Sinapsis I

¿Qué es una sinapsis?

• Contacto funcional entre dos neuronas o bien entre una neurona yalgún órgano efector (músculo o glándula)

• NEURONA – NEURONA dentro del SN

• NEURONA – Cel. EFECTORA en la PERIFERIA

ClasificaciónMecanismo de Transferencia

Efecto en la membrana postsináptica

Morfología

Eléctrico Excitatorio Axodendrítica

Químico Inhibitorio Axosomática

Mixto Axoaxónica

Dendrodendrítica

Somatosomática

Comparación

Tipo Distancia entre la membrana pre y postsináptica

Continuidad encitoplasma pre y post sináptico

Componentes Agente transmisor

Demora sináptica

Dirección de la transmisión

Eléctrica(Simétrica)

3,5 nm Si Canales intercelulares(Conexinas)

Corriente iónica

Practica-mente ausente

Bidireccional

Química(Asimétrica)

20-40 nm No Vesículas y zonas activas presinápticas y receptores postsinápticos.

Transmisorquímico

1-5 ms Unidireccional.

Sinapsis eléctrica

• Las membranas de las 2 células están muy próximas entre sí

• Están conectadas por un tipo especial de unión intercelular llamado Unión en hendidura (Unión Gap)

• Los canales tienen 2 conformaciones: abiertos o cerrados

• Cada canal está formado por 2 hemicanales, uno inserto en la membrana presináptica y otro en la postsináptica.

• Existen una proteínas con forma de canal llamadas conexinas (permiten el flujo de iones entre ambas neuronas)

• Son habituales en neuronas del SNC, músculo cardíaco, liso

Unión GAP

• Permite que ocurran descargas sincrónicas

• Pueden transmitir segundos mensajeros (IP3, AMPc) o péptidos

• Cierre de canales por disminución del pH o elevación de calcio

• Pasaje pasivo de corriente

• Transmisión rápida, tiempo de latencia prácticamente inexistente.

• Transmisión de corrientes subumbrales como supraumbrales, hiperpolarizantes o despolarizantes.

• Bidireccionales. Ambas células pueden actuar como pre o postsináptica, esto dependerá del sentido de la corriente.

• La respuesta postsináptica es proporcional a la presináptica.

• Cuanto más grande sea la neurona más canales va a tener y por ende ejercerá menor resistencia al pasaje de corriente

• Existe un filtrado de la información.

SINAPSIS QUÍMICA

• Las células están más separadas, dejando un espacio entre ellas (espacio sináptico)

• La transmisión del IN ocurre mediante la liberación de moléculas llamadas neurotransmisores al espacio sináptico

• Lo único que genera la liberación del neurotransmisor es la llegada de un PA.

• La terminal presináptica contiene vesículas sinápticas donde se encuentra el neurotransmisor.

• Las vesículas se fusionan con la terminal presináptica liberando el neurotransmisor hacia la hendidura sináptica.

• La transmisión de la información se da mediante una sucesión de fenómenos complejos entre los que la neurosecreción juega un papel central.

• La terminal postsináptica tiene receptores para los neurotransmisores liberados.

• Ambas terminales pre y postsinápticas están especializadas en la tarea que les toca, la terminal presináptica libera el neurotransmisor y la postsináptica lo reconoce y genera una respuesta postsináptica.

Etapas de la transmisión sináptica química

1. Síntesis y almacenamiento del NT

2. Liberación del NT

3. Interacción del NT con un receptor en la membrana postsináptica

4. Eliminación del NT de la hendidura sináptica

Neurotransmisores• Sustancia liberada por una neurona en la sinapsis, que afecta de

forma específica a una célula postsináptica.

• La unión neurotransmisor modifica transitoriamente el potencial de membrana de la célula postsináptica

Criterios para definir un neurotransmisor

• Sintetizada por la célula

• Liberación Ca++ dependiente

• Presencia de receptores específicos

Tipos

Pequeñas moléculas

Purinas

ATP

Aminoácidos

GlutamatoGABAGlicina

AcetilcolinaAminas

Biógenas

Histamina Monoaminas

Serotonina Catecolaminas

CatecolaminasDopamina Noradrenalina

Adrenalina

Neuropéptidos (Hormonas Hipofisiarias), Opioides, etc

Clasificación:Tipo de sustancia Ejemplos

Pequeñas moléculas neurotransmisoras (NT Cásicos)

Ester Acetilcolina

Aminoácidos Glicina

GABA

Glutamato

Aspartato

Aminas Biógenas

Catecolaminas Epinefrina (Adrenalina)

Noreprinefrina (Noradrenalina)

Dopamina

Indolaminas Serotonina

Histamina

Neuropéptidos Endorfinas, Sustancia P, Colecistoquinina, Encefalinas.

Otros ATP, NO, CO

Neurotransmisores Clásicos vs Neuropéptidos. Nt. Clásicos Neuropéptidos

Síntesis Terminal Presináptica Soma Neural

Vesícula Vesículas pequeñas ytransparentes

Vesículas grandesy electrodensas

Lugar de Exocitosis Zona Activa No Zona Activa

Exocitosis Bajas y altas frecuencias Altas frecuencias

Eliminación Degradación o recaptación Difusión

Acción Más rápida Más lenta

Recaptación de vesículas Si No

Síntesis y Almacenamiento

Papel del Ca2+

• Cuando llega el PA la terminal presináptica esto ocasiona la apertura de los canales de Ca2+ voltaje dependientes determinando así una corriente entrante de Ca2+ hacia la célula, que llevará a la liberación de los neurotransmisores hacia la hendidura sináptica.

• Ca2+ y neurotransmisor directamente proporcional

• Cuando se inyectan quelantes que secuestran el Ca2+ no se genera la respuesta postsináptica que si se genera en la situación control

Liberación por exocitosis e integración de la vesícula a la membrana neuronal

• Complejo SNARE:• Sinaptobrevina

• Sintaxina

• SNAP-25

• El complejo de proteínas SNARE se encarga de anclar la vesícula a la membrana presináptica. Cuando el Ca2+ ingresa a la célula activa la Sinaptotagmina que provoca la fusión de la vesícula con a membrana sináptica.

Respuesta postsináptica

• La acción de un neurotransmisor en la terminal postsináptica no depende de las propiedades químicas del mismo, sino de las propiedades de los receptores que reconocen y unen el neurotransmisor

Secuencia de transmisión

1. Potencial de acción presináptico

2. Ingreso de Ca++ al terminal.

3. Liberación de Nt

4. Movilización de vesículas del “pool” de reserva.

5. Nt. En el espacio sináptico.

6. Unión del Nt al receptor específico.

7. Apertura o cierre de canales postsinápticos.

8. Despolarización o hiperpolarización de célula postsináptica.

Tipos de Receptor

Receptores ionotrópicos

• El mismo receptor es un canal, de tipo iónico, es ligando dependiente

• Acción directa del NT

• NT provoca apertura del canal iónico a través de cambios conformacionales

• Median respuestas rápidas (mseg)

• Acetilcolina (nicotínicos), Glutamato, Glicina, Gaba A y C.

Sinapsis Neuromuscular

Receptores Nicotínicos: Sinapsis Neuromuscular

Se da entre la Acetilcolina y sus receptores Nicotínicos. Placa Terminal: región del músculo inervada por el axón. Los receptores Nicotínicos se pueden bloquear con la α-Bungarotoxina, α-Neurotixina y el curare.

Diferencias entre canales de Ach y Voltaje

ACh Voltaje

Un canal indistinto (Na+ y K+) Canales de Na+ y K+

Respuesta limitada, ya que la entrada de Na+ no provoca la apertura de más canales de ACh

Flujo de Na+ regenerativo (Todo o nada)

Canales de nicotínicos bloqueados por a-bungarotoxina

Canales de Na+ bloqueados por Tetradotoxina

• El axón de una neurona motorainerva el músculo en una regiónespecializada denominadaPLACA TERMINAL

• La cantidad de neurotransmisor liberado por un potencial de acciónpresináptico es suficiente para llevar a la activación de la fibra muscular (contracción)

• Alto factor de seguridad: sinapsis 1 a 1

Cada receptor Nicotínico necesita 2 moléculas de Acetilcolina para abrirse.

Una vez abierto el receptor, permite la salida de K+ hacia el medio extracelular y la entrada de Na+ hacia el medio intracelular. Como la entrada de Na+ supera a la salida de K+, la apertura de dichos canales genera una corriente neta entrante de cargas positivas a la célula.

Potencial de Reversión

• En neuronas postsinápticas, el potencial de reversión es el potencial de membrana al cual un determinado neurotransmisor causa una corriente neta de iones=0 a través del canal iónico

• La fuerza de arrastre para determinado ion es mayor cuanto más lejos se encuentra el PM de su potencial de equilibrio.

• A potenciales de membrana más negativos que el potencial de reversión la corriente es de entrada (despolarización), mientras que a valores más positivos la corriente es de salida (hiperpolarización)

La Colina Acetiltransferasa sisntetizaAcetilcolina a partir de Colina y Acetil-CoA.

La Acetilcolina es amacenada en vesículas.

En la hendidura sináptica la Acetilcolina es degradada en Colina y Acetil-CoA por la Acetilcolinesterasa y la Colina es recaptadapor la célula Presináptica.

Ciclo de la ACh

• La apertura de los canales Nicotínicos por medio de la Acetilcolina, determina un flujo neto de cargas positivas hacia adentro de la fibra muscular, esto genera un Potencial Postsináptico Excitatorio (PEPS) que recibe el nombre de potencial de placa motora o potencial de la placa terminal.

• Dicho potencial abre los Canales de Na+ voltaje dependientes generando un PA.

•Este PA se denomina Potencial de placa motora

Miastenia Gravis

• Enfermedad auto-inmune

• Se producen anticuerpos contra el receptor nicotínico en el músculo(reducen números de receptores funcionales o impiden interacción de ACh con los receptores)

• Caracterizada por debilidad muscular

• Puede causar paro cardiorespiratorio en casos extremos

• Tratamiento: inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa (neostigmina)

Glutamato

Glutaminasa transforma la Glutamina en Glutamato a nivel de la terminal presináptica.

El Glutamato es transportado hacia la vesícula.

La remoción del Glutamato de la hendidura sináptica se puede dar por 2 vías: recaptación de célula presináptica o recaptación por glia.

La célula glial luego transforma el Gutamato en Glutamina y libera la misma al espacio extracelular desde donde es recaptada por la célula presináptica.

Receptores ionotrópicos: receptores deglutamato

• Transmisión sináptica excitatoria en el SNC y a nivel medular (intervienen en la nocicepción junto con la sustancia P)

• 2 subtipos de receptores excitadores• NMDA (N-methyl-D-aspartate)• No NMDA (AMPA: α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-

propionic acid) y Kainato)

• Bloqueadores

• APV: bloquea los receptores NMDA

• CNQX: bloquea AMPA y kainato

Propiedades NMDA• Unen Mg2+ extracelular

• Hiperpolarización: Mg2+ bloquea el poro del canal.• Despolarización: quita el Mg2+ del poro y permite el pasaje corriente

• La apertura ocurre en presencia de Glicina

• Permite la entrada de abundantes iones NA+ y

Ca+

• Apertura y Cierre lentos

• Los receptores NMDA puedenmodificar la respuesta sináptica deforma prolongada: importantes enprocesos de aprendizaje y memoria

Potencial Postsináptico Excitatorio

• El componente precoz del PPSE está dado por los receptores no NMDA mientras que el tardío por los NDMA.

•Cuando el Glutamato se une a los receptores no NMDA esto genera una corriente despolarizante el la membrana postsináptica que permite la liberación del Mg+ del receptor NMDA y es ahí cuando se abren los mismos.

• Esta secuencia de sucesos es lo que determina la característica temporal que ambos receptores (NMDA y no NMDA) aportan al PPSE.

Toxicidad por Glutamato

• Capacidad del glutamato y compuestos relacionados de destruir neuronas luego de una transmisión sináptica excitadora prolongada

• Mediada también por la acción del Ca+

• Crisis epilépticas

• Neurodegeneración

• Cambios en el comportamiento

GABA

Se sintetiza a partir de Glutamato por medio de una enzima llamada Ácido Glutámico Descarboxilasa.

Desde la hendidura sináptica el GABA puede ser recaptado por la célula presináptica o internalizado por células de la glia.

Una vez internalizado puede ser transformado en Succinato o volver a empaquetarse en vesículas sinápticas.

Receptores ionotrópicos: receptores GABA a y GABA c

• GABA, NT inhibitorio del SNC

• Actúan sobre interneuronas inhibitorias

• Estos receptores pueden ser modulados

por varios fármacos

Acción en potencial postsináptico de sinapsis Gabaérgica

Receptores metabotrópicos

• Acción indirecta. Apertura o cierre de canales. Varios tipos de canales

• Su activación estimula la producción de segundos mensajeros (AMPc, GMPc, etc) y proteínas quinasas

• Participan en respuestas más lentas y duraderas (de seg a min) (Aprendizaje)

• Acetilcolina (muscarínicos), Serotonina, Norepinefrina.

Receptores Metabotrópicos

• Las funciones receptora y efectora son llevadas a cabo por moléculas diferentes.

- Receptores acoplados a proteína G

- Receptores de Tirosin Cinasa

Receptores acoplados a Proteína G

• Actúan mediante segundos mensajeros que pueden abrir o cerrar canales iónicos.• Los segundos mensajeros pueden actuar entre sí modulando la respuesta.• Pueden alterar la sinapsis a largo plazo.

Amplificación de la señal

INTEGRACIÓN NEURONAL:

• Proceso por el que el impulso nervioso suma las diferencias de las influencias excitadoras e inhibidoras que convergen sobre ella y sintetiza una nueva señal de salida. El impulso nervioso no puede asimilar por separado todas las necesidades de cada neurona

• Una neurona central recibe aferencias de cientos de neuronas, ocurre la sumación de estímulos

• Estas aferencias pueden ser tanto excitadoras como inhibidoras

Tipos de circuitos neuronales

•Convergentes

•Divergentes

•Reverberantes

Señales excitadoras e inhibidoras en el SNC

Sinapsis Excitadoras e Inhibidoras

En SNC las sinapsis se pueden clasificar en Gray tipo I o Gray tipo II.

Gray tipo I:

•Vesículas redondeadas •Gran zona activa• Membrana Basal más grande• Hendidura sináptica más ancha.• Excitatoria

Gray Tipo II:

• Vesículas ovaladas o planas• Pequeña zona activa• Escasa Membrana Basal• Hendidura sináptica más angosta.• Inhibitoria

La inhibición puede modelar el patrón de disparoespontáneo de una neurona

Circuito del reflejo de extensión rotuliano

• INTERNEURONAS:

Son unas neuronas que no son ni puramente sensoriales ni motoras. Se intercalan en las vías motoras o sensoriales.

Son neuronas de asociación, sirven para la integración y para el procesamiento de la información.

Son muy pequeñas, con un axón corto, son muy excitables y poseen muchos circuitos convergentes y divergentes, es decir, que reciben mucha información.

Sumación de potenciales sinápticos

•Cada neurona en el SNC forma miles de sinapsis:

• Los potenciales sinápticos de cada sinapsis activa pueden sumarse –en tiempo y espacio para determinar el comportamiento de la neurona postsináptica

Consecuencia de los fenómenos de sumación

1. Tres neuronas excitatorias

descargan. Sus potenciales

subliminales separados están por

debajo del umbral de descarga.

2. Los potenciales subliminales llegan a

la zona de descarga y se suman

creando una señal supraumbral.

3. Se genera un potencial de acción.

INTEGRACION: no se manda información de más ni de menos

Consecuencia de los fenómenos de sumación

1. Dos potenciales excitatorios están

disminuidos porque se suman con un

potencial inhibitorio

2. La suma de los potenciales está por

debajo del potencial umbral, por lo que no

se genera un potencial de acción

Sumación temporal• Potenciales sinápticos consecutivos provenientes de una misma

neurona se suman en la célula postsináptica

Constante de tiempo: Neuronas con una constante temporal larga tienen mayor capacidad para la sumación temporal. Mayor probabilidad de generación de un potencial de acción postsináptico.

Sumación espacial• Potenciales sinápticos provenientes de diferentes neuronas se

suman en la célula postsináptica

• Constante de espacio: En neuronas con una constante de longitud grande las señales se propagan a la zona de disparo con un mínimo de pérdida. Mayor probabilidad de generación de un potencial de acción postsináptico

Localización de las sinapsis y eficienciasináptica

• Cercanía a la zona de disparo influye en la eficiencia sináptica

• La habilidad de una terminal presináptica a iniciar o modificar una respuesta postsináptica

Eficiencia sináptica

• Influenciada por factores tanto intrínsecos como extrínsecos

• Características electrotónicas de las dendritas y el soma

• Propiedades, expresión y distribución espacial de los canales sensibles a voltaje

• Actividad de la propia neurona

• Activación de otras sinapsis

• Características del árbol dendrítico

Modificación de la Eficacia Sináptica

Inhibición o Facilitación presináptica

Neuromodulación- Neuropéptidos

•Pueden regular la respuesta sináptica alterando le eficacia sináptica.• Generan respuestas más prolongadas ya que sus receptores son Metabotrópicos.• Modifican la concentración de segundos mensajeros.•Actúan a bajas concentraciones• Sus receptores pueden ser Pre y Postsinápticos.• Deprimen o facilitan la capacidad de despolarización.

Plasticidad sináptica

• Capacidad de modificar la eficiencia sináptica por períodos cortos o largos (de ms a meses)

• Aprendizaje de nuevas tareas

• Generación de recuerdos

• Responder a lesiones

• Desarrollo

Plasticidad Sináptica

Capacidad de modificar la eficiencia sináptica por períodos cortos o largos de tiempo.

Plasticidad a corto plazo: Facilitación y depresión sináptica

• Aumento o disminución transitoria de la eficacia sináptica debido a la estimulación repetida.• Facilitación: Potenciación de la función sináptica (↑ Eficacia sináptica). Elevación prolongada de los niveles de Ca2+ en terminal presináptica.• Depresión: Debilitamiento de la función sináptica (↓ Eficacia sináptica). Reducción del n° de vesículas en la terminal, por ejemplo luego de una facilitación.

Plasticidad sináptica a largo plazo en elhipocampo

• Responsable de cambios de comportamiento mas permanentes

• Persiste por semanas, meses o años

• Base celular de procesos de aprendizaje y memoria

• 2 formas: Potenciación y depresión a largo plazo

• Diferentes mecanismos participan en estas formas de plasticidad

• Producidas por diferentes historias de actividad

Potenciación a largo plazo: inducción

• Inducción: depende de los receptores NMDA

Potenciación a largo plazo: mantenimiento

• Mantenimiento: depende de los receptores AMPA

Depresión a largo plazo: mecanismo