberar el Mg 2+ que lo bloquea.

24 2. RESPUESTAS EN LA CÉLULA POSTSINÁPTICA Terminal axónica presináptica Potencial sináptico rápido y de acción corta Neurotransmisor Potencial sináptico lentos y de acciones prolongadas Canal iónico regulado por compuerta química Receptor asociado a la proteína G G R Vía inactiva Célula postsináptica Los canales iónicos se abren Modifica el estado abierto de los canales iónicos Los canales iónicos se cierran Vía de segundos mensajeros activada Modifican las proteínas existentes o regula la síntesis de nuevas proteínas Más Na + dentro Más K + fuera y Cl - dentro Menos Na + dentro Menos K + fuera PPSE= despolarización excitatoria PPSI= hiperpolarización inhibitoria PPSE= despolarización excitatoria Respuesta intracelular coordinada

25 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.

26 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:

27 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 Neurona inhibitoria Terminación axónica presináptica No se libera neurotransmisor CÉLULA DIANA Sin respuesta Neurona excitatoria Potencial de acción Neurotransmisor Respuesta 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

28 3. INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA INHIBICIÓN POSTSINÁPTICA La neurona inhibitoria modula la señal Todos los puntos diana serán inhibidos por igual Sin respuesta Neurona excitatoria Sin respuesta 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

29 3. INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA INHIBICIÓN POSTSINÁPTICA

30 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.

31 3. INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA SUMACIÓN

32 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

33 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.

34 3. INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA POTENCIACIÓN A LARGO PLAZO: Ej. Glutamato Glutamato Axón presináptico Se libera el glutamato Receptor AMPA Na + Ca 2+ Mg 2+ La entrada de Na + despolariza la célula postsináptica La despolarización expulsa el Mg 2+ y abre el canal El Ca 2+ 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

35 3. INTEGRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN NERVIOSA POTENCIACIÓN Y DEPRESIÓN A LARGO PLAZO: Ej. Glutamato