Medmol  
Fibao Una perspectiva molecular en medicina
TEMAS
Sinapsis
Bookmark and Share
Fecha de Publicación: 22-1-2008 Última actualización : 22-1-2008
Resumen
La sinapsis es un tipo de unión especializada entre células. La sinapsis química, permite que las células nerviosas transmitan la información a otras neuronas o a otros tipos celulares como células musculares o células secretoras. En la sinapsis, la neurona que emite la señal libera neurotransmisores al espacio sináptico. Los neurotransmisores difunden y se unen a receptores específicos en las células postsinápticas. La unión del neurotransmisor provoca la apertura de canales iónicos en la célula postsináptica provocando una respuesta que se propaga en forma de impulso nervioso hasta la siguiente sinapsis.
Concepto
La animación describe brevemente el proceso de la sinapsis
La principal función de una neurona es recibir, procesar, conducir y transmitir información. Las neuronas tienen un cuerpo celular llamado soma, una serie de prolongaciones filamentosas relativamente pequeñas llamadas dendritas y una prolongación mucho más larga llamada axón. Las neuronas reciben estímulos a través de las dendritas hacia el soma. Esos estímulos se integran y, si se cumplen una serie de condiciones, la información se transmite como impulso eléctrico constante a través del axón hacia otra célula. En el extremo del axón hay un ensanchamiento llamado botón sináptico donde la neurona almacena los neurotransmisores en vesículas sinápticas. Al recibir un estímulo estas vesículas liberan su contenido al espacio sináptico. Los neurotransmisores se unen a receptores específicos en la célula postsináptica. Esta unión provoca la entrada de iones, que a su vez cambia el potencial de membrana en la célula postsináptica. Así la información se transmite de una célula a otra.

Para poder realizar esta transmisión de información de forma eléctrica las neuronas necesitan tener una diferencia de potencial en estado de reposo en su membrana. La diferencia de potencial se debe a una distribución asimétrica de iones a ambos lados de la membrana. Esto se consigue gracias a la presencia de ciertos canales iónicos regulados de forma específica. Se han identificado gran número de canales iónicos en las membranas de las neuronas con diferentes funciones, pero para establecer la diferencia de potencial característica del estado de reposo basta con dos tipos de canales iónicos: la bomba sodio/potasio y un tipo de canal de potasio. La bomba de sodio/potasio expulsa tres iones de sodio e introduce dos de potasio utilizando la energía del ATP. El canal de potasio que está abierto en reposo permite el paso de potasio a través de la membrana. La combinación de estos dos canales iónicos genera un potencial de membrana de aproximadamente -70 mV, que es el potencial cercano al equilibrio del potasio. La distribución del ión cloro a ambos lados de la membrana en estado de reposo está determinada por este potencial. Las neuronas reciben una serie de impulsos por sinapsis en sus dendritas y somas. Los receptores que reciben las señales abren canales que permiten la entrada de iones. Si entran iones negativos de cloro la diferencia de potencial de la membrana aumenta y la neurona se hiperpolariza, mientras que si se permite la entrada de iones positivos de sodio la diferencia de potencial disminuye y la neurona se despolariza. Estos cambios locales de potencial que se producen en la membrana de las dendritas y del soma se van sumando. En muchas neuronas se producen hasta 100.000 sinapsis para integrar señales procedentes de músculos, receptores sensitivos y de otras neuronas. La neurona tarda un tiempo en restaurar el potencial de membrana característico del estado de reposo. Durante esta fase noes capaz de generar nuevos potenciales de acción. De esta forma las neuronas integran y procesan información codificándola en frecuencias de impulsos nerviosos. Desde el punto de vista de codificación de la información, al ser el potencial de acción una respuesta fija en intensidad, la frecuencia de los impulsos es un elemento que transmite información adicional y tienen un especial significado.

En el extremo del axón cercano al soma se encuentra el cono axónico. La generación de un potencial de acción como respuesta a las señales depende de la despolarización de la membrana en esta zona de la neurona. Si la zona de la membrana correspondiente al cono axónico sufre una despolarización superior a un umbral determinado se desencadena un potencial de acción. El potencial de acción es una onda eléctrica que se propaga a través del axón de forma unidireccional. A nivel molecular el potencial de acción depende de la regulación de los canales iónicos. Cuando se desencadena un potencial de acción el potencial de membrana pasa de los -70mV característicos del estado de reposo a +50mV que definen un estado de despolarización. Una vez transmitido el impulso eléctrico hay un periodo en el que la región del axón que ha sufrido el cambio de potencial no puede transmitir más impulsos ya que se encuentra recuperando su estado de polarización normal.

La mielinización de las neuronas por las células de Schwann en el sistema nervioso periférico y por los oligodendrocitos en el sistema nervioso central permite que la transmisión del impulso nervioso a través de los axones sea mucho más rápida y eficiente. Los axones mielinizados presentan a intervalos regulares pequeñas zonas sin mielina llamadas nódulos de Ranvier. En estos nódulos se concentran los canales iónicos para el sodio produciéndose la despolarización de la membrana durante la propagación del impulso nervioso. De este modo el impulso nervioso se trasmite de nódulo en nódulo. La importancia de la mielinización se aprecia en enfermedades como la esclerosis múltiple donde se destruyen las vainas de mielina de algunas regiones del sistema nervioso central originando graves alteraciones neurológicas.

Al llegar el potencial de acción a la placa presináptica se produce la apertura de canales de calcio. La entrada de calcio a la célula permite el proceso de unión de las vesículas sinápticas a la membrana y la liberación de los neurotransmisores al espacio sináptico. Los neurotransmisores difunden y se unen a receptores de membrana de la célula potsináptica. El efecto del neurotransmisor en la célula potsináptica depende del tipo de receptor al que se une. Los aminoácidos aspartato y glutamato son los principales neurotrasmisores excitatorios del sistema nervioso, mientras que el GABA es el principal neurotransmisor inhibidor. Este efecto excitatorio o inhibidor depende de qué tipo de canal iónico que se abre. Una sinápsis inhibidora implica una apertura de canales que originan hiperpolarización en la membrana postsináptica, mientras que una sinapsis excitadora abre canales que producen despolarización. Otros neurotransmisores importantes son la serotonina, la acetilcolina, la dopamina, la noradrenalina y las beta-endorfinas. En cuanto a los receptores de estos neurotransmisores existen varios tipos divididos a su vez en subtipos, cada uno con un efecto específico. Algunos tipos tienen localizaciones específicas en el sistema nervioso.

En general los neurotransmisores pueden agruparse en dos grandes tipos:

  • Canales iónicos dependientes de ligando. Estos canales se abren tras reconocer al ligando y permiten la entrada de iones de forma inmediata
  • Receptores acoplados a proteínas G. Estos receptores están acoplados a proteínas G y muchas veces a complejos procesos de transducción de la señal. Permiten la entrada de iones al citoplasma desde el exterior de la célula o desde reservas intracelulares. La acción de estos receptores es un poco más lenta.
La estrategia de manejo de información del sistema nervioso está basada en integrar de forma muy compleja una gran cantidad de señales que en sí mismas no son muy específicas. No existe una gran variedad de neurotransmisores ni conexiones muy específicas sino que se trabaja con un sistema complejo muy interconectado que integra señales y consigue una respuesta específica manejando la información de espacio (entre qué neuronas se produce) y de tiempo (cuando se produce el estímulo). La información espacial está implícita en el circuito de interconexiones neuronales. Para poder detectar el tiempo en el que se produce un estímulo, la transmisión de la señal ha de ser puntual y rápida:

  • Para que la señal sea puntual existen mecanismos de retirada del neurotransmisor del espacio sináptico que hacen que sólo haya impulso nervioso mientras hay estímulo. Existen enzimas que degradan los neurotransmisores y canales que permiten su retirada hacia las células presinápticas para su reciclado. Incluso existen receptores en las células presinápticas que señalizan para que se detenga la emisión de neurotransmisor.
  • Para que la señal se transmita de forma rápida los neurotransmisores están almacenados en vesículas. Se dice que la sinapsis está “cuantizada”, ya que los neurotransmisores se liberan por paquetes.
Se han identificado procesos relacionados con la transmisión de la señal entre neuronas que son capaces de cambiar las características de las conexiones neuronales y que, por tanto, intervienen en la plasticidad sináptica y son capaces de cambiar los circuitos de integración de señales. Estos procesos relacionados con variaciones en niveles de calcio intracelular posteriores a la transmisión del potencial de acción se conocen como "long-term depression" (LTD) y "long-term potentiation" (LTP). Se están alcanzando grandes avances en el estudio de estos procesos y su relación con el aprendizaje y la memoria.
Vínculos externos de interés
Bibliografía