2.2: Síntesis y almacenamiento de neurotransmisores
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Se deben cumplir algunos criterios para que una molécula se llame neurotransmisor. Primero, el transmisor debe ser sintetizado dentro de la neurona presináptica. Segundo, el transmisor debe ser liberado por la neurona presináptica en respuesta a la estimulación. Tercero, cuando una neurona postsináptica es tratada con el transmisor por un investigador, la molécula debe causar el mismo efecto en la neurona postsináptica que cuando es liberada por una neurona presináptica.
Hay dos categorías principales de neurotransmisores: transmisores de moléculas pequeñas y transmisores de péptidos. La síntesis y el almacenamiento de estos grupos de neurotransmisores difieren. Los neurotransmisores de molécula pequeña se sintetizan y almacenan en el terminal para una liberación rápida. Los neuropéptidos se sintetizan en el cuerpo celular y deben transportarse al terminal, lo que puede llevar a una liberación más lenta. Adicionalmente, una neurona típicamente sintetizará y liberará solo un tipo de neurotransmisor de molécula pequeña pero puede sintetizar y liberar más de un neuropéptido.
Transmisores de moléculas pequeñas
Los transmisores de moléculas pequeñas se pueden dividir en dos grupos principales: neurotransmisores de aminoácidos y aminas biogénicas, también llamadas monoaminas. Además de actuar como neurotransmisores, los aminoácidos glutamato y glicina se utilizan para sintetizar proteínas en todos los tipos de células en todo el cuerpo. GABA (ácido -Aminobutírico) es un metabolito del glutamato pero no se utiliza en la síntesis de proteínas en el organismo. Las aminas biogénicas incluyen serotonina e histamina, y el subgrupo las catecolaminas dopamina, norepinefrina y epinefrina. La acetilcolina no encaja en ninguna división pero aún se considera un neurotransmisor de molécula pequeña.
Síntesis y almacenamiento de transmisores de moléculas pequeñas
La mayoría de los neurotransmisores de moléculas pequeñas son sintetizados por enzimas que se localizan en el citoplasma (la excepción es la norepinefrina, ver más abajo). Esto significa que los neurotransmisores de molécula pequeña pueden sintetizarse y empaquetarse para su almacenamiento en el terminal presináptico usando enzimas presentes en el terminal.
Acetilcolina
La acetilcolina es mejor conocida por su papel en la unión neuromuscular, la sinapsis entre una neurona motora y la fibra muscular. En el terminal presináptico, la acetilcolina se sintetiza a partir de acetil coenzima A (acetil CoA) y colina a través de la enzima colina acetiltransferasa. El nivel de actividad enzimática es la etapa limitante de la velocidad en la vía de síntesis. La acetilcolina se empaqueta en vesículas para su almacenamiento en el terminal a través del transportador vesicular de acetilcolina (VAChT).
Glutamato
El glutamato es un transmisor de aminoácidos y es el neurotransmisor excitador primario en el cerebro. En el terminal presináptico, la glutamina se convierte en glutamato a través de la enzima glutaminasa, que es el paso limitante de la velocidad en la vía de síntesis. El glutamato se empaqueta en vesículas para su almacenamiento a través del transportador vesicular de glutamato.
GABA
Luego se usa glutamato para sintetizar GABA, otro transmisor de aminoácidos y el neurotransmisor inhibidor primario en el cerebro. En el terminal presináptico, el glutamato se convierte en GABA a través de la enzima ácido glutámico descarboxilasa, que al igual que las otras vías de síntesis es el paso limitante de la velocidad. El GABA se empaqueta en vesículas para su almacenamiento en el terminal a través del transportador de aminoácidos inhibitorio vesicular.
Glicina
La glicina es otro neurotransmisor inhibidor de aminoácidos, pero a diferencia del GABA, es más común en la médula espinal que en el cerebro. La serina hidroximetiltransferasa convierte el aminoácido serina en glicina en el terminal presináptico. La etapa limitante de velocidad para la síntesis de glicina ocurre antes en la ruta anterior a la síntesis de serina. La glicina se empaqueta en vesículas por el transportador de aminoácidos inhibitorio vesicular como GABA.
Dopamina
La dopamina, un transmisor de catecolaminas, juega muchos papeles en el sistema nervioso, pero es mejor conocida por sus papeles en la recompensa y el movimiento. En el terminal presináptico, el aminoácido tirosina se convierte en DOPA a través de tirosina hidroxilasa, que es el paso limitante de velocidad en la síntesis de todas las catecolaminas. A continuación, la DOPA se convierte en dopamina mediante la DOPA descarboxilasa. La dopamina es empaquetada en vesículas sinápticas por el transportador vesicular de monoamina.
Norepinefrina
En las neuronas que liberan norepinefrina, que es otro transmisor de catecolaminas, una vez que la dopamina se empaqueta en las vesículas sinápticas, una enzima unida a la membrana llamada dopamina beta-hidroxilasa convierte la dopamina en norepinefrina. Por lo tanto, a diferencia de los otros neurotransmisores de molécula pequeña, la norepinefrina se sintetiza dentro de las vesículas, no en el citoplasma. Al igual que la dopamina, la etapa limitante de la velocidad de esta vía de síntesis es la actividad de la tirosina hidroxilasa.
Epinefrina
La epinefrina, también llamada adrenalina, es una catecolamina, pero a menudo se la considera una hormona en lugar de un neurotransmisor. La epinefrina es liberada principalmente por la médula suprarrenal a la circulación; se usa como neurotransmisor en solo un pequeño número de neuronas. La epinefrina es sintetizada a partir de norepinefrina en el citoplasma por la enzima feniletanolamina-N-metiltransferasa, por lo que la síntesis de epinefrina requiere de norepinefrina para salir de las vesículas donde se sintetizó. Después de la síntesis en el citoplasma, la epinefrina se vuelve a empaquetar en vesículas a través del transportador vesicular de monoamina.
Serotonina
La serotonina, un neurotransmisor de amina biogénica, es conocida por su papel en el estado de ánimo. El triptófano se convierte en 5-hidroxitriptófano por la triptófano hidroxilasa. Esta es también la etapa limitante de la velocidad de la vía de síntesis. Entonces la aromática L-aminoácido descarboxilasa convierte el 5-hidroxitriptófano en serotonina. La serotonina es empaquetada en vesículas por el transportador vesicular de monoamina similar a los otros neurotransmisores monoamínicos: dopamina y epinefrina.
Histamina
Finalmente, la histamina es otro transmisor biogénico de amina que se sintetiza a partir de histidina a través de la acción de la histadina descarboxilasa, el paso limitante de la velocidad de la ruta. Al igual que los otros neurotransmisores monoamínicos, se empaqueta en vesículas sinápticas a través del transportador vesicular de monoamina.
Síntesis y Almacenamiento de Neuropéptidos
Los neuropéptidos son una cadena corta de aminoácidos y se sabe que tienen una amplia gama de efectos, desde las emociones hasta la percepción del dolor. A diferencia de los neurotransmisores de moléculas pequeñas, los neuropéptidos se sintetizan en el cuerpo celular y se transportan al axón terminal. Al igual que otras proteínas, los neuropéptidos se sintetizan a partir de ARNm en cadenas peptídicas hechas a partir de aminoácidos. En la mayoría de los casos, una molécula precursora más grande llamada prepropéptido se traduce a la secuencia de aminoácidos original en el retículo endoplásmico rugoso. El prepropéptido se procesa adicionalmente hasta la etapa de propéptido. El procesamiento restante y empaquetamiento del neuropéptido final en una vesícula ocurre en el aparato de Golgi. Los péptidos se empaquetan en vesículas que son significativamente más grandes que las vesículas que almacenan los transmisores de moléculas pequeñas. Estas vesículas grandes deben entonces pasar del soma al terminal.
Transporte Axonal
Los péptidos empaquetados necesitan ser transportados a los terminales presinápticos para ser liberados en la hendidura sináptica. Los orgánulos, vesículas y proteínas se pueden mover del cuerpo celular al terminal a través del transporte anterógrado o del terminal al cuerpo celular a través del transporte retrógrado. El transporte anterógrado puede ser rápido o lento.
Los neuropéptidos empaquetados son transportados a los terminales sinápticos a través de mecanismos de transporte axonal anterógrado rápido.
Claves para llevar
- Los neurotransmisores de moléculas pequeñas se sintetizan y empaquetan en vesículas en el terminal presináptico
- Los transmisores neuropeptídicos se sintetizan y empaquetan en vesículas en el cuerpo celular y se transportan al terminal mediante un transporte axonal rápido
- Cada neurotransmisor de molécula pequeña tiene un paso limitante de velocidad que controla la velocidad de síntesis
- Los neuropéptidos se basan en mecanismos de transporte axonal para pasar del soma al terminal
Ponte a prueba
Un elemento H5P interactivo ha sido excluido de esta versión del texto. Puedes verlo en línea aquí:
https://openbooks.lib.msu.edu/neuroscience/?p=328#h5p-9
Versión en video de la lección
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