Espai extracel·lular reduït. Continuïtat citoplasmàtica entre les neurones

presinàptica i postsinàptica.

La informació es transmet mitjançant el corrent iònic. No hi ha vesícules al botó

sinàptic.

Cal que hi hagi simetria anatòmica entre els canals de membrana de les dues cèl·lules.

Gairebé no hi ha retard sinàptic.

La transmissió de la informació pot ser tant unidireccional com bidireccional.

Permeten l’activació sincronitzada de diverses cèl·lules. Interconnecten neurones

involucrades en el control de conductes estereotipades, invariables.

SINAPSIS ELÈCTRIQUES SINAPSIS QUÍMIQUES

Espai extracel·lular més gran. Les cèl·lules estan separades per l’espai sinàptic. No hi

ha continuïtat citoplasmàtica.

La informació es transmet mitjançant una substància química: neurotransmissor.

Hi ha vesícules al botó sinàptic.

No es necessita aquesta simetria.

Hi ha retard sinàptic significatiu (com a mínim 0,3 ms, de vegades d’1 a 5 ms o

més).

La transmissió de la informació és unidireccional (en sentit ortodròmic).

Molt més variables i modulables per l’experiència (plasticitat sinàptica.

Interconnecten neurones que controlen conductes variables i complexes.

Diferències

En les sinapsis elèctriques, les membranes de les cèl·lules estan en contacte per mitjà d’unes zones que es coneixen com a unions íntimes (gap junctions, en anglès) (figura 25). En aquestes unions trobem canals d’unió íntima pels quals circulen ions i petites molècules d’una cèl·lula a l’altra.D’aquesta manera, s’aconsegueix que els canvis elèctrics que es produeixen en una neurona es transmetin a l’altra sense necessitat de mediació de cap substància química.Cada canal de la unió íntima està format per dos hemicanals, que s’anomenen connexons, situats a les membranes de les dues cèl·lules i que es juxtaposen en l’espai sinàptic. Per mitjà d’aquest canal s’uneixen els citoplasmes de les dues cèl·lules, i així queden unides tant de manera elèctrica com metabòlica.Aquests connexons poden estar oberts, parcialment oberts o tancats depenent, per exemple, de la concentració de Ca2+ intracel·lular o del pH.

La utilitat d

e le

s sinap

sis elè

ctriqu

es

En n

o existir retard

sinàp

tic, les sinap

sis elèctriqu

es perm

eten q

ue es

do

nin

respo

stes extremad

amen

t ràpid

es qu

e po

den

ser mo

lt útils p

er a fu

gir dels p

redad

ors. Seria el cas, p

er exemp

le, del co

p d

e cua ràp

id q

ue

fan servir m

olts p

eixos p

er a fugir.

Sinapsis químiques delSistema Nerviós Central

Sinapsis de tipus Gray ISolen ser excitadores i axodendrítiques.

El neurotransmissor s’emmagatzema en vesícules esfèriques d’uns 40 nm de diàmetre, i les zones

d’alliberament de neurotransmissors (zones actives) es distribueixen regularment al llarg de la membrana

presinàptica.L’espai sinàptic és ampli, i a la membrana postsinàptica s’observa una agrupació densa de material distribuïda

regularment, més ampla que la que s’observa al terminal presinàptic (figura 22). Aquest tipus de sinapsi

sol ser excitador, així allibera neurotransmissors com l’acetilcolina i el glutamat.

Sinapsis de tipus Gray IISolen ser inhibidores i s’observen sobre els

segments inicials de les dendrites o sobre el soma (axosomàtiques).

El neurotransmissor s’emmagatzema en vesícules allargades d’entre 25 nm a 50 nm de diàmetre, i

les zones actives no es distribueixen uniformement al llarg de la membrana

presinàptica (figura 23). L’espai sinàptic no és tan ampli com en les de tipus I, i en la membrana postsinàptica s’observen zones denses que es

corresponen simètricament amb les de la membrana presinàptica. Aquest tipus de sinapsi

sol ser inhibidor, i utilitza neurotransmissors com el GABA o la glicina.

Sinapsis de pasSón un tipus de sinapsi que s’observa en el sistema nerviós central i en el

sistema nerviós autònom.Les neurones no formen sinapsis convencionals, sinó que el

neurotransmissor és alliberat des de diferents varicositats (o botons de pas) (figura 24).

D’aquesta manera, s’estableix un contacte seriat amb les cèl·lules postsinàptiques, que exerceix un efecte difós sobre àmplies àrees i

diferents neurones.En les varicositats no se solen observar zones especialitzades

d’alliberament de neurotransmissor.

Unió neuromuscularLa unió neuromuscular, o sinapsi entre una neurona i una

fibra muscular, ha estat molt estudiada a causa que la mida de les prolongacions postsinàptiques permet d’inserir-hi

instruments de registre amb certa facilitat.En els vertebrats, cada fibra muscular esquelètica està

innervada per un sol axó motor, encara que un axó motor pot innervar més d’una fibra muscular.

L’alliberament del neurotransmissor provoca un PEP en la fibra muscular, que es coneix com a potencial de placa.

L’amplitud d’aquest potencial és inusualment gran perquè una sola motoneurona generi un potencial d’acció a la fibra

muscular. Recordeu que a la majoria de neurones del sistema nerviós central calen moltes neurones

presinàptiques per a generar un potencial d’acció.

Musculatura esquelètica i musculatura llisaLa musculatura esquelètica és aquella que ens permet de fer moviments. Cada

múscul esquelètic, per exemple, el bíceps, està format per nombroses fibres musculars, i cadascuna d’aquestes fibres està innervada per una sola

motoneurona. Cada motoneurona, però, pot innervar diferents fibres musculars, i s’anomena unitat motora totes les fibres musculars innervades per una única

motoneurona (figura 21).Diferenciem la musculatura esquelètica (o estriada) de la musculatura llisa, que

seria la que conformaria les parets dels òrgans interns, com per exemple, els

budells. La musculatura llisa està innervada pel sistema nerviós autònom.

Cada botó sinàptic conté una substància neurotransmissora que es coneix com a acetilcolina (ACh), que s’emmagatzema en vesícules i s’agrupa al voltant de les zones actives, regions especialitzades del botó des d’on és alliberada l’acetilcolina a l’espai

sinàptic. La membrana postsinàptica està replegada (plecs d’unió), i a la part superior dels plecs es concentren els receptors de l’acetilcolina. Aquests plecs estan recoberts

per la làmina basal, una membrana que cobreix tota la fibra muscular.

Cada ramificació de l’axó forma múltiples botons sinàptics, que penetren en la placa terminal, una regió especialitzada de la membrana muscular. L’espai sinàptic,

o separació entre els botons sinàptics i la fibra muscular, és d’uns 50 nm.

Sinapsis químiques delSistema Nerviós Central

SINAPSIS QUÍMIQUES

Receptors dels neurotransmissors

Postsinàptics

Presinàptics

Definició:Els receptors presinàptics són proteïnes de membrana que reconeixen específicament una substància neurotransmissora, localitzats a la membrana presinàptica.

Funció dels receptors presinàptics

Els receptors presinàptics, quan són activats, modulen

l’alliberament de neurotransmissor des del terminal presinàptic. Aquesta modulació és generalment inhibidora, és a dir,

l’activació dels receptors presinàptics fa que s’alliberi

menys quantitat de neurotransmissor.

En el cas dels autoreceptors, és el mateix neurotransmissor alliberat

pel terminal sinàptic el que inhibeix/facilita el seu subsegüent

alliberament; en el cas dels heteroreceptors és un segon

neurotransmissor el que realitza l’acció.

Cal no confondre la funció dels receptors presinàptics amb els mecanismes de recaptació del

neurotransmissor.

Com actuen els receptors presinàptics?

1) El mecanisme d’acció dels receptors presinàptics no és diferent del dels receptors postsinàptics. Per tant, modificaran la permeabilitat de la

membrana presinàptica a determinats ions obrint o tancant canals iònics.

En general, si disminueix l’entrada de Ca2+ al terminal presinàptic, es

dificultarà l’alliberament de neurotransmissor, i si es facilita la seva

entrada augmentarà l’alliberament.

↑ entrada de Ca2+ → ↑ alliberament neurotransmissor

↓ entrada de Ca2+ → ↓ alliberament neurotransmissor

2) A més, quan el neurotransmissor s’uneix a receptors presinàptics pot

activar sistemes de segons missatgers, com l’AMPC.

Aquests segons missatgers poden regular la síntesi de neurotransmissor i

modificant l’activitat dels enzims implicats en aquest procés.

Autoreceptors Heteroreceptors

Tipus

El cas dels autoreceptors és especialment interessant. En augmentar l’alliberament de neurotransmissor i, per tant,

augmentar també la seva concentració a l’espai

sinàptic, el mateix neurotransmissor impedeix que es continuï alliberant en

quantitats altes. Així es preveu un esgotament de les

reserves de neurotransmissor en el terminal presinàptic i

s’impedeix la sobreexcitació (o sobreinhibició) de la

neurona postsinàptica. Això es coneix com un sistema de retroalimentació negativa.

Aquests fenòmens són un cas especial de modulació de l’alliberament de

neurotransmissor. Una tercera neurona estableix una sinapsi axoaxònica sobre el

terminal presinàptic i allibera un neurotransmissor diferent a l’alliberat pel

terminal sinàptic, que activa heteroreceptors (figura 34).

a) Inhibició presinàptica

Podem parlar de tres mecanismes d’inhibició presinàptica, generalment mitjançant l’activació de sistemes de segons

missatgers, que són els següents:

Tancament de canals de Ca2+ i obertura simultània de canals de K+ activats per voltatge, el que disminueix l’entrada de Ca2+ i

incrementa la repolarització de la membrana.

Obertura de canals de Cl-. Com a conseqüència, disminueix l’amplitud del potencial d’acció i s’obren menys canals de Ca2+.

Inhibició directa de la maquinària d’alliberament del neurotransmissor disminuint la sensibilitat al Ca2+ d’alguna de

les proteïnes implicades.

b) Facilitació presinàptica

En aquest cas, es produeix un augment de l’entrada de Ca2+.

Això es pot aconseguir tancant canals de K+. D’aquesta manera, s’amplia la durada del potencial d’acció, i es

permet que els canals de Ca2+ estiguin oberts durant més temps.

Això també és per mitjà de sistemes de segons missatgers.

TIPUS

DEFINICIÓ

Tipus

El neurotransmissor alliberat en l’espai sinàptic interactua amb receptors situats a la membrana

de la cèl·lula postsinàptica. Cada neurotransmissor pot ser reconegut per més

d’un tipus de receptor.Aquests receptors són proteïnes inserides en la

membrana cel·lular. En la part externa és on s’unirà el neurotransmissor.

Aquesta unió neurotransmissor-receptor provoca l’obertura de canals iònics controlats

per lligand. Depenent del tipus de canals iònics que s’obrin, es produirà un PEP o un PIP.

El tipus de canals que s’obren no depèn només del neurotransmissor alliberat, sinó també del

tipus de receptors als quals s’uneix. Així, un mateix neurotransmissor pot tenir efectes

excitadors o inhibidors segons el receptor al qual s’uneix.

IONOTRÒPICSReceptors acoblats a canals

iònics

METABOTRÒPICSReceptors associats a sistemes de

segons missatgers

Els receptors ionotròpics són aquells en els quals el receptor està acoblat al canal, de manera que quan un lligand (un

neurotransmissor o un agonista) s’uneix al receptor es produeix l’obertura immediata del canal.

El receptor i el canal iònic formen un complex receptor-canal. Els receptors ionotròpics acostumen a ser formats per cinc

subunitats de quatre dominis transmembranosos disposats en forma circular de manera que en la part central hi ha el porus/

canal per on passaran els ions. Aquest porus està tancat en condicions de repòs. Les subunitats que conformin el complex receptor-canal poden ser diferents (per exemple, subunitats α, β, γ, etc.) o poden ser totes iguals (per exemple, cinc subunitats α): en el primer cas, es tracta d’heteropentàmers i en el segon,

d’homopentàmers. Entre les subunitats que conformen el receptor, hi ha les zones

receptores, que són els llocs on s’uniran els lligands. Quan el lligand s’uneix al receptor (normalment es necessita la unió

simultània de dues molècules de lligand), es produeix un canvi conformacional en les subunitats que formen el complex

receptor-canal que permeten l’obertura del porus i, amb això, el trànsit d’ions intracel·lular-extracel·lular, la qual cosa

despolaritzarà o hiperpolaritzarà la membrana cel·lular.

Els canals d’aquests complexos receptor-canal poden ser:de Na+/K+ (produiran un PEP),

de Cl- o de K+ (produiran un PIP)

L’activació d’un complex receptor-canal dóna lloc a una resposta postsinàptica ràpida

Els receptors metabotròpics consten d’una sola subunitat de set dominis

transmembranosos, que es troba acoblada a una proteïna, que rep el nom de proteïna G,

formada per tres subunitats, α, β i γ, i una molècula de GDP associada (concretament, a

la subunitat α).Quan el lligand s’uneix al receptor, es produeix un canvi conformacional en

l’estructura de la proteïna G, de manera que la subunitat α es desvincula de les altres dues subunitats i s’uneix a una proteïna reguladora

inserida a la membrana cel·lular. Aquesta interacció inicia una cascada de

reaccions bioquímiques intracel·lulars que tindran com a conseqüència l’activació de

segons missatgers que induirà l’obertura dels canals iònics de la membrana postsinàptica. Una vegada iniciat el procés, la subunitat α

es torna a reassociar amb les altres dues subunitats.

RECEPTORS POST SINÀPTICS METABOTRÒPICSCal tenir en compte tres coses respecte als sistemes de segons missatgers quan actuen sobre l’obertura de canals iònics: 1) L’activació dels segons missatgers produeix l’obertura de més d’un canal iònic.2) El receptor no està acoblat al canal i es pot donar el cas que els receptors siguin a certa distància del receptor.3) El fet que s’activin aquestes vies de senyalització intracel·lular farà que la resposta d’obertura sigui més lenta que en el cas dels receptors ionotròpics, en què la resposta és immediata.Diversos sistemes de segons missatgers:a) Via de l’AMPc: la via del monofosfat d’adenosina cíclicQuan el lligand s’uneix al receptor, la subunitat α es dissocia de les subunitats β-γ i intercanvia la molècula de GDP (difosfat de guanosina) que tenia acoblada per una altra de GTP (trifosfat de guanosina). En aquest moment, les subunitats β-γ també es deslliguen del receptor. El GTP s’uneix a l’adenilat ciclasa (la proteïna reguladora), que catalitza la transformació d’ATP en AMPc. Una vegada fet aquest pas, les tres subunitats que formen la proteïna G es tornen a unir al receptor. L’AMPc mobilitza les proteïnes-cinases (sobretot la tipus A) que interactua amb els canals iònics, la qual cosa en permet l’obertura.b) Via d’IP3: la via del trifosfat d’inositolEn aquesta via, l’obertura dels canals de membrana es produeix per l’augment de calci intracel·lular intercedida pels segons missatgers. Cal deixar clar que no es tracta que entri més calci a la cèl·lula, sinó que es promou l’alliberament al citoplasma del calci que la mateixa cèl·lula emmagatzema en diferents orgànuls.La proteïna reguladora a què s’uneix la subunitat α és la fosfolipasa C (PLC). La seva activació transforma un fosfolípid de membrana, el fosfatidilinositol 4,5-bifosfat (PIP2), en diacilglicerol (DAG) i en trifosfat d’inositol (IP3).L’IP3 actua alliberant el Ca2+ intracel·lular emmagatzemat al reticle endoplasmàtic.El DAG s’activa amb l’augment del Ca2+ induït per l’IP3 i interactua amb la proteïna-cinasa C, la qual fosforila la proteïna que forma el canal de membrana, i en produeix l’obertura.Dues grans famílies de proteïnes G: a) Les proteïnes G estimuladores: a dins hi ha la proteïna Gs i la Gq, que augmenten les concentracions d’AMPc i de DAG, IP3 i de Ca2+, respectivament. b) Les proteïnes G inhibidores: a dins hi ha la Gi, que disminueix els nivells d’AMPc.RESUM: aquest sistema de segons missatgers amplifica d’una manera considerable el senyal, ja que, d’una única molècula de neurotransmissor, se’n deriva la síntesi de centenars de molècules de segons missatger, que activaran, al seu torn, centenars de proteïnes-cinases, i obriran molts canals iònics. Gràcies a aquesta amplificació, amb la mateixa quantitat de neurotransmissor s’aconsegueix un efecte superior.

Neurotransmissors

Alliberament I emmagatzematge

Inactivació

Neuromoduladors Cotransmissors

Mecanismes bàsics de la transmissió sinàptica química

Figura 34. Sinapsi amb receptors postsinàptics i presinàptics. El

neurotransmissor alliberat per la neurona presinàptica (NT1) interactuarà amb els

receptors postsinàptics i amb els autoreceptors. El neurotransmissor alliberat

a la sinapsi axoaxònica per una tercera neurona (NT2), interactuarà amb els

heteroreceptors.

SINAPSIS QUÍMIQUES

a) Bases iòniques de l’alliberament del neurotransmissor

Ni el Na+ ni el K+, els dos ions responsables del potencial d’acció, són necessaris per a l’alliberament de neurotransmissor.

L’alliberament de neurotransmissor depèn de l’entrada de Ca2+

al botó terminal.

El Ca2+ està més concentrat en el medi extracel·lular, per la qual cosa tendirà a entrar a la cèl·lula a favor del seu gradient químic.

El Ca2+ travessa la membrana gràcies a canals iònics selectius controlats per voltatge. Aquests canals s’obren quan es

despolaritza la membrana per l’arribada de potencials d’acció. S’han identificat tres tipus de receptors de Ca2+ controlats per

voltatge: el tipus N, el tipus L i el tipus P. Una vegada que es produeix la despolarització del terminal sinàptic, els canals del tipus N i P s’activen i s’inactiven ràpidament, mentre que els L

romanen oberts durant tot el temps que dura la despolarització. Sembla ser que els subtipus més implicats en l’alliberament de

neurotransmissors són els tipus N i els P.

Al llarg de l’axó no hi ha molta densitat de canals de Ca2+. Al botó terminal, en canvi, es troben en una densitat més gran. Es

concentren molt especialment a les zones actives, que són aquelles des d’on s’allibera el neurotransmissor.

B) El neurotransmissor s’emmagatzema en vesícules sinàptiques

Com ja hem vist, en el terminal presinàptic s’observen vesícules en què s’emmagatzema el neurotransmissor.

Cadascuna d’aquestes vesícules emmagatzema un quàntum de neurotransmissor, una quantitat que equival

a diversos milers de molècules.Generalment, el neurotransmissor s’introdueix a la

vesícula sinàptica quan és recaptat per una proteïna transportadora localitzada a la membrana vesicular.

Les vesícules no es distribueixen uniformement al llarg del terminal presinàptic, sinó que s’agrupen a les zones

actives. Observada al microscopi electrònic, la membrana de les zones actives es veu gruixuda i densa.

C) L’alliberament del neurotransmissor es fa per exocitosi a les zones actives

Per a alliberar el neurotransmissor, les vesícules sinàptiques han de fusionar-se amb la membrana presinàptica.

En situació de repòs, algunes vesícules estan unides al citoesquelet de la cèl·lula i d’altres estan fixades a les zones actives preparades

per a fusionar-se amb la membrana presinàptica (figura 27).

Les vesícules s’uneixen al citoesquelet per mitjà d’unes proteïnes conegudes com a sinapsines I.

Per la seva banda, les vesícules situades a les zones actives estan

preparades per a formar un canal d’unió amb la membrana presinàptica (un porus de fusió). Aquest porus connectarà l’espai de

dintre la vesícula amb l’espai extracel·lular.

La despolarització del terminal presinàptic, amb la consegüent entrada de Ca2+, tindrà un doble efecte:

1) Les sinapsines I es fosforilaran per l’acció d’una proteïnquinasa

dependent de Ca2+. D’aquesta manera, les vesícules unides al citoesquelet quedaran lliures per a poder-se fixar a les zones

actives.

2) A les zones actives, la membrana vesicular es fusionarà amb la membrana presinàptica per mitjà del canal d’unió, de manera que

el neurotransmissor que conté la vesícula sortirà a l’espai extracel·lular. Aquest procés de fusió de membranes es coneix com

a exocitosi.

D) Les vesícules sinàptiques es reciclen

Durant l’exocitosi la membrana de la vesícula s’integra a la membrana presinàptica, de manera que aquesta última augmenta la seva superfície a

mesura que es fusionen més vesícules.

Aquest excés de membrana presinàptica es compensa per un procés d’endocitosi, el procés

contrari a l’exocitosi.

En qualsevol punt del terminal presinàptic, a excepció de les zones actives, l’excés de membrana es recobreix per una proteïna anomenada clatrina.

El fragment de membrana recobert, que correspon a una vesícula, s’invagina i se separa de la membrana

presinàptica (figura 28).

Normalment, les vesícules que han sofert el procés d’endocitosi s’alliberen del recobriment de clatrina i

tornen a ser funcionals. Algunes, però, poden ser degradades en els seus components bàsics, que es

reutilitzaran en la síntesi de noves vesícules.

El nombre de vesícules alliberades depèn del flux de Ca2+

La despolarització de la membrana presinàptica actua indirectament sobre l’alliberament del neurotransmissor,

permetent l’obertura de canals de Ca2+ controlats per voltatge. És, doncs, l’entrada de Ca2+ el que controla

l’alliberament del neurotransmissor.

Si experimentalment bloquegem els canals de Ca2+ controlats per voltatge, encara que arribin potencials

d’acció al botó terminal no s’alliberarà neurotransmissor. Si, en canvi, injectem ions de Ca2+ directament al botó terminal, encara que no hi arribi cap potencial d’acció

s’alliberarà neurotransmissor a l’espai sinàptic.

El nombre de vesícules alliberades varia segons la concentració de Ca2+ intracel·lular.

Així, si arriben més potencials d’acció, s’obriran més canals de Ca2+ i, per tant, augmentarà la concentració

intracel·lular d’aquest ió. Com a conseqüència, es fusionaran més vesícules a la membrana de la cèl·lula i

augmentarà l’alliberament del neurotransmissor.

La fosforilació

La fosforilació consisteix a afegir un grup fosfat (P) a una molècula.

Molts processos intracel·lulars es basen en la fosforilació de

proteïnes, que quan reben un grup fosfat, canvien d’estructura. El funcionament cel·lular queda afectat de múltiples maneres

depenent de la proteïna fosforilada. La fosforilació de proteïnes és duta

a terme per proteinquinases.

Les molècules de neurotransmissor alliberades per exocitosi difonen per l’espai sinàptic fins a arribar a la membrana postsinàptica. Allà interactuen breument amb receptors postsinàptics, que són proteïnes de

membrana que reconeixen específicament un tipus de substància neurotransmissora.

Aquesta interacció neurotransmissor-receptor provoca, per mitjà de mecanismes que estudiarem més

endavant, l’obertura de canals iònics controlats per lligand, que al seu torn provocarà un PEP o un PIP en la

neurona postsinàptica.Un cop el neurotransmissor s’ha deslligat del receptor

ha de ser eliminat de l’espai sinàptic, ja que si no es tornaria a unir al receptor. L’eliminació dels

neurotransmissors de l’espai sinàptic és fonamental per a evitar la sobreestimulació de les neurones

postsinàptiques.La inactivació del neurotransmissor consisteix a

eliminar-lo de l’espai sinàptic.

Mecanismes d’inactivació dels neurotransmissors

Una part del neurotransmissor alliberat per la neurona presinàptica

simplement es difon lluny de l’espai sinàptic i, per aquest

motiu, no cal cap mecanisme específic per a inactivar-lo.La resta de molècules de

neurotransmissor han de ser inactivades. Els mecanismes

d’inactivació són la degradació enzimàtica i la

recaptació

a) Degradació enzimàtica

Consisteix a degradar, trencar les molècules de neurotransmissor. Els productes resultants d’aquesta

degradació s’anomenen metabòlits, generalment passen a la sang i després s’eliminen per l’orina.

Aquesta degradació la fan enzims específics, de manera

que cada neurotransmissor té els seus enzims de degradació.

Aquests enzims es localitzen a l’espai sinàptic o a l’interior de la cèl·lula presinàptica.

b) Recaptació

És el mecanisme més comú d’inactivació dels neurotransmissors (figura 28).

El neurotransmissor és recaptat pel botó terminal gràcies a un mecanisme de transport actiu d’alta afinitat.

La molècula responsable del procés de recaptació és una proteïna transportadora que se situa a la membrana del terminal presinàptic, i que quan interactua amb el neurotransmissor el reintrodueix al botó terminal.

És un sistema específic, ja que cada proteïna transportadora només recaptarà un tipus de neurotransmissor.

A més, és un sistema d’alta afinitat, atès que les molècules de neurotransmissor tenen molta facilitat per a unir-se a aquesta proteïna transportadora. Això farà que el neurotransmissor desaparegui ràpidament de l’espai sinàptic.

Finalment, és un sistema de transport actiu, ja que per a reintroduir el neurotransmissor al botó sinàptic es consumeix energia.

Un cop recaptat, el neurotransmissor pot ser degradat dins del terminal sinàptic o pot ser reintroduït a les vesícules per a tornar a ser alliberat.

Enzims

Un enzim és una molècula, generalment una proteïna, que augmenta la velocitat de les reaccions químiques (catalitza reaccions).

Trobarem enzims en els processos de síntesi i inactivació de neurotransmissors i en els

sistemes de senyalització intracel·lulars. Les paraules acabades amb el sufix -asa (per exemple, acetilcolinesterasa) són noms

d’enzims.

MECANISMES BÀSICS DE LA TRANSMISSIÓ SINÀPTICA QUÍMICA

Figura 29. Representació dels dos mecanismes d’inactivació d’un neurotransmissor: Esquerra: recaptació. Dreta: degradació

enzimàtica.

Són neurotransmissors aquelles substàncies que quan interactuen amb un receptor (ionotròpic o metabotròpic) provoquen l’obertura de canals iònics.

Aquest mot (neurotransmissor) només s’usa quan la substància alliberada té la funció d’obrir canals iònics. Les substàncies transmissores poden tenir altres funcions a part d’aquesta.

És a dir, els neurotransmissors canvien la permeabilitat de membrana per algun ió, i s’observa un PEP o un PIP de curta durada. Poden actuar directament sobre un receptor

ionotròpic o per mitjà de sistemes de segons missatgers.

Són neuromoduladors aquelles substàncies que quan interactuen amb receptors metabotròpics regulen la

transmissió sinàptica.Els neuromoduladors no actuen necessàriament sobre canals iònics. Per exemple, poden fosforilar proteïnes

intracel·lulars o modificar la concentració de Ca2+. Aquestes accions es poden dur a terme mitjançant sistemes de segons missatgers, actuan tant a nivell

presinàptic com postsinàptic.Així, doncs, els sistemes de segons missatgers tenen múltiples funcions: no solament estan implicats en

l’obertura de canals iònics, com hem vist en l’apartat de receptors, sinó que també participen en la modulació de

les sinapsis (facilitant o dificultant la generació de potencials d’acció), en la regulació dels nivells de Ca2+ i fins i tot poden afectar els processos de regulació gènica, com

veurem en l’apartat de plasticitat sinàptica.Els efectes de l’activació dels segons missatgers sobre l’obertura de canals iònics es consideren efectes a curt

termini i són propis dels neurotransmissors, mentre que els que afecten els de la regulació de Ca2+ intracel·lular o

l’expressió gènica són efectes a llarg termini, dependents dels neuromoduladors.

DIFERÈNCIES

Allò que determina si una substància es comporta com a neurotransmissor o com a neuromodulador és l’efecte que té la seva unió amb el receptor. Fins

i tot en una mateixa sinapsi, una substància pot tenir efecte neurotransmissor i també

neuromodulador.

En la major part de les sinapsis un mateix botó sinàptic allibera

conjuntament diferents substàncies transmissores, tant

neurotransmissors com neuromoduladors.

Cotransmissió: és l’alliberament simultani a

partir d’un mateix botó sinàptic de diverses

substàncies transmissores que interactuen amb els seus

receptors específics.

La cotransmissió implica els fets següents:

1) Coexistència de les substàncies en el mateix botó

sinàptic. La cotransmissió se sol produir entre un

neurotransmissor del tipus monoaminèrgic i un

neuropèptid (per exemple, dopamina amb encefalina o

serotonina amb substància P).2) Coalliberament de les

substàncies. Pot ser a partir de la mateixa vesícula.

3) Existència de receptors específics (presinàptics i/o

postsinàptics) per a cadascuna de les substàncies alliberades.

DIFERÈNCIESNEUROTRANSMISSORS-NEUROMODULADORS

Neurotransmissors Neuromoduladors

Actuen sobre receptors ionotròpics i metabotròpics.

Obren canals iònics.

La seva funció és modificar la permeabilitat de membrana

per algun ió.

La resposta (PEP o PIP) té una latència curta (0,5-1 ms), i

l’efecte dura de 10 a 100 ms.

Actuen sobre receptors metabotròpics.

No actuen necessàriament sobre canals iònics.

Múltiples funcions mitjançades per l’activació d’enzims

intracel·lulars

Té una latència de segons, i l’efecte pot durar minuts, hores

o dies.

SINAPSIS QUÍMIQUES

MECANISMES BÀSICS DE LA TRANSMISSIÓ SINÀPTICA QUÍMICA

PLASTICITAT SINÀPTICA

DEFINICIÓ DE PLASTICITAT SINÀPTICAL’efectivitat de les sinapsis químiques es pot modificar per l’activitat.

Així, si una transmissió sinàptica produeix un PEP d’una determinada amplitud, aquesta connexió es pot potenciar de manera que amb la

mateixa activació de la neurona presinàptica el PEP resultant sigui més gran. El mateix pot passar amb les sinapsis inhibidores.

Anomenem plasticitat sinàptica l’augment o disminució de la força de les connexions sinàptiques a conseqüència de l’activació

d’aquestes sinapsis. Aquests canvis poden ser a curt o a llarg termini.

Canvis a curt termini

Una alta freqüència de descàrrega de potencials d’acció pot alterar l’efectivitat sinàptica.

Podem estimular una neurona presinàptica a alta freqüència (en algunes cèl·lules es poden generar de cinc-cents a mil potencials d’acció per segon). Aquesta estimulació s’anomena estimulació tetànica.

Durant l’estimulació tetànica, s’observa un augment de l’amplitud dels potencials postsinàptics, que s’anomena potenciació tetànica. Un cop finalitzada l’estimulació tetànica, s’observa una potenciació posttetànica, és a dir, un increment en l’amplitud dels potencials

postsinàptics que persisteix durant minuts o hores (figura 35).

Pel que fa a les bases iòniques de la potenciació tetànica i posttetànica, recordem que la quantitat de neurotransmissor alliberat depèn críticament de la concentració de Ca2+ en el terminal presinàptic. Es creu que l’estimulació tetànica fa augmentar molt la

concentració de Ca2+ intracel·lular, de manera que es genera un excés d’aquest ió. Aquest excés, anomenat Ca2+ residual, queda disponible per a mobilitzar vesícules sinàptiques.

Així, doncs, amb l’arribada de nous potencials d’acció, es mobilitzaran més vesícules sinàptiques i s’alliberarà més neurotransmissor, i això farà que la resposta postsinàptica sigui més gran. Aquesta potenciació es mantindrà fins que es normalitzin els nivells de Ca2+ en

el terminal presinàptic.

Canvis a llarg termini

Els neuromoduladors, per mitjà de sistemes de segons missatgers, poden influir sobre múltiples processos bioquímics intracel·lulars.

Concretament, es creu que poden induir l’expressió de determinats gens i, per tant, la síntesi de determinades proteïnes. Això

podria donar lloc a canvis a llarg termini en l’efectivitat sinàptica.

L’ADN (àcid desoxiribonucleic) de les cèl·lules conté la informació genètica de l’organisme. Es localitza en el nucli de la cèl·lula, queda allunyat, doncs, de la membrana on se situen els receptors per a neurotransmissors i neuromoduladors. Aquest ADN

està generalment replegat sobre unes proteïnes anomenades histones, de manera que aquesta configuració impedeix l’expressió gènica.

La proteïna cinasa dependent d’AMPC pot fosforilar les histones. Aquesta proteïna cinasa s’activa per l’acció de l’AMPC, que se sintetitza en resposta a la unió d’un neuromodulador amb un receptor metabotròpic.

Quan les histones es fosforilen, se separen de l’ADN i permeten l’expressió de determinats gens, que posteriorment es traduiran a proteïnes. Aquestes proteïnes poden ser receptors de membrana, o enzims implicats en la síntesi d’un

neurotransmissor. D’aquesta manera, s’afectarà l’efectivitat sinàptica (per la presència de més receptors, per la disponibilitat més gran de neurotransmissor, etc.) a llarg termini, durant dies o setmanes.

El postulat neurofisiològic

El psicòleg canadenc D. O. Hebb, va recollir en l’obra The Organization of Behavior (1949) el més essencial dels seus coneixements. Una de les aportacions cabdals d’aquest autor va ser explicar l’aprenentatge i la memòria com a fenòmens relacionats amb els canvis en l’efectivitat de les connexions sinàptiques.

Segons el que Hebb va anomenar postulat neurofisiològic, quan una neurona (A) excita repetidament una altra neurona (B) es donen una sèrie de canvis a llarg termini en una o en les dues neurones de manera que l’eficàcia d’A sobre B queda modificada. Aquest canvi depèn de l’experiència repetida i, per tant, es pot considerar un correlat cel·lular

dels processos d’aprenentatge.

Posteriorment, aquesta hipòtesi ha estat àmpliament contrastada per diferents laboratoris, com el del premi Nobel de Medicina de 2000, Eric Kandel. S’ha observat que els canvis a llarg termini no tan sols són de tipus bioquímic, sinó també estructurals, com el creixement de noves espines dendrítiques, cosa que pot augmentar el nombre de

sinapsis entre dues cèl·lules.

SUBSTÀNCIES TRANSMISSORES

La tècnica dels sinaptosomes

El coneixement en el camp de les substàncies neurotransmissores s’ha vist facilitat per la introducció

d’algunes tècniques d’investigació, com la dels sinaptosomes.

Per a obtenir els sinaptosomes es posa teixit cerebral en un tub d’assaig, i es centrifuga. A conseqüència d’aquesta

centrifugació, els terminals sinàptics queden separats de la resta de la neurona, i la membrana trencada es tanca formant

una bossa, que és el sinaptosoma. Els sinaptosomes poden portar a terme la major part d’activitats de les terminacions axonals de les quals deriven. D’aquesta manera, es poden

estudiar les propietats de la sinapsi i de les substàncies neurotransmissores de manera aïllada i amb facilitat.

CRITERIS PER A IDENTIFICAR LES SUBSTÀNCIES CANDIDATES A NEUROTRANSMISSOR

Per tal que una substància química pugui ser considerada com un neurotransmissor ha de complir una sèrie de requisits. Si no els compleix tots, es considera que la substància és un probable neurotransmissor (putative neurotransmitter, en anglès):

Presència: la substància candidata ha d’estar present dins les neurones a partir de les quals serà alliberada.

Síntesi: en aquestes mateixes neurones han d’existir enzims que sintetitzin aquesta substància i precursors i altres compostos que formin part de la ruta de biosíntesi.

Alliberament: quan el potencial d’acció arriba al terminal sinàptic en qüestió, aquesta substància ha de ser alliberada de manera dependent de l’entrada de Ca2+.

Inactivació: han d’existir mecanismes per a la inactivació de la substància candidata.

Identificació de l’acció: – quan la substància candidata s’administra exògenament a l’espai sinàptic, la neurona postsinàptica ha de mostrar la mateixa resposta que quan s’estimula elèctricament la neurona presinàptica. – Si un agent farmacològic modifica la transmissió sinàptica mediada per la substància candidata, s’observarà la mateixa modificació que si la substància s’administra exògenament.

Presència de receptors: s’ha de demostrar l’existència de receptors per a la substància candidata a la zona sinàptica.

FARMACOLOGIA DE LA SINAPSI

Substàncies químiques exògenes i endògenes

Per substàncies químiques exògenes entenem aquelles substàncies no sintetitzades en el nostre cos. Algunes

d’aquestes poden alterar la transmissió sinàptica. Hi ha diferents vies d’administració (oral, intravenosa, inhalada,

etc.). Les substàncies químiques endògenes són les sintetitzades pel nostre organisme. L’efecte sobre la

transmissió sinàptica dels dos tipus de substància pot ser indistingible.

L’afinitat d’una substància

Una mateixa substància pot tenir afinitat per més d’un receptor, de manera que les seves accions no

siguin del tot específiques sobre un sistema de neurotransmissió. Generalment una substància sol tenir alta afinitat per un receptor i una afinitat més

petita per altres receptors. En el cas de certes drogues, les conseqüències d’aquesta manca

d’especifitat poden ser efectes secundaris indesitjats, i per això un dels reptes dels

investigadors és desenvolupar substàncies d’alta afinitat específica per a un receptor.

Tipus de neurotransmissors

L’administració de substàncies químiques exògenes pot modificar la transmissió

sinàptica. Entre aquestes substàncies trobem fàrmacs, drogues d’abús i diferents

substàncies tòxiques. Els efectes d’aquestes substàncies solen ser dependents de la dosi. De fet, moltes substàncies innòcues poden

afectar la neurotransmissió en dosis elevades.

Els efectes de les substàncies químiques exògenes dependran del sistema de

neurotransmissió amb què interactuïn i del seu mecanisme d’acció.

Diferents mecanismes d’acció de les substàncies exògenes

ALTRES ACCIONSLes substàncies exògenes poden actuar en qualsevol

punt del procés de neurotransmissió; és a dir, trobarem substàncies que afectin el procés de síntesi,

d’emmagatzematge en vesícules, d’alliberament,

d’inactivació, i com hem vist en el punt anterior, sobre la interacció amb els receptors

(figura 36).En general, els efectes sobre

un sistema de neurotransmissió seran

facilitadors quan afavoreixin la seva acció, i inhibidors

quan l’impedeixin.

INTERACCIÓ DIRECTA AMB ELS RECEPTORS DEL

NEUROTRANSMISSORAlgunes substàncies es poden

unir als receptors presinàptics o postsinàptics d’un sistema de neurotransmissió. Aquestes

substàncies s’anomenen lligands. Els lligands es poden unir al receptor amb diferents afinitats. Com més afinitat hi

ha, més forta serà la unió lligand-receptor.

L’eficàcia d’un lligand fa referència a la capacitat que té

per a activar el receptor i provocar una resposta cel·lular. D’aquesta manera, un lligand es pot unir fàcilment a un receptor (alta afinitat), però no produir

cap efecte (baixa eficàcia).

Agonisme: és la resposta provocada per una substància que té afinitat i eficàcia per un receptor, de manera que els seus efectes imiten o se sumen

als del lligand endogen. Aquestes substàncies s’anomenen agonistes. Els agonistes poden ser totals o complets, parcials o inversos. Els agonistes

totals, en unir-se al receptor, fan la mateixa acció que el neurotransmissor; els agonistes parcials exerceixen la mateixa acció que el neurotransmissor

però d’una manera més feble, i els agonistes inversos, en unir-se al receptor, produeixen l’efecte contrari al del neurotransmissor.

Antagonisme: és l’efecte provocat per una substància que té afinitat pel receptor però una eficàcia nul·la. Bloqueja els efectes del lligand endogen o d’un agonista, i no produeix cap resposta per si sola. Aquestes substàncies

s’anomenen antagonistes. Els antagonistes poden ser reversibles o irreversibles. En el cas dels reversibles, l’antagonista es deslligarà del

receptor al cap de cert temps, de manera que el receptor tornarà a ser funcional. En canvi, en el cas dels irreversibles, l’antagonista romandrà unit

al receptor i el bloquejarà permanentment; en aquesta situació, no hi tornarà a haver receptors funcionals fins que es produeixi la síntesi de novo

del tipus de receptor antagonitzat.

EFECTES DELS LLIGANDS EXÒGENS

Figura 37. Diferents mecanismes d’acció de les substàncies químiques exògenes sobre la transmissió sinàptica. En general, es pot facilitar o inhibir el sistema de neurotransmissió. Cada possibilitat està representada per un exemple.

NT - Neurotransmissors; ACh - Acetilcolina.

TIPUS DE NEUROTRANSMISSORS

ACETILCOLINA AChMONOAMINES o amines

biògenes

NEUROTRANSMISSORSAMINOÀCIDS

NEUROPÈPTIDS ALTRESNEUROTRANSMISSORS

COMUNICACIÓ QUÍMICA NO SINÀPTICA:HORMONES

CATECOLAMINES

SEROTONINA o 5-hidroxitriptamina (5-HT)

HISTAMINA

AMINOÀCIDSEXCITADORS

AMINOÀCIDSINHIBIDORS

GLUTAMAT

ASPARTAT GABA

GLICINA

PÈPTIDS OPIACISPÈPTIDS NO

OPIACIS

PÈPTIDS ENDÒGENS OOPIACIS ENDÒGENS

ENCEFALINES

ENDORFINES

DINORFINES

SUBSTÀNCIA P(SP)

COLECISTOQUININA(CCK)

PÈPTID INTESTINALVASOACTIU (VIP)

NEUROPÈPTID Y(NPY)

SOMATOSTATINA

NEUROTENSINA

DOPAMINA

NORADRENALINA

ADRENALINA

Els receptors són metabotròpics

Depressió és una conseqüència de la disminució de noradrenalina cerebral. Però hi ha dades que posen en dubte la relació directa

entre noradrenalina i depressió, és la falta d’efectes antidepressius de les drogues estimulants com la cocaïna i les amfetamines. Les dues substàncies inhibeixen la recaptació de

catecolamines i les amfetamines n’estimulen, a més, l’alliberament; aquestes substàncies en persones no deprimides produeixen un efecte euforitzant, però no s’observa cap millora

de l’estat d’ànim en pacients deprimits. Actualment, s’han desenvolupat agents inhibidors de la recaptació de noradrenalina com a tractaments farmacològics contra la depressió, encara que els fàrmacs més efectius semblen ser fàrmacs que combinen com

a dianes terapèutiques el sistema noradrenèrgic i el serotoninèrgic, com els inhibidors duals de la recaptació de

serotonina i noradrenalina, i els fàrmacs duals inhibidors de la recaptació de serotonina i antagonistes dels heteroreceptors α2,

que potencien l’activitat serotoninèrgica

Esquizofrènia és un excès de l’activitat dopaminèrgica. Les vies serotoninèrgiques

exerceixen un paper regulador sobre les vies dopaminèrgiques. A favor d’aquesta hipòtesi està el fet que els fàrmacs antipsicòtics, com la clorpromacina o l’haloperidol, milloren la simptomatologia de l’esquizofrènia. Aquests

fàrmacs, són antagonistes dels receptors dopaminèrgics, concretament del receptor

D2. Els antipsicòtics desenvolupats actualment actuen de manera dual

antagonitzant els receptors D2 i un subtipus de receptors serotoninèrgics (els 5-HT2A).

D’altra banda, l’ús de substàncies que potencien l’activitat dopaminèrgica, com la

cocaïna o les amfetamines, poden induir psicosi en consums perllongats.

INDOLAMINA

DISFUNCIONS

Ansietat, els fàrmacs que actuen com a agonistes parcials dels receptors

serotoninèrgics són bons agents ansiolítics.

L’estimulació elèctrica del locus ceruleus produeix els símptomes fisiològics de l’ansietat (taquicàrdia,

tremolors, sudoració, etc.). L’ús d’agonistes α2,

que actuaran sobre els autoreceptors, permet

eliminar la simptomatologia

somàtica de l’ansietat, no així el component

emocional i subjectiu. Com s’ha comentat

anteriorment, el tractament amb β-

bloquejants té el mateix efecte sobre els

símptomes de l’ansietat.

Trastorn afectiu estacional és una depressió que es manifesta en èpoques de poca llum ambiental. El

tractament més eficaç és la fototeràpia. es caracteritza també per un augment en la ingesta de carbohidrats. Es produeix per l’excés de l’hormona

melatonina, sintetitzada a la glàndula pineal a partir de la 5-HT

DISFUNCIONS

DISFU

NC

ION

S

DISFUNCIONS

SISTEMES PURINÈRGICS

GASOS SOLUBLES

ATP

ADENOSINA

LÍPIDS

Receptors muscarínics (són metabotròpics, agonista de la

muscarina que s’obté del bolet Amanita muscaria.

Receptors nicotínics (són

ionotròpics, agonistes amb la

nicotina)

receptors adrenèrgics

situats al SNC i SNA

receptors dopaminèrgics (D1 a

D5)

Malatia de Parkinsondèficit de dopamina en determinades àrees del cervell. És un

trastorn caracteritzat per tremolors, rigidesa de les extremitats, problemes d’equilibri, dificultats per a iniciar els

moviments i, en alguns casos, trastorns cognitius. Està causada per una degeneració de les neurones

dopaminèrgiques del sistema nigroestriat. Tractament: l’ús de precursors de la dopamina, com la levodopa, poden

aconseguir que les poques neurones no afectades puguin alliberar una quantitat més gran de dopamina, fet que redueix

els símptomes de la malaltia. A més de precursors de la dopamina, s’utilitzen agonistes dopaminèrgics, inhibidors dels

enzims de degradació i inhibidors de la recaptació del neurotransmissor. L’administració d’aquests fàrmacs

juntament amb els precursors millora el quadre simptomàtic. Un exemple és l’ús del deprenil, un inhibidor selectiu de la

MAO-B.

TDHA Trastorn per dèficit d’atenció amb

hiperactivitat esta molt relacionat amb les catecolamines. Els

fàrmacs estimulants, com les amfetamines, milloren

la simptomatologia, ja que potencien la neurotransmissió dopaminèrgica i

noradrenèrgica. El fàrmac més utilitzat és un derivat

amfetamínic, el metilfenidat

(comercialitzat com a Rintalín).

DISFUNCIONS

Farmacologia:VEURE TAULES pag

següent

Farmacologia: Agonistes: les drogues al·lucinògenes, i en especial la dietilamida de l’àcid lisèrgic (LSD), actuen sobre el sistema serotoninèrgic, possiblement com a agonistes dels receptors 5-HT2. Síntesi: la para-cloro-fenilalanina (PCPA) inhibeix l’enzim triptòfan hidroxilasa, de manera que no permet sintetitzar 5-HT. D’aquesta manera, s’inhibeix la transmissió serotoninèrgica. Emmagatzematge: l’emmagatzematge en vesícules es pot inhibir amb reserpina. Així s’inhibeix la funció de la serotonina. Inactivació: el inhibidors de la MAO (IMAO) faciliten la neurotransmissió serotoninèrgica, ja que la MAO és l’enzim inactivador de la 5-HT. Els antidepressius tricíclics inhibeixen la recaptació de 5-HT (també la noradrenalina). Algunes substàncies inhibeixen selectivament la recaptació de 5-HT. Es coneixen amb el nom d’inhibidors selectius de la recaptació de serotonina (ISRS). D’entre aquestes, cal destacar la fluoxetina (el popular Prozac).

FUNCIONS La integració de les

respostes necessàries per a produir una resposta

motora.La generació i el

manteniment dels patrons de son.

La regulació de l’estat d’ànim.

Els senyals de sacietat després de la ingesta.

Funcions i localització: a) Sistema nerviós perifèric L’Ach: principal substància transmissora del SNP. Quan és alliberada a la unió neuromuscular, estimula la contracció dels muscles, i permet de fer moviments. En el sistema nerviós autònom, la trobem a les sinapsis ganglionars i a les postganglionars de la branca parasimpàtica. b) Sistema nerviós central Els botons terminals colinèrgics

es localitzen per tot el cervell. L’origen d’aquests botons terminals (el soma de les neurones) es troba generalment en una d’aquestes tres localitzacions: protuberància, prosencèfal basal, i àrea septal medial. L’efecte de l’ACh sol ser excitador. Les neurones colinèrgiques de la protuberància que es projecten cap a l’escorça cerebral, la medul·la espinal i el tàlem són les

responsables de la fase REM del son (fase del son en què es produeixen els somnis). Les del prosencèfal basal, participen en l’activació de l’escorça, i faciliten l’aprenentatge. Els principals nuclis colinèrgics prosencefàlics són el nucli de Meynert i el nucli

magnocel·lular. Les neurones colinèrgiques de l’àrea septal medial modulen l’activació de les neurones de l’hipocamp, que és una estructura molt implicada en la formació de certs tipus de memòria.

Poden actuar com:Com a hormones alliberades en el torrent sanguini, són alliberades per la medul·la

suprarenal, i tenen un paper important en la resposta de l’organisme davant les situacions d’estrès. En el sistema nerviós autònom, la noradrenalina és el neurotransmissor de les sinapsis simpàtiques postganglionars i, per

tant, té receptors en la majoria de les vísceres. Les seves funcions són: augment de la taxa cardíaca, la freqüència respiratòria, la pressió sanguínia, etc.). En el sistema nerviós

central l’adrenalina es troba en poca quantitat, localitzada principalment al tronc de l’encèfal. La noradrenalina, està present de manera àmplia a la major part del cervell.

Els somes de la major part de neurones noradrenèrgiques es troben al Locus

coeruleus, un nucli del tronc de l’encèfal, des d’on envien els seus axons a diferents àrees

de l’encèfal, com l’escorça o l’hipocamp. Algunes funcions són: Activació cerebral

(augment de l’estat de vigília o d’atenció a l’entorn) I Modulació dels processos

d’aprenentatge i memòria

Funcions i localització-Sistema nigroestriat:

control dels moviments.- Sistema mesolímbic:

regulació de les emocions, l’obtenció de plaer i

recompensa, i en la gènesi de les conductes que

creen addicció.-Sistema mesocortical: la memòria a curt termini, la planificació i l’elaboració

d’estratègies.

a) Localització Les neurones

serotoninèrgiques tenen els seus somes en una

estructura troncoencefàlica coneguda com a nuclis de la

rafe. Les projeccions més importants són aquestes. Sistema del rafe dorsal:

envia els seus axons a l’escorça i als ganglis basals. Sol establir sinapsis de pas

amb les neurones postsinàptiques.

Sistema del rafe medial: també envia els seus axons a

l’escorça, i a una part molt important del sistema límbic, la formació hipocampa. Sol

establir sinapsis convencionals amb les

neurones postsinàptiques.

Receptors Serotoninèrgics metabotròpics 5-HT1/ 5-HT2 i un únic receptor ionotròpic

5-HT3

Malaltia d’Alzheimer: és una malaltia neurodegenerativa que causa un deteriorament progressiu de les funcions cognitives

(sobretot de la memòria, però també del llenguatge, el raonament i altres funcions) i alteració conductual. És més freqüent en

persones d’edat avançada, però pot començar a partir dels 40-50 anys. La causa encara és desconeguda, però hi ha una pèrdua

significativa de neurones colinèrgiques a determinades àrees del cervell, principalment són les vies colinèrgiques que es projecten

des del nucli magnocel·lular del prosencèfal basal. Per a evitar aquesta degeneració colinèrgica, una de les estratègies utilitzades ha estat l’administració de fàrmacs que evitessin l’acció de l’AChE,

de manera que així s’inhibeix la degradació d’ACh i augmenta la disponibilitat d’aquest neurotransmissor en l’espai sinàptic. El primer fàrmac utilitzat va ser la tacrina. Posteriorment, es va demostrar que el seu efecte és beneficiós només en estadis

inicials de la malaltia, ja que retarda l’aparició dels símptomes cognitius, però no n’evita l’avenç. Altres anticolinesteràsics utilitzats són el donepezil, la rivastigmina i la galantamida.

Miastènia gravis: és una malaltia

hereditària de caràcter autoimmune. El

sistema immunitari no reconeix com a propis els receptors nicotínics

de la unió neuromuscular i els

destrueix. Això produeix paràlisi

progressiva i mort quan es paralitza la

musculatura respiratòria.

Reforç i addicció: les substàncies que

potencien la neurotransmissió

dopaminèrgica de la via mesolímbica (des de l’àrea del tegment

ventral al nucli accumbens)

produeixen sensacions agradables. Les drogues com la

cocaïna, amfetamines, nicotina o alcohol

produeixen directament o

indirectament aquest efecte. Si el consum

d’aquestes substàncies es cronifica, aquest provoca canvis en el

sistema dopaminèrgic, entre ells una

disminució del receptor D2

a) Localització: La histamina es troba principalment a les cèl·lules del sistema immunitari, i s’allibera en les reaccions

al·lèrgiques o en les inflamacions causades per lesió dels teixits. En el sistema nerviós central, es localitza en algunes estructures en què es comporta com a neurotransmissor.Els somes de les neurones histaminèrgiques es localitzen principalment en el nucli tuberomamil·lar de l’hipotàlem. Les projeccions histaminèrgiques poden ser ascendents o

descendents. Moltes estructures cerebrals reben innervació histaminèrgica. Cal destacar els nuclis

hipotalàmics, l’àrea septal medial i, en un grau més petit, l’escorça, l’amígdala i els ganglis basals.

b) Funcions La histamina regula l’activitat de diferents parts del sistema nerviós central, i augmenta l’excitabilitat

de les neurones sobre les quals actua. Aquest paper és especialment important per al manteniment dels cicles son-vigília i per a la formació de nous aprenentatges. A més, s’ha comprovat que participa en la regulació de la

ingesta i el control de les secrecions hormonals pituïtàries.

ReceptorsH1: – És un receptor postsinàptic. –

La seva activació és excitadora, activa la via de l’AMPc però també la de

l’IP3.H2: – És un receptor postsinàptic. – La seva activació és activadora (lligat

a una proteïna Gs).H3: – És un receptor presinàptic,

actua com a autoreceptor. – La seva activació és inhibidora (proteïna Gi),

actua regulant la síntesi i alliberament d’histamina.

H4: – És l’únic que no es troba en sistema nerviós (localitzat

principalment a la medul·la òssia i glòbuls blancs). – La seva activació és

inhibidora (proteïna Gi).

FarmacologiaEls antihistamínics s’utilitzen clínicament per a alleugerir els símptomes de les al·lèrgies.

Però també indueixen sedació, perquè antagonitzen el receptor cerebral H1, que té efectes excitadors. De fet, els antipsicòtics convencionals, com l’haloperidol, a més de

bloquejar els receptors dopaminèrgics també bloquegen els histaminèrgics tipus 1.

Veure farmacologia pag. següent

TIPUS DE NEUROTRANSMISSORS

ACETILCOLINA AChMONOAMINES o amines

biògenes

NEUROTRANSMISSORSAMINOÀCIDS

NEUROPÈPTIDS ALTRESNEUROTRANSMISSORS

COMUNICACIÓ QUÍMICA NO SINÀPTICA:HORMONES

CATECOLAMINES

SEROTONINA o 5-hidroxitriptamina (5-HT)

HISTAMINA

AMINOÀCIDSEXCITADORS

AMINOÀCIDSINHIBIDORS

GLUTAMAT

ASPARTAT GABA

GLICINA

PÈPTIDS OPIACISPÈPTIDS NO

OPIACIS

PÈPTIDS ENDÒGENS OOPIACIS ENDÒGENS

ENCEFALINES

ENDORFINES

DINORFINES

SUBSTÀNCIA P(SP)

COLECISTOQUININA(CCK)

PÈPTID INTESTINALVASOACTIU (VIP)

NEUROPÈPTID Y(NPY)

SOMATOSTATINA

NEUROTENSINA

DOPAMINA NORADRENALINA

ADRENALINA

INDOLAMINA

DISFUNCIONS

ReceptorsEls aminoàcids excitadors tenen

tres tipus de receptors ionotròpics i un receptor

metabotròpic.

SISTEMES PURINÈRGICS

GASOS SOLUBLES

ATP

ADENOSINA

LÍPIDS

FarmacologiaEls receptors dels aminoàcids excitadors prenen el seu nom de les

substàncies exògenes que es comporten com a agonistes quan interactuen amb aquests. Així, els receptors NMDA i AMPA tenen per agonistes

aquestes dues substàncies sintètiques, i el receptor tipus cainat té com a agonista l’àcid caínic, una substància que s’extrau de certes algues.

Aquestes substàncies no s’usen com a drogues d’abús ni com a drogues terapèutiques, però han servit per a diferenciar els receptors del glutamat

en treballs experimentals. Algunes substàncies que potencien la funció dels receptors AMPA, com l’aniracetam, tenen propietats nootròpiques.

La fenciclidina (PCP o pols d’àngel) i la ketamina són drogues sintètiques que bloquejen el canal de Ca2+ del receptor NMDA, de manera semblant a com ho fa el Mg2+. Per tant, antagonitzen l’acció del glutamat sobre aquest

canal. La PCP es comporta com una droga al·lucinògena, que altera la percepció de la imatge corporal, produeix eufòria, somnolència i onirisme;

la ketamina produeix estats de dissociació.

Localització i funcionsLa majoria de sinapsis excitadores

estan mediades per glutamat o aspartat, de manera que podem

trobar aquests neurotransmissors en qualsevol lloc del sistema nerviós

central, especialment en hipocamp, estriat i tàlem. Les seves funcions

poden ser múltiples i dependran de la localització dels receptors. Aquests

neurotransmissors han estat relacionats especialment amb els fenòmens de plasticitat sinàptica.

Aquests fenòmens són molt importants durant el

desenvolupamentdel sistema nerviós. En el cervell adult poden ser

la base molecular dels processos d’aprenentatge i memòria.

a) Plasticitat sinàptica: potenciació a llarg termini i depressió a llarg termini Els receptors NMDA i els no-NMDA estan implicats en un fenomen plàstic que es

coneix com a potenciació a llarg termini (LTP). La LTP consisteix en un reforçament de la transmissió sinàptica entre dues

neurones que pot durar dies o mesos. Aquesta facilitació de la transmissió sinàptica no es produeix si es bloquegen els

receptors NMDA, i sembla que també és necessària l’entrada de Ca2+, que es comporta com un segon missatger.

En l’LTP podem observar els canvis que apuntem a continuació:-A la neurona presinàptica, augmenta l’alliberament de neurotransmissor.

-A la neurona postsinàptica, augmenta l’efectivitat dels receptors implicats en l’LTP i fins i tot n’augmenta el nombre.

-Morfològics (en la forma de la sinapsi), augmentant el nombre d’espines dendrítiques.

La depressió a llarg termini és el procès oposat al de l’LTP.Els seus mecanismes són menys coneguts, però sembla ser que en aquest cas es produeix una disminució del flux de Ca2+ que fa que els receptors siguin menys

sensibles. La seva funció principal és la de foragitar traces d’antics records. En aquest

procés estan implicats els receptors NMDA, els mGluR, i també altres tipus de receptors no glutamatèrgics, com els endocannabinoides.

b) Disfuncions de la transmissió sinàptica per aminoàcids excitadors Isquèmia-hipòxia: els aminoàcids excitadors són unes neurotoxines molt potents. L’excessiu alliberament d’aquests neurotransmissors provoca mort neuronal a causa que l’alta entrada de Ca2+, que resulta tòxica

per a la cèl·lula. En els casos en què no arriba prou oxigen al cervell (sigui per asfíxia o per problemes circulatoris, com una aturada cardíaca, una embòlia ,etc.), deixa de funcionar tota la maquinària cel·lular

dependent d’energia. Això provoca una hiperactivació de les neurones, que farà que s’alliberin neurotransmissors de manera incontrolada. Si aquest neurotransmissor és el glutamat, la cèl·lula

postsinàptica no podrà resistir l’alta entrada de Ca2+ i morirà. El dany causat per la isquèmi o la hipòxia dependrà de la quantitat de teixit afectat, que al seu torn depèn de la duració de l’episodi.

Epilèpsia: és una malaltia que es caracteritza per episodis d’activitat descontrolada de les neurones. Això ocasiona convulsions i pèrdua de consciència. Sembla que tant els receptors AMPA com els NMDA poden

estar implicats en l’etiologia de les crisis convulsives.Trastorns del desenvolupament i malalties neurodegeneratives: diversos estudis han posat de manifest que

disfuncions del sistema glutamatèrgic, sobretot la seva hiperactivitat, estan implicats en la gènesi de molts trastorns del desenvolupament, com l’autisme, psicopatologies, com l’esquizofrènia, i malalties

neurodegeneratives, com l’esclerosi lateral amiotròfica (ELA) i la corea de Huntington.

L’aspartat s’uneix als receptors NMDA; per

ara, no hi ha evidències que hi hagi un tipus de receptor

exclusiu per a l’aspartat.

S’han identificat vuit tipus diferents de receptors metabotròpics per al glutamat: mGluR1 a mGluR8. Aquests es

troben classificats en tres grups. Recordem que en tractar-se de receptors metabotròpics la seva acció serà més llarga que la

dels ionotròpics (de segons a minuts).

Grup I:– Subtipus mGluR1 i mGluR5.

– La seva activació és excitadora, via IP3.– Són receptors postsinàptics.

Grup II i III:– Subtipus del grup II: mGluR2 i mGluR3.

– Subtipus del grup III: mGluR4, mGluR6, mGluR7 i mGluR8.– Són receptors tant postsinàptics com presinàptics.

– La seva activació és inhibidora (lligat a una proteïna Gi).

Al contrari que els receptors ionotròpics, no s’han trobat receptors metabotròpics per al glutamat a les cèl·lules glials.

El receptor NMDA està acoblat a un canal iònic permeable al Ca2+. Produeix una resposta postsinàptica excitadora llarga (200-300 ms), i probablement té un paper modulador, ja que el

Ca2+ es comporta com un segon missatger.

Hi ha dues famílies de receptors NMDA: els NMDAR1 o NR1 i els NMDAR2 o NR2. L’estructura d’aquest receptor i algunes de les seves característiques funcionals el fan diferent de la resta de

receptors ionotròpics: el canal iònic és permeable al Ca2+ i es troba bloquejat, a més conté diversos llocs de modulació per a altres substàncies. A més, l’activació del canal del receptor

NMDA requereix la despolarització prèvia de la membrana. En condicions de repòs, el canal iònic per on ha d’entrar el Ca2+ està bloquejat per una molècula

de magnesi (Mg2+). Per tant, encara que el neurotransmissor interactuï amb el receptor no es produirà cap resposta postsinàptica (figura 46).

Aquest bloqueig, però, és voltatge dependent, de manera que quan la membrana està lleugerament despolaritzada (al voltant de –30 mV), el Mg2+ desbloqueja el canal, i aleshores pot

entrar el Ca2+ en resposta a l’estimulació sinàptica. Per tant, la resposta del receptor NMDA no està controlada només per la unió del

neurotransmissor al receptor, sinó també pel voltatge de la membrana postsinàptica. Aquesta despolarització, que és necessària perquè s’obri el canal iònic del receptor NMDA, s’aconsegueix

per mitjà de l’activació dels receptors no-NMDA, especialment dels AMPA.A més, el receptor NMDA té llocs d’unió per a altres substàncies reguladores. En concret, té un lloc d’unió per a la glicina, i un lloc d’unió per al zinc (Zn2+). Se sap que cal la unió de la glicina

perquè s’obri el canal de Ca2+. El Zn2+, en canvi, sembla que dificulta l’obertura d’aquest canal.

Receptors ionotròpics Receptors metabotròpics

No-NMDA

NMDA

AMPA Cainat

Hi ha quatre subtipus de receptors AMPA: GluR1,

GluR2, GluR3 i GluR4.– Actuen tant com a

receptor postsinàptic com presinàptic.

Els receptors AMPA són els responsables de la major part del corrent generat

després de l’activació sinàptica.

– Hi ha cinc subtipus de receptors: GluR5, GluR6,

GluR7, KA1 i KA2.– Actuen tant com a

receptor postsinàptic com presinàptic.

Els receptors no-NMDA produeixen una resposta postsinàptica excitadora ràpida (10-50 ms), i són

permeables a Na+/K+.

Síntesi histaminaLa síntesi d’histamina depèn d’un únic enzim, que

descarboxila l’aminoàcid histidina a histamina:

Aquesta síntesi té lloc en el citoplasma del terminal presinàptic, i depèn de la concentració d’histidina, que s’obté

de la dieta (procedent de carns, peixos i làctics).Emmagatzematge i alliberament

Un cop sintetitzada, la histamina s’emmagatzema en les vesícules. S’allibera per exocitosi en un procés Ca2+

dependent. Molts dels terminals histaminèrgics alliberen el contingut de les vesícules en sinapsis de pas, de manera que poden activar moltes neurones postsinàptiques a la vegada.

InactivacióNo és clar que hi hagi transportadors específics per a la

recaptació d’histamina als terminals nerviosos (sí en altres tipus cel·lulars). El que sí que se sap és que la seva inactivació

depèn de processos de degradació enzimàtica.Aquest procés podria tenir lloc a la glia que envolta la sinapsi, ja que aquestes cèl·lules sí que poden transportar la histamina al seu interior. S’han trobat dues vies enzimàtiques diferents per a la degradació d’histamina: la intervinguda per l’enzim

histamina metiltransferasa (HMT), que metila la histamina, i la de l’enzim diamino-oxidasa (DAO), que l’oxida. L’HMT es troba

principalment en teixit nerviós, mentre que el DAO és el principal enzim de degradació fora del sistema nerviós. Una

vegada que l’HMT actua sobre la histamina, el metabòlit obtingut és degradat per la MAO-B o en alguns casos pel DAO.

Vis de degradació de la histamina al sistema nerviós

Inactivació La inactivació de les catecolamines es produeix per mitjà dels dos mecanismes que segueixen: a) Recaptació pel terminal presinàptic Aquest és el principal mecanisme d’inactivació de les catecolamines. Cada catecolomina té una proteïna transportadora amb alta afinitat situada en la membrana de la neurona

presinàptica que recapta el neurotransmissor alliberat. Un cop a l’interior de la neurona, el neurotransmissor s’emmagatzema de nou en vesícules sinàptiques perquè pugui ser reutilitzat.

b) Degradació enzimàtica Al citoplasma de les neurones, concretament a la paret de les mitocòndries, trobem l’enzim monoamino-oxidasa (MAO). Aquest enzim degrada les catecolamines que no estan emmagatzemades

en vesícules. Hi ha dos tipus d’enzims de la MAO, la MAO-A i la MAO-B, que difereixen, en l’afinitat pels substrats que degraden. La MAO-A sembla tenir més afinitat per la noradrenalina i l’adrenalina, mentre que la dopamina pot ser degradada per ambdues formes de l’enzim. Una petita part de les catecolamines alliberades seran degradades per l’enzim catecol-orto-metil-transferasa (COMT). Les drogues que inhibeixen aquest enzim no tenen un efecte molt significatiu sobre la transmissió catecolaminèrgica perquè només degrada una petita

part de les catecolamines alliberades. L’enzim COMT també degrada alguns dels metabòlits resultants de l’acció de la MAO. El principal metabòlit de la dopamina és l’àcid homovaníllic (HVA), mentre que el de la

noradrenalina és el methoxi-hidroxi-phenilglicol (MHPG). Els nivells dels metabòlits de la dopamina i la noradrenalina en líquid cefalorraquidi indiquen l’ús que es fa d’aquests neurotransmissors en el sistema

nerviós central. Així, en malalts de Parkinson s’han trobat nivells baixos d’HVA, i en certs tipus de depressió nivells baixos d’MHPG.

Síntesi de catecolaminesLes catecolamines se sintetitzen a partir de l’aminoàcid tirosina. La tirosina és un aminoàcid essencial, és a dir, que l’hem d’obtenir a partir de la dieta (per exemple, en lactis, carn, peix, soja i alguns

cereals). Es podria descriure la síntesi de les catecolamines com una cadena de reaccions enzimàtiques en la qual el producte de cada

reacció se sotmet a una nova modificació per part d’un nou enzim. En resum, el procés és el següent:

El que diferencia les neurones dopaminèrgiques, noradrenèrgiques i adrenèrgiques és el nombre d’enzims que contenen. Les neurones

dopaminèrgiques només tindran TH i AADC, mentre que les noradrenèrgiques tindran a més DBH i les adrenèrgiques tindran

també PNMT. Pel que fa a la regulació de la síntesi de catecolamines, la tirosina hidroxilasa es localitza en el citoplasma de la neurona. L’activitat d’aquest enzim pot ser inhibida pel producte final de la

cadena de síntesi que no ha estat alliberat (sigui dopamina, noradrenalina o adrenalina), de manera que:

L’acció de la TH és també modificable per fosforilació per mitjà de sistemes de segons missatgers.

Emmagatzematge i alliberament Les catecolamines són emmagatzemades en vesícules gràcies a una proteïna

transportadora d’alta afinitat, i són alliberades a l’espai sinàptic per mitjà d’un procés d’exocitosi Ca2+ dependent.

Moltes sinapsis catecolaminèrgiques, especialment les noradrenèrgiques, són sinapsis de pas, motiu pel qual aconsegueixen actuar sobre moltes neurones a la

vegada. En el cas de les neurones noradrenèrgiques i adrenèrgiques, l’enzim DBH es localitza a l’interior de les vesícules sinàptiques. D’aquesta manera, la dopamina es metabolitza en noradrenalina a l’interior de les vesícules, i no al citoplasma. Aquest emmagatzematge en vesícules permet que les catecolamines no siguin degradades

per enzims citoplasmàtics, com veurem en el punt següent.

Síntesi ACETILCOLINAL’ACh se sintetitza a partir de l’acetil coenzim A (ACoA) i la colina, gràcies a l’acció de l’enzim

colina acetiltransferasa (CAT). És a dir, la colina resulta acetilada per l’ACoA. Per això es necessita l’enzim CAT, perquè "transfereix" el grup acetat d’una molècula a l’altra.

L’ACoA es troba a les mitocòndries de les neurones. La colina és sintetitzada al fetge i transportada per la sang a tots els teixits. Les neurones

colinèrgiques expressen una proteïna transportadora amb alta afinitat per la colina, que d’aquesta manera passa fàcilment a l’interior d’aquestes cèl·lules.

Pel que fa a la regulació de la síntesi d’ACh, la disponibilitat de colina determina la taxa de síntesi d’ACh, de manera que com més captació de colina, més síntesi d’ACh hi ha:

L’ACh només se sintetitza a les neurones colinèrgiques. El procés de síntesi té lloc al citoplasma dels botons terminals.

Emmagatzematge i alliberament Un cop sintetitzada, l’ACh es pot emmagatzemar en vesícules o quedar lliure al citoplasma de la cèl·lula. Una part d’aquesta ACh pot ser alliberada quan arriba un

potencial d’acció, però una altra part queda en reserva per a les situacions en què hi ha un increment en la demanda d’alliberament. L’ACh en reserva passa a estar disponible per a ser

alliberada a mesura que disminueix el contingut d’ACh de la cèl·lula. Es desconeix si tant la fracció disponible com la fracció de reserva estan emmagatzemades en vesícules, però, tot i algunes

discrepàncies entre els investigadors, sembla que l’ACh s’allibera des de les vesícules sinàptiques per un procés d’exocitosi Ca2+ dependent.

InactivacióLa forma d’inactivació de l’ACh és per degradació enzimàtica a l’espai sinàptic. L’enzim

degradador s’anomena acetilcolinesterasa (AChE).L’AChE es localitza extracel·lularment ancorada a les membranes presinàptica i postsinàptica.

El procés de degradació és el següent:

50% de la colina resultant de la degradació és recaptada novament per una proteïna transportadora específica situada a la cèl·lula presinàptica. Això permetrà que en casos de molta

activitat neuronal es pugui sintetitzar molta ACh, ja que augmentarà la captació de colina provinent de la degradació de l’ACh alliberada.

PROCESSOS DE SÍNTESI, EMMAGATZEMATGE, ALLIBERAMENT I INHIBICIÓ DE LES SUBSTÀNCIES NEUROTRANSMISSORES

SEROTONINATé un paper molt important en la contracció de la musculatura llisa, perquè controla la motilitat intestinal i el to vascular. Només un 1-2% del total de 5-HT de l’organisme actua com a neurotransmissor en el sistema nerviós

central, però el seu paper és clau per a diferents processos cerebrals d’interès.Síntesi

La serotonina se sintetitza a partir de l’aminoàcid triptòfan, que s’ha d’obtenir per mitjà de la dieta, ja que no se sintetitza en l’organisme (es troba en grans quantitats en plàtans, pinyes, formatges, etc.). Les neurones

serotoninèrgiques capten aquest aminoàcid. La ruta metabòlica és la següent:

La 5-HT se sintetitza en el citoplasma del terminal sinàptic. Aquest procés depèn de la disponibilitat de triptòfan. Així, doncs, els canvis en la ingesta de triptòfan poden afectar la síntesi de 5-HT.

L’enzim aminoàcid aromàtic descarboxilasa (AADC) és el mateix que està implicat en la metabolització de la L-DOPA a dopamina.

Emmagatzematge i alliberament La 5-HT s’emmagatzema en vesícules després de ser sintetitzada, i s’allibera per exocitosi Ca2+ dependent.

Molts dels terminals serotoninèrgics alliberen el contingut de les vesícules en sinapsis de pas, de manera que poden activar moltes neurones postsinàptiques a la vegada.

InactivacióLa inactivació de la 5-HT és semblant a la de les catecolamines.

Un cop alliberada, la neurona presinàptica es recapta per mitjà d’una proteïna transportadora específica. En el citoplasma de la neurona és degradada per l’enzim MAO, concretament pel subtip MAO-A. El procés de

degradació és el següent:Així, doncs, la MAO no degrada únicament les catecolamines, sinó totes les monoamines.

La toxina botulínica impedeix l’alliberament d’ACh. Pot créixer en el menjar enllaunat en mal estat. És un verí extremadament potent. Segons s’ha calculat, una cullerada de toxina botulínica pura podria matar a tota la humanitat.

El verí de l’aranya de la vídua negra produeix l’efecte contrari de la toxina botulínica. És molt menys tòxic, encara que també pot ser mortal, sobretot en nens i persones velles o debilitades.

El curare bloqueja el moviment muscular, ja que antagonitza els receptors nicotínics, i causa paràlisi. S’extreu de diverses espècies de plantes d’Amèrica del Sud, i el fan servir els nadius de l’Amazònia per a enverinar les puntes de les fletxes i els dards que usen per a caçar. Té també una aplicació terapèutica com a blocador muscular en intervencions quirúrgiques. Lògicament s’ha d’acompanyar d’un anestèsic, ja que no afecta la consciència ni la percepció del dolor.

El pacient ha de rebre respiració artificial durant la intervenció, ja que el curare paralitza la musculatura respiratòria.L’atropina antagonitza els receptors muscarínics. S’extrau de la planta belladona. S’explica que a l’antiga Grècia les dones es posaven atropina als ulls per a

augmentar el seu atractiu. Com que bloqueja l’acció de l’ACh sobre les pupil·les, fa que aquestes quedin dilatades. Això fa que la dona sembli més interessada per la persona amb qui està (generalment interpretem la dilatació pupil·lar com un senyal d’interès), i per tant, sembli més atractiva.

Ja hem dit que els inhibidors de l’AChE són verins potents. La neostigmina té, però, una aplicació terapèutica. La miastènia gravis és una malaltia que es caracteritza per la destrucció, per part del propi sistema immunitari dels receptors nicotínics, de la unió neuromuscular, amb la qual cosa la persona

progressivament va perdent força. L’administració de neostigmina pot afavorir que els pocs receptors funcionals que queden siguin estimulats per l’ACh durant més temps, i que recuperin part de la força perduda.

COMUNICACIÓ QUÍMICA NO SINÀPTICA:HORMONES

Les hormones poden modificar els nostres estats d’ànim i la nostra conducta. També intervenen en el desenvolupament i

en diferents fases de la nostra vida, com l’adolescència i la vellesa.

Algunes de les substàncies neurotransmissores que hem estudiat, com l’adrenalina, la noradrenalina o els

neuropèptids, es comporten també com a hormones.

Les hormones són substàncies químiques alliberades al torrent sanguini per òrgans especialitzats anomenats

glàndules endocrines

Diferents formes de comunicació cel·lular

Una cèl·lula secreta, una substància que s’uneix a receptors de la mateixa

cèl·lula alliberadora, i que regula la seva activitat. La unió dels

neurotransmissors a autoreceptors és una forma de comunicació

autocrina (figura 50).

El senyal químic alliberat per una cèl·lula es difon per l’espai extracel·lular fins a

cèl·lules properes. L’acció serà més potent en les cèl·lules més pròximes (figura 51).

Les substàncies que s’alliberen en processos inflamatoris o la secreció de

factors de creixement i neurotrofines per part de les cèl·lules del sistema nerviós són

exemples de comunicació paracrina.

Una cèl·lula secretora allibera una substància química, que en aquest cas rep en nom de

hormona, al torrent sanguini. Aquesta hormona viatja fins a òrgans diana que poden estar molt allunyats del punt d’alliberament.

Aquests òrgans diana tenen receptors específics per a l’hormona segregada. Les

cèl·lules secretores s’agrupen formant glàndules (figura 52).

Les substàncies químiques també poden actuar fora de l’organisme que les sintetitza. Tenim dos

exemples d’aquest tipus de comunicació:

les substàncies químiques són excretades fora de

l’organisme i afecten un individu de la mateixa

espècie.

les substàncies químiques excretades fora de l’organisme

afecten a individus d’altres espècies.

Exemples de feromones i al·lomonesLes substàncies alliberades en l’orina de gossos i llops per a marcar el territori són un exemple de feromones. En els humans, hi ha algunes

evidències de l’acció de les feromones, com la sincronització dels cicles menstruals en dones que conviuen durant un cert temps. Són exemples

de comunicació per al·lomones els senyals químics que fan servir algunes plantes per a atreure els insectes o per a interferir en el seu creixement, i

evitar que es converteixin en predadors. Un altre exemple és l’alliberament de substàncies defensives, com les usades per les mofetes.

Comunicació autocrina Comunicació paracrina Comunicació endocrina

Comunicació per feromones Comunicació per al.lomones

ELS PRINCIPIS DE L’ACCIÓ HORMONAL1) La seva acció serà lenta i gradual. Hi ha una demora important entre el seu alliberament i l’inici dels seus efectes fisiològics i conductuals. La seva acció es prolongada.2) Quan afecten la conducta, no solen desencadenar comportaments concrets; més aviat modulen la intensitat o la probabilitat que es produeixin determinades conductes.3) El seu alliberament està regulat per factors interns i externs. La relació amb la conducta és recíproca.4) Una mateixa hormona pot afectar diferents teixits i conductes. De la mateixa manera, un mateix teixit o conducta pot estar regulat per diverses hormones.5) Les hormones es produeixen en petites quantitats i generalment són alliberades de manera pulsàtil.6) Els nivells de moltes hormones varien al llarg del dia, d’acord amb una ritmicitat circadiana controlada per circuits cerebrals.7) Les hormones afecten els processos metabòlics de moltes cèl·lules.8) Les hormones interactuen entre si. Els efectes d’una hormona es poden modificar per l’acció d’una altra.9) Tot i que l’estructura química de les hormones és similar en tots els vertebrats, les seves accions poden ser molt diferents entre espècies.10) Les hormones només poden actuar sobre aquelles cèl·lules que tinguin una proteïna receptora que les reconegui i que d’alguna manera alteri la funció cel·lular.

Similituds entre la comunicació sinàptica i la comunicació endocrina

La comunicació sinàptica no segueix tots els principis d’acció hormonal. De tota manera, hi ha força similituds entre la comunicació sinàptica i l’endocrina:1) Moltes substàncies poden actuar com a hormones i com a neurotransmissors. És el cas de la noradrenalina, l’adrenalina i alguns neuropèptids.2) Moltes hormones tenen receptors a les neurones, de manera que poden afectar l’activitat nerviosa com si fossin neurotransmissors.3) En tots dos casos s’actua sobre molècules receptores, i en tots dos casos aquests receptors poden activar sistemes de segons missatgers.4) Les cèl·lules secretores d’hormones i les neurones sintetitzen i emmagatzemen les substàncies químiques per a alliberar-les quan les estimulin. Les neurones són estimulades per altres neurones, i les cèl·lules secretores poden ser estimulades per neurones o per altres hormones.5) A l’hipotàlem trobem neurones secretores d’hormones. Aquestes neurones s’anomenen cèl·lules neuroendocrines o neurosecretores. Alliberen hormones al torrent sanguini en resposta a una estimulació sinàptica. En aquest cas, és molt difícil de determinar si es tracta d’un sistema neural o endocrí.

Tipus d’hormones

Amines: formades per un

sol aminoàcid modificat. Per

exemple, l’adrenalina, la

noradrenalina o les hormones

tiroïdals.

Hormones proteiques i peptídiques: com la resta de

proteïnes i pèptids estan formades per cadenes

d’aminoàcids. Per exemple, l’hormona adenocorticotropa

(ACTH), la insulina o les hormones alliberadores d’altres

hormones.

Hormones esteroidals: deriven

del colesterol (un lípid). Per exemple,

les hormones sexuals o les de

l’escorça adrenal, com els

glucocorticoides.

La manca de funció organitzativa

El cretinisme és una malaltia causada per la manca d’hormones tiroïdals durant el desenvolupament. Les

hormones tiroïdals tenen una important funció organitzativa durant aquesta etapa, i la seva manca

atura el desenvolupament físic i cognitiu, i causa nombroses deformitats, atròfies i retard mental.

Funció organitzativa: les

hormones promouen la

proliferació, el creixement i la diferenciació

cel·lular. Aquesta funció s’observa

principalment durant el

desenvolupament.

Mecanismes d’acció de les hormones

Les hormones poden actuar sobre les cèl·lules diana de dues maneres diferents (figures 53 i 54):

Mitjançant la interacció amb receptors de membrana associats a

sistemes de segons missatgers. Aquests segons missatgers actuaran sobre altres proteïnes de l’interior

de la cèl·lula, per a aconseguir d’aquesta manera l’acció final de

l’hormona. Aquest és un mecanisme d’acció ràpida, de segons a minuts

(ràpid des d’un punt de vista hormonal, lent comparat amb la

transmissió sinàptica). Les hormones proteiques i les amines actuen

d’aquesta manera, encara que les hormones tiroïdals són una

excepció. Aquestes hormones són hidrofíliques (solubles en aigua, però no en lípids) i es poden transportar

lliurement per la sang.

Les hormones esteroïdals i les hormones tiroïdals travessen la

membrana cel·lular per a interaccionar amb receptors

localitzats a l’interior de la cèl·lula. El complex hormona-receptor s’uneix a l’ADN del nucli de la cèl·lula i regula

la transcripció gènica, fet que afectarà a llarg termini els processos

de síntesi de proteïnes. A causa d’això, aquest és un mecanisme

d’acció lenta. Aquestes hormones són hidrofòbiques (solubles en lípids, però no en aigua). Perquè es puguin transportar per la sang s’han d’unir a

una proteïna transportadora. Com que són liposolubles, poden

travessar la membrana cel·lular, que recordem que és una bicapa de

lípids.

Regulació de la secreció hormonalLa secreció hormonal es regula per diferents

mecanismes; això assegura un alt grau de control. Aquests mecanismes són els següents:

Control nerviós: les glàndules secretores poden rebre aferències nervioses i alliberar hormones

quan són estimulades pels terminals sinàptics. És el cas, per exemple, de la medul·la adrenal, que secreta adrenalina i noradrenalina en resposta a

l’estimulació nerviosa. Aquest mecanisme de control també s’observa en les cèl·lules

neuroendocrines de l’hipotàlem.

Mecanismes de retroalimentació (o feed-back): la mateixa hormona alliberada controla el seu

subsegüent alliberament, tant de manera positiva (estimulant l’alliberament), com de manera

negativa (inhibint-lo).

Patrons rítmics de secreció: les hormones segueixen patrons d’alliberament relacionats

amb els cicles de son-vigília, llum-foscor o amb els canvis estacionals.

Funció activadora: les hormones poden

modular el funcionament de

cèl·lules ja diferenciades. Per

exemple, l’hormona luteïnitzant promou

l’alliberament d’hormones sexuals

per part dels testicles i els ovaris

Funcions de les hormones sobre les cèl·lules diana