Fisiologia Celular - Sistema Nervoso e Sentidos Especiais (PDF)

Sistema Nervoso e Sentidos Especiais Tema 1 Ines Araujo Neurotransmissão 1. Comunicação no sistema nervoso 2. A sinapse: uma estrutura especializada de comunicação neuronal. 3. A base da neurotransmissão...

Sistema Nervoso e Sentidos Especiais Tema 1 Ines Araujo Neurotransmissão 1. Comunicação no sistema nervoso 2. A sinapse: uma estrutura especializada de comunicação neuronal. 3. A base da neurotransmissão: neurotransmissores e recetores. Células do Sistema Nervoso Dendrites são o alvo primário de sinais de entradas sinápticos vindos de outros neurónios, diferenciando-se Neurónios pelo seu alto conteúdo de ribossomas, bem como de Neurónios são claramente diferenciados por serem proteínas específicas do citoesqueleto. especializados na comunicação intercelular. Esse O número de entradas que um neurónio recebe atributo é evidente na sua morfologia geral, na depende da complexidade da sua arborização organização específica dos seus componentes da dendrítica; células nervosas que não possuem dendrites membrana para a sinalização elétrica e nas são inervadas por poucas, senão por uma única célula complexidades funcional e estrutural dos contatos nervosa, enquanto neurónios com ramos dendríticos sinápticos entre neurónios. muito elaborados podem ser inervados por um número muito maior de neurónios. O número de entradas para um único neurónio reflete o grau de convergência, enquanto o número de alvos inervados por um dado neurónio representa sua divergência. Os contatos sinápticos sobre dendrites (e, de modo menos frequente, sobre corpos celulares neuronais) consistem numa elaboração especial do aparelho secretório encontrado na maioria das células epiteliais polarizadas. No geral, o terminal pré-sináptico está imediatamente adjacente à especialização pós- sináptica da célula-alvo. Na maioria das sinapses, não há continuidade física entre esses elementos pré e pós- sinápticos. Outros sim, os componentes pré e pós- sinápticos comunicam-se pela secreção de moléculas a partir do terminal pré-sináptico, que se ligam a recetores na especialização pós-sináptica. Essas moléculas devem atravessar um intervalo de espaço O mais óbvio sinal morfológico de especialização para extracelular entre os elementos pré e pós-sinápticos, comunicação através de sinais elétricos é a intensa chamado de fenda sináptica. A fenda sináptica, ramificação dos neurónios. O aspeto mais saliente entretanto, não é somente um espaço vazio a ser dessa ramificação pelas células nervosas típicas é a atravessado; ela é o sítio das proteínas extracelulares elaborada arborização de dendrites que emergem do que influenciam a difusão, ligação e degradação das corpo celular neuronal na forma de ramos dendríticos. moléculas secretadas pelo terminal pré-sináptico. O Nadine Sequeira 65523 número de entradas sinápticas recebidas por cada neurovegetativos, bem como células musculares e de célula do sistema nervoso humano varia de 1 a cerca de glândulas por todo o corpo. Os processos químicos e 100.000. Esse limite reflete o propósito fundamental elétricos por meio dos quais a informação codificada das células nervosas, que é integrar informação de por potenciais de ação é passada adiante nos contatos outros neurónios. O número de contatos sinápticos de sinápticos para a célula seguinte constituem a chamada diferentes neurónios pré-sinápticos sobre qualquer transmissão sináptica. Terminais pré-sinápticos e suas célula em particular é, portanto, um importante especializações pós-sinápticas são geralmente sinapses determinante da função neuronal. A informação químicas, o tipo de sinapse mais abundante no sistema conduzida pelas sinapses sobre as dendrites neuronais nervoso. Outro tipo, a sinapse elétrica (facilitada pelas é integrada e “lida” na origem do axônio, a porção da junções comunicantes), é muito mais raro. Os organelos célula nervosa especializada em transmitir sinais secretórios no terminal pré-sináptico das sinapses elétricos. O axônio é uma extensão a partir do corpo químicas são as vesículas sinápticas, estruturas celular do neurónio que pode viajar desde poucas esféricas que contêm moléculas de centenas de micrômetros (µm) até muito além, neurotransmissores. O posicionamento das vesículas dependendo do tipo de neurônio e do tamanho da sinápticas na membrana pré-sináptica e sua fusão, que espécie. Além disso, o axônio possui um citoesqueleto inicia a libertação de neurotransmissor, são regulados distinto cujos elementos são decisivos para sua por um grupo de proteínas localizadas dentro ou integridade funcional associadas às vesículas. Os neurotransmissores libertados pelas vesículas sinápticas modificam as propriedades elétricas da célula-alvo por meio da ligação a recetores de neurotransmissores, localizados principalmente na especialização pós-sináptica. Células neurogliais Muitas células nervosas do encéfalo humano possuem axônios com não mais do que poucos milímetros de Células neurogliais – também chamadas de células comprimento, e alguns nem sequer possuem axónios. gliais ou, simplesmente, glia – são muito diferentes das Axónios relativamente curtos, no encéfalo, são uma células nervosas. No encéfalo, células gliais estão em característica de neurónios de circuito local, ou maior número do que neurónios (3 para 1). Apesar da interneurónios. Os axónios de neurónios de projeção, sua superioridade numérica, a glia não participa de entretanto, estendem-se para alvos distantes. Por modo direto nas interações sinápticas e na sinalização exemplo, os axónios que vão da medula espinhal elétrica, ainda que, nas suas funções de suporte, auxilie humana até os pés podem ter cerca de 1 m de na definição de contatos sinápticos e na manutenção comprimento. O evento que transporta sinais por das habilidades sinalizadoras dos neurónios. tamanhas distâncias é uma onda de atividade elétrica O termo glia (em grego, “cola”) reflete o fato de se ter autorregenerativa chamada de potencial de ação, que presumido, durante o século XIX, que essas células se propaga do ponto de iniciação no corpo celular (o “mantinham o sistema nervoso unido” de alguma cone de implantação) até o terminal axonal, onde forma. A palavra sobreviveu apesar da ausência de acontecem os contatos sinápticos As células-alvo dos qualquer evidência de que células gliais mantenham as neurónios – sítios onde os axónios terminam, e as células nervosas coesas. As funções gliais de fato bem sinapses são feitas – incluem outras células nervosas do estabelecidas incluem manter o ambiente iónico das encéfalo, da medula espinhal e dos gânglios Nadine Sequeira 65523 células nervosas, moderar a velocidade de propagação Finalmente, as células microgliais são derivadas do sinal nervoso, moderar a atividade sináptica por principalmente de células precursoras hematopoiéticas meio da captação de neurotransmissores na fenda (apesar de algumas poderem ser derivadas de modo sináptica ou próximos a ela, e auxiliar (às vezes, impedir) direto de células precursoras neurais). As células a regeneração neural após lesão. microgliais compartilham muitas propriedades comuns a macrófagos de outros tecidos e são No sistema nervoso central maduro, há 3 tipos de fundamentalmente células “recicladoras” (scavengers) células gliais: que removem os restos celulares de locais lesionados Astrócitos, oligodendrócitos e células microgliais. ou da renovação celular normal. Além disso, a microglia, assim como os macrófagos, secreta moléculas sinalizadoras – em particular, um vasto grupo de citocinas, também produzidas por células imunológicas – que podem modular a inflamação no local e influenciar a sobrevivência ou a morte celular. Após uma lesão encefálica, o número de células microgliais no local aumenta de forma considerável. Algumas dessas células proliferam a partir da microglia residente Os astrócitos, restritos ao sistema nervoso central (i. e., no encéfalo, enquanto outras provêm de macrófagos encéfalo e medula espinhal), possuem processos locais que migram para a área lesionada e penetram no elaborados que lhes dão uma aparência estrelada. Uma encéfalo a partir de pequenas ruturas na das principais funções dos astrócitos é manter, por microvasculatura cerebral. diversos mecanismos, um ambiente químico propício à sinalização neuronal. Além disso, observações recentes Células da microglia que interagem com diversos tipos sugerem que um subgrupo de astrócitos no encéfalo de células: neurónios, astrócitos, oligodendrócitos. adulto pode conservar certas características de células- tronco neurais – isto é, a capacidade de entrar em mitose e gerar todos os tipos celulares encontrados no sistema nervoso. Os astrócitos interagem, não só com os neurónios, mas também com os vasos sanguíneos, células endoteliais dos vasos sanguíneos, e ajudam a formar parte daquilo que se chama barreira hematoencefálica, interface entre o sangue e o sistema nervoso que permite a passagem de certas substâncias e de outras não. Ventrículos cerebrais: cavidades do sistema nervoso que são revestidos pelas células ependimárias, que fazem a interface e ficam no líquido cefalorraquidiano e tecido nervoso. Estima-se que o encéfalo humano contenha 100 bilhões de neurônios e muitas vezes esse valor como células de suporte. Mais importante, o sistema nervoso Os oligodendrócitos, que também são restritos ao contém uma variedade maior de tipos celulares – ou sistema nervoso central, depositam um envoltório categorizados por morfologia, identidade molecular ou laminado, chamado de mielina, em torno de muitos por atividade fisiológica – do que qualquer outro órgão. (mas não de todos) axónios. A mielina possui efeitos A diversidade celular de qualquer sistema nervoso importantes sobre a velocidade de transmissão de responde, sem dúvida, pela capacidade do sistema de sinais elétricos. No sistema nervoso periférico, a mielina formar redes cada vez mais complexas e de mediar é elaborada pelas denominadas células de Schwann. comportamentos progressivamente mais sofisticados. Na maior parte do século XX, os neurocientistas Nadine Sequeira 65523 dependeram do conjunto de técnicas desenvolvidas por Santiago Roman y Cajal, Golgi e outros pioneiros da histologia e da patologia para descrever e categorizar os diversos tipos celulares do sistema nervoso. O método de coloração desenvolvido por Golgi permitiu a visualização de células nervosas individuais e dos seus processos que tinham sido impregnados de sais de prata de forma aparentemente aleatória. Em contrapartida moderna, corantes fluorescentes e outras moléculas solúveis injetadas em neurônios individuais, muitas vezes após identificação da função da célula por registro fisiológico, fornecem abordagens alternativas para visualizar células nervosas de forma individual e seus processos. Ramon y Cajal (1852-1934) Então aquilo que nós sabemos sobre a anatomia, sobre Como complemento dessas técnicas (que fornecem a morfologia, sobre o aspeto dos neurónios foi uma amostra aleatória de apenas poucos neurónios e inicialmente discutido por um neurocientista espanhol, células gliais), outros corantes são usados para Santiago Roman y Cajal, séc. 19, desenvolveu uma série demonstrar a distribuição de todos os corpos celulares de colorações e algum suporte tecnológico, não só ele, – mas não de seus processos ou das suas conexões – no mas outras pessoas e fez as primeiras descrições dos tecido neural. diferentes tipos de células que podemos encontrar no O método de Nissl, usado amplamente, é um deles. SN tendo em conta que os microscópios a data eram da Essa técnica cora o nucléolo e outras estruturas (p. ex., treta, na realidade ele fez descrições que hoje em dia ribossomas), onde se encontram o ADN e o ARN. não são muito diferentes daquilo que nós vemos se usarmos um microscópio bastante mais sofisticado, Essas colorações demonstram que o tamanho, a através ilustrações feitas à mão que hoje em dia densidade e a distribuição da população total de células faríamos de forma muito diferente esta estruturas do nervosas não é uniforme, de região para região, dentro SN. Hoje em dia, temos formas de visualizar neurónios do encéfalo. que nos permitem ver exatamente o que aqueles Nalgumas regiões, como o córtex cerebral, as células neurónios têm. Pintinhas mais verdes que aparecem na estão organizadas em camadas, sendo cada camada imagem são zonas provavelmente de contato sináptico, reconhecida por diferenças distintas na densidade temos técnicas para ver diferentes tipos de neurónios celular. todos ao mesmo tempo, podemos pintá-los de cores diferentes, cada uma dessas cores representa uma Estruturas como o bulbo olfatório mostram arranjos de proteína diferente, um marcador diferente. corpos celulares ainda mais complicados. Podemos colocar células e, hoje em dia, podemos fazer colorações do cérebro inteiro, algumas destas colorações são genéticas com proteínas fluorescentes. Podemos atá traçar diagramas bastante complexos e perceber como é que todas estas células estão interligadas. Nadine Sequeira 65523  Circuitos Neurais Neurónios nunca funcionam de forma isolada. São organizados em conjuntos denominados circuitos neurais que processam tipos específicos de informação. Neurónios estão polarizados de forma a terem zonas que recebem informação e zonas que transmitem informação, já ouviram certamente falar no impulso nervoso, que traduz a passagem de informação de uma zona que recebe informação para uma zona que vai transferir a informação para outros neurónios ou para outras células. Os neurónios não transmitem só informação para outros neurónios, podem transmitir informação por exemplo para uma célula muscular ou As conexões sinápticas que definem os circuitos para uma glândula. A junção neuromuscular é enervada neurais são normalmente feitas sobre um denso pelos neurónios motores que vão libertar emaranhado de dendrites, terminais axónicos e neurotransmissores: acetilcolina, na junção processos gliais que, juntos, constituem o que se neuromuscular (SOF 101). denomina neurópilo. O neurópilo constitui as regiões entre os corpos das células nervosas onde a maioria das Ao conjunto do axónio e das dendrites chamamos conexões sinápticas ocorre. neurites. Em qualquer circuito, é essencial saber a direção do CONE DE IMPLATAÇÃO – segmento inicial do axónio. fluxo de informação. Células nervosas que transportam Temos variadíssimas dendrites, cada dendrite tem informação da periferia em direção ao encéfalo ou muitas sinapses a e chegada de informação em todos medula espinhal (ou mais profundamente dentro da esses pontos não chega uma de cada vez mas sim em medula espinhal e do encéfalo) são chamadas de simultâneo muitas vezes , umas são excitatórias outras neurónios aferentes; células nervosas que levam são inibitórias, portanto há que computar essa informação para longe do encéfalo ou medula espinhal informação toda para a célula perceber o que tem de (ou para longe de um circuito em questão) são fazer. chamadas de neurónios eferentes. Interneurónios (neurónios de circuito local) apenas participam nas porções locais de um circuito, devido a pequenas distâncias pelas quais os seus axónios se Nadine Sequeira 65523 estendem. Essas três classes funcionais – neurónios pelos aferentes diminuem a atividade elétrica em aferentes, eferentes e interneurónios – são os neurónios motores eferentes flexores, causando uma constituintes básicos de todos os circuitos neurais. Um menor atividade dos músculos flexores (o resultado é exemplo simples de circuito neural é aquele uma ativação e uma inativação complementares dos responsável pelo reflexo miotático espinhal, músculos agonistas e antagonistas que controlam a comumente conhecido como reflexo patelar. posição da perna). Organização do Sistema Nervoso Quando considerados em conjunto, circuitos que processam tipos semelhantes de informação compõem sistemas neurais que servem a propósitos Os neurónios aferentes que controlam o reflexo são comportamentais mais amplos. A distinção funcional neurónios sensoriais cujos corpos celulares encontram- mais geral divide esses conjuntos em sistemas se nos gânglios das raízes dorsais dos nervos espinhais, sensoriais, que adquirem e processam informação do cujos axónios periféricos acabam em terminações ambiente (p. ex., o sistema visual ou o auditivo) e em sensoriais nos músculos esqueléticos. sistemas motores, que respondem a essas informações gerando movimentos e outros comportamentos. Os axónios centrais desses neurónios sensoriais aferentes penetram na medula espinhal, onde Existe, entretanto, grande número de células e terminam em uma variedade de neurônios centrais circuitos que se situam entre esses dois bem-definidos dedicados à regulação do tónus muscular (é o estado de sistemas de entrada e saída. No seu conjunto, eles são tensão elástica, contração ligeira, que apresenta o chamados de sistemas associativos e são responsáveis músculo em repouso, e que lhe permite iniciar a contração pelas funções encefálicas mais complexas e menos rapidamente após o impulso dos centros nervosos) – de bem-caracterizadas. forma mais clara, sobre neurónios motores que determinam a atividade dos músculos relacionados. Esses neurónios motores constituem os neurónios eferentes. Um grupo de neurónios motores no corno ventral da medula espinhal projeta-se aos músculos flexores do membro, e o outro, aos músculos extensores. Interneurónios da medula espinhal constituem o terceiro elemento desse circuito. Os interneurónios recebem contatos sinápticos de neurónios sensoriais O sistema nervoso central, geralmente chamado de aferentes e estabelecem sinapses com neurónios SNC, compreende o encéfalo (hemisférios cerebrais, motores eferentes que se projetam para os músculos diencéfalo, cerebelo e tronco encefálico) e a medula flexores; assim, são capazes de modular a relação entre espinhal. entrada e saída dessas projeções. O sistema nervoso periférico (SNP) inclui os neurónios As conexões sinápticas excitatórias entre aferentes sensoriais que conectam os recetores sensoriais da sensoriais e neurónios motores eferentes extensores superfície ou os de dentro do corpo com circuitos de causam a contração dos músculos extensores. Ao processamento relevantes no sistema nervoso central. mesmo tempo, interneurónios inibitórios ativados Nadine Sequeira 65523  parassimpática, os gânglios encontram-se dentro dos ou adjacentes aos órgãos que inervam. Outro componente do sistema motor visceral, denominado sistema entérico, é formado por pequenos gânglios, bem como por neurônios individuais, espalhados por toda a parede do tubo digestivo. Esses neurónios influenciam a motilidade gástrica e sua secreção. Transmissão Sináptica O encéfalo humano contém pelo menos 100 bilhões de neurónios, cada um com capacidade para influenciar muitas outras células. Tal comunicação é feita por sinapses, o contato funcional entre neurónios. A porção motora do sistema nervoso periférico consiste em 2 componentes. Os axónios motores que Com base no seu mecanismo de transmissão, as conectam o encéfalo e a medula espinhal aos músculos sinapses podem ser caracterizadas em 2 categorias: esqueléticos formam a divisão motora somática do elétricas e químicas. sistema nervoso periférico, enquanto as células e os Na sinapse elétrica, a corrente flui através de junções axônios que inervam os músculos lisos, o músculo comunicantes, as quais são canais de membrana cardíaco e as glândulas formam a divisão motora especializados que conectam as 2 células. neurovegetativa ou visceral. Em contraste, as sinapses químicas permitem a No sistema nervoso central, as células nervosas estão comunicação neurónio-a-neurónio através da secreção arranjadas de 2 formas diferentes. Os núcleos são de neurotransmissores; esses agentes químicos conjuntos locais de neurónios que apresentam libertados pelos neurónios pré-sinápticos produzem conexões e funções mais ou menos semelhantes. uma corrente secundária nos neurónios pós-sinápticos Estas coleções encontram-se por todo o cérebro, por ativação de moléculas recetoras específicas. tronco encefálico e medula espinhal. Em contraste, o Praticamente todos os neurotransmissores córtex apresenta uma distribuição em forma de lâminas apresentam um ciclo similar que inclui síntese e ou camadas de células nervosas. empacotamento em vesículas sinápticas, libertação Substância cinzenta refere-se a qualquer concentração pelo neurónio pré-sináptico, ligação a recetores pós- no encéfalo ou na medula espinhal de corpos neurais e sinápticos e, por fim, remoção rápida da fenda sináptica neuropilo (p. ex., núcleos ou córtices), e substância seguida ou não por degradação. branca (assim chamada pela sua aparência mais ou A secreção de neurotransmissores é desencadeada por menos clara, em virtude do seu conteúdo lipídico da um influxo de Ca⁺⁺ através de canais específicos mielina), que inclui os tratos axonais e as comissuras. dependentes de voltagem, os quais geram um aumento Os neurônios motores viscerais do tronco encefálico e transitório na concentração de Ca⁺⁺ no terminal pré- da medula espinhal – denominados neurónios pré- sináptico. O aumento na concentração de Ca⁺⁺ causa a ganglionares – formam sinapses com neurónios fusão das vesículas sinápticas – os organelos pré- motores periféricos localizados nos gânglios viscerais sinápticos de armazenamento de neurotransmissores – (também chamados de “vegetativos”). Os neurónios com a membrana plasmática pré-sináptica e liberta o motores periféricos nos gânglios viscerais inervam os seu conteúdo no espaço entre a pré e a pós-sinapse. músculos lisos, as glândulas e o músculo cardíaco, Existem 2 classes principais de recetores: aqueles nos controlando, portanto, a maior parte do quais a molécula recetora é também um canal iónico e comportamento involuntário. Na divisão simpática do aqueles nos quais o recetor e o canal iónico são sistema motor neurovegetativo, os gânglios situam-se moléculas distintas. ao longo ou à frente da coluna vertebral e enviam axônios a diversos alvos periféricos. Na divisão Nadine Sequeira 65523  Esses tipos diferentes de recetores desencadeiam Dentro dos sinais elétricos temos vários tipos de sinais induzidos pelo neurotransmissor devido a potenciais, dos quais os mais exuberantes, são os abertura e fechamento de canais iónicos. potenciais de ação. As ações pós-sinápticas, excitatórias ou inibitórias, de Os potenciais de ação são aqueles que traduzem uma um neurotansmissor em particular são determinadas variação de potencial de maior amplitude. pela permeabilidade iónica do canal induzida pelo neurotransmissor e pela concentração de iões transportados para fora ou para dentro da célula. As sinapses compreendem estruturas de diferentes células, compreendem zonas pré sinápticas que vão libertar e transferir informação, normalmente são as zonas que libertam os neurotransmissores, tem as zonas pós sinápticas que são as zonas que depois recebem a informação e, pode haver também, zonas dos astrócitos, que participam na comunicação sináptica. A sinapse não é uma única localização física, é a zona onde ocorre comunicação nervosa entre células. Portanto, quando nós imaginamos, uma zona de Através da variação do potencial elétrico, temos então receção de informação, e têm acima representado, um passagem de informação de a zona pré sináptica até a corpo celular com variadas sinapses, é difícil zona do terminal. representar a quantidade de sinapses num esquema. Os neurotransmissores não atuam por magia, eles têm Sinapses Elétricas recetores. Embora em minoria, as sinapses elétricas são Quando há libertação de neurotransmissores tem de encontradas em todos os sistemas nervosos, haver recetores na membrana da célula alvo, (a permitindo o fluxo passivo direto da corrente elétrica acetilcolina, por exemplo, tem recetores do tipo de um neurónio para outro. nicotínicos) portanto, os recetores na membrana da célula muscular deixam entrar iões que estão no meio extracelular e vão entrar para dentro da célula pós sináptica. Essa alteração da concentração de iões de um lado e de outro, faz com que haja alteração do potencial de membrana e essa alteração de potencial depois traduz se na abertura de outro tipo de canais que depois pode então levar à contração muscular. Sinais Elétricos e Químicos Os sinais elétricos traduzem nas alterações de potencial que ocorrem nas células neuronais e os sinais químicos, que não são mais do que os neurotransmissores. Os neurotransmissores são eles que despoletam estas alterações dos sinais elétricos. O neurónio a montante é denominado elemento pré- sináptico, e o neurónio a jusante, por onde a corrente Estes sinais químicos na sinapse, na realidade são sinais flui, é denominado elemento pós-sináptico. que são traduzidos pela célula numa alteração de potencial, portanto são convertidos também em sinais As membranas dos 2 neurónios comunicantes elétricos. aproximam-se muito junto à sinapse e são conectadas Nadine Sequeira 65523 por uma especialização intercelular denominada junção transmissão pode ser bidirecional, isto é, a corrente comunicante. pode fluir em qualquer direção através da junção comunicante, dependendo de qual membro do par Temos representadas também na imagem, GAP acoplado é invadido por um potencial de ação (embora junctions, e como vocês sabem são canais que alguns tipos de junções comunicantes tenham permitem passagem de pequenas moléculas através da propriedades especiais que resultem numa transmissão membrana plasmática, o que ocorre numa sinapse unidirecional). elétrica é a justaposição perfeita de GAP junctions de um lado e de outro da membrana, há um alinhamento Outro aspeto importante das sinapses elétricas é a em que se forma um canal entre uma célula e outra, transmissão extremamente rápida: o fluxo da corrente uma GAP junction permite estabelecer uma linha de passiva através da junção comunicante é praticamente comunicação. instantâneo, sem atrasos na comunicação, como ocorre nas sinapses químicas. Junções comunicantes contêm canais nas membranas pré e pós-sinápticas precisamente pareados e alinhados, de tal maneira que cada par de canais forma um poro: Cada conjunto de conexinas, que são as proteínas individuais que formam um conexão, um conexão tem Um sinal elétrico pós-sináptico é observado na sinapse 6 subunidades, constituído por 6 conexinas e o acima numa fração de milissegundo depois da geração alinhamento perfeito de 2 juncões comunicantes do potencial pré-sináptico. formam então este poro, este canal que permite a passagem de pequenas moléculas entre as células pré e De fato, parte desse breve atraso sináptico é causado pós sinápticas. pela propagação do potencial no terminal pré- sináptico, não havendo, portanto, atraso na Como resultado, uma variedade de substâncias pode transmissão de sinais na sinapse elétrica. apenas difundir-se entre os citoplasmas dos neurónios pré e pós-sinápticos. A transmissão elétrica entre determinados neurónios secretores de hormonas no hipotálamo de mamíferos Além de iões, as substâncias que difundem através dos garante que todas as células desencadeiem potenciais poros das junções comunicantes incluem moléculas de ação quase ao mesmo tempo, facilitando a descarga com pesos moleculares grandes. Isso permite que o ATP da secreção hormonal na circulação. e outros importantes, tais como os segundos mensageiros, sejam transferidos entre neurónios. O fato de que os poros das junções comunicantes são grandes o suficiente para permitir a difusão intercelular Sinapses elétricas, portanto, funcionam permitindo de moléculas como ATP e segundos mensageiros que a corrente iónica flua de forma passiva através dos também permite que as sinapses elétricas coordenem a poros das junções comunicantes de um neurónio para sinalização e o metabolismo de neurónios acoplados. outro. Essa propriedade pode ser importante, em especial, A comunicação através dessas junções tem inúmeras para células gliais, as quais formam extensas redes de consequências interessantes: uma delas é que a sinalização através de junções comunicantes. Nadine Sequeira 65523  O processo é iniciado quando um potencial de ação invade o terminal neuronal pré-sináptico. A mudança no potencial de ação causada pela chegada do potencial provoca a abertura de canais de Ca⁺⁺ dependentes de voltagem no terminal pré-sináptico. Devido ao enorme gradiente de concentração através da membrana pré-sináptica, a abertura desses canais causa um influxo rápido de Ca⁺⁺ no terminal, o que resulta num aumento transitório da concentração de Ca⁺⁺. Esse aumento, por sua vez, permite a fusão das vesículas com a membrana plasmática do terminal pré- sináptico. A fusão das vesículas com a membrana do terminal permite a libertação do conteúdo vesicular (principalmente neurotransmissores) na fenda sináptica. Seguindo a exocitose, os neurotransmissores difundem-se através da fenda sináptica e ligam-se a Sinapses Químicas recetores específicos na membrana neuronal pós- sináptica. O espaço entre os neurónios pré e pós-sinápticos é muito maior nas sinapses químicas do que nas sinapses A ligação de neurotransmissores aos recetores causa a elétricas e é chamado de fenda sináptica. abertura (ou o encerramento, em alguns casos) de canais na membrana pós-sináptica, alterando, Entretanto, um aspeto essencial de todas as sinapses portanto, a permeabilidade iónica nas células pós- químicas é a presença de pequenos organelos próximos sinápticas. A corrente resultante induzida pelo ou ligados à membrana no terminal pré-sináptico neurotransmissor altera o potencial de membrana pós- denominadas vesículas sinápticas. Essas são sináptica, aumentando ou diminuindo a probabilidade preenchidas com um ou mais neurotransmissores, os do neurónio de desencadear um potencial de ação. sinais químicos secretados pelos neurónios pré- sinápticos que agem como mensageiros entre os Dessa maneira, a informação é transmitida de um neurónios comunicantes, dando nome à sinapse de neurónio para outro. acordo com a natureza do neurotransmissor. SLIDE 20 -Diferenças entre Sinapses Elétricas e Químicas Nadine Sequeira 65523  Temos aqui 2 tipos de sinapses: a primeira é no hipocampo e a outra, no cerebelo. A zona a preto representada chama-se de densidade pós-sináptica (zona eletrodensa). PSD – postsynaptic density proteins Astrócitos participam muito na comunicação sináptica, nomeadamente, na captação dos neurotransmissores que são libertados. Espinhas dendríticas: Se nós temos um sinal, que é mediado por uma Muitas vezes, às zonas pós-sinápticas nós chamamos molécula de sinalização, essa molécula de sinalização espinhas dendríticas. vai interagir com o recetor. Enquanto estiver ligado ao Estas dendrites têm pequenas protuberâncias na sua recetor, muitas vezes, desliga porque o recetor pode membrana onde concentram os recetores para os alterar a sua conformação após a ligação, e aquilo que neurotransmissores. acontece é, após desligar a molécula, depois está na sinapse, e enquanto estiver na sinapse pode ligar outra As dendrites não são estruturas lisas, com recetores a vez. todo o comprimento mas são estruturas com pequenos botões, pequenas espinhas, onde concentram as zonas Portanto, para nós terminarmos um sinal, para a célula de receção de informação. poder continuar a receber informação, aquele neurotransmissor que lá está tem de ser removido, e isso é feito de diferentes formas. Sinapse Tripartida No caso da acetilcolina, é degradada, portanto, existem enzimas na sinapse, que fazem a degradação da Ao conjunto, de um terminal sináptico, de uma zona acetilcolina em acetato e colina. pós-sináptica e um astrócito, chamamos sinapse tripartida. Tripartida porque temos 3 funções Alguns dos neurotransmissores não são degradados na diferentes: sinapse, a acetilcolina é um exemplo dos que são degradados enzimaticamente, as porinas também, (1) Libertação de neurotransmissores 22:05 a 84% como o ATP e a adenosina, mas o glutamato e a (2) Receção dessa informação dopamina, por exemplo, são captados. (3) Suporte funcional que o astrócito confere à sinapse Há sistemas de transporte que pegam no neurotransmissor que está do lado extracelular e voltam a pôr para o lado intracelular. A sinapse tripartida: 2 neurónios e 1 astrócito O facto de os astrócitos captarem os neurotransmissores, faz com que essa remoção sináptica do agente de sinalização seja muito mais rápida. O processso astrocitico é o terceiro elemento ativo que forma a sinapse tripartida. (a) micrografia eletrónica mostrando um pré-sináptico e pós-sináptico terminal envolvido pelo processo astrocitico (verde) que forma a sinapse tripartida. Nadine Sequeira 65523  por degradação enzimática ou por recaptação - transporte a nível das células pré e pós sinápticas e dos astrócitos também. Então, acima temos também representado um astrócito, e este nosso astrócito o que é que faz? Ajuda a captar o neurotransmissor. Ele próprio pode libertar alguns agentes de sinalização. Algo que aparece na imagem acima é o fato de isto Na imagem, temos canais de potássio. O K⁺ é muito aparecer como um ciclo de vesículas sinápticas. importante para a definição dos potenciais de As vesículas libertam neurotransmissores e apesar de membrana. A manutenção dos níveis de K⁺ é aqui isto parecer algo bastante simples, umas bolinhas extremamente importante. com neurotransmissores lá dentro, na realidade isto são estruturas altamente complexas, em que temos aqui toda uma série de maquinaria acoplada quer a nível das Porque que se diz que Einstein tinha mais vesículas, quer a nível da membrana que vai permitir a astrócitos que o normal? fusão na altura certa das vesículas com a membrana. Reutilização de vesículas, mas quando já não é possível fazer isso, quando estas estruturas já não estão funcionais temos de fazer vesículas sinápticas novas e essas vêm do corpo celular por transporte Nesta imagem é visível também as vesículas depois de libertarem o seu conteúdo em neurotransmissores podem ser recicladas e esta imagem introduz o conceito de existirem diferentes tipos de vesículas. Recordam-se de quando eu vos falei na sinapse tripartida, mostrei-vos uma imagem de microscopia Porque, os astrócitos são tão importantes para a eletrónica , e na altura o que se observou foi que na comunicação sináptica que, por exemplo, se nós maior parte dos terminais sinápticos, haviam umas tivermos o potássio um bocadinho aumentado no meio vesículas pequeninas mas depois haviam umas extracelular faz com que a célula fique despolarizada, se vesículas grandes e eletrodensas que não deixavam a célula está despolarizada não reage. passar o sinal eletrónico, e estas vesículas grandes e Portanto, se nós tivermos um sistema que esteja eletrodensas, mais tarde, foi possível caracterizar que o sempre a remover potássio do meio extracelular, se os conteúdo destas vesiculas é diferente destas vesículas astrócitos participarem nessa remoção, isso é um sinápticas mais pequenas. sistema que mais facilmente faz um RESERT e está É possível vesiculas sinápticas libertarem diferentes novamente pronto para receber informação. tipos de transmissores, aqui introduz o conceito que um Os neurotransmissores depois de atuarem nos terminal sináptico não tem só um neurotransmissor, recetores têm então, de ser removidos da fenda pode ter mais do que um, podem ser sináptica, isso pode ser feito por uma de 2 maneiras: ou neurotransmissores de diferentes tipos. Nadine Sequeira 65523  Libertação dos neurotransmissores por exocitose: Com alguma experiência foi possível ver que, quando Vocês já ouviram falar de exocitose certo? No fundo é havia uma pequena estimulação do terminal sináptico, um processo de libertação de substâncias controlado havia algum aumento na concentração de cálcio, e da através da libertação vesicular dessas substâncias. abertura dos canais sensíveis à voltagem para cálcio e Esta libertação de neurotransmissores por exocitose é que esse aumento de cálcio era suficiente para libertar feita porque temos toda uma maquinaria regulada que as vesiculas pequenas que se localizavam aqui nesta responde ao cálcio que permite a fusão precisa das zona mais perto da fenda sináptica. vesículas quando chega informação para tal ao nosso Verificou-se, também, que as vesículas grandes eletro terminal sináptico. densas estavam um bocadinho mais afastadas da Vamos começar por uma vesícula que neste momento sinapse. Para conseguir libertar estas vesiculas era está a armazenar neurotransmissores. Como necessário que o terminal fosse bem mais estimulado e conseguem ver, (imagem acima) além da entrada de um que entrasse muito mais cálcio para estas vesículas neurotransmissor para a vesícula, têm aqui um serem libertadas. Portanto, sempre que um neurónio transportador que à custa de ATP vai colocar protões está em funcionamento podem não se libertar todos os dentro da vesícula. Isto quer dizer que se cria um tipos de vesículas que esse neurónio tem disponível, gradiente em que há mais protões dentro da vesícula do depende do tipo de estimulação que esse neurónio que fora da vesícula, e as células normalmente usam sofre. gradientes e compartimentos para fazer transporte ativo secundário. Portanto, se eu tenho aqui uma concentração de protões, vou ter aqui um transportador de neurotransmissores que pega nos protões, atira-os para fora da vesícula e com esse movimento aproveita para fazer entrar os neurotransmissores. A entrada dos neurotransmissores nas vesículas sinápticas é feita à custa da troca com protões e estes protões são colocados dentro das vesículas por bombas de protões. A vesículas contêm diferentes proteínas na sua membrana e essas proteínas interagem com outras Então, é possível que mesmo nas vesiculas pequenas e proteínas que estão na membrana plasmática. Esta nas vesiculas grandes haja mais de que um tipo de associação das proteínas da vesícula com as proteínas neurotransmissores, conceito de co-transmissores. da membrana permite a ancoragem das vesículas na Em todo o caso, vamos ver como ocorre esta libertação zona de membrana. de neurotransmissores por exocitose. Temos um passo intermédio, antes da libertação, que se chama priming. Este priming traduz-se no fato desta Nadine Sequeira 65523 vesícula estar ancorada na proximidade dos canais de cálcio sensíveis à voltagem. Então, depois de termos as vesiculas ancoradas e prontas, podemos então libertar neurotransmissores. Um neurotransmissor, ou é degradado, ou recaptado. Reciclagem local de vesículas sinápticas: A fusão de vesículas sinápticas causa uma adição de membrana à membrana plasmática do terminal pré- sináptico, mas essa adição não é permanente. Nesse processo, denominado ciclo da vesícula sináptica, Embora a exocitose possa aumentar, de forma a membrana vesicular recuperada passa por diversos significativa, a área da superfície dos terminais pré- compartimentos intracelulares (vesículas revestidas e sinápticos, a membrana extra é removida em minutos. endossomas) e é finalmente usada para fazer novas vesículas. Curiosidade… Heuser e Reese executaram um importante conjunto de experiências mostrando que a Depois de reconstituídas, as vesículas são armazenadas vesícula fundida é realmente recuperada e devolvida ao no citoplasma até que participem novamente da citoplasma do terminal nervoso (num processo libertação de neurotransmissores. Elas são mobilizadas, denominado endocitose). ancoradas na membrana pré-sináptica e preparadas para participar na exocitose num novo ciclo contínuo As experiências, executados em junções suplemento de vesículas sinápticas. neuromusculares de rã, basearam-se no preenchimento da fenda sináptica com peroxidase de O processo de reciclagem das vesículas implica a rabanete (HRP, de horseradish peroxidase), uma utilização de uma proteína que se chama clatrina. A enzima capaz de produzir um produto denso que é clatrina permite reconhecer aquela zona de membrana visível à microscopia eletrónica. como sendo uma zona a reciclar (interessa-nos reciclar as zonas que eram da vesícula sináptica, mas não as Sob condições experimentais apropriadas, a zonas que eram de membrana com as proteínas da endocitose poderia, então, ser visualizada pela membrana, é importante para a célula fazer esta captação da HRP nos terminais nervosos. distinção). As proteínas que estavam na membrana são importantes para o priming e para o docking, mas não são proteínas das vesículas. Portanto, esta clatrina permite reciclar a vesícula mas não faz parte desta, ou seja, é removida. Se a porção de membrana já não tiver boa vai ser comida por lisossomas e é degradada, e as Para ativar a endocitose, o terminal pré-sináptico foi proteínas associadas também. estimulado com uma sequência de potenciais de ação e, subsequentemente, o destino da HRP foi seguido por microscopia eletrónica. Logo após a estimulação, a HRP foi encontrada em organelos endocíticos especiais, denominadas vesículas revestidas com clatrina. Alguns minutos mais tarde, entretanto, as vesículas revestidas desapareceram, e a HRP foi encontrada em num organelo diferente, o endossoma. Por fim, mais ou menos uma hora depois da estimulação, a reação da HRP foi localizada dentro de vesículas sinápticas. Nadine Sequeira 65523  Então, neste processo vamos ver o que acontece Por exemplo, às senhoras que têm o cabelo quando temos a despolarização da chegada de um encaracolado e o querem esticar, utilizam algo que vai potencial de ação do nosso terminal, vamos ter algumas perturbar essas ligações para o cabelo ficar liso. vesiculas que já estão na proximidade dos canais de Voltando à reciclagem das vesículas sinápticas, o cálcio que estão aqui representados também esta complexo NSF juntamente com a α-SNAP é importante entrada do cálcio faz com que estas vesículas que estão para fazer esta dissociação do complexo SNARE, para na proximidade, portanto que estejam ancoradas e podermos então reciclar a vesícula sináptica. Isto é feito prime que possam imediatamente libertar o seu também à custa de ATP, gastamos alguma energia para conteúdo de neurotransmissores. Estas vesículas fazer este processo (mesmo assim gastamos menos depois vão ser recicladas. energia a reciclar vesículas em comparação a fazê-las de Os neurotransmissores acham os recetores e vão à sua novo). vida. Reciclagem das vesículas sinápticas: Propriedades dos Neurotransmissores A noção de que a informação elétrica pode ser transferida de um neurónio ao seguinte mediante sinais químicos foi objeto de intenso debate durante a primeira metade do século XX. Trabalhando sobre uma ideia que teria lhe ocorrido no meio da noite, Otto Loewi, em 1926, provou que a estimulação elétrica do nervo vago diminui os batimentos cardíacos mediante a libertação de um sinal químico. SLIDE 49 Ele isolou e perfundiu os corações de duas rãs, Para podermos recuperar as vesículas, entram monitorando as suas taxas de batimentos. proteínas, há uma que se chama α-SNAP, e um complexo proteico que se chama NSF. Um NSF é um complexo proteico, e é sensível a um composto químico que se chama N-etilmaleimida, que bloqueia dos grupos tiol que existem nos aminoácidos que contêm enxofre, interferindo com ligações químicas (pontes dissulfeto) e interferindo com proteínas, nas quais essas ligações são importantes para a sua função. A ideia central da sua experiência era colher o líquido Antes de sabermos que o NSF era importante para a que havia sido perfundido através do coração reciclagem das vesiculas sinápticas, sabia-se que era estimulado e transferi-lo para o segundo coração. uma proteína cuja atividade era perturbada por este composto químico. Embora o nervo vago do segundo coração não tivesse sido estimulado, os seus batimentos também diminuíram, mostrando que o nervo vago regula a taxa Pontes dissulfeto ou ligações de enxofre: uma ligação de batimentos cardíacos pela libertação de uma covalente simples resultante da junção de 2 grupos tiol. substância química que se acumula no líquido perfundido. Esse agente, originalmente referido como “substância do vago”, mais tarde demonstrou ser a acetilcolina. A ACo (acetilcolina) atua não apenas no coração, mas também numa variedade de alvos pós-sinápticos nos sistemas nervosos central e periférico, principalmente Nadine Sequeira 65523 na junção neuromuscular dos músculos estriados e no (2) A substância deve ser libertada em resposta à sistema motor visceral. despolarização pré-sináptica, e a libertação deve ser dependente de Ca⁺⁺ Com o passar dos anos, foram estabelecidos critérios formais que permitiram a caracterização de uma substância como neurotransmissor. Esses critérios conduziram à identificação de mais de 100 neurotransmissores diferentes, os quais podem ser classificados em 2 amplas categorias: (1) Pequenas moléculas (2) Neuropeptídeos Critérios que definem um neurotransmissor: Três critérios principais têm sido utilizados ao longo dos anos para confirmar se uma molécula atua como um neurotransmissor em determinada sinapse química: Outro critério essencial para identificar um (1) A substância deve estar presente no interior do neurotransmissor é a demonstração de que ele é neurónio pré-sináptico. libertado de um neurónio pré-sináptico em resposta à atividade elétrica pré-sináptica e que essa libertação requer influxo de Ca⁺⁺ no terminal pré-sináptico. (3) Recetores específicos para essa substância devem estar presentes na célula pós-sináptica É claro que uma substância química não pode ser secretada de um neurónio pré-sináptico, a não ser que esteja ali presente. Uma vez que vias bioquímicas elaboradas são necessárias para produzir neurotransmissores, a demonstração de que as enzimas e os precursores necessários para a síntese da Verificar a identidade de um neurotransmissor requer demonstrar: substância estão presentes em neurónios pré- (1) sua presença, (2) sua libertação e (3) a presença de recetores sinápticos gera evidências adicionais de que, a pós-sinápticos específicos. substância é utilizada como neurotransmissor. Agora para percebermos um bocadinho o que é um Observe, entretanto, que, uma vez que os neurotransmissor, para eu dizer que determinada transmissores glutamato, glicina e aspartato são substância é um neurotransmissor, com base no que também necessários na síntese proteica e noutras nós já falamos, o que é que temos de observar? reações metabólicas em todos os neurónios, a sua Portanto, tem de estar nas vesículas, a célula tem de presença não é evidência suficiente para provar que ter maneira de o sintetizar, de o por dentro das sejam neurotransmissores. vesículas. Nadine Sequeira 65523 Tem de haver um transportador específico para aquele Então, que tipo de substâncias é que são consideradas neurotransmissor, ou seja, tem de haver informação neurotransmissores? Com base nestes critérios, já genética na célula para que haja enzimas para sintetizar foram identificados diferentes tipos de um neurotransmissor. neurotransmissores, são geralmente PEQUENAS MOLÉCULAS, aminoácidos, aminas, são estruturas Que haja vesículas com o transportador necessário relativamente simples, muitos deles tem outras funções para fornecer aquele neurotransmissor. Essas vesículas no organismo (gluatamato, ATP, acetilcolina, dopamina, têm de fundir quando chega o potencial de ação à seratonina, …) membrana, aquele terminal, tem que ter recetores pós sinápticos, tem que ter uma forma para determinar o E depois ainda temos NEUROTRANSMISSORES sinal, sejam enzimáticos ou por transportadores. Há ATIPICOS que são aqueles que não cumprem todos vários critérios. aqueles 5 critérios acumulativos que nós falamos anteriormente. Aqueles que nos normalmente definimos como sendo são critérios cumulativos. Não basta cumprir um deles Como eu vos disse há algumas vesículas sinápticas que tem de cumprir todos. têm substâncias eletrodensaas, neste caso os neurotransmissores não são pequenas moléculas, são Tem de estar presentes terminais sinápticos em péptidos, pequenos péptidos entre 20 a 40 vesículas. Por exemplo, o glutamato, é o principal aminoácidos, que são capazes de atuar em recetores neurotransmissor excitatório e é um aminoácido pós sinápticos, que são libertados em resposta a um normalíssimo que faz parte da maior parte das estimulo.´ proteínas, ou seja, o glutamato pode estar presente em todas as células do organismo mas não é por isso que é um neurotransmissor. Ele é um neurotransmissor nos neurónios que têm sistemas para acumular o glutamato em vesículas e recetores prontos para aceitar a sua informação. SLIDE 28 Critérios que definem um neurotransmissor 1. Substância presente nos terminais pré- sinápticos e acumulado em vesículas, - precursores e enzimas envolvidas na sua síntese Nota: a sua presença não é condição suficiente (ex. glutamato, glicina, aspartato podem ser utilizados para fins metabólicos) Adrenalina e epinefrina são a mesma coisa, potato 2. Substância libertada em resposta à potato, sendo que a adrenalina geralmente é uma despolarização do terminal pré-sinápticos hormona e noroadrenalina é um neurotransmissor que (processo dependente de Ca2+- exocitose) existe no SNC. 3. Substância que é reconhecida por recetores específicos pós-sinápticos Depois já ouviram falar de seratonina associada ao 4. Substância que ao atuar nos recetores causa bem-estar. A histamina, que é aquilo que nos dá uma resposta (excitatória ou inibitória) comichão quando somos picados por um mosquito e 5. Existe mecanismo para terminar a sua ação que é curiosamente um neurotransmissor do SNC e que cumpre todos os 5 critérios. SLIDE 29 Neurotransmissores e neuromoduladores Aminoácidos, temos o GABA que não sendo um aminoácido constituinte de proteínas é um aminoácido. - Pequenas moléculas O que é que é um aminoácido constituinte de proteínas? São aqueles que estão previstos no código - Neuropeptídeos genético, temos codões que codificam para aquelas 20 - Neurotransmissores atípicos aminoácidos que fazem parte das proteínas, mas há outras moléculas que são igualmente aminácidos só Nadine Sequeira 65523 que não os encontramos como constituintes proteicos, não temos um código genético para eles mas podemos sintetiza-los porque há enzimas que os fazem. Neuropeptídeos Muitos peptídeos conhecidos como hormonas também atuam como neurotransmissores. Os mecanismos responsáveis pela síntese e pelo armazenamento de neuropeptídeos são Além disso, neuropeptídeos frequentemente são fundamentalmente diferentes daqueles utilizados para colibertados com neurotransmissores constituídos por neurotransmissores constituídos por moléculas moléculas pequenas. Assim, sinapses neuropeptídicas pequenas e são semelhantes à síntese de proteínas frequentemente determinam respostas pós-sinápticas destinadas à secreção em células não neuronais (por complexas. exemplo, enzimas pancreáticas). Os peptídeos são catabolizados em fragmentos inativos Os neurónios secretores de peptídeos no geral de aminoácidos por enzimas denominadas peptidases, sintetizam polipeptídeos nos seus corpos celulares que no geral localizadas na superfície extracelular da são muito maiores do que o peptídeo final, “maduro”. membrana plasmática. O processamento desses polipeptídeos nos corpos A atividade biológica dos neuropeptídees depende das celulares ocorre por meio de uma sequência de reações suas sequências de aminoácidos. em diversas organelos intracelulares. Com base nessa sequência de aminoácidos, os Pré-própeptídeos são sintetizados no retículo peptídeos que funcionam como neurotransmissores endoplasmático rugoso, onde a sequência de têm sido agrupados, de forma relativamente livre, em 5 aminoácidos sinalizadora – ou seja, a sequência que categorias: peptídeos encefálicos/intestinais, peptídeos indica que o peptídeo será excretado – é removida. opioides, peptídeos hipofisários, hormonas libertadoras hipotalâmicas e uma categoria geral que contém outros O polipeptídeo restante, denominado pró-peptídeo peptídeos que não são facilmente classificáveis. (ou próproteína) atravessa então o aparelho de Golgi e é empacotado em vesículas na rede trans-Golgi. A substância P é um exemplo da primeira dessas categorias). Os estágios finais do processamento de neurotransmissores peptídicos ocorrem após o empacotamento nas vesículas e envolvem clivagem proteolítica, modificação das extremidades do peptídeo, glicosilação, fosforilação e formação de pontes dissulfeto. Uma categoria especialmente importante de neuropeptídeos é a família dos opioides. Os pró-peptídeos precursores são normalmente maiores do que seus produtos peptídicos ativos e podem originar mais de um tipo de neuropeptídeo. Esses peptídeos são assim designados porque ligam-se aos mesmos recetores pós-sinápticos ativados pelo ópio. A papoula, de onde o ópio é extraído, tem sido cultivada por pelo menos cinco mil anos, e os seus derivados têm sido utilizados com finalidades analgésicas. Isso significa que múltiplos peptídeos neuroativos Os ingredientes ativos do ópio incluem vários podem ser libertados a partir de uma única vesícula. alcaloides vegetais, predominantemente a morfina. Nadine Sequeira 65523  Opioides sintéticos, como a meperidina e a metadona, sinalização “retrógrada”, isto é, de células pós- são também utilizados como analgésicos, e o fentanil, sinápticas para terminais pré-sinápticos. um fármaco com 80 vezes a potência analgésica da Os endocanabinoides constituem uma família de sinais morfina, é amplamente utilizado em anestesiologia endógenos relacionados que interagem com recetores clínica. canabinoides. Esses recetores são os alvos moleculares do Δ9-tetra- hidrocanabinol, o componente psicoativo da planta da qual se obtém a maconha, a Cannabis. Enquanto alguns membros desse grupo emergente de sinais químicos ainda não foram identificados, a anandamida e o 2-araquidonoilglicerol (2-AG) foram identificados como endocanabinoides. Essas moléculas sinalizadoras são ácidos graxos insaturados, com grupos que constituem cabeças polares, e são produzidas pela degradação enzimática de lípidos de membrana (Figura 6.16A,B). SLIDE 31 Estes péptidos são sintetizados, não enzimaticamente, mas, por expressão génica, têm a sua informação codificada no núcleo. São sintetizados, e depois são incorporados nas vesículas e as vesículas são transportadas até ao terminal para depois serem libertadas. Neurotransmissores Atípicos - Endocanabinóides - Monóxido de azoto ou óxido nítrico (NO) Além dos transmissores convencionais já descritos, algumas moléculas incomuns também são utilizadas para a sinalização entre neurónios e os seus alvos. Esses sinais químicos podem ser considerados como neurotransmissores pelos seus papéis na sinalização interneuronal e porque a sua libertação é regulada por cálcio. No entanto, eles são atípicos em comparação a outros A produção de endocanabinoides é estimulada pela neurotransmissores, pois não são armazenados em produção de um segundo mensageiro dentro dos vesículas sinápticas e não são libertados a partir dos neurónios pós-sinápticos, geralmente um aumento na terminais pré-sinápticos por meio de mecanismos de concentração pós-sináptica de cálcio. exocitose. A ação dos endocanabinoides é encerrada pelo De fato, esses neurotransmissores atípicos não transporte mediado por carreador desses sinais para precisam de ser libertados a partir dos terminais pré- dentro do neurónio pós-sináptico. Ali, são hidrolisados sinápticos e estão frequentemente associados à pela enzima ácido-graxo-hidrolase (AGH). Nadine Sequeira 65523  Pelo menos 2 tipos de recetores canabinoides foram Os endocanabinoides então dirigem-se para os identificados, sendo que a maioria das ações deles no terminais pré-sinápticos e ligam-se aos recetores CB1 SNC é mediada pelo recetor do tipo CB1. Esse recetor é nesses terminais. A ativação dos recetores CB1 diminui acoplado à proteína G e relaciona-se com os recetores a quantidade de GABA libertado em resposta aos metabotrópicos para ACo, glutamato e outros potenciais de ação pré-sinápticos, reduzindo assim a neurotransmissores convencionais. transmissão inibitória. Foram sintetizados diversos compostos estruturalmente relacionados com os “Outro tema que vocês podem achar mais interessante endocanabinoides e capazes de se ligar ao recetor. é uma família de neurotransmissores que se chama endocanabinóides, o sistema endocanabinóide tem o nome mais triste de todos os sistemas de neurotransmissão, que é aquele sistema onde atuam os canabinoides encontrados na marijuana, canábis, ax, por ai fora. Deram a um neurotransmissor que é super importante para a regulação da transmissão nervosa e também para as funções imunitárias no resto do corpo deram-lhe o nome de endocanabinóide, isto é triste. Este sistema foi descoberto porque percebeu-se pela primeira vez onde é que a canábis atuava. Deram então o nome de sistema endocanabinóide, que é um nome altamente foleiro. Na minha humilde perspetiva”. -Inês Maravilhosa Araújo Esses compostos atuam como agonistas ou antagonistas do recetor CB1. Endocanabinóides: Os endocanabinoides participam em diversas formas de regulação sináptica. A ação mais bem documentada desses agentes é a inibição da comunicação entre células-alvo pós- sinápticas e suas aferências pré-sinápticas. No hipocampo e no cerebelo, e mesmo noutras regiões, os endocanabinoides servem como sinais retrógrados regulando a libertação de GABA em certos terminais inibitórios. Em tais sinapses, a despolarização do neurónio pós- Recetores CB1 e CB2 sináptico causa uma redução temporária nas respostas inibitórias pós-sinápticas – GABAérgicas. Então, quais são os nossos canabinoides endógenos? São substâncias produzidas a nível pré-sináptico e logo aí, estávamos a dissociar do conceito clássico de neurotransmissor que se acumula no terminal em vesículas. Não são colocados em vesiculas, são sintetizados enzimaticamente quando há ativação de um determinado tipo de recetores. A despolarização, desse modo, reduz a transmissão Os canabinoides são sintetizados a partir de líquidos sináptica pelo aumento da concentração de cálcio que existem na membrana, há enzimas que fazem essa dentro do neurónio pós-sináptico, que dispara a síntese síntese AEA or 2-AG e vão atuar em recetores pré e a libertação de endocanabinoides a partir das células sinápticos, portanto, eles são libertados para a sinapse pós-sinápticas. por mecanismo que não é exocitótico e vão atuar em recetores pré sinápticos. Estes recetores pré sinápticos Nadine Sequeira 65523 vão, muitas vezes, bloquear a entrada de cálcio pré responsável pelas consequências comportamentais do sináptica e vão atuar também a nível de canais de uso desta plante. potássio, regulando de forma negativa inibindo a Por exemplo, os efeitos sobre a perceção podem ser libertação de neurotransmissores. devidos aos recetores CB1 no neocórtex; efeitos sobre Imaginem um circuito que precisa de ter este tipo de o controle psicomotor podem ser devidos a recetores sinalização presente de forma contínua para impedir endocanabinoides nos núcleos da base e no cerebelo; que haja crises epiléticas, por exemplo. efeitos sobre memória de curto prazo podem decorrer de recetores canabinoides no hipocampo, e a Agora sem duvida que o Δ9-THC (delta-9-tetra- estimulação do apetite pode dever-se a ações no hidrocanabinol) que é a substancia ativa da cannabis, hipotálamo. com efeitos psicotrópicos, atua no recetor CB1. Nota: CBD oil são canabinoides mas que não tem o Óxido Nítrico efeito psicotrópico. O óxido nítrico (NO) é um sinal químico singular, mas “Curiosidade: sabem onde é que se acumula mais o THC especialmente interessante. O NO é um gás produzido depois de consumido? Nos testículos, e fica lá durante pela ação da óxido-nítrico-sintase, uma enzima que muito tempo, pensem nisso quando forem fumar converte o aminoácido arginina em citrulina, formando ganzas”. – Inês Araújo - “Informação é conhecimento”. simultaneamente NO. A compreensão dos mecanismos encefálicos subjacentes às ações da cannabis avançou com a A NO-sintase neuronal é regulada pela ligação de cálcio descoberta de que um canabinoide, o Δ9-tetra- a um sensor de Ca⁺⁺, a proteína calmodulina. hidrocanabinol (THC), é o seu componente ativo. Essa Uma vez produzido, o NO pode atravessar a membrana descoberta levou ao desenvolvimento de derivados plasmática, o que significa que o NO formado dentro de sintéticos, como o WIN55.212-2 e o rimonabante, que uma célula pode viajar pelo meio extracelular e atuar serviram como ferramentas valiosas para testar as dentro de células vizinhas. ações do THC no encéfalo. Essa propriedade torna o NO num agente É de grande interesse o fato de que existem no potencialmente útil para coordenar atividades de encéfalo recetores para esses canabinoides e de que múltiplas células numa região bem localizada, podendo esses recetores tenham uma distribuição com mediar certas formas de plasticidade sináptica que se marcantes variações regionais, mostrando grande espalham dentro de pequenas redes de neurónios. densidade nalgumas áreas do encéfalo implicadas na ação de substâncias capazes de produzir dependência Todas as ações conhecidas do NO são mediadas dentro química. dos seus alvos celulares; por essa razão, o NO é frequentemente considerado um segundo mensageiro, A presença desses recetores para canabinoides no e não um neurotransmissor. encéfalo levou, por sua vez, à busca por compostos canabinoides endógenos, culminando com a Algumas dessas ações do NO devem-se à ativação da descoberta dos endocanabinoides, como o 2-AG e a enzima guanilato-ciclase, que produz o segundo anandamida. mensageiro GMPc dentro das células-alvo. Uma vez que o THC interage com recetores endocanabinoides no encéfalo, especialmente o O óxido nítrico (monóxido de azoto ou monóxico de receptor CB1, é provável que tal interação seja nitrogénio), e é produzido enzimaticamente por uma enzima que se chama sintase do NO que é uma enzima Nadine Sequeira 65523 que converte o aminoácido arginina, num outro Libertação dos neurotransmissores por exocitose: aminoácido que é a citrolina. Esta enzima ao produzir citrolina liberta o tal NO. Durante anos pensou-se que o NO era um produto colateral desta reação porque o objetivo desta enzima seria produzir citrolina. Então e o que faz o oxido nítrico? Atua numa enzima chamada guanilato ciclase, e esta ciclase pega no GTP e vai converte-o em GMPc (guanosina monofosfato cíclico). Este sistema de sinalização compreende o segundo mensageiro, compreende a enzima que é o alvo deste Voltando aqui há nossa questão da libertação dos mensageiro, forma outro segundo mensageiro e depois neurotransmissores por exocitose, queremos perceber este GMPc tem também sistemas sensíveis a GMPc, exatamente como é que este processo é controlado. tem cinases que ao interagirem com o GMPc vão fosforilar os seus alvos proteicos. Há também canais Começando pela acumulação dos neurotransmissores membranares permeáveis que são sensíveis a GMPc. em vesiculas, esta imagem ilustra o transportador para diferentes neurotransmissores, tem um para o O processo da vasodilatação necessária ao aumentar o glutamato, um para a acetilcolina, e por ai e na fluxo sanguíneo em determinadas regiões é feito realidade alguns destes aminoácidos são captados através do oxido nítrico. Por exemplo, se formos correr negativamente, outros positivamente e outros têm depois de comer uma feijoada, a digestão não vai correr carga neutra. muito bem pois todo o fluxo sanguíneo está a ser direcionado para os músculos. Esta imagem representa uma vesicula sináptica em que temos uma bomba que vai colocar protões dentro da E no sistema nervoso, o que é que isto faz? O oxido vesiculas, vamos então ter um gradiente químico que é nítrico é produzido também a nível pós sináptico. A elétrico também. nível pós sináptico está presente esta enzima e o NO sendo uma molécula gasosa pode atuar na própria Acumulação de neurotransmissores em vesículas célula pós sináptica ou vai atuar em alvos pré sinápticos. sinápticas: Há vários alvos a nível pré sináptico, várias proteínas, cuja atividade é modificada quando reage com o Na⁺ diretamente e isso controla, por exemplo, a libertação de neurotransmissores. Há quem diga que estes neurotransmissores atípicos não são bem neurotransmissores, são neuromoduladores. O NO que é mais atípico que os endocanabinóides, no sentido em que não tem um recetor, têm vários recetores e pode interagir diretamente com proteínas enquanto os endocanabinoides têm recetores específicos que medeiam a sua sinalização. Os neurotransmissores depois ao serem transportados para dentro da vesicula, neste caso, a monoamina (a) (dopamina, noradrenalina e adrenalina são todos O que é que eu normalmente vos pergunto no exame? considerados monoaminas e o transportador é igual Peço para explicar porque é que um ao outro são para as 3 daí o MA). Neste caso, as monoaminas são atípicos, o que é que tinham de ter para serem atípicos. captadas positivamente, quer dizer que elas estão a ir Nadine Sequeira 65523 contra o gradiente elétrico que está dentro da vesicula, impostância do cálcio mais à frente) na região pré- mas estão a ir a favor do gradiente de concentração. sináptica desencadeia fusão vesicular e libertação de neurotransmissores. No caso da acetilcolina (b), também é carregada positivamente. Entretanto, indícios importantes vêm de estudos moleculares de identificação e de caracterização de No caso do glutamato (d), é carregado negativamente. proteínas nas vesículas sinápticas e as suas proteínas Símbolos: gradiente elétrico e gradiente de pH. associadas na membrana plasmática pré-sináptica e no citoplasma. Portanto, temos de ter sempre uma bomba de protões que nos vai dar um gradiente de protões para fazer troca com um neurotransmissor através de um transportador específico para um neurotransmissor. Formação e reciclagem de vesículas sinápticas A maioria, se não todas, atuam num ou mais passos no ciclo da vesícula sináptica. Embora o quadro molecular da libertação de Depois de termos as nossas vesiculas sinápticas neurotransmissores ainda esteja incompleto, os papéis estabelecidas, estas vesiculas sinápticas são originárias de várias proteínas envolvidas têm sido deduzidos. do corpo celular, são transportadas ao longo do axónio até ao terminal sináptico, naquilo que se chama precursor da vesicula sináptica. Várias linhas de evidência indicam que a proteína sinapsina, que liga vesículas sinápticas de maneira As vesiculas depois de serem preenchidas por reversível, interconecta vesículas aos filamentos de neurotransmissores vão para aquilo que se chama a actina do citoesqueleto mantendo as vesículas presas zona ativa, zona onde ocorre a fusão com a membrana ao reservatório citoplasmático. e aqui vão então ser ancoradas. A mobilização desse reservatório de vesículas é Portanto como é que isto funciona? A vesicula abre resultado da fosforilação da sinapsina pela ação de apenas um pequeno poro, o neurotransmissor é proteínas cinases, principalmente a proteína cinase libertado e imediatamente a vesícula retorna ao interior dependente de Ca⁺⁺/calmodulina do tipo II (CaMKII). do terminal, sem fundir completamente com a membrana. Depois de haver reciclagem das vesículas, A fosforilação mediada pela CaMKII permite a vamos então, reaproveitar as vesiculas que estão dissociação da sinapsina da vesícula. Uma vez que as funcionais e voltam a encher com neurotransmissores e vesículas estão livres, fazem o seu caminho para a voltam para a zona ativa. membrana plasmática, na qual ancoram. Então, uma série de reações preparatórias (denominada fase de