UC2 - Bases Biológicas PDF

UC2 - B BASES BIOLÓGICAS Comunicación intraneuronal Mensaje eléctrico= impulso nervioso= potencial de acción Potencial de acción-> se propaga desde el cuerpo celular por todo el axón hasta las terminales nerviosas informándose de que liberen algún neurotransmisor Potencial de acción-> consiste e...

UC2 - B BASES BIOLÓGICAS Comunicación intraneuronal Mensaje eléctrico= impulso nervioso= potencial de acción Potencial de acción-> se propaga desde el cuerpo celular por todo el axón hasta las terminales nerviosas informándose de que liberen algún neurotransmisor Potencial de acción-> consiste en una serie de alteraciones en la membrana del axón que permite que iones se desplacen entre el interior del axón y el líquido que lo rodea. Estos intercambios producen corrientes eléctricas. Comunicación interneuronal Sinapsis: medio de comunicación entre las neuronas, esta se lleva a mediante neurotransmisores. La membrana de la neurona Define los límites de la neurona, separa el líquido del interior de las neuronas (fluido intracelular) del líquido del exterior (fluido extracelular) de éstas. Membrana Celular- Repaso sesión 5: Doble capa lipídica. En esta doble capa lipídica se encuentran insertadas numerosas moléculas proteicas que constituyen la base de muchas de las propiedades funcionales de la membrana celular. Tipos proteínas transmembrana: - de canal: a través de las cuales pueden pasar determinadas moléculas - de señal: transmiten señal aI interior de la neurona cuando moléculas específicas se unen a ellas en la superficie externa de la membrana Función: controlar de manera activa el intercambio intra y extracelular. La membrana de la neurona Define los límites de la neurona, separa el líquido del interior de las neuronas (fluido intracelular) del líquido del exterior (fluido extracelular) de éstas. Consiste en una doble capa de moléculas lipídicas (de tipo graso) en la que flotan diferentes tipos de moléculas proteicas con funciones especiales. Entre estas moléculas es importante que destaquemos la presencia de canales que controlan la acción en el interior de la célula, permitiendo, de esta manera, la entrada de algunas sustancias (por ejemplo,iones) e impidiendo, al mismo tiempo, el paso de otras. Potencial de membrana en reposo Si registramos actividad eléctrica de la neurona en estado de reposo: microelectrodo detecta que El interior de la neurona presenta una carga negativa respecto al exterior (está polarizada) (valor aprox. -70 mV) -> Potencial de reposo Potencial de membrana = representa la carga eléctrica que se genera a través de la membrana como consecuencia de la diferente distribución de cargas eléctricas a ambos lados de la misma Iones líquido celular y extracelular Iones relevantes líquido celular y extracelular: aniones orgánicos (A-); cloruro (Cl-); sodio (Na+); potasio (K+)  ¿Dónde están más concentrados? Interior de la célula: - A- (aniones orgánicos: proteínas y productos intermedios de los procesos metabólicos celulares) - K+ Exterior de la célula: - Na+ - Cl- -> El interior de la neurona es negativo respecto al exterior. ¿Qué hace posible el potencial de membrana? Carga eléctrica del potencial de membrana es resultado de la interacción de cuatro factores: - dos factores de homogeneización -> actúan distribuyendo iones por igual en el líquido intracelular y extracelular del SN y - dos particularidades membrana neuronal que contrarrestan efectos homogeneización. Factores de homogeneización: - Fuerza de difusión: - proceso por el que las moléculas se distribuyen homogéneamente en el medio en el que están disueltas - determina el movimiento de las partículas desde las regiones de mayor concentración hacia las regiones de menor concentración - Fuerza de la presión electrostática: - sustancias con carga eléctrica -> se descomponen en iones - tipos básicos de iones: Cationes + ( p. ej. Na+); Aniones – (p. ej. Cl-) - presión electrostática: fuerza de atracción entre partículas atómicas cargadas de signos opuestos o fuerza de repulsión entre partículas atómicas cargadas del mismo signo. - mueve los iones de un sitio con exceso a otro. Propiedades de la membrana: - Transporte pasivo – Diferente permeabilidad de la membrana - no supone consumo de energía - en estado de reposo la membrana es mucho más permeable a los iones potasio (K+) que a otros iones, como sodio (Na+) y cloro (Cl-). Iones de K+ pasan fácilmente a través de la membrana neuronal, los iones de Na+ la atraviesan con dificultad y los iones proteínicos con carga negativa no pasan - Transporte activo – bomba de sodio-potasio - consume energía Fuerza conductora Gradiente Electroquímico.ATP. Transporte activo: BOMBA DE SODIO-POTASIO Saca continuamente al Na+ del axón. Consiste en un gran número de moléculas proteicas inmersas en la membrana (alimentadas por energía aportada por ATP producidas por mitocondrias). Estas moléculas intercambian Na+ por K+ (en contra de sus gradientes electroquímicos) -> sacan 3 iones sodio por dos iones de potasio que introducen.  Mantiene el potencial de reposo de membrana gracias a su actividad. Las neuronas se comunican por impulsos eléctrico-químicos. El potencial de acción (PA) es la señal eléctrica primaria generada por las células nerviosas y se origina por cambios en la permeabilidad de membrana a iones específicos. Es el encargado de comunicar neuronas. Transmiten el mensaje desde el soma, a lo largo del axón, hasta el botón terminal. El potencial de membrana en reposo es un estado de equilibrio entre el interior y exterior de la neurona. En este estado la membrana neuronal está polarizada. El interior de la membrana está a -70 mV con respecto al exterior. El potencial de membrana en reposo = neurona polarizada Canales iónicos ¿Cómo se producen los potenciales de acción y de qué modo se propagan a lo largo del axón? -> mediante la activación de canales iónicos controlados por voltaje: Ubicados en membrana. Formados por moléculas (proteínas). Tienen capacidad de abrirse o cerrarse. Cuando el canal iónico está abierto un tipo concreto de ion puede fluir a través del poro y así entrar o salir de la célula. Las membranas neuronales contienen muchos miles de canales iónicos. La permeabilidad de una membrana a un ion concreto en un momento dado está determinada por el número de canales iónicos abiertos. Se abren o se cierran en respuesta a los cambios del nivel del potencial de membrana. Umbral de excitación Es la intensidad mínima que debe tener un estímulo para ser capaz de generar un potencial de acción de la neurona. El potencial de acción requiere para que se produzca de un estímulo eléctrico que despolarice la membrana -> se vuelva más permeable al Na+. Esa despolarización, si tiene la amplitud suficiente, desencadena un potencial de acción. El hecho de que se produzca potencial de acción o no depende de si la activación inicial de la La corriente de sodio es suficiente para despolarizar la membrana. Pero… ¿Cómo una neurona responde al input? En cuanto el estímulo alcanza el umbral de excitación la membrana se despolariza, se vuelve más permeable al Na+. El interior se vuelve positivo y el exterior negativo. El PA consiste en una inversión momentánea masiva (aprox. dura 1 milisegundo) del potencial de membrana, que cambia de unos -70 mV a unos 50 mV. El PA es una respuesta de “todo o nada”. Un potencial de acción cuando se produce, siempre será del mismo tamaño (no es proporcional al tamaño del estímulo). A medida que se propaga su tamaño permanece constante Secuencia fases del potencial de acción: - Estímulo -> alcanza umbral de excitación - Despolarización: canales de Na+ dependientes de voltaje se abren -> Na+ entra en la célula - Canales de K+ dependientes de voltaje se abren -> K+ sale de la célula - Canales de Na+ dependientes de voltaje se bloquean->no puede entrar más Na+ - Repolarización: canales de K+ dependientes de voltaje continúan abiertos -> K+ continua saliendo de la célula. - Canales de K+ se cierran cuando potencial de membrana vuelve a su valor normal - Canales Na+ se reajustan -> otra despolarización es posible - Hiperpolarización: la membrana supera su valor de reposo, vuelve a la normalidad cuando canales de potasio se cierran definitivamente. Potencial de acción- Fases completas, paso a paso 1- Apertura canales/entrada de sodio 2- Apertura canales potasio 3- Desactivación canales sodio 4- Salida iones potasio 5- Se repolariza nuevamente 6- Hiperpolarización momentánea Periodo refractario - Absoluto: periodo durante el cual no es posible provocar un segundo potencial de acción. - Relativo: es posible provocar un nuevo potencial de acción únicamente si se aplican niveles de estimulación superior a lo normal. Potencial de acción Inversión breve de la polaridad del potencial de membrana en reposo (–70 mV). El PA consiste en una inversión momentánea masiva (aprox. dura 1 milisegundo) del potencial de membrana, que cambia de unos -70 mV a unos 50 mV/30mV. El PA es una respuesta de “todo o nada”. Un potencial de acción cuando se produce siempre será del mismo tamaño (no es proporcional al tamaño del estímulo). A medida que se propaga su tamaño permanece constante. 2.3.1. La transmisión sináptica como comunicación neuronal El encéfalo humano contiene al menos 100 000 millones de neuronas… esto requiere mecanismos complejos y eficientes para hacer posible la comunicación. La mayor parte de la comunicación entre neuronas se lleva a cabo a través de sinapsis, que son contactos funcionales entre las neuronas. Es posible distinguir diferentes tipos de sinapsis en función de diferentes criterios: 1) Según el tipo de células involucradas 2) Según los efectos postsinápticos 3) Según la forma de transmisión de la información 4) Según el lugar de contacto 1) Según el tipo de células involucradas Neurona-neurona: tanto la célula presináptica como la postsináptica son neuronas; son las sinapsis del sistema nervioso central. Neurona-célula muscular (unión neuromuscular): una célula muscular (célula postsináptica) es inervada por una motoneurona (célula presináptica). Neurona-célula secretora: la célula presináptica es una neurona y la postsináptica es un tipo celular que segrega algún tipo de sustancia, como hormonas. Un ejemplo sería la inervación de las células de la médula suprarrenal, que provocaría la liberación de adrenalina en el torrente sanguíneo. ) Según los efectos postsinápticos Sinapsis excitadoras: como resultado de la transmisión de la información se observa una despolarización en la membrana de la célula postsináptica. Si esta despolarización supera el umbral de estimulación necesario se desencadenarán potenciales de acción. Sinapsis inhibidoras: la información que se transmite desde la neurona presináptica hiperpolariza la membrana de la célula postsináptica, dificultando, de este modo, que se desencadenan potenciales de acción. Según la forma de transmisión de la información Sinapsis eléctrica: representan una pequeña fracción del total de sinapsis. La información se transmite por medio de corrientes locales, que fluyen a través de la hendidura, son canales de membranas especializadas que conectan dos células. Sinapsis química: son las más frecuentes. La transmisión sináptica se realiza mediante la liberación de sustancias químicas, por parte de la neurona presináptica, que interaccionan con moléculas específicas de la célula postsináptica (receptores), hecho que ocasiona cambios en el potencial de membrana postsináptica. Las sustancias químicas liberadas se llaman neurotransmisores. 4) Según el lugar de contacto Axosomáticas: un axón hace sinapsis sobre el soma de la neurona postsináptica. Suelen ser inhibidoras. Axodendríticas: un axón hace sinapsis sobre una dendrita postsináptica. Con frecuencia son excitadoras. Axoaxónicas: un axón hace sinapsis sobre un axón postsináptico. Modulan cantidad neurotransmisor liberado por el axón postsináptico sobre una tercera neurona Dendrodendríticas: se produce en neuronas pequeñas con prolongaciones extremadamente cortas. Función reguladora al ayudar a organizar la actividad de grupos mayores de neuronas Elementos que intervienen en sinapsis química La sinapsis posee tres componentes básicos: a) terminal presináptico b) espacio sináptico o hendidura sináptica (entre el terminal presináptico y la especialización postsináptica). c) especialización postsináptica (que puede ser un músculo, una glándula u otra neurona). Secuencia transmisión sináptica 1. Síntesis del neurotransmisor 2. Almacenamiento 3. Liberación en el espacio sináptico 4. Unión a receptores postsinápticos 5. Terminación (degradación, recaptación) 6. Integración neuronal Síntesis y almacenamiento del neurotransmisor Según el tamaño del neurotransmisor: Moléculas pequeñas Moléculas grandes (péptidos) Lugar -síntesis citoplasma. almacén del botón terminal citoplasma del cuerpo celular mediante ribosomas Almacenamiento son empaquetadas en vesículas sinápticas por aparato de Golgi del botón terminal son empaquetadas por aparato de Golgi del cuerpo celular y transportadas a través de microtúbulos hasta botones terminales Liberación del neurotransmisor en el espacio sináptico Exocitosis -> proceso de liberación del neurotransmisor Proceso: Potencial de acción generado en la neurona presináptica genera apertura canales de calcio (Ca2+) controlados por voltaje en el terminal axónico. Iones de Ca2+ entran en el botón terminal -> vesículas sinápticas se fusionan con membrana presináptica vaciando su contenido al espacio sináptico. Unión a receptores postsinápticos Neurotransmisores liberados al espacio sináptico se acoplan a los lugares de unión de unas proteínas situadas en la membrana postsináptica denominadas receptores postsinápticos. Cada receptor contiene puntos de unión sólo para determinados neurotransmisores. Una vez producida la unión a receptores postsinápticos se abren canales iónicos dependientes del neurotransmisor que permiten el paso de iones específicos al interior o exterior de la célula generando de este modo potenciales postsinápticos excitatorios (PEPs-despolarizaciones) o potenciales postsinápticos inhibitorios (PIPs-hiperpolarizaciones). Principales canales iónicos membrana postsináptica: Na+; Ca2+ -> PEPs (neurotransmisor abre canales Na+ o Ca2+ aumentando flujo de entrada iones Na+ o Ca2+) K+; Cl- -> PIPs (neurotransmisor abre canales de K+ o Cl- aumentando la salida de K+ de la neurona o la entrada de iones Cl-) Tipos de receptores postsinápticos: Receptor Ionotrópico: - contiene un lugar de unión para un NT y un canal iónico que se abre cuando una molécula del NT se acopla al lugar de unión. - abren canales iónicos directamente provocando potenciales postsinápticos inmediatamente: - PEPs (despolarizaciones) -> neurotransmisor abre canales de Na+ o Ca2+ aumentando flujo de entrada de iones Na+ o Ca2+ - PIPs (hiperpolarizantes) -> neurotransmisor abre canales de K+ o Cl- aumentando la salida de K+ de la neurona o la entrada de iones Cl- Tipos de receptores postsinápticos: Receptor Metabotrópico: Prevalecen sobre receptores ionotrópicos, sus efectos se Se producen más lentamente y son más duraderos y variados. Cuando un neurotransmisor se une a un receptor metabotrópico la secuencia que se produce es: Se une el NT al receptor activación proteína G separación subunidad α activación enzima que produce 2º mensajero liberación 2º mensajero apertura canales iónicos PEP o PIP. Terminación (recaptación, degradación) Al finalizar potenciales postsinápticos se produce: - recaptación/endocitosis: retirada del neurotransmisor realizada por la terminal nerviosa. - desactivación enzimática: enzima destruye las moléculas del neurotransmisor. ntegración neuronal Interacción efectos potenciales postsinápticos excitadores e inhibidores en una neurona concreta. Tipos de integración neuronal: - Sumación espacial: suma PEPs y PIPs producidos simultáneamente en diferentes partes de la membrana receptora. - Sumación temporal: suma de los potenciales postsinápticos producidos rápidamente uno después de otro en la misma sinapsis.