Neurociencias ISegundo Parcial

Estructuray funcionamiento de la célula

La neurona esta compuesta por dendritas que aumentan en gran medida la superficie celular debido a sus subramificaciones denominadas espinas dendríticas. Por otro lado, se encuentra el axón, el cual también posee ramificaciones denominadas colaterales del axón, pero a su vez, su parte final está dividida en ramificaciones más pequeñas llamadas telodendritas, en cuyas partes finales se encuentran los botones terminales cerca de otras espinas dendríticas. El espacio que hay entre ambos se denomina espacio sináptico.La información que atraviesa a la neurona, fluye desde las dendritas hasta los botones terminales, en donde se libera. Gran cantidad de información es enviada a través de sus espinas dendríticas, y procesada para simplificarla en un mensaje y que pueda ser enviado a través del único axón.La célula está compuesta por su membrana, la cual le permite separar el líquido intracelular del extracelular y regular las sustancias que entran y salen. El líquido está compuesto principalmente por agua y sales, éstas sales al disolverse en el agua se separan en dos partes, una negativa y otra positiva, lo cual vuelve a las moléculas de agua polares (presencia de cargas positivas y negativas que no se anulan entre sí, debido a su distribución asimétrica), que son denominadas iones. De esta forma, la regulación de sustancias dependerá de la sensibilidad de la membrana a la carga eléctrica de los iones que componen dicha sustancia. A su vez, la membrana está compuesta por dos capas de un tipo especial de molécula denominada fosfolípido, la cual posee dos partes, una cabeza polar, compuesta por lípidos e hidrófila (afín al agua) y una cola sin regiones polares e hidrófoba (rechaza el agua). Dicha bicapa de fosfolípidos, está dispuesta de forma tal que las cabezas están en contacto con el líquido extra en intra celular (compuesto principalmente por agua) y las colas apuntan hacia adentro, donde se ocultan del agua, impidiendo que se filtre la misma. Pero esta bicapa no solo impide que pase el agua sino también otras moléculas que tienen cargas que son rechazadas por las cabezas de los fosfolípidos. Debido a la gran eficacia para impedir que pasen sustancias, la membrana a su vez debe tener puertas que permitan que ingresen y que permitan la eliminación de desechos cuando sea necesario, esta función es cumplida por las proteínas embebidas en la membrana celular. Otra membrana existente dentro de la célula es la membrana nuclear, la cual rodea al núcleo. Este ultimo, almacena los cromosomas, constituidos por ADN para formar a través del desenrollamiento seguido por la copia de uno de sus genes, es decir, de uno de los segmentos del ADN que sirve para la producción de una proteína especifica, un ARN mensajero, que es utilizado para llevar el código genético fuera del núcleo al retículo endoplasmático. Este proceso se denomina transcripción.Una vez que el ARNm llega a su destino, se pone en marcha la fabricación de nuevas proteínas, es decir su síntesis. En el retículo endoplasmático, se ubican los ribosomas, encargados de la decodificación en nucleótidos del código genético trasladado por el ARNm. De esta forma, los mismos, se van acumulando, hasta formar un codón, es decir tres secuencias de nucleótidos, que seleccionan un tipo específico de aminoácido dependiendo de los tipos de nucleótidos combinados. A su vez, lo aminoácidos se unen unos a otros a través de una unión peptídica para conformar una cadena polipeptídica, la cual a través de su plegamiento conforma una proteína. Este proceso se denomina traducción. Los productos finales se empaquetan y se envían en los cuerpos de Golgi para luego ser derivados a un destino específico (membrana celular, núcleo, retículo endoplasmático, etc.) mediante una molecula motora a la cual se adhieren para viajar a través de los túbulos, que constituyen la red de trasporte celular. Otro tipo de túbulos constituye el esqueleto de la célula, y un tercer tipo ayuda a los movimientos de la misma.

Función de las proteínas de la membrana celular:

Existen tres categorías de proteínas de membrana que ayudan al transporte de sustancias a través de esta:

Canales: crean huecos a través de los cuales pasan las sustancias para su entrada o salida. Canales de compuerta: tienen la capacidad de cambiar de forma, lo cual les permite abrirse y

cerrarse. Este cambio es producido cuando otras sustancias químicas se unen a ellos (neurotransmisores), o debido a un cambio en las condiciones del ambiente (eléctrico o de temperatura).

Bombas: transporta traslada sustancias a través de la membrana. A través de un cambio de forma impulsa los iones de sodio (Na+) en una dirección y los de cloruro

Creación de cargas eléctricas a través del movimiento de iones

En los líquidos intra y extra celulares, hay distintos tipos de iones, como los de sodio (Na+), potasio (K+) con carga positiva e iones de cloruro (Cl-) y grandes aniones proteicos (-A) con carga negativa.Los iones se difunden, es decir que se mueven aleatoriamente sin requerir energía, dispersándose gradualmente, aunque hay tres factores que influyen en el movimiento de dichos iones: la gradiente de concentración, es decir, la diferencia relativa de concentración cuando la sustancia no está distribuida de manera igual; la gradiente de voltaje, esta gradiente también mide las concentraciones, pero no en relación a la concentración de las moléculas sino de las cargas eléctricas: y la estructura de la membrana, ya que la misma se encarga de separar ciertos iones fuera de la célula y otros dentro. Si la membrana no existiera, no habría gradientes de concentración ni de voltaje, ya que los iones se difundirían libremente hasta alcanzar el equilibrio, pero al existir la membrana e interferir en el libre movimiento de los mismos, sucede que hay mayor concentración y mayor carga de un lado que del otro.

Canales sensibles al voltaje:

Hay canales de sodio y de potasio sensibles al voltaje, que se modifican dependiendo de las estimulaciones eléctricas de la membrana y son los responsables de los distintos potenciales.

Potencial de reposo:

La diferencia de carga que resulta de la distribución desigual de iones (gradiente de voltaje) es denominada potencial de reposo. El interior de la membrana es de -70 mV en relación al exterior, esto quiere decir que en el interior hay mayor concentración de carga negativa que en el exterior. Mientras que esta diferencia se mantenga estable, se estará hablando del potencial de la neurona, es decir de su energía almacenada, pero en el momento en que la carga se modifica debido a ciertos cambios en la membrana, el potencial cambia.La distribución de iones que provoca el potencial de reposo es: los aniones de grandes proteínas son producidos dentro de la célula, y debido a su gran tamaño no pueden atravesar los canales de la membrana, contribuyendo a la carga negativa intracelular. Por otro lado, dentro de la célula también, se encuentran los iones de potasio, con carga positiva para contrarrestar la negativa, aunque parte de los mismos salen debido a su gran concentración dentro de la célula, lo cual implica que la carga intarcelular siga siendo negativa. Respecto al sodio positivo, este está mayormente concentrado fuera de la célula, ya que las bombas de sodio y potasio eliminan el sodio fuera y los canales que permiten su ingreso están cerrados. Y finalmente, los iones de cloruro con carga negativa entran y salen libremente a través de los canales abiertos de cloruro, lo cual permite que lleguen a un equilibrio de concentración y de carga respecto de ambos lados.

Potenciales gradudos:

Este potencial surge cuando hay un cambio mínimo en el flujo anteriormente explicado de iones debido a algún tipo de estimulacion externa. Estos cambios son muy localizados y suelen restringirse al punto del axón en el que se producen.Si la corriente aplicada a la membrana es negativa el potencial de la membrana se vuelve un poco más negativo. Este aumento en la negatividad del potencial se denomina hiperpolarización. También puede suceder lo contrario, es decir que se le aplique una corriente positiva que disminuya la negatividad del potencial, lo cual se denomina despolarización.Estos dos fenómenos se dan debido a la apertura o cierre las compuertas que cambia el flujo de iones positivos y negativos, de esta manera, para que se produzca una hiperpolarizacion, debe haber una salida de, por ejemplo, iones de potasio (K+) o una mayor entrada de cloruro (Cl-), y con la despolarización puede ocurrir que se abran los canales que permiten el ingreso de sodio (Na+).

Potencial de acción;

Esto se produce ante un cambio breve pero muy pronunciado, logrando una inversión del potencial que vuelve al interior positivo en relación al exterior. Este tipo de potencial se da cuando se produce una gran despolarización que hace que la carga descienda a -50 mV, este nivel de voltaje es denominado potencial umbral, cuando se alcanza este potencial, el voltaje de la membrana comienza a descender bruscamente, es decir que desciende su carga negativa, hasta llegar a +30 mV. En ese momento el potencial comienza a volver rápidamente al reposo (repolarización), pero lo supera, generando entonces una hiperpolarización, en donde es necesario un periodo refractario para volver a equilibrarse y llegar a su estado de reposo.El movimiento del potencial de acción a lo largo del axón se denomina impulso nervioso.

Período refractario:

Estos períodos limitan la frecuencia de los potenciales de acción y provocan que la membrana no reaccione a los estímulos eléctricos durante ciertos momentos. Pueden ser periodos refractarios absolutos, que se presentan durante la despolarización y la repolarización, para que no se genere un nuevo potencial de acción, o periodos refractarios relativos, que se presentan durante la hiperpolarización y no responden a un a un potencial de acción con la misma o menor intensidad que el anterior, pero si a uno con mayor intensidad.

Conducción saltatoria y vainas de mielina

El axón se encuentra aislado por la mielina o vaina de mielina, pero ésta se encuentra ubicada por segmentos y hay zonas que no están aisladas, denominadas nódulos de Ranvier.En las zonas del axón rodeadas de mielina no pueden producirse potenciales de acción ya que, la mielina crea una barrera de flujo de corriente iónica y no posee casi canales de iones. Pero lo nódulos de Ranvier están dotados de gran cantidad de canales de iones sensibles al voltaje y están lo suficientemente cerca los unos de los otros para propagar un potencial de acción entre ellos. Esto se denomina conducción saltatoria.

Estructura de la sinapsis:

Las tres partes principales de la sinápsis son: el terminal axónico (membrana presinaptica), la hendidura sináptica y la membrana que envuelve el extremo de una espina dendritca (membrana postsináptica).

Neurotransmición

Las moléculas del neurotransmisor son sintetizadas a partir de dos vías fundamentales, los alimentos que desencadenan en la sangre como precursores químicos captados por proteínas transportadoras que van hacia el terminal axónico, en donde se encuentran las mitocondrias para la aportación de energía en la realización de la síntesis; otra vía es a través de instrucciones contenidas en el ADN de la neurona, que conforman los neurotransmisores que luego son envueltos en los cropúsculos de Golgi para ser enviados al terminal axónico. Independientemente de su origen, los neurotransmisores son introducidos dentro de vesículas sinápticas, las cuales se almacenan de tres modos: algunas se acumulan en gránulos de almacenamiento, otras se fijan a los filamentos en el terminal axónico, y otras se adosan a la membrana presinaptica. Estas últimas son las preparadas para liberarse en la próxima estimulación, y una vez liberadas son remplazadas por cualquiera de las otras.El proceso por el cual se genera la eliminación de un neurotrasmisor, es provocado por un potencial de acción, este provoca la apertura de canales de calcio (Ca+) sensibles al voltaje, permitiendo la entrada de iones de calcio que se una a una sustancia química denominada calmodulina formando un complejo que participa de la liberación de vesiculas unidas a la membrana y su sustitución por otras. Las vesículas liberadas introducen su contenido (neurotansmisor) en la hendidura sináptica mediante el proceso de exocitosis. De esta forma el neurotransmisor se une a proteínas especializadas localizadas en la membrana postsináptica, que son receptores activados por el mismo.La célula postsináptica puede ser afectada de tres maneras distintas por el neurotransmisor: puede excitarla (despolarizando su membrana), inhibirla (hiperpolarizando su membrana) o puede ocacionar cambios morfológicos en la sinapsis o célula.Una vez que el neurotransmisor cumplió su función es desactivado de cuatro formas: parte del mismo se difunde fuera de la sinapsis y deja de estar disponible para unirse a los receptores; es degradado por enzimas presentes en la hendidura; puede ser captado nuevamente por el terminal axónico para su utilización

posterior; o ser captados por células gliales vecinas que los transportan fuera o pueden tener enzimas para su degradación.

Tipos de neurotransmisores

Transmisores de molécula pequeña:

Este tipo de neurotransmisores derivan de los alimentos, actúan de manera rapida, son remplazados en la membrana también rápidamente y se unen a los canales iónicos produciendo efectos directos en el voltaje de la membrana. Algunos de ellos pueden ser: Acetilcolina (Ach), Dopamina (DA), Noradrenalina (NE), Adrenalina (EP), Serotonina (5HT), Glutamato (Glu), GABA (ácido gamma-aminobutírico), etc.

Trasmisores peptídicos:

Se constituyen a partir de las instrucciones contenidas en el ADN de la célula. Su proceso de síntesis y trasporte es lento en comparación con el tipo de transmisor anterior, por lo que, una vez utilizados no son reemplazados rápidamente. Además no se unen a los canales iónicos, siendo imposible su efecto directo sobre el voltaje de la membrana, esto lo realizan a través de la activación de receptores.

Gases transmisores:

Hay dos tipos de gases transmisores, óxido nitrico (NO) y monóxido de carbono (CO), siendo los neurotransmisores más raros identificados hasta el momento. No son almacenados en la vesículas sinápticas, ni son liberados de las mismas, se sintetizan cuando se necesitan y se difunden atravesando la membrana fácilmente y volviéndose inmediatamente activo.El oxido nítrico controla los músculos de las paredes intestinales, dilata los vasos sanguíneos en las regiones encefálicas en actividad y los vasos sanguíneos de los órganos genitales.

Tipos de receptores

Receptores ionotrópicos:

Estos receptores ocasionan cambios muy rápidos en la membrana, debido a su estructura que permite el desplazamiento de iones a través de una membrana. Están compuestos por dos partes: un lugar de union con el neurotransisor y un poro o canal. Cuando el neurotransmisor se fija este poro se abre o se cierra permitiendo o no el paso de los iones.

Reeptores metabotrópicos:

Este tipo de receptor, a pesar de tener un lugar de unión con el neurotransmisor, carece de poro propio, es por esto que debe ocasionar cambios en los canales iónicos para utilizarlos como si fueran propios, lo cual genera un gasto de energía y conlleva un tiempo un poco más extenso que el del otro tipo de receptor.El receptor merabotrópico es una proteína que atraviesa la membrana. Su porción externa establece contacto con el transmisor y la interna, asociada con una proteína G que consta de tres subunidades, una de las cuales es llamada α (alfa), traduce el mensaje del mismo generando actividad bioquímica dentro de la célula, la cual desemboca en el desprendimiento de la subunidad α que luego se une al canal iónico más cercano, modificando su estructura y con ella el flujo de iones que lo atraviesan. Otra forma aún más compleja de que se ocasionen cambios en el flujo de iones es, una vez separada la subunidad α, activa otra sustancia química denominada segundo mensajero, que puede unirse a un canal iónico y generar dicho cambio, iniciar una reacción química para que las moléculas proteicas dentro de la célula se incorporen a la membrana y se trasformen en canales, o enviar un mensaje al ADN para que inicie la producción de una nueva proteína que luego sea un canal.

Criterios que definen a una sustancia como neurotransmisor

1. La sustancia debe estar presente en el interior de la neurona presináptica.2. La sustancia debe ser liberada de la neurona presináptica en respuesta a la actividad presináptica.

3. Debe haber receptores específicos para la sustancia en la célula postsináptca.Tipos de sinapsis

Los tipos de sinapsis pueden ser:

Axodendrítica (axón-dendrita) Axomuscular (axón-músculo) Axosomática (axón-soma o cuerpo) Axosinaptica (axón-sinápsis) Axoaxónicas (axón-axón) Denderodendríticas (dendritas-dendritas) Axosecretoras (axón-sangre) Axoextracelulares (axón-no hay un objetivo específico)

Mensajes excitadores o inhibidores

Como se dijo anteriormente, un neurotransmisor puede excitar a la célula postsinaptica o inhibirla. Estas dos consecuencias divergen en:

Sinapsis excitadora Sinapsis inhibidora

Es axodendrítica Es axosomática

Sus vesículas son redondeadas Sus vesículas son redondeadas

El material disponible en las membranas pre y post sinápticas es más denso

El material disponible es poco denso

La hendidura sináptica es ancha La hendidur sináptica es estrecha

Las zonas activas (donde se librera el axón) son grandes

Las zonas activas son pequeñas