Transmisión sináptica: neuronas, fusión vesicular y neurotransmisores

TRANSMISION SINAPTICA

Soma (cuerpo celular) Axón 1 Dendrita Cono axónico Célula presináptica Mielina Sinapsis Neuro- transmisor Terminal axónica Célula postsináptica

La neuronas se caracterizan por: Estar polarizadas ( dominios diferentes) Ser excitables ( generan potenciales de accion) Ser secretoras ( neurotransmisores)Contacto funcional entre las neuronas

Transmisión sináptica: el proceso que subyace en la transferencia intercelular de señales eléctricas

Dirección del impulso eléctrico

Señal eléctrica Señal química Sinapsis Señal eléctrica Potencial postsinaptico

Pico de potencial de acción +30 Potencial de membrana (mV) - Repolarización 0 Umbral de estimulación -55 Hiperpolarización -70 1 Potencial de reposo Tiempo Despolarización causa secreción

Potencial de membrana (mV) +20 -20 Umbral Excitación -40 ppse ppsi -60 Reposo -80 -100 0 10 20 30 40 Neurona presináptica Neurona postsináptica Neurotransmisores causan cambios en la permeabilidad

CLASIFICACION DE LAS SINAPSIS

a) Según sitios especializados de contacto

Mecanismo molecular de la contracción neuromuscular Terminal axonal de una neurona motora Unión Neuromuscular 20009 OMCETPAC www.postpoliomexico.org Fibra muscular Sinapsis neurona musculo Sinapsis neurona neurona

b) Según el tipo de molécula que señaliza

a Chemical synapse b Electrical synapse Action potential Ca2+ Presynaptic terminal Action potential Synaptic vesicle Gap junction channel -Neurotransmitter lonotropic receptor Metabotropic receptor Membrane potential Gene expression Postsynaptic terminal Biochemical cascades Sinapsis química Coupling potential Sinapsis eléctrica

SINAPSIS ELÉCTRICA

• Permiten flujo de corriente eléctrica desde una célula a otra
• Células excitables
• Paso de corriente por vías de baja resistencia entre células > uniones en hendidura
• Gap junctions

UNIONES GAP

• Conexión intercelular especializada
• Formadas por 2 conexiones o hemicanales (proteínas)(formadas por 6 subunidades de conexinas)
• Actúan como conductos que conectan directamente citoplasmas de ambas células
• Abren y cierran
• Paso de iones y biomoléculas como segundos mesangeros, ATP, etc. A 1 2 3 B Cerrado Abierto Conexón (célula A) r Conexón (célula B) Conexinas

SINAPSIS ELÉCTRICA

A 2 1 Bidireccional: Sincronización neuronal Ej: neuronas del tronco encefálico que generan actividad eléctrica rítmica durante la respiración. Interneuronas de la corteza cerebral, tálamo, cerebelo entre otras regiones encefálicas. Células gliales Ventaja: rapidez Desventaja: escaza regulación (pH, Ca2+) Electrotonico

SINAPSIS QUÍMICA

• Espacio entre mbs células pre- y postsináptica > espacio sináptico
• Hendidura sináptica
• Información es transmitida a través del espacio sináptico mediante un neurotransmisor
• Sustancia liberada por terminal nervioso presináptico
• Unión a receptores en mb postsináptica

SINAPSIS QUIMICA

Axón neurona 1 Estímulo nervioso Vesículas conteniendo neurotrasmisores Liberación de neurotrasmisores Dentrita de neurona 2 Activación Hendidura sináptica Densidad postsináptica Pool de reserva de vesículas Zona activa

• En sinapsis químicas existe retardo sinaptico -> tiempo para estos eventos
• Transferencia información unidireccional
• Cél presináptica postsináptica
• Especializacion celular:
• Zona activa: rica en material electrodenso que corresponde a las proteínas implicadas en la liberación del neurotransmisor.

Cuadro 10-1. Diferencias entre las propiedades de las sinapsis eléctricas y químicas

Tipo de sinapsis Distancia entre las membranas de las células pre y postsinápticas Continuidad citoplásmica entre las células pre y postsinápticas Componentes Agente ultraestructurales transmisor Demora sináptica Dirección de la transmisión Eléctrica 3.5 nm Si Canales intercelu- Corriente lares comunicantes iónica Prácticamente ausente Por lo general, bidireccional Química 20-50 nm No Vesículas y zonas Transmisor activas químico Significativa: por lo menos 0.3 ms; en general, 1-5 ms o más Unidirec- cional presinápticas; receptores postsinápticos

¿COMO SE COMUNICA UNA NEURONA CON OTRA?

1. Síntesis de neurotransmisores en el soma de la neurona Soma + Llegada del impulso nervioso + + + + Ca2 3. Almacenamiento de neurotransmisores de V 4. La llegada del potencial de acción causa la entrada de iones Ca2+ Neurona presináptica 7. Recuperación de parteNEUROTRANSMISORES del neurotransmisor 5. El aumento de Ca2+ provoca la unión de las vesículas y la liberación del neurotransmisor 6. Unión del neurotransmisor a los receptores específicos. Generación de potencial de acción Neurona postsináptica 2. Trasporte de neuro- transmisores 1 Axón

ETAPAS DE UNA SINAPSIS QUIMICA

Vaina de mielina 1 Las moléculas del neurotransmisor se sintetizan y se empaquetan en vesículas. Axón Espacio extracelular 2 Un potencial de acción llega al terminal presináptico. Canal de Na+ Na+ K Canal de K+ Moléculas de transmisor 3 Se abren los canales de Ca2+ voltaje-dependientes El Ca2+ entra. I (corriente electrotónica) Canal de Ca2+ Ca2 Hendidura sináptica 4 Una elevación del Ca2+ desencadena la fusión de las vesículas sinápticas con la membrana presináptica. 5 Las moléculas de transmisor difunden a través de la hendidura sináptica y se unen a receptores específicos en la célula postsináptica. La unión a los receptores activa a la célula postsináptica. 7 Célula postsináptica 6 El neurotransmisor se degrada, es captado por el terminal presináptico u otras células, o difunde alejándose de la sinapsis. Terminal nervioso presináptico de la célula nerviosa

CANAL DE CALCIO VOLTAJE DEPENDIENTE

B CANAL DE Ca2+ VD (Cav2.2 canal de calcio voltaje dependiente tipo N) VI N Y S 02 S S S S Dominio I III IV 2 3 5 6 1 2 3 5 6 1 2 3 5 6 1 2 13 5 6 P P N C -C 8 C Alto umbral de excitación 89 1 P P 4 SCa2+-binding proteins SNARE-associated proteins Proteins involved in endocytosis Proteins that form channels, transporters, or receptors GTP-binding proteins Miscellaneous important proteins Synaptobrevin Cysteine string protein Synaptic vesicle membrane Synaptic vesicle Ca2+/CaM dependent protein kinase II Synaptotagmin SV2 Synapsin Synaptophysin Rab 3 Snapin Rabphilin SNAP Syndapin Amphiphysin AP180 Complexin Synaptojanin NSF DOC2 Tomosyn nSec1 Auxilin Syntaphilin Syntaxin SNAP 35 Neurexin I CLI Cytoplasm Plasma membrane of presynaptic terminal Synaptic cleft RIM Clathrin AP-2 Hsc70 Ca2+ channel Dynamin

PROTEINAS QUE PARTICIPAN EN EL ANCLAJE Y FUSION DE LAS VESICULAS A LA MEMBRANA

V-SNARE ( en la membrana de la vesícula) Sinaptobrevina t-SNARE (en la membrana pre sináptica, target) Sintaxina SNAP-25 SINAPTOTAGMINA ( en la membrana de la vesícula, no es SNARE) Proteína de fijación a NSF: SNAP NSF: proteína de fusión sensible a NEM NEM: N-etilmaleimida SNARE: receptores de SNAP

FUSION VESICULAR

(A) Synaptic vesicle membrane Synaptotagmin Synaptobrevin - SNAP-25 Toxina tetánica : cortan sinaptobrevina Toxina botulínica Syntaxin Endoproteinasa botulínica: corta sintaxina Y SNAP-25 Presynaptic plasma membrane(1) La vesícula se acopla Synaptotagmin Synaptobrevin Vesicle Ca2+ channel Syntaxin SNAP-25 (3) El Ca2+ que ingresa se une a la sinaptotagmina C Ca2+ (2) Se forman complejos SNARE para unir las membranas (4) La sinaptotagmina ligada al Ca2+ Cataliza la fusión de la membrana 0 O

¿QUE ES UN NEUROTRANSMISOR?

a) Sin propiedades químicas ni estructura particular b) Cualquier molécula que se utiliza en la comunicación intercelular c) Se almacena en vesículas sinápticas d) Secretada desde célula presináptica en respuesta a un cambio del potencial de membrana e) Existen receptores en la célula postsináptica que inducen un cambio en el estado de esta f) Existen mecanismo para removerlo rápidamente

NEUROTRANSMISORES

SMALL-MOLECULE NEUROTRANSMITTERS

0 Acetylcholine (CH3)3N-CH2-CH2-0-C-CH3

AMINO ACIDS

Glutamate H3N-C-COO" H - CH2 - CH2 I COOH Aspartate H H3N-C -COO" CH2 COOH GABA H3N-CH2-CH2-CH2-COO" Glycine H H3N-C-COO" H

PURINES

NH2 ATP N N O 0 0 = 0-P-O-P-O-P-O-CH2 ON A -0 I H H OH OH

BIOGENIC AMINES

CATECHOLAMINES

Dopamine CH2-CH2-ŃH3 HO OH OH Norepinephrine CH2-CH2- NH3 HO OH OH Epinephrine CH2-CH2-ŃH2 1 CH3 HO OH

INDOLEAMINE

HO. Serotonin (5-HT) CH2-CH2-ŃH3 N

IMIDAZOLEAMINE

Histamine CH2-CH2-ŃH3 HN N

NEUROPEPTIDOS

Son neuromoduladores Las neuronas normalmente tienen un neurotransmisor y multiples neuromoduladores

PEPTIDE NEUROTRANSMITTERS (more than 100 peptides, usually 3-30 amino acids long)

Example: Methionine enkephalin (Tyr-Gly-Gly-Phe-Met) 0 0 0 0 0 H H H ǁ H H H H ǁ H H HIN-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-0" I CH2 H H CH2 CH2 CH2 S OH கி_தி __ க் CH3 Tyr G Phe Met

A) Núcleo 1 Síntesis de enzimas en el cuerpo celular RER Aparato de Golgi Microtúbulos 2 Transporte axónico lento de las enzimas 0,5-5 mm/dia Axón 5 Den Transporte de precursores en la terminación Terminación 3 Liberación y difusión del Precursor L Enzimas neurotransmisor 4 Síntesis y em- paquetamiento del neurotrans- misor Neuro- transmisor

NEUROTRANSMISORES DE MOLECULA PEQUEÑA

Vesículas pequeñas de centro claro (40-60 mm de diámetro) AT(C) 1 Síntesis de precur- sores de neuro- transmisores y enzimas 2 Transporte de las enzi- mas y los precursores peptídicos a través de las huellas de microtúbulos 400 mm/dìa 0.5 um 4 El neurotransmisor se difunde y es degra- dado por enzimas proteolíticas 3 Las enzimas mo- difican los precur- sores para producir un neurotransmisor peptídico Difusión y degradación

NEUROTRANSMISORES PEPTIDICOS

Vesículas grandes de centro denso (90-250 nm de diámetro) AT Den

POBLACIONES DE VESICULAS

Small-molecule neurotransmitter in small clear- core vesicles Neuropeptide in large dense- core vesicles Localized increase in Ca2+ concentration Low-frequency stimulation Preferential release of small- molecule neurotransmitter More diffuse increase in Ca2+ concentration High-frequency stimulation Release of both types of transmitter

Diferencias entre neurotransmisores clásicos no peptidicos y neurotransmisores peptídicos

Transmisores no peptídicos Transmisores peptídicos Sintetizados y almacenados en el terminal nervioso Sintetizados y almacenados en el cuerpo celular; transportados al terminal nervioso por transporte axónico rápido Sintetizados en su forma activa El péptido activo se forma cuando es fragmentado a partir de un polipéptido mucho mayor que contiene varios neuropéptidos Generalmente localizados en vesículas pequeñas y claras Generalmente localizados en vesículas grandes y electrodensas Liberados en una hendidura sináptica Pueden ser liberados a una cierta distancia desde la célula postsináptica Puede no existir una estructura sináptica bien definida La acción de muchos de ellos finaliza debido a la captación por terminales presinápticos a través del transporte activo potenciado por Na+ Acción finalizada por proteólisis o por difusión del péptido Típicamente, su acción tiene una latencia y duración cortas (ms) Su acción puede tener una latencia larga y puede persistir durante varios segundos