Sinapsis by Francisco Jaramillo

CURSO: MorfologĂa del Sistema Nervioso I UNIDAD. Tejido nervioso CARRERA DE MEDICINA SEGUNDO SEMESTRE M. en C. Francisco Jaramillo G. Agosto 2013

INDICE

Introducción

Tipos

Sinapsis eléctrica

Sinapsis química

Clasificación

Componentes

Neurotransmisores

Ciclo biológico

Eventos

Bibliografía

SINAPSIS

SINAPSIS Introducción El funcionamiento del sistema nervioso depende del flujo de información a través de elaborados circuitos consistentes en redes neuronales que se comunican por medio de puntos de contactos especializados llamados sinapsis. región donde la información pasa de una célula a otra. Por lo general una neurona típica puede tener cientos o miles de sinapsis y a su vez puede recibir información de cientos o miles de neuronas. Por lo tanto, si en el cerebro humano hay 100 mil millones de neuronas, entonces el número de sinapsis posibles es de aproximadamente de 100 billones. Esta cifra astronómica nos da una idea de lo extraordinariamente complejo que es nuestro sistema nervioso, y además de que dicha complejidad de las relaciones sinápticas entre los miles de millones de neuronas provee la base del comportamiento del ser humano. Los efectos que tienen muchos fármacos y neurotoxinas sobre el comportamiento se deben a su capacidad para desorganizar o modificar las sinapsis. La sinapsis puede definirse como la región especializada de contacto funcional a través de la cuál se efectúa la transmisión o inhibición de información entre dos neuronas o entre una neurona y el efector (célula muscular o célula glandular).

TIPOS Interneuronal Neuromuscular Neuroglandular Neurona receptor

A) MORFOLOGICO

Sinapsis interneuronal

Sinapsis neuromuscular

B) FUNCIONAL

Química Eléctrica Mixta Sinapsis neuroglandular

SINAPSIS ELÉCTRICA

Fig.1 Tipos de sinapsis desde un punto de vista morfológico.

Uniones en hendidura (nexos) que están formadas por canales apareados y alineados con precisión a la membrana de cada neurona. El propósito general de estas sinapsis es la de sincronizar la actividad eléctrica entre las poblaciones neuronales. Las dos células están electrónicamente acopladas mediante puentes iónicos. El flujo iónico de la célula presináptica, pasa a la célula postsináptica a través de los canales iónicos, por lo que no se registra retardo sináptico. Este tipo de sinapsis se encuentra preferentemente en: Bulbo olfatorio Retina N. vestibular lateral Corteza cerebelosa N. mesencefálico del V Hipotálamo SINAPSIS QUIMICA Constituyen el principal mecanismo de comunicación en el S.N. y son las de mayor importancia fisiológica y farmacológica.

Fig. 2 Sinapsis eléctrica

Permiten la comunicación por medio de la liberación de un neurotransmisor. El neurotransmisor es una sustancia producida y liberada por una célula nerviosa capaz de alterar el funcionamiento de otra célula de manera breve o durable, por medio de la ocupación de receptores específicos y por la activación de mecanismos iónicos y/o metabólicos.

Clasificación

Sinapsis simétrica. Presenta densidad en ambas membranas.

Funcional:  Exitadoras

 Inhibidoras

Estructural:

a. Respecto a las partes de la neurona que se conectan b. Respecto a la densidad de las membranas pre y postsinaptica

Bioquímica:

   

Axodendríticas Axosomáticas Axoaxónicas Etc..

Sinapsis asimétrica. Solo presenta densidad postsináptica.

 Asimétricas. Exitadoras  Simétricas. Inhibidoras

Colinérgica Noradrenérgica Dopaminérgica Etc... 14

Fig. 3 Fotografía de una sinapsis vista con el m.e de transmisión que muestra una sinapsis asimétrica y simétrica

Se han calculado que hay aproximadamente 10 sinapsis en el encéfalo humano. Puesto que aproximadamente existen 100 billones de neuronas en el S.N.C., el número posible de vías es astronómicamente elevado.

COMPONENTES A) Región presináptica BOTÓN TERMINAL a) Membrana axonal b) Citoplasma: - Citosol - Mitocondrias - Filamentos y proteínas relacionadas con la liberación del n-t. - Vesículas sinápticas. c) Membrana presináptica: - Corresponde a la zona activa de la membrana axonal. - Sitio donde se lleva acabo la unión de las vesículas sinápticas y liberación del n-t - Constituida por diversas proteínas que participan en la liberación y recaptación del n-t . - Contiene proteínas que actúan como autorreceptores que al unirse con el n-t. regulan la liberación del mismo.

B) Espacio sináptico

- Espacio de aprox. 20 nm. - Contiene líquido tisular, y una red molecular de proteoglicanos. - Sitio donde es liberado el n-t..

C) Región postsináptica

Fig. 4 Estructura de la sinapsis química

Constituida por la membrana postsináptica. - Contiene proteínas que actúan como receptores para un determinado n-t. - Presenta proteínas relacionadas con la degradación o recaptación del n-t..

El impulso nervioso debe atravesar un espacio muy pequeño (20nm), denominado hendidura sináptica que separa las estructuras pre y postsinápticas y puede propagarse en cualquier dirección por la superficie de la neurona; sin embargo la dirección que toma en condiciones fisiológicas se determina por una polarización constante que se hace en la sinapsis, donde la transmisión se efectúa del axón de una neurona a la membrana de otra neurona. Una neurona determinada recibe gran cantidad de estímulos de forma simultánea, positivos y negativos, de otras neuronas y los integra en varios patrones de impulsos diferentes. Éstos viajan a través del axón hasta la siguiente sinapsis.

La dinámica estructural y funcional para que se lleve a cabo una sinapsis entre dos neuronas esta dada por el movimiento, descarga, recaptación y resíntesis de un neurotransmisor. Procesos bioquímicos asociados a la neurotransmisión 1. Síntesis del neurotransmisor. De acuerdo a la naturaleza del neurotransmisor, éste se puede sintetizar en el soma neuronal o en las terminaciones nerviosas. Los neurotransmisores de bajo peso molecular se sintetizan en las terminaciones nerviosas gracias a enzimas que se han sintetizado en el soma y se han transportado a estas terminaciones. Los péptidos, son sitetizados en el soma, empaquetados en las vesículas que migran a través del axón mediante flujo axoplásmico por medio de los microtúbulos hacia el terminal presináptico. 2. Almacenamiento del neurotransmisor en vesículas sinápticas. Las vesículas sinápticas están constituidas por una doble capa de lípidos donde se fijan las proteínas de transporte específicas a cada neurotransmisor, gracias a lo cual, estas moléculas quedan protegidas contra la destrucción enzimática. También, juegan un papel fundamental en el proceso de liberación del neurotransmisor por exocitosis. Se han descrito dos tipos de vesículas: las pequeñas de un diámetro de alrrededor de 50 nm y las grandes que tienen entre 70 a 200 nm de diámetro. En cada vesícula contiene un sólo tipo de neurotransmisor en una cantidad determinada; en la placa motora cada vesícula almacena aprox. 7000 moléculas de acetilcolina.

Fig. Síntesis, almacén, liberación, unión al receptor, degradación y recaptura del n-t

Las vesículas se forman en el soma neuronal desde donde son transportadas hasta las terminales nerviosas. Luego de la exocitosis la membrana de la vesícula sináptica se integra con la membrana presináptica. La proteína clatrina se asocia con la membrana de la vesícula y forman unas vesículas revestidas que reciclan la membrana de la vesícula de nuevo hacia el botón sináptico. 3. Liberación del neurotransmisor por exocitosis, calciodependiente. Cuando llega un impulso nervioso a la neurona presináptica, se abren canales de calcio, entrando el ion en la neurona lo que activa mecanismos metabólicos que promueven el movimiento de las vesículas a la membrana presináptica. Cuando entra el calcio en la neurona, se activa una enzima llamada calmodulina que es una proteinquinasa, encargada de fosforilar a la sinapsina I, situada en la membrana de las vesículas y que las une a los filamentos de actina. Cuando la sinapsina I es fosforilada, las vesículas sinápticas se despegan de la actina y se movilizan hacia la membrana presinática. La fusión de la membrana vesicular con la membrana es un proceso complejo en el que intervienen varias proteínas Este conjunto de proteínas, forman el complejo SNARE que forma un poro en la membrana plasmática y permite la fusión de ambas membranas y la salida del contenido vesicular al espacio sináptico. 4. Unión del neurotransmisor a los receptores de la membrana postsináptica. El neurotransmisor liberado en la hendidura sináptica interacciona directamente con las moléculas del receptor en la membrana postsináptica. Mediante este tipo de interacción se abren un gran número de canales iónicos específicos que permiten el flujo de una corriente eléctrica, transportada por iones cargados a través de la membrana postsináptica lo que afecta al estado electroquímico de la membrana en el área inmediata al canal El receptor es una estructura proteica que a la unión del neurotransmisor desencadena una respuesta.

Tipos:  Receptores ionotrópicos: Producen una respuesta rápida al abrir o cerrar canales iónicos, capaces de producir despolarización, generando respuestas excitatorias, o hiperpolarización generando respuestas inhibitorias. En el primer caso, actúan canales de cationes monoiónicos como los de Sodio y Potasio, mientras que en el segundo caso, son los canales de Cloruro los que se activan.  Receptores metabotrópicos: Son receptores acoplados a la proteína G. Al unirse el neurotransmisor se activa la proteína G que promueven la formación de un segundo mensajero intracelular que modulan la actividad de canales iónicos. 5. Inactivación del neurotransmisor: Después de la unión del nt. Con el receptor, tiene que ser removido de este sitio, para permitir que la célula postsinática participe en otro ciclo de liberación. lo cual existen tres mecanismos. a. Inactivación enzimática. En el espacio sináptico, existen enzimas específicas que inactivan al neurotransmisor, los fragmentos que resultan del neurotransmisor se eliminan o se reciclan por endocitosis, en cuyo caso, los fragmentos se reincorporan a una nueva vesícula. b. Recaptación. Las neuronas presinápticas tienen receptores para el neurotransmisor que lo recaptan introduciéndolo y almacenándolo de nuevo en vesículas para su posterior vertido. En este mecanismo también participa la glía.

Uno de los principales procesos por los cuales finaliza la neurotransmisión es la recaptura. Existen numerosos trabajos que apoyan la hipótesis de que los neurotransmisores poseen sistemas de recaptura de alta afinidad en las terminaciones nerviosas y la glía. De hecho, se han descrito transportadores para GABA, Adrenalina, Noradrenalina, Dopamina, Serotonina y muchos Aminoácidos, a los que, precisamente por estas características se les ha conferido la propiedad de neurotransmisores como son el Glutamato, Aspartato, Glicina, Prolina y Taurina.

c. Difusión al espacio extracelular combinada con la recaptación en las terminales nerviosas o las células gliales circundantes.

Existen algunos principios generales para la identificación de dos tipo de sinapsis: excitadoras e inhibidoras. Datos electrofisiológicos, muestran la distribución de las sinapsis excitadoras a nivel de la porción superior del árbol dendrítico de las neuronas centrales y de las sinapsis inhibidoras que habitualmente están unidas a los segmentos iniciales de las dendritas o a los cuerpos celulares La sumatoria de los impulsos exitatorios e inhibitorios que llegan por todas las sinapsis que se relacionan con cada neurona ( 1000 a 200.000) determina si se produce o no la descarga del potencial de acción por el axón de esa neurona, la membrana se despolariza y se produce liberación de neurotransmisores ++ secundaria a la entrada de Ca . Una vez liberados a la hendidura sináptica, interaccionan a nivel postsináptico con receptores específicos que generan una señal celular.

Neurotransmisores Son sustancias químicas producidas y liberadas por la neurona presináptica capaces de inhibir o exitar a la célula postsináptica. Por lo tanto se encargan de la transmisión de las señales desde una neurona hasta la siguiente a través de las sinapsis. También se liberan en la

terminal axónica de las neuronas motoras y células glandulares donde estimulan la contracción y secreción respectivamente. En el sistema nervioso existen probablemente cientos de neurotransmisores distintos. Cada uno de naturaleza química muy distinta, con funciones muy concretas y determinadas. Los primeros conocidos fueron la acetilcolina y la adrenalina. La acetilcolina fue el primer neurotransmisor en ser aislado por el médico ingles Henry Dale en 1919, aunque el mecanismo de producción y acción de la acetilcolina se debe al biólogo alemán Otto Loewi, quien, junto con H. Dale obtuvieron el premio Nobel de Medicina en 1936 por su trabajo sobre la teoría química de la transmisión sináptica. Existen diversos tipos de neurotransmisores y que de acuerdo a la naturaleza química que los constituyen se clasifican en:

CLASIFICACIÓN

La mayor parte de los neurotransmisores se forman directamente en las terminaciones nerviosas por enzimas que se sintetizan en el cuerpo neuronal y son transportadas a las terminaciones Las neuronas se comunican entre sí por medio un lenguaje químico nerviosas. Los neuropéptidos se sintetizan llamado neurotransmisión; que se lleva a cabo en una estructura anatómica bien definida, la sinapsis. Las piezas esenciales de esa en el cuerpo neuronal y son transportados a comunicación son los neurotransmisores y se caracterizan por hallarse la terminal axónica y son responsables de presentes en el sistema nervioso central, poseer sus propios mecanismos dirigir las respuestas sensoriales y de síntesis, almacenamiento, degradación, recaptura e inactivación, y emocionales incluyendo el hambre, la sed, la receptores específicos susceptibles de ser bloqueados por fármacos. Los libido, el placer y el dolor. neurotransmisores son sintetizados mediante enzimas y luego Existen muchas sustancias que modifican la almacenados en las vesículas sinápticas. Tras la llegada del impulso acción de estos neurotransmisores. Pueden nervioso, la membrana se despolariza y se produce liberación de impedir que el neurotransmisor ejerza su neurotransmisores secundaria a la entrada de Ca++. Una vez liberados a efecto, uniéndose al receptor la hendidura sináptica, interaccionan con receptores membranales correspondiente e inactivándolo, o bien específicos que estimulan o inhiben a la célula postsináptica. pueden incrementar su efecto, por ejemplo impidiendo que sea destruido o retirado del receptor. Por lo tanto, estas sustancias modifican el funcionamiento del sistema nervioso de muchas maneras distintas. Los aminoácidos están entre los neurotransmisores mas abundantes en el Sistema Nervioso Central, y la mayoría de las neuronas utilizan ácido g-amino butírico (GABA) y glutamato como neurotransmisores. El GABA y glutamato regulan la excitabilidad de muchas neuronas en el cerebro ( el GABA es inhibidor y el Glutamato es excitador), por lo tanto participan en múltiples procesos fisiológicos así como en eventos fisiopatológicos..

Los fármacos que incrementan los efectos inhibitorios del GABA disminuyen los procesos excitatorios regulados por Glutamato. Usualmente se percibe al sistema nervioso central como un conjunto de células excitadas.

EVENTOS

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Los efectos que tienen muchos fármacos y neurotoxinas sobre el comportamiento se deben a su capacidad para desorganizar o modificar las sinapsis.

Fig. 6 Imagen que muestra el ciclo biológico del neurotransmisor.

Sinapsis neuromuscular La señal que provoca la contracción de un músculo se origina en el sistema nervioso central y se transmite por las motoneuronas hasta alcanzar las fibras del músculo esquelético. El potencial de acción despolariza la terminal axónica de la motoneurona para estimular, mediante la elevación de la concentración de Ca2+, la liberación de acetilcolina hacia la hendidura sináptica. La acetilcolina se libera desde el interior celular mediante exocitosis regulada por el Ca2+, un proceso de varios pasos en el que participan varias proteínas denominadas colectivamente SNAREs (por soluble N-ethylmaleimide–sensitive factor attachment protein receptors). Al alcanzar la membrana postsináptica, la acetilcolina se une a los receptores colinérgicos nicotínicos de la membrana muscular . Esta unión produce la apertura del canal iónico de membrana que forma parte de dichos receptores, lo que permite la entrada de iones de sodio (Na+) hacia el interior de la fibra muscular y la salida de iones de potasio (K+) de la misma. Este flujo de iones produce una reducción (despolarización) inicial del potencial de membrana de la fibra muscular llamado potencial de placa motora. Cuando el potencial de placa motora alcanza un cierto umbral, se genera un potencial de acción en el músculo, que causa la contracción del mismo.

BIBLIOGRAFÍA 1.- Bloom Fawcett. “Tratado de Histología” Décimo segunda Edición. 1995 Editorial Interamericana McGraw – Hill Impreso en España 2.- Junqueira & Carneiro. “Histología Básica”. Texto y Atlas Quinta Edición 2000 Editorial Masson Impreso en Barcelona España 3.- Leslie P. Gartner – James L. Hiatt. “Histología”. Texto y Atlas Primera Edición 1997 Editorial McGraw – Hill Interamericana Impreso en México 4.- Ross / Romrell. “Histología”. Texto y Atlas color Segunda Edición 1989 Editorial Medica Panamericana Impreso en México D.F. 5.- URL. http://www.mind.ilstu.edu/flash/synapse_1.swf CREDITOS DE LOS GRAFICOS Figura 1. Martini , Timmons, Tallistsch. “ Human Anatomy” 14ª. Edición 2003 Editorial Pearson Impreso en U.S.A. Modificado de Fig. 13.9 Cap. 13 Pág. 342 Figura 2. Dale Purves, George J. Agustine “Neuroscience” Segunda Edición Editorial Sinauer Impreso en U.S.A Modificado de Fig. 5.2 Cap. 5 pag. 101 Figura 3. Dale Purves, George J. Agustine “Neuroscience” Segunda Edición Editorial Sinauer Impreso en U.S.A Modificado de Fig. 5.1 Cap. 5 pag. 100 Figura 4. “Enciclopedia del cuerpo humano” Primera Edición 2002 Editorial Espasa Impreso en España Modificado de Fig. La neurona Cap. Control y sensación. pag. 78-79 Figura 5. Dale Purves, George J. Agustine “Neuroscience” Segunda Edición Editorial Sinauer Impreso en U.S.A Modificado de Fig. 6.8 Cap. 6 pag. 128 Figura 6. Dale Purves, George J. Agustine “Neuroscience” Segunda Edición Editorial Sinauer Impreso en U.S.A Modificado de Fig. 5.3 Cap. 5 pag. 102