52.- Neurotransmisores y sinápsis

Las sinapsis (del gr. σύναψις, “enlace”) son uniones especializadas mediante las cuales las células del sistema nervioso (las neuronas) envían señales de unas a otras y a células no neuronales como las musculares o glandulares. La actividad sináptica se desarrolla entre dos neuronas, una presináptica y otra postsináptica, entre una neurona y una célula muscular o entre una neurona y una célula secretora. Se produce mediante la liberación de neurotransmisores químicos que provocan la activación dereceptores específicos que, a su vez, generan respuesta eléctricas.

Cada neurona se comunica, al menos, con otras mil neuronas y puede recibir, simultáneamente, hasta diez veces más conexiones de otras. Se estima que en el cerebro humano adulto hay por lo menos 10¹⁴ conexiones sinápticas (aproximadamente, entre 100 y 500 billones). En niños alcanza los 1000 billones. Este número disminuye con el paso de los años, estabilizándose en la edad adulta.

Las sinapsis permiten a las neuronas del sistema nervioso central formar una red de circuitos neuronales. Son cruciales para los procesos biológicos que subyacen bajo lapercepción y el pensamiento. También son el sistema mediante el cual el sistema nervioso conecta y controla todos los sistemas del cuerpo.

Se ha acuñado también recientemente el concepto de sinapsis tripartita, de acuerdo con las últimas investigaciones relacionadas con los astrocitos; esta sinapsis constaría de tres elementos: los pre y postsinápticos neuronales y los astrocitos cercanos, que funcionarían como reguladores en la transferencia de información en el interior del sistema nervioso.

Desde el punto de vista anatómico y funcional, una neurona tiene tres zonas principales: el cuerpo o soma, las dentritas y el axón. Estos dos últimos elementos son los encargados de establecer las relaciones sinápticas: las dentritas son como antenas o tentáculos que reciben la mayoría de la información que proviene de otras células; el axón, por su parte, es el cable con el que una neurona se conecta a otras.

Las conexiones pueden establecerse a muy corto alcance, a unos cientos demicrómetros a la redonda, o a distancias mucho mayores. La motoneuronas de laespina dorsal, por ejemplo, se comunican directamente con órganos como losmúsculos para dar lugar al movimiento (sinapsis neuromuscular).

Una sinapsis prototípica, como las que aparecen en los botones dendríticos, consiste en unas proyecciones citoplasmáticas con forma de hongo desde cada célula que, al juntarse, los extremos de ambas se aplastan uno contra otro. En esta zona, las membranas celulares de ambas células se juntan en una unión estrecha que permite a las moléculas de señal llamadas neurotransmisores pasar rápidamente de una a otra célula por difusión. El canal de unión de la neurona postsináptica es de aproximadamente 20 nm de ancho, y se conoce como hendidura sináptica.

Estas sinapsis son asimétricas tanto en su estructura como en su funcionamiento. Sólo la neurona presináptica segrega los neurotransmisores, que se unen a los receptores transmembrana que la célula postsináptica tiene en la hendidura. El terminal nervioso presináptico (también llamado botón sinápticoo botón) normalmente emerge del extremo de un axón, mientras que la zona postsináptica normalmente corresponde a una dendrita, al cuerpo celular o a otras zonas celulares. La zona de la sinapsis donde se libera el neurotransmisor se denomina zona activa. En las zonas activas, las membranas de las dos células adyacentes están unidas estrechamente mediante proteínas de adhesión celular. Justo tras la membrana de la célula postsináptica aparece un complejo de proteínas entrelazadas denominado densidad postsináptica. Las proteínas de la densidad postsináptica cumplen numerosas funciones, que van desde el anclaje y movimiento de receptores de neurotransmisores de la membrana plasmática, hasta el anclaje de varias proteínas reguladoras de la actividad de estos receptores.

Un neurotransmisor es una biomolécula, sintetizada generalmente por las neuronas, que se vierte, a partir de vesículas existentes en la neurona presináptica, hacia la brecha sináptica y produce un cambio en el potencial de acción de la neurona postsináptica. Los neurotransmisores son por tanto las principales sustancias de las sinapsis. (con muchos organos)

Los procesos bioquímicos asociados con la neurotransmisión son:

• Síntesis del neurotransmisor por las neuronas presinápticas. A veces participan lascélulas gliales. Según la naturaleza del neurotransmisor, éste se puede sintetizar en el soma neuronal o en las terminaciones nerviosas. Algunos neurotransmisores se sintetizan directamente en las terminaciones nerviosas gracias a enzimas que se han sintetizado en el soma y se han transportado a estas terminaciones. A través del interior del axón fluye una corriente de sustancias libres o encerradas en vesículas, que pueden ser precursores tanto de los neurotransisores o sus enzimas, llamada flujo axónico.

• Almacenamiento del neurotransmisor en vesículas sinápticas.
• Liberación del neurotransmisor por exocitosis, que es calciodependiente. Cuando llega un impulso nervioso a la neurona presináptica, ésta abre loscanales de calcio, entrando el ion en la neurona y liberándose el neurotransmisor en el espacio sináptico. El calcio además de iniciar la exocitosis, activa el traslado de las vesículas a los lugares de su liberación con la ayuda de proteínas de membrana plasmática y de la membrana vesicular. Cuando entra el calcio en la neurona se activa una enzima llamada calmodulina que es una proteinquinasa, encargada de fosforilar a la sinapsina Isituada en la membrana de las vesículas y que las une a los filamentos de actina. Cuando la sinapsina I es fosforilada las vesículas sinápticas se despegan de la actina y se movilizan hacia los sitios donde deban vaciarse. La fusión de la membrana vesicular con la membrana plasmática es un proceso complejo en el que intervienen varias proteínas como la sinaptobrevina, sinaptotagmina, rab-3 (de la membrana vesicular) sintaxina, SNAP-25, n-sec 1 (de la membrana plasmática) y factor sensile a n-etilmaleimida (NSF) con actividad ATP-asa. Este conjunto de proteínas forman el complejo SNARE que forma un poro en la membrana plasmática que permite la fusión de ambas membranas y la salida del contenido vesicular al espacio sináptico.

• Activación del receptor del neurotransmisor situado en la membrana plasmática de la neurona postsináptica. El receptor postsináptico es una estructura proteica que desencadena una respuesta. Los neurorreceptores pueden ser:

Receptores ionotrópicos: Producen una respuesta rápida al abrir o cerrar canales iónicos, que producen despolarizaciones o generando potenciales de acción o respuestas excitatorias o producen hiperpolarizaciones o respuestas inhibitorias.En el primer caso actúan canales de cationes monoiónicos como los de Sodio y Potasio, mientras que en segundo caso son los canales de Cloruro los que se activan.

Receptores metabotrópicos: Liberan mensajeros intracelulares, como AMP cíclico, calcio, y fosfolípidos por el mecanismo de transducción de señales.Estos segundos mensajeros activan proteínas quinasas las cuales fosforilan activando o desactivando canales al interior de la célula. En el caso de una despolarización, son los canales de potasio que se cierran, en caso de hiperpolarización, los mismos canales son abiertos produciendo el aumento de cationes intracelulares.

• Iniciación de las acciones del segundo mensajero.
• Inactivación del neurotransmisor, ya sea por degradación química o por reabsorción en las membranas. En el espacio sináptico existen enzimas específicos que inactivan al neurotransmisor. Además las neuronas presinápticas tienen receptores para el neurotransmisor que lo recaptanintroduciéndolo y almacenándolo de nuevo en vesículas para su posterior vertido.

Existen Superfamilas de receptores para cada los diferentes tipos de neurotransmisores.

Las drogas de acción cerebral actúan en alguna o algunas de estas etapas. Los neurotransmisores más conocidos son la acetilcolina, la norepinefrina, ladopamina y la serotonina. El gas óxido nítrico es también un neurotransmisor, con un especial mecanismo de acción que no cumple todas las características de los neurotransmisores.

Los neurotransmisores:

• Monoaminas o aminas biógenas:
  • Catecolaminas: dopamina (DA), noradrenalina (NE) y adrenalina (Epi)
  • Indolaminas: triptamina, serotonina (5-HT), melatonina (Mel) y bufotenina
  • Tironaminas: 3-iodotironamina
  • Tiramina
  • ß-feniletilamina
  • Octopamina
  • Histamina (H)
• Ésteres:
  • Acetilcolina (Ach)
• Aminoácidos:
  • Ácido gamma-aminobutírico (GABA)
  • Glicina (Gly)
  • Taurina
  • Ácido glutámico (Glu)
  • Ácido aspártico
• Purinas
  • Adenosina
  • ATP
  • GTP
• Prostaglandinas:
  • Protaglandina E (PGE)
  • Prostaglandina F (PGF)
• Neuropéptidos:
  • Angiotensina II
  • Bombesina
  • Neurotensina
  • Neuromedina B
  • Galanina
  • Carnosina
  • Calcitonina
  • Péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP)
  • FMRFamida
  • Péptidos relacionados con la gastrina: colecistoquinina (CCK), gastrina,péptido liberador de gastrina (GRP)
  • Péptidos de la familia de la secretina: péptido intestinal vasoactivo (VIP), secretina, motilina y glucagón
  • Péptidos relacionados con el polipéptido pancreático: neuropéptido Y (NPY), péptido YY (PYY) y polipéptido pancreático (PP)
  • Péptidos hipotalámicos: vasopresina (ADH), oxitocina, neurofisinas, orexinas, hormona liberadora de hormona del crecimiento (GHRH),somatostatina, hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), hormona liberadora de tirotropina (TRH) y hormona liberadora de corticotropina (CRH).
  • Péptidos derivados de la POMC: corticotropina (ACTH), hormona estimulante de melanocitos (MSH) y lipotropina (LPH)
  • Opiáceos endógenos: dinorfinas, encefalinas y endorfinas
  • Bradiquinina
  • Taquiquininas: sustancia P, kassinina, neuroquinina A y neuroquinina B
• Gases:
  • Óxido nítrico
  • Monóxido de carbono