15.8B: Sinapsis

Por lo general, se considera que la coordinación de las actividades celulares en los animales involucra al sistema endocrino (donde la respuesta es a las hormonas: sustancias químicas secretadas a la sangre por las glándulas endocrinas y transportadas por la sangre a la célula que responde) y un sistema nervioso (respuesta a los impulsos eléctricos que pasan del sistema nervioso central a músculos y glándulas). Sin embargo, de hecho, la coordinación por parte del sistema nervioso también es química. La mayoría de las neuronas logran su efecto liberando sustancias químicas, los neurotransmisores, sobre una célula receptora: otra neurona (una neurona “postsináptica”), una célula muscular y una célula glandular. Entonces, la verdadera distinción entre coordinación nerviosa y endocrina es que la coordinación nerviosa es más rápida y localizada. Los neurotransmisores son sustancias químicas que actúan de manera paracrina.

La unión entre los terminales axónicos de una neurona y la célula receptora se denomina sinapsis. Las sinapsis en las fibras musculares también se llaman uniones neuromusculares o uniones mioneurales.

Figura 15.8.2.1: Sinapsis La neurona, transmisión sináptica y neurotransmisores. En R. M. Julien, A primer of drug action: A comprehensive guide to the actions, uses, and colateral effects of psychoactive drugs (pp. 60-88). Nueva York, NY, EUA: Worth Publishers. (CC-BY-SA-3.0; Nrets).

• Los potenciales de acción viajan por el axón de la neurona hasta su extremo (s), el extremo (s) del axón.
• Cada terminal del axón está hinchado formando una perilla sináptica.
• El botón sináptico está lleno de vesículas encerradas en la membrana que contienen un neurotransmisor.
• La llegada de un potencial de acción a la perilla sináptica abre canales de Ca ²⁺ en la membrana plasmática.
• La afluencia de Ca ²⁺ desencadena la exocitosis de algunas de las vesículas.
• Su neurotransmisor se libera en la hendidura sináptica.
• Las moléculas neurotransmisoras se unen a receptores en la membrana postsináptica.
• Estos receptores son canales iónicos regulados por ligando.

Sinapsis excitatoria

El neurotransmisor en las sinapsis excitadoras despolariza la membrana postsináptica (de una neurona en este diagrama). Ejemplo: acetilcolina (ACh)

• La unión de acetilcolina a sus receptores en la célula postsináptica abre canales de sodio regulados por ligando.
• Estos permiten una afluencia de iones Na ⁺, reduciendo el potencial de membrana.
• Este potencial reducido de membrana se denomina potencial postsináptico excitatorio o EPSP.
• Si la despolarización de la membrana postsináptica alcanza el umbral, se genera un potencial de acción en la célula postsináptica.

Sinapsis inhibitorias

El neurotransmisor en las sinapsis inhibitorias hiperpolariza la membrana postsináptica. Ejemplo: ácido gamma aminobutírico (GABA) en ciertas sinapsis del cerebro.

El receptor _GABA A es un canal de cloruro regulado por ligando. La unión de GABA a los receptores aumenta la afluencia de iones cloruro (Cl ⁻) en la célula postsináptica elevando su potencial de membrana e inhibiéndola así. (El neurotransmisor glicina actúa de la misma manera en las sinapsis en la médula espinal y la base del cerebro). Esta es una respuesta rápida, tomando solo alrededor de 1 milisegundo. La unión de GABA a receptores GABA _B activa una proteína G interna y un “segundo mensajero” que conduce a la apertura de canales cercanos de potasio (K ⁺). Como cabría esperar, esta es una respuesta más lenta, tardando hasta 1 segundo.

En ambos casos, la difusión facilitada resultante de iones (cloruro IN; potasio OUT) aumenta el potencial de membrana (hasta −80 mv). Este aumento del potencial de membrana se denomina potencial postsináptico inhibitorio (IPSP) porque contrarresta cualquier señal excitatoria que pueda llegar a esa neurona. Una neurona hiperpolarizada parece tener un umbral aumentado. En realidad, el voltaje umbral (alrededor de −50 mv) no ha cambiado. Simplemente se trata de si la despolarización producida por las sinapsis excitatorias en la célula menos el efecto hiperpolarizante de las sinapsis inhibitorias puede alcanzar este valor o no.

Neurotransmisores

Acetilcolina (ACh)

Ampliamente utilizado en sinapsis en el sistema nervioso periférico. Lanzado en las terminales de

• todas las neuronas motoras activando el músculo esquelético.
• todas las neuronas preganglionares del sistema nervioso autónomo.
• las neuronas postganglionares de la rama parasimpática del sistema nervioso autónomo.

También media la transmisión en algunas sinapsis en el cerebro. Estas incluyen sinapsis involucradas en la adquisición de memoria a corto plazo. Los fármacos que potencian los niveles de ACh -inhibidores de la acetilcolinesterasa- se utilizan ahora en pacientes de edad avanzada con insuficiencia de memoria (por ejemplo, pacientes con Alzheimer).

Receptores nicotínicos vs. muscarínicos de acetilcolina

ACh actúa sobre dos tipos diferentes de receptores:

• Los receptores nicotínicos son
  • encontrado en la unión neuromuscular de los músculos esqueléticos (solo)
  • en las neuronas postganglionares del sistema nervioso parasimpático
  • en muchas neuronas del cerebro (por ejemplo, neuronas en el hipotálamo cuya activación por nicotina suprime el apetito)
  • La nicotina es un agonista (de ahí el nombre)
  • Curare es un antagonista (de ahí su capacidad para paralizar los músculos esqueléticos)
• Los receptores muscarínicos son
  • Se encuentra en las uniones neuromusculares del músculo cardíaco y liso, así como en las glándulas y en las neuronas postganglionares del sistema nervioso simpático.
  • La muscarina (una toxina producida por ciertos hongos) es un agonista.
  • La atropina es un antagonista (de ahí su uso en la intoxicación por acetilcolinesterasa).

Aminoácidos

• Ácido glutámico (Glu); utilizado en sinapsis excitadoras en el sistema nervioso central (SNC). Esencial para la potenciación a largo plazo (LTP), una forma de memoria.
  Al igual que GABA, Glu actúa sobre dos tipos de sinapsis del SNC:
  • FAST (~1 mseg) con Glu abriendo canales Na ⁺ con cierre de ligando;
  • LENTO (~1 seg) con unión de Glu a receptores acoplados a proteína G que activan una cascada de “segundos mensajeros” de cambios bioquímicos que abren canales permitiendo que Na ⁺ entre en la célula.
• Ácido gamma aminobutírico (GABA); utilizado en sinapsis inhibitorias en el SNC.
• Glicina (Gly). También se utiliza en sinapsis inhibitorias en el SNC. De hecho, tanto GABA como glicina se liberan juntos en algunas sinapsis inhibitorias.

Catecolaminas

Sintetizada a partir de tirosina (Tyr

• Noradrenalina (también llamada norepinefrina). Liberado por neuronas postganglionares de la rama simpática del sistema nervioso autónomo. También se utiliza en ciertas sinapsis en el SNC.
• Dopamina. Se utiliza en ciertas sinapsis en el SNC.

Otras monoaminas

• Serotonina (también conocida como 5-hidroxitriptamina o 5HT). Sintetizada a partir de triptófano (Trp).
• Histamina

Ambos neurotransmisores están confinados a sinapsis en el cerebro. Sin embargo, la serotonina también es secretada por el duodeno, donde actúa de manera paracrina para estimular la peristalsis intestinal, y como hormona circulante, donde es absorbida por las plaquetas y además suprime la formación ósea.

Péptidos

Una selección de 9 de los 40 o más péptidos que se sospecha que sirven como neurotransmisores en el cerebro. Los seis primeros también sirven como hormonas.

• Vasopresina
• Oxitocina
• Somatostatina
• Hormona liberadora de gonadotropina (GnRH)
• Angiotensina II
• Colecistoquinina (CCK)
• Sustancia P
• Dos encefalinas
  • Met-encefalina (Tyr-Gly-Gly-Phe-Met)
  • Leu-encefalina (Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu)

ATP

ATP - probablemente junto con otro neurotransmisor se libera en algunas sinapsis en el cerebro.

Plasticidad sináptica

La mayoría de las neuronas liberan un solo neurotransmisor en las sinapsis en sus terminales axones. Sin embargo, se han encontrado algunas excepciones.

• neuronas que liberan un transmisor en algunos de sus terminales, uno diferente en otros
• neuronas que cambian de un neurotransmisor a otro diferente cuando cambia el estímulo que les llega. Ejemplo: interneuronas en el hipotálamo de la rata que liberan dopamina cuando las ratas están expuestas a fotoperiodos de días cortos (que a estos animales nocturnos les gusta) pero cambian a liberar somatostatina cuando las ratas están expuestas a días largos (que no les gustan).

Desactivar las sinapsis

Una vez hecho su trabajo, el neurotransmisor debe ser removido de la hendidura sináptica para preparar la sinapsis para la llegada del siguiente potencial de acción. Se utilizan dos métodos:

• Recaptación. El neurotransmisor es devuelto al mando sináptico de la neurona presináptica por transporte activo. Todos los neurotransmisores excepto la acetilcolina utilizan este método.
• La acetilcolina se elimina de la sinapsis por descomposición enzimática en fragmentos inactivos. La enzima utilizada es la acetilcolinesterasa.

  Los gases nerviosos utilizados en la guerra (por ejemplo, sarín) y los insecticidas organofosforados (por ejemplo, paratión) logran sus efectos inhibiendo la acetilcolinesterasa permitiendo así que la ACh permanezca activa. La atropina se usa como antídoto porque bloquea los receptores muscarínicos ACh.

Medicamentos y sinapsis

Muchas drogas que alteran el estado mental logran al menos algunos de sus efectos al actuar en las sinapsis.

Receptores GABA

El receptor _GABA A es un canal de cloruro regulado por ligando. La activación de los receptores aumenta la afluencia de iones cloruro (Cl ⁻) en la célula postsináptica elevando su potencial de membrana e inhibiéndola así. Varios fármacos se unen al receptor _GABA A. Se unen en sitios diferentes de la mancha donde el GABA se une, pero aumentan la fuerza de la unión de GABA a su sitio. Así potencian el efecto inhibitorio del GABA en el SNC. Estos medicamentos incluyen sedantes como el fenobarbital y medicamentos contra la ansiedad como Valium, Librium, Halcion (todos miembros de un grupo llamado benzodiazepinas). En vista de su acción común, no es de extrañar que actúen de manera aditiva; tomados en conjunto estos fármacos pueden producir sobredosis peligrosas. La droga recreativa (e ilegal) γ-hidroxibutirato se une al receptor GABA _B.

Sinapsis de catecolaminas

Muchos fármacos antidepresivos (los llamados antidepresivos tricíclicos como la amitriptilina ["Elavil"]) interfieren con la recaptación de noradrenalina y serotonina de sus sinapsis y así potencian su acción en la sinapsis. El popular antidepresivo fluoxetina (” Prozac “), parece bloquear sólo la recaptación de serotonina.

Sinapsis de dopamina

Una clase de receptor de dopamina está unida por fármacos tales como la clorpromazina y el haloperidol. La unión de estos fármacos conduce a un aumento de la síntesis de dopamina en la sinapsis y alivia algunos de los síntomas de la esquizofrenia.

Sinapsis que bloquean las señales de dolor

Las dos encefalinas se liberan en las sinapsis de las neuronas involucradas en la transmisión de señales de dolor de regreso al cerebro. Las encefalinas hiperpolarizan la membrana postsináptica inhibiendo así la transmisión de estas señales de dolor. La capacidad de percibir el dolor es vital. Sin embargo, ante un dolor masivo, crónico e intratable, tiene sentido tener un sistema que disminuya su propia sensibilidad. Las sinapsis encefalinas proporcionan este sistema intrínseco supresor del dolor.

Los opiáceos como la heroína, la morfina, la codeína y la metadona se unen a estos mismos receptores. Esto los convierte en excelentes analgésicos. Sin embargo, también son altamente adictivos.

• Al unirse a los receptores de encefalina, mejoran los efectos analgésicos de las encefalinas.
• Una reducción homeostática en la sensibilidad de estas sinapsis compensa la exposición continua a opiáceos.
• Esto produce tolerancia, la necesidad de dosis más altas para lograr el efecto previo.
• Si cesa el uso de la droga, las sinapsis ahora relativamente insensibles responden menos bien a los efectos calmantes de las encefalinas, y se producen los dolorosos síntomas de abstinencia.

Sinapsis Eléctricas

Las sinapsis eléctricas son una rara excepción a la regla general de que las neuronas señalan a otras neuronas mediante la liberación de neurotransmisores químicos. Algunas propiedades de las sinapsis eléctricas:

• Las dos neuronas están conectadas por uniones gap, siendo el espacio entre ellas mucho más pequeño (~2 nm) que el de las sinapsis químicas (~20 nm).
• En muchos casos, la transmisión de potenciales de acción puede pasar en cualquier dirección.
• La transmisión entre neuronas es hasta diez veces más rápida que en las sinapsis químicas.
• Así, las sinapsis eléctricas pueden mediar, por ejemplo, en la respuesta de escape muy rápida de los cangrejos de río que encuentran una amenaza.
• Las sinapsis eléctricas en el SNC permiten que grupos de interneuronas se disparen juntos.
• Se encuentran en vertebrados (por ejemplo, en el hipocampo del cerebro) así como en invertebrados como el cangrejo de río.