Tema 16 Neurotransmisión: Fisiología I, Grado en Medicina

Objetivos de la Neurotransmisión

1. Conocer los fundamentos de la sinapsis química.
2. Explicar las características básicas de un neurotransmisor.
3. Aprender los procesos elementales de la sinapsis química.
4. Entender los tipos básicos de receptores sinápticos.
5. Aprender los fundamentos de la unión neurotransmisor-receptor.
6. Conocer el metabolismo de los principales neurotransmisores.
7. Explicar los receptores principales de los neurotransmisores cerebrales.
8. Explicar las vías principales de los neurotransmisores cerebrales, así como sus funciones fundamentales

Comunicación Neuronal y Mensajeros Químicos

Las neuronas del sistema nervioso humano se comunican principalmente a través de la liberación de pequeñas cantidades de mensajeros químicos

Vesicles Reuptake pump Neurotransmitter Receptor Synaptic cleft

Las neuronas del sistema nervioso humano se comunican principalmente a través de la liberación de pequeñas cantidades de mensajeros químicos. Estas sustancias químicas alteran la actividad eléctrica de las neuronas después de que interactúan con los receptores de la superficie de las neuronas.

Difusión de Mensajeros Químicos en la Sinapsis

La rápida difusión de un mensajero químico a través de la hendidura sináptica va seguida de la unión de esta sustancia a los receptores que ocupan la membrana postsináptica (the presynaptic neuron releases a neurotransmitter, which activates receptors on the postsynaptic neuron)

Neurotransmitter Receptor Synaptic vesicle Impulse Impulse PRESYNAPTIC NEURON POSTSYNAPTIC NEURON Voltage-gated Ca ** channel Neurotransmitter transporter AXON TERMINAL SYNAPTIC CLEFT DENDRITE

La transferencia de información entre las neuronas tiene lugar en la sinapsis. La rápida difusión de un mensajero químico a través de la hendidura sináptica va seguida de la unión de esta sustancia a los receptores que ocupan la membrana postsináptica, lo que conduce a una alteración en las propiedades eléctricas, bioquímicas o genéticas de esa neurona.

Por lo tanto, la comunicación química en la sinapsis depende de 3 factores:

• La naturaleza del mensajero químico liberado presinápticamente. En general, en un terminal presináptico se sintetizará un tipo de neurotransmisor y se almacenará en sus vesículas. A menudo esta terminal presináptica también almacenará grandes moléculas de neurorreguladores, que se sintetizan en el cuerpo de la neurona y se transportan a la terminal.
• El tipo de receptor postsináptico al que se une.
• El mecanismo que acopla a los receptores con los sistemas efectores en la célula diana.

Criterios para Definir un Neurotransmisor

Para que un mensajero químico pueda ser considerado un neurotransmisor debe cumplir 3 criterios: localización, liberación e identidad de acción.

Criterios Necesarios para Definir una Sustancia como Neurotransmisor

Localización Un posible neurotransmiro debe localizarse en los elementos presinápticos de una sinapsis y además estar presente dentro de la neurona de la que se origina el terminal presináptico

Liberación La sustancia debe liberarse desde el elemento presináptico tras la activación de dicho terminal y simultáneamente a la despolarización de la neurona a la que pertenece

Identidad de acción La aplicación del posible neurotransmisor sobre las células diana debe producir los mismos efectos que se producen tras la estimulación de las neuronas en cuestión

No todos los mensajeros químicos pueden ser considerados neurotransmisores. Para que un mensajero químico pueda ser considerado un neurotransmisor debe cumplir 3 criterios: localización, liberación e identidad de acción

Clasificación de Transmisores Químicos

Los transmisores químicos pueden ser clasificados como mensajeros de molécula pequeña o neuropéptidos, más grandes.

Moléculas Pequeñas

Aminoácidos GABA Glicina Glutamato Aspartato Homocisteína Taurina

Aminas biógenas Acetilcolina

Monoaminas Catecolaminas Dopamina Noradrenalina Adrenalina Histamina

Nucleótidos y nucleósidos ATP

Otros Óxido Nítrico

Neuropéptidos

Péptidos opioides Metionina encefalina Leucina encefalina B-endorfina Dinorfinas Neoendorfinas

Péptidos de la hipófisis posterior Arginina vasopresina Oxitocina

Taquiquininas Sustancia P Casinina Neuroquinina A Neuroquinina B Eledoisina

Peptidos relacionados con el glucagón Péptido intestinal vasoactivo Secretina Somatocrinina (GHRH)

Péptidos relacionados con el polipéptido pancreático Neuropéptido Y

Otros Somatostatina Factor liberador de corticotropina CGRP Colecistoquinina Angiotensina II

Los transmisores químicos pueden ser clasificados como mensajeros de molécula pequeña (con menos de 10 átomos de carbono) o neuropéptidos, más grandes (10 o más átomos de carbono).

Los mensajeros químicos de molécula pequeña se clasifican en aminoácidos, aminas biógenas y nucleótidos o nucleósidos. Los aminoácidos neurotransmisores son el ácido y-aminobutírico (GABA), la glicina, el aspartato y el glutamato. La gran mayoría de la señalización dentro del SN se realiza mediante aminoácidos neurotransmisores, específicamente GABA, que es el principal neurotransmisor inhibidor del SN, y glutamato, que es el principal neurotransmisor excitador. Las aminas biogenas corresponden a neurotransmisores tan comunes como la acetilcolina, la dopamina, la adrenalina, la noradrenalina, la serotonina y la histamina. La clase de nucleótidos y nucleósidos incluye la adenosina y el adenosín-trifosfato (ATP). El óxido nítrico también ha sido identificado como posible neurotransmisor.

Se han identificado más de 40 neuropéptidos en el tejido nervioso, Entre ellos se encuentran la metionina encefalina y la leucina encefalina, así como péptidos más grandes, como las endorfinas, el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), la arginina vasopresina y la colecistoquinina, entre otros.

Adenosina Glucagón Serotonina

Tiempo de Activación y Mecanismos de Transducción

El tiempo desde la liberación presináptica del neurotransmisor hasta la activación o inhibición de la neurona postsináptica es variable

Neurotransmisión de Acción Rápida

Fast Acting neurotransmitter ions Neurotransmitter binds directly to channel protein and mediates the flow of ions across the membrane for a brief time

Neurotransmisión de Acción Lenta

Slow Acting neurotransmitter ions G protein 2nd messengers Neurotransmitter binds to G protein-coupled receptor and activates a second messenger system - mediating the opening of ion channels for a longer period of time

El retraso sináptico total, es decir, el tiempo desde la liberación presináptica del neurotransmisor hasta la activación o inhibición de la neurona postsináptica es variable. Esta variabilidad depende de los mecanismos de transducción de la neurona postsináptica.

La neurotransmisión química rápida se produce con un retraso sináptico total de unos pocos milisegundos, y está mediada por receptores postsinápticos que son, en sí mismos canales iónicos. Este tipo de transmisión se asocia con los neurotransmisores de molécula pequeña. Los canales iónicos en este tipo de neurotransmisión son llamados canales iónicos modulados por ligando o modulados por receptor, y los iones implicados normalmente son sodio, potasio, calcio y cloruro.

La neurotransmisión química lenta requiere cientos de milisegundos. En estos casos la señal es transducida por un mecanismo que implica receptores acoplados a proteínas G. En estos casos la unión al neurotransmisor (generalmente un neuropéptido) provoca que el receptor active una proteína G que, a su vez, se une e influye sobre una proteína efectora, que provoca el efecto celular. En algunos casos, la proteína efectora es un canal iónico que es inducido a abruse o cerrarse. Más frecuentemente, el efector es una enzima que produce un segundo mensajero intracelular, como el adenosín monofosfato cíclico (AMPc). Los segundos mensajeros pueden producir una gran cantidad de respuestas celulares.

Secuencia de Fenómenos en la Sinapsis Química

La transmisión de la información en una sinapsis química implica una secuencia general de fenómenos

1 Neurotransmitter molecules are syn- thesized from precursors under the influence of enzymes. Synthesizing enzymes Neurotransmitter precursors 2 Neurotransmitter molecules are stored in vesicles. Vesicle 3 Neurotransmitter molecules that leak from their vesicles are destroyed by enzymes. Degrading enzymes 4 Action potentials cause vesicles to fuse with the presynaptic membrane and release their neurotransmitter molecules into the synapse. 5 Released neurotransmitter molecules bind with autore- ceptors and inhibit subsequent neurotransmitter release. 6 Released neurotransmitter molecules bind to postsynaptic receptors. Autoreceptor 7 Released neurotransmitter mol- ecules are deactivated either by reuptake or enzymatic degradation.

Postsynaptic receptor

La transmisión de la información en una sinapsis química implica una secuencia general de fenómenos:

• Síntesis de los neurotransmisores.
• Síntesis de la vesícula secretora y transporte al terminal sináptico.
• Transporte del neurotransmisor a la vesícula, en el caso de los neurotransmisores de molécula pequeña; en los neuropeptidos este paso acompaña a la síntesis de la vesícula.
• Despolarización del terminal presináptico.
• Fusión de la vesícula con la membrana presináptica, exocitosis de su contenido y difusión transinaptica del neurotransmisor.
• Union del neurotransmisor al receptor postsinatico.
• Transducción de la señal, lo que provoca una respuesta postsinptica.
• Eliminación del neurotransmisor de la hendidura sináptica:
• Recaptación activa del neurotransmisor por los terminales presinapticos o por la glía.
• Degradación enzimática del neurotransmisor en la hendidura sináptica.

Almacenamiento de Mensajeros Químicos en Vesículas

Los mensajeros químicos se almacenan en dos tipos de vesículas: vesículas pequeñas y vesículas grandes de núcleo denso

Dense-core vesicle Presynaptic cell Clear vesicles Mitochondrion Synapse Postsynaptic cell

Los mensajeros químicos se almacenan en dos tipos de vesículas: vesículas pequeñas (o vesículas sinápticas) y vesículas grandes de núcleo denso. Las vesículas sinápticas pequeñas contienen mensajeros químicos de molécula pequeña. Las vesículas grandes de núcleo denso son menos numerosas y aparecen en otros puntos del interior de las neuronas, además del terminal axónico. El núcleo denso se compone principalmente neuropéptidos.

En algunos núcleos hipotalámicos puede encontrarse un tercer grupo de vesículas llamadas vesículas neurosecretorad que contienen neurohormonas.