FHp~7~.FF~r~ ..- -

Las sinapsis son elctricas o qumicas

Las sinapsis elctricas proporcionan

una transmisin instantnea de la

seal

La ir gnsr nsin ejctrrca prodas una

activacin rpida y sincronizada de las

celuJas inierconectadas

En una sinap s eJc -Lnca, los canses

de la u,-n( - intirna conectan 3as cslciss

con]tlnicadoras

Introduccin

transini i nn siilpi,

Las sinapsis qumicas pueden

amplificar las seales

Los z -5rnsrr2isores quLnicas se unen a

los receptorcsposisinpticos

Los receptores pas#sinptcos activan

directa o indirectamente los canales

Jnicos

Las clulas nerviosas son las unidades elemen:ales de la

comunicacin del sistema nervioso . En la seccin precedan-

te de ste libro hemos estudiado el potencial de reposo, la

transmisin electrotmca . la generacin del impulso nervio-

so y la conduccin . Estos mecanismos son esenciales para la

comunicacin intracelular que se propaga interiorrneie en

la neurona, desde el soma neural y sus dendritas al axn ter-

minal. En sta seccin veremos la comunicacin entre las

neuronas, y los mecanismos sinpticos donde una neurona

se comunica con otra. Los mecanismos de la Tansr,isin

sinptica son la base de muchos procesos que escucharemos

ms adelante en este libro, como : la percepcin, el movi-

miento voluntario y el aprendizaje .

De todas las clulas del cuerpo : las clulas nerviosas son

[as que tienen la capacidad especial de comunicarse rpi-

damente, la una con la otra, a gran distancia y con gran pre-

cisin. La neurona establece un promedio de 1 000 conexic

nes sinpticos y an recibe ms, quiz unas 10-000

conexiones. Como quiera, que el encfalo humano tiene al

11

199

2

SPECihn 11. i:{]M1it :r

lN E.Nz>tI LA', CLUI

. .kS NEEVI USAS

menos 10i : neuronas esto significa que se han

Forrado unas =0r` conexiones sinpticas aproxi-

madamente. Hay ms sinaps en un encfalo

humano que estrellas e r. nuestra galaxia' A pesar

de sle inmenso nmero de conexiones, toda la

transmisin sinptlca del sistema nervioso fknxcio-

na solamente sobre dos mecanismos bsicas . l a

transmisin elctrica y la transmisinqumica.

La transmisin ectrir_a no es -,-n hecho aislado

del sistema nervioso . sino que tambin puede

enconlrarse e'n el corazn, en ol msculo liso y en

el epitelio heptico . La transmisin elctrica ence-

flicaos ms rpida y estandarizada y esencial-

mente sirve para tansrnitir sefaales despolariza-

doras senc tigis, realmente no vale para ejercer

acciones inhibitorias efectivas c) cambios a largo

plazo .

Por el contrario, las sinapsis que utilizan trans

misorc_squiimicoss pueden mediar indistintamente .

tanto en acciones excitatorias como en las inhibi .

tomas . Las sinopsis gnitiu.cas son rr res flexibles y

tienden a producir conductas de :a;ror compleji-

dad que las elcrr-cas . Debido a que son capaces

de generar cimbios efectivos, ste tipo de sinap-

sis poseen plasticidad que es importante para la

memoria y para otras Funciones enceflicas supe-

riores . Las sinapsisgtirn

cas, son especialmente

importantes porque pueden amp'ificar las seales

neuronales, ac`endo que un terr-final nervioso

presin~ptico pccFeo sea capaz de modificar el

potencial de una gran clula pr.,tsinptica. Como

quiera que la transmisin ~ea es esencial

para conocer el fincionamienlo delsistema

ner

Cuadro 11-1

Propiedades diferenc:iJcs c_-itrp la ma1~ iPlctricr

v la Qlriir7C. :1

pc,R~Slrpticoa

vioso -cmo percibimos, nos movernos, senti-

mos . aprendemos y recomamos- examiraremos

los mecanismos de la tansmis_n qumica en

detalle en los Capitulas 12 : 1',~ y l4_

Las siitapsis son elctricas o quirn.icas

A ccmienzos de siglo, Charles Sherrington intro-

dujo el trmino siinap .' para designar una zona

especializada de contacta donde una neurona se

comunica con otra ; este a cto haba sido des-

crita por Ramn y Cajal_ Hacia el ao 1920, Otro

Lewi demostr que un compuesto quirnico, la

acetilcolina, transfiere sales desde el nervio

vago al corazn . El descubitniento de Lewi pro-

voc un debate considerable en torno a 1930,

sobre cmo las sefalesqumicas

podrian generar

actividad elctrica en las sinapsis enceflicas y en

las neuromusculares_ Emergieron dos escuelas

de pensamiento, una fisiolgica y otra farmacol-

gica. Cada una de ellas definieron un mecanismo

nico para toda la transmisin sinptici . Los fisi-

logos, conducidos por el himo dscipulo de he-

rrington, John Eccles, aTyumentaron que la trans-

misin slnptica es bsicamente elctrica: la

conduccin del potencial de accin era el resulta-

do del flu,4 pasivo de corriente desde la neurona

piesi_ncdca a la dula postsinptica. Los Carma-

clogos, encabezados por Henry Dale, man!uv~e-

ronque

latransmisin es quimica : une sustancia

quiniica liberada por la neurona presinptica ini-

cia e] flujo de corriente enla

clula postsinptica_

so

5bw~o

D"

Virtualmente 1-Eabi;-ualmente

apsen[p

hrdireccinal

Sianiil3oativo Unidirencianal

por lo menos

C .3 rns

ha[si-.~ntrne~ke

1-6 rnj a Tras

i

T1Pa

DL"SP~

DmeuNcu E~

ia,7RELAS .S~ AS

COMV.MW

CncF'AS na*

Cc

LaTRA S

7xoiatES

Acmr

DE "

Eiclrica 3,6 mmi Canales en la Conienke

Lmjn Fntinia lilraca

Qu1nie; 20-40 molo No Vemin,laz

Transmisor

presitpticas y qst tico

zonas activas;

recep;cres

Presinptica

Figura 11-I La corriente fluye

de manera diferente en la sin=psrs

etcxica que en la quiruca .

A. En una s--tapsis elctrica parte

de la oriente inyectada en la

ciLa presinplica escapa a xa-

s de los canales t e reposo . Y

parte de _a corriente inyectada

pasa a '_a c:ula postsinptica e tra-

Postfiir\ptico

Presirzpt :o

vs de canales iryicos especiali-

zados, los llamados canales de la

unin intima, cue conectan los

citoplasmas de las clulas presi-

nptica y pastsinptics .

Lr En la sinapsis qumica_ toda la

wrxiente Lnyectada sale por los

canales de -'a ce_ula presinptica

La despolarizacin resultante de la

posteriormente, cuando jas tcnicas fisiolgicas

mejoraron entre 1950 y1969: qued establecido

que ambos tipos de transmisin coexisten . Aun-

que, la mayora de ellas uduisan transmisores qut-

rnicos: algunas funcionan exclusivamente por

mecLo de la electricidad . Solamente. cuando se

hicieron visibles mediante el microscopio elec-

trnico se mostr la fina estructura que poseen,

pudindose establecer las diferencias morfolgi-

cas que tienen las surapsis qumicas de ]as elo-

theas En las sinzzpsis q,,,trr,icas no hay continuidad

citoplasmica entre las clulas, es decir, que las

neuronas estn separadas mediante un espacio

pequeo, la hendidura s~t~otica . Por el contrario,

en las sinapsia elctricas existen canales fnicos

especiales, las canales de la unin Inl ina, en la

membrana celular presinptica y postsinptica .

sirviendo a modo de puentes entre el citoplasma

de las dos clulas .

Las principales propiedades funcionales de los

dos tipas de sinapsis se resumen en el Cuadro

11 -1 . La mayora de las diferencias ms notables

pueden observarse al inyectar un flujo de corrien-

te en la clula presirnptica . En ambos tipos sinp-

ticos. el Mujo de la comente sale al exterior a ira-

vs de la membrana celular . En ste sent_do, la

Upitulo 11 . IntnKius .eton a la trarlr.tttistn ~ainippticii

A Mujo deoorrienle en las si rtapsis elctricas

B Flujo de corriente en las sinapsis qumicas

4

1

POS.Sin#gplico

clula, activa la liberacin de las

molculas del neurct2 ,arsmisor

almacefiad .,s e u :f~ vesculas

sinpticas kcirculos) . que se unen

a las recep:ores saladas en la

chLa postsinptic~ . . es --0 hace que

se despo-arice o hipetpolarice la

clula postsinptica

201

I

corriente produce una carga positiva ex : la mem-

brana celular presinptica, disminuyendo su

carga negativa inicial, y por lo tanto se despolar3-

za (vase el Capitulo 8) .

t

En las sina?si3 elctricas, parte de la comente

tambin pasa a travs de los canales de la unin

L'x ma que conectan as clulas presir.ptica y

postsinptica . Estos canales tienen baja resisten-

cia y alta carductancia, y por lo tan'o el paso de

corriente de carga positiva : fluye a travs de ellos

desde la neurona presinptica nevar-do una carga

positiva al interior de la membrana de la clula

postsinptica, despolarizndola . La corriente : por

a s .o, pasa a la postsinapsis a travs de los cana-

les de repose (sase la Figura l_'-l) . Si la despo-

la:ilacin excede el potencial umbral . los canales

de la clula pcstsinptica activados por voltaje se

abren y generan un potencial de accin .

En las sinapsisqumicas.

el flujo de corriente

inyectado exgenamente en la ulula presinpti-

ca simplemente sale mediante los canales de

reposo de la neurona presinpt.ca a la hendidura

sinptica, buscando el lugar de menor resisten-

cia. Poca o ninguna corriente atraviesa la mem-

branaplasmtica postsinptica, que tiene una

, ?a t

202

A Porcin del haz nervioso abdominal de] cangrejo de mar

E.1icrceleclrodos

PoslsinptiDo

Presinptico

i

$Inlipgis

61AOt~ita

l

k

sor

libra rnolora

Neurona p

11brard mo4ora

a

gigante

SPCCiD 11 . COMUNLCACH}N ENTRE LAS CLULAS NERVIOS-~k

r

Figura 11-2 La transmisin

sinptica elctrica fue la primera

que se demostr en la stnapsis

motora gtgan~e del cangrejo de

risa

A. La neurona presinpttca as la

fibra lateral gigante situada a lo

largo del cordn nerricsD . La neu-

Registro

PIstro

Paso ce .

cprrienle

corrignt9

Paso de

Neurona

pregin$pl c3 :

libra Qjgamt

latera

gran resistencia (vase la Figura 11-1 B) Por lo

tanto, el potenciar de accin en la neurona presi-

nptica, en la sinapsis qumica, induce la libera-

cin del transmisor qumico ;que

se difunde a io

largo de la hendidura sptica para interaccionar

con los receptores especficos despolarizando o

hiperpolarizando la clula posts[ptica_

Las sinapsis elctricas proporcionan

una transmisin instantanea

de la seflal

Habitualmente, las sinapsis elctricas se sitan

entre tina gran fibra nerviosa presinptica y una

neurona postsinptica pequea, debido a que 15

ulula possinptica necesita una gran cantidad

de corriente para despolartzarse . Esa corriente

19 Estirnulacin de la libra preslnptica

mV

~c

+oQ-

5Q

o

a

o

rana nostsinptsca es la fibra moto-

ra gigante, 7.e se proyecta desde

e: cuerpo celular del ganglio hasta

la periferia Los ei!ec1rodos regs-

ran la corriente pasiva en la clula

pr sulpt]ca y postsinpttca .

B. Latransmizin en la sinapsis

elt'tr=ca es rtualnente instanta-

so

25

PtiIMC [Ir; COir,nle

en la r-bra

preslnphra

nea -la est :.mulacin preeinptica

se sigue de la respuesta postsinp

tica en una fraccir de milisegun-

do-. (Vase la Figura 11-5 para

corr>pararla con la sinapsis quimL-

ca ) La linea discontinua indica Las

respueslas de las das clulas en el

mismo irstante, (Adaplado de

Furshpan y PotTer, 19,57 y 1939 .)

se genera directamente por los canales inicos

activados por voltaje . Estas canales no slo des-

polarizan la clula presinptica sino que tambin

inician el potencial de accin : y adems, originan

una corriente fnica suficiente corno para produ-

cir un cambio de potencial en la clula postsinp-

tica. sto se tiene que acompaar con terminales

presinpticos de gran tamao, y a su vez, de una

clula postsinptica peque, ya que la corriente

presinptica producir un camh_o de voltaje

mayor en una clula pequea porque ofrece gran

resistencia, ya que en una poskainptica grande la

resistencia ser menor

La transmisin sinptica elctrica fu la primera

que se describi en la sinapsis motora gigante de[

cangrejo de ruar, donde la fibra presinptica es

mucho mayor que la postsirtptica . Un potencial

de accin generado en la fibra presinptica pro-

duce un potencial despolarizante postainptico

Figura 2I- .3

Le transmisin

elctrica se produce aunque la

entrada rea subumbral- Este

hecho puede deinostrarse oor la

despolarizacin de la clula presi-

nptica con un pulso pequeo de

corriente extema. La comercie se

inyecta a travs de un elec-.rodo y

se registra el potencial de mem-

brana con otro . La corriente exter-

na (despolerizarlte) se man esta

por el cambio de] registro al ele-

varse . Un estimulo despo ;aYizante

suburabrel produce una despola-

rizaciu pasiva en las clulas pre-

sirtpnca y posrsinptica .

que amenudo

es lo suficientemente grande corno

para generar un potencial de accin .

La latencia entre las espigas L presinptica y post-

siraptica es muy corta, de hecho es casi inexistente

(vase la Figura 11-2) . Una latencia tan corta es

incornpanble con la transmisin rnirmira, que es un

proceso que necesita varias secuencias -la ljbera-

cin de un transmisor desde la neurona presinpti-

ca, la difusin del transmisor a la clula postsinpti-

ca, y la unit al receptor especifico, con la

consiguiente activacin de los canales Tnicos

(todos estos elementos se describirn en este cepi-

"o)- . Adems, de que la transmisin casi instant-

nea solo puede ser la consecuencia del paso direc-

to y continuo de una comente elctrica desde la

clula presinptica a la postsinptica .

Adems, la prueba de que la transmisin elc-

trica en ste tipo de sinapsis no necesita un poten-

Purso de corriente

en le olula

prsinptica

%",

UniOn

I

elr3clriaa

I e '

Voltaje re isirado

`,

gin la e fU%

posLsinpki

1-1 Val[ajC re isirado

en la clu?a

pro inptiica

t iplluIO 11 . Introduccin s la tranriniki,in ,in .rpLica

203

vial de accin completo desde la clula presinp-

tica para inducir una respuesta en la clula postsi-

nptica, es que mediante una corriente despolari-

zadora suburnbral inyectada en la neurona

presinptica, pasa a le clula postsinptica y la

despolariza Orase la Figura 11-3)

En la mayor parte de las sinopsis elcrncae el

cambio del potencial en la clula poatsinptica

esta directamente relacionado con el tamafio y la

forma del cambio del potencial en la clula presi-

nptica (vase la Figura 11-3 ;. Como es el caso,

de un potencial de accin presinptico con una

gran hiperpolarizacin postptenc2a2 que produci-

r un cambio bifsico (despolariz.ecin-hiperpola-

rizacin) en el potencial de la clula postsinptica .

La transrvsirr en la sinopsis elctrica, es similar a

la propagacin electrotnica pasiva de las seales

elctricas subumbiales de los axornes largos

(vase el Captulo 9) y que por ello a menudo se

la denomina eran sin electroLbrrica. La transrrti-

sin elecrot_~ica se observa en aquellas uniones

en las que los elerrnentos presinpticos y postsi-

npticos son de tamao similar . Y debido a sus

propiedades pasivas, las sinopsis elctricas son a

rnenudo bid[reccionsles por lo que transmitirn

una despolarizacirl tanto desde la clula presi-

nptica a la postsinptica, como al contrario.

La trar13misin elctrica produce una

activacin rpidaysincronizada de las

clulas interconcc .-Itidccs

,,Por qu hay sinapsic elctricas? Como ya hemos

visto, la transmisin en las sinapq .-z elctricas es

extremadamente rpida a consecuencia del flujo de

corriente directo desde la neurona presinptica a la

postsinptice . Esta velocidad es imprescindible en

ciertas respuestas cae permiten escapar del peli-

o. Como la respuesta de la sacudida de la cola

del cangrejo de mar, que est mediada por una

neurona gigante especifica en e! tronco del encfa-

lo (conocida como la clula de Mauthner), que reci-

be la seal por medio de sinopsis elctricas en neu-

ronas sensoriales . Estas sinopsis lctncas

efectuar la despolarizacin rpida de la clula de

Mauthner, que por este orden, activan ras moto-

L

Parte p..L1ti~igt;.cla de la onda (N. del T .)

`iJ4

S2ctiflIY t :IIStt'htf .ACINENTRI :t . .t S CLULAS NERVIOSAS

1

A

Figura 11-4 Un grupo de

neuronas motoras unidas e ectri-

camente, es unssterla eficaz de

activacin sunatanea para pro-

ducir conductas instartaneas

"todo o nada". Tal sistema lo uti-

liza e] caracol marino Ap,sla,

para crear una nube de tinta pro-

tectora, cuando se le moles:a .

A. La esztnulacin nociva de la

cola, produce la Liberacin de la

tinta.

B. J ;aa neuronas sensoriales, a

partir del ganglio de la cola,

sinaprar)con lar, tres rnotoneuso-

nas que Proyectan a la glndula

de la tina. Las motoneuronas

estn mterconectadas mediante

sinapsis elcnas .

C. Un tren de estmulos

aplicado

a la cola, produceuna

descarga

sLncrOnlzada du'e las tres moto-

neuronas . 1 . Cuando las clulas

estn en reposo . el estmulo des-

cargau n tren de potenciales de

accin idnticos. Esta actividad

sincronizada de lasmotoneu-

ronas es la causante de la lbera-

cirl de la tinta, 2 . Cuando :as

-11

1acestn hinerpolar zafias .

el estimulo no es capaz de pro-

duci_r los notenciaes de accin,

debido a que las clulas estn

demasiado alejadas de su

umbral. En stas condiciones, se

impide la respuesta de expul-

sin de la titila ',Adaptado de

Carear y Kandel, 1976) .

B

G, Eslimuacin de la cola cuando las clulas C, Estlmulaci4rde

la cola cuando las clulas

estn en reposa

estn hiperpolaiizadas

oSl n uh : un la cola

Cluia5 rnotuias de la bsla

Liberacin

de le linfa

c

a

-i ~,ri la wla1s

neuronas de la cola por una sinapsis quinnca.

seguida de una huida rpida .

Grupos enteros de neuronas pueden interconec-

tarse por las sinapsis elctricas .Con esa disposi-

cin, la corriente sinpttca cruza de la membrana

de una a otra clula saliendo y entrando al estar

unidas elctricamente. De este modo, varias clu-

las pequeas pueden actuar coro si fueran una

sola clula grande, porque el acoplamiento elctri-

co entre ellas, hace que disminuya laresistencia

efectiva de cada una de ellas. Partiendo de la ley

de Ohm(AY= .V x R), podemos ver que la resis-

S .L

4

ffigura 11-5 En las sinopsis

el&^meas las dos clulas estn :

ss :c;uralmerte conectada

rre 11 ate _o . Canales ci ta L1lL~n

nfima. Aqu puede verse la

forma ordenada de los canales .

obtenido de la rnembrana aislada

de }gado de rata . II tejido se ha

teido en negativo, una t~.

que oscurece las zonas que

rodean a las canales y los

poros Cada canal tiene una apa-

riencia exterrkz exgonal, como

se explica en la Figura 11 6-

x307.800. (Cortesa de N . Gilula-)

tencia menor (R) de una neurona, a una corriente

sinptica excitatoria(1),

producir una despola

rizacin menor (AD) . Por esa,las clulas unidas

elctricamente tienen un umbral elevado, para

que sea dificl inducir po~enc :ales de accin . Sin

embargo, una vez que el un oral se sobrepasa .

ese --,i- upo de clulas tienden a activarse de

[_tan r'8 sincrtuzada .

Las conductas mediadas por ste tipo de clu-

las unida.q elctricamente tienen una gran ventaja

adaptativa; que una vez alcanzado el umbral ele-

vado. -a conducta seinicia de forma explosiva, a

la manen "todo o nada". Por ejemplo, en una

situacin seriamente com prorneticla, el caracol

marina Aplysia, libera una cantidad masiva de

tinta morarla que le proporciona una pantalla pro-

tectora. Esta conducta estereotipada de "todo o

CillIul) 11- ~ulroduce l+it~ u bu Irlu`Fni .ujII ~Lir,;uptuYu

205

nada", est producida por tres motoneuronas uni-

das elctriuaniente, con un arr~bral elevado que

hiervan la glndula de tinta. Una vez que se sobre-

pasael umbral, las clulas motoras se activan stn-

crriicarrente (vase la Figura 11 -4) - Tambin, en

ciertos heces el movinientc ranidc de cros (saca-

din)s) e 1 mediado rno,rsin de

neuronas rectoras unidas elwir-carne-~- .

Ademas de proporcionar velocidad o sincmniza-

Cio en la cc municacirl neuronal, las sinapsis elc-

n cas pueden transmitir sefiales metablicas entre

las clulas . Ft dizrnetro de] poro en los canales de

u.~idn ntima es relativa_ enteara-de.

de = .5 aro .

Regissos de un solo canal ind_can que esos canales

tchan una cmductanciamayor de 100 pS- Esto sig-

nifica, que los citados canales no dore selectivos ;

realmente dejan pasar a todo tipo de cationes y

aniones inorgnicos . De hecho, los canales de unin

lrna s n lo suficientemen'e grandes comopara

c-ear pasar corcp; tes orgnicos de :amao

moderado-ta:es co:x:o segundos mensa] eros como

el IF; (;nos(ol trsfato), y el A P delico, y p-f3ti-

dos pequeos- de una a otra clula . Esta forma de

comunicacin puede ser particularmente impor-

lanie durante el desarrollo .

En una sinapsis elctrica, las canales de

unin intima conectan las clulas

comunicadoras

En las sinapsis elctricas la zona de aposicin

entre las dos neuronas . l a unin intirro, es mucho

ms cercana (3,5 rJn) que el eapac_C haiiiljaljal

entre ellas (Z0 nm) . Esta distancia est salvada por

estructuras protetnicas especializadas, los cana-

les de unin ntima, que conducen el flujo ele

corriente inica desde la presinptica a la clula

postsinptica y por eso median la transmisin

elctrica (vase la Fisura 11 .5) . Debido al gran

tamao del poro de los citados canales . tos mar-

cadores teidos con fluorescencia demuestran el

flujo a travcs de la unin intima .

La conductancia de los canales en la unin inti-

ma puede modularse: por ejemplo, la mayora de

los canales se cierran en respuesta a bajadas del

pH ) a -=e-i os del Ca'-- - c=opl micos . Di acu-

nas uniones intmas especializadas . los canales

son sensibles al voltaje, produciendo una transmi-

sin unidireccional : esto es_ cine slo es efectiva

desde la clula presimptica a la postsinptica- La

sinapsis motora gigante del cangrejo de mar es

206

S0CC[n IP, I:OMUNICCIl ENTRE L CLULAS NERS'IOS .tS

Figura 11-6 Modelo tridi-

mensional de un canal de la

unin intima . a partir de estu-

dios de difraccsn de rayo )L

A. Un canal de la ur_u int_ms

est formado ;ror dos hernicana-

les, cada uno ceellos situado en

la clula opuesta, se yuxtaponen

en la separacin de : espacio

extraceluUar pou interacciones

hornof(Lcas . El canal mn erconec-

ta las citoplasmas de las dos

clulas y proporciona un pasa

de iones directo entre ambas. El

acercamiento dei espacio extra-

celular facilita la conex_n de

ambas clulas mercedd a la

B

unin iit=z>.a . crae desde 20 nm

de separacir pasa a solo 3,S

B . Cada hemicana : ., o corexn,

est constituido por sets subuni-

dades prcte[cas denominada

conexinas . Cada conexina tiene

una longitud aproximada de 7,5

nm y atraviesa is totalidad de la

membrana celular. Las conexi-

nas estn sircadas de tal ciado

que forman un poro en :a parte

central . El conexn resultante.

tiene un dimetro total de 1,5 a

2 nrn, tiene forma exterior

carec,eriaticamente hexagonal

(vase la Figura 11-5) . El poro

se abre cuando Teta la base de

las subunidades en sentido de

las agujas del reloj, situadas en

el citoplasma y con una _udtda

aproximada de 0,9 nrn . La por-

cin ms oscura seala lapare

del conexbn encajado en :a

membrana .

1

A

CitupIa;~ma

Citoplasma

poetstiaptIco

Lado caoosneo

C

C . Una sola conexina tienen c .lan-o regio-tes

en el espesor de la membrana . Las uniones

intimas de muy diversos tipos detejidos estn

formadas por secuencias de aminocidos

similares . En concreto . por cuatro dominios

hidrofbicos que son enormemente parecidas

entre:os

diversos tipos de tejidos, se cree

que stas regiones de la estructura proteica

son las que atra'resm la:nembrarta celular .

Aunque :os bucles citcp[sm;os, que son dis-

tintos entre losdiversos canales, se les implica

en laregulacin_ Adems, das regiones extra-

celulares que tambin estn muy conservadas

entre los distintos tejidos, se cree que estn

impLcadas en le yuxtapos :cin homoflllce de

los Memtcanales contrapuestos .

20nrn

ti

+

El canal est

Espacia axtracelular

W~ 55 por 103

normal

poros de cada

urea Ue 12.5

membranas

unidades COnd*lnas ~ .

Cel1sdo

conexin {hamicanall

-

LaUOBkliaee`111;1

x f~3

1

Ladocltoplasmlcv/ ji

Bucles gltplsmlcos para la reguiac n

un ejemplo de ste tipo de sinapsis unidireccio-

nal. Por ltimo, los neurotranamisores hberadoa

desde sinapsisqumicas.

cercanas pueden activar

protenas quinasas dependientes de un segundo

mensajero que se difunden a travs de los cana-

les de uninintima, alterndose su activacin por

la fosforilaci5n de:as protenas del canal (vase el

Captulo 14) .

Todos los canales en la unin intima estn for-

mados por un par de cilindros (hemicanales), uno

en la presinapsis y el otro en la clula postsinpti-

ea . Los hemicanales se encuentran entre la sepa-

racin de ambas membranas cliilares De ste

modo: forman un canal, de 1,5 nir de dimetro

Abierl .D

Sueles str3 raluI re5 p3r las

interacciones homofdiras

Cada una de las 6

cmex oses llene 4

regiorties'.ransmembrinioas

1

Figura 11-7

En lassin ais pdr -

cas la` membranas celeala res pre- y

postsinptica estn separadas por un

espacio denominado hendidura sinptJ-

ca. Esta microfotografla eJectrbrca,

muestra la fina esD ucmra de un Rerrnt-

nal presinptico en una sinapsis neuro-

muscular. Las estructuras grandes

sombreadas son mltocondrias . La

mayor parte de los cuerpos redondea-

dos son vesto,a.R que contienen el

neurotransmisor ; acetlcolina . Loe

engrosamientos situados en el lado

presinptico de la hendidura (indica lo

por flechas) san reas espaciaiaadas :

denominadas zonas aovas, que se

cree que son los lugares de contencin

de las vesiculas (vase la Figura 11-8) .

(C rtesta de J .E . Heuser y T.S Reese )

aproximadamente, que conecta los citoplasmas

de las dos clulas. A cada uno de los hemicanales

se les denomina conexn, que est formado por

seis subunidades proteicas idnticas, llamadas

ori nas (vase la Figura 11-) . Cada conexina

tiene dos funciones . La primera, es la de formar

un hemicanal en el que cada una de lao s e as

debe reconocer a las otras cinco restantes ; y

segunda, la de formar un canal conector que u -ia

las clulas presinptica y postsinptica . Cada una

de las =amas del hemicanal debe reconocer

lee dominios extracelulares de Jas otras conexas

respectivas del hemicanal opuesto .

Todas las conexias de los distintos tejidos pro-

vienen de una gran familia de genes . Cada cone-

Capitulo 11 . Iotrwlucciu la transrnigidu sin1iptica

2{1

idna (subunidad) tiene cuatro dominios hidrofbi-

cas que atraviesan totalmente el espesor de la

membrana celular . Esos dominios transmembr-

tucos situados en los canales de la unin intima

son bastante parecidas entre sl, dos dominios

extracelul xes hornofilicos a participan en el reco-

nocimiento de tos hemicanales de la clula con-

trapuesta (vase la Figura 1'_-6 ) . Por el contra-

rio, los dom~-rios citoplsmicos son enormemente

variados, y sta variacin puede explica : el por-

CP..C'sl :r '._-Manes i_n~irras d

son

:

. cl verses

Dado que las uniones intimas pueden modular-

se por el voltaje, el pH y el Ca 2 ', Cmo se abren

y se cierran los canales? . Una posible explicacin

es que las seis conexinas de un hemicanal roten

ligeramente unas con respecto a las oteas. de

manera similar a como lo hace el diafragma de

una cmara fotogrfica . El ajuste de uno de los

lados de las conexinas se hace con unos pocos

angstroms, dejando en el lado opuesto un espacio

mayor, mostrndose el poro (vase la Figura 11-

6B) - Los citados cambios conformacionales podr-

an deberse a un posible mecanismo comn de

cierre y apertura para todos los canales inicos

(vase el Capitulo 7) .

Las sinopsis guin as pueden

amplificarlas seales

Contrariamente a las sinapsis elctricas, en las

sinapsis qumicas no hay continuidad estructural

entre las neuronas presinptica y postainptica .

De hecho, es habitual que _la hendidura en las

sinapsis qumicas sea mucho ms amplia (20-40

rim) que la distancia intercelulaa adyacente (tipi-

camente de 20 nm) . En muchas neuronas con

sinapsis qumicas la membrana cele alar est mor-

folgicamente especializada en el lugar de la

sinapsis Los terminales presinipticos contienen

co:ecciones discretas de vesculas s r~ pticss,

cada una de las cuales contiene varios miles de

molculas de neurotransmisor qumico (vase la

Figura 11-7) . Las vesculas se liberan con su neu-

rotransmisor en la hendidura sinpttca como res-

puesta al flujo de Caf ', consecuencia del poten-

a De simular rota lidad. (N, del T .)

g{}

ecC~II IV i omt.-~1rl P

l . :NTH1-: IA f . M,Idll,ri S N]?IRV'Iu..

Potencial de accin

presinplica

.49 rnV

0 mU

-55 nV

-74 rnV

Potencial exr da~

,gosisin~,pl ijo

-70 mV

_5SmV'-- -

c-- tJ91k5r 1

ll

Ii

Figura 1 1 -8 La transnzisin.

.ll=ct :ca er las sinapsis cuirrucas

imclLca v .r :os pasos Un potencial

c.e accin que llega a la zona ter-

mir:al

-dei

axn produce la apertu-

ra de los canaLes de Cl 2' activa-

dos por voltaje . EL flujo de Cae'

aumentala

concentracingel ella-

doin

cercade la zona activa,

proosando la fusin de las vesi-

cuLas que contienen neurotranstni-

cial de accin. Lasmolculas

de transmisor que

se di funden al espacio extracellliar,

en sa hendi-

dura sinptica, y se unen a lugares receptores de

la membrana celular - postsi npuca, inducen la

apertura de los canales fnicos (o cierre),ypor

ccnsiguiente alteran la conductancia de la mem-

brana y el potencial de la clula postsinptica

(vase la Figura 11-8) . (L mecanismos de libe-

racin dei transmisor sern estudiados en detalle

en el Capitulo 15) .

la

Estos pasos diversos producen un retardo

sinptico en las sinapsisqumicas,

retraso que a

menudo es de varias miLisegundos o ms, pero

puede ser tan cortos como 0,3 mi .lisegundos Aun-

que la transmisin qumica carezca de la veloci-

dad de las sinapsis elctricas,sin embargo, tiene

propiedad importante de la ampliicacin. Con

la liberacin de una sola vescula sinptica, se

vierten varios miles de molculas almacenadas

de transmisor . 17a carac:erstico que sean necesa-

rias slo dos molculas de transmisor para que se

El ppr~-nc el de Le enerad a dB Ca*

3dtin II .ga al produce aa fusin

le(nrrneI nerviosa

vesicular y la liberacin

del'.rensmisar

sor con la membrana citopl-asmica

y liberan su contenido en la hendi-

dura sinptica . Las molculas Ube-

radas de neurotranamisor se

dtonden a t-av8 de la hendidura

sinptica unindose a los recepto-

res evpeciftcos deLa membrana

postsirptica. Estos receptores

producen la apertura delos cana-

les inicas (n el cierre), y por lo

tanto . carnhisn la co-lductancia de

Terminal

~~nBrs4494

MI

Na'Na' Na'

Una ve; Sbierlos

los canales enana el

Na+ y w reciclan

las Vesc.Ias

Clula

pasteinsptic3

la membrana yla despolarizacin

celular. El proceso complejo de la

transmisin sinipca quinlica es

responsable del retraso de los

po_enciaLes de accin entrelas

clulas presinptic.a y postsinpt-

ca, camcarado cor. l a transmisin

de la serial en las sinapsis ev-tri-

cas, sta es vMalrnente inst2r7i5-

nea (vase la nytu-a 11-2B .)

una al canal inico postsinptico y lo abran_ Por lo

tanto, la accin de una vescula sinptica produce

la apertura de miles de canales inicos en la clu-

la postsinptica . De ste modo, un terminal ner-

vioso ]oresindptico peque io que genere solamen-

te toga leve corriente elctrica, puede ser capaz

de liberar v_na o ms vesculas: que por lo ante-

riormente dicho sern capaces de despolarizar

una clula postsinptica grande .

Los transmisores gtfmicos se untena los

receptores posi?sinpticos

La trasmisin c[uimica sinptica, puede dividirse

en dos partes . una de transrnr5tdrl, en la que la

clula presinptica libera un mensajero qumi-

co, y la otra de recepcin, en la que el transmi-

sor se une a las molculas receptorasde la clu-

la postsinptrca .

El proceso de transmisin de los terminales

presinpticos en una sinpsis quimica, se parece

al proceso de liberacin de una glndula endocri-

na, y esa transmisin puede considerarse como

una forma modificada de la secrecin hormonal .

Tanto las glndulas endocrinas corno los termina-

les presinpricos liberan un agente qumico con

una funcin comunicadora, y en ambos casos son

ejemplos de secrecin regulable . En c-ilalquier

caso, tanto las glndulas endocrinas como las neu-

ronasestn situadas habitualmente a cierta distan-

cia de sus clulas diana . Sin embargo, hay una

diferencia importante- La hormona liberada por la

glndula se transporta a travs del torrente san-

guneo hasta interaccionar con el receptor en la

clula diana apropiada . Mientras que la neurona .

puede habitualmente comunicarse slo con las

clulas a una distancia que les permita el contacto

directo de su axn-

En tal caso, la comunicacin en las neuronas

consiste en la propagacin de un potencial de

accin a Jo largo del axn, En el terminal axnico

la serial elctrica descarga la liberacin foc alizada

del transmisorqumico, que se desplaza a una

pequea distancia hasta su objetivo . La comunica-

cin neural, tiene dos caracteristloas especiales :

la rapidez y la direccin precisa . Esta liberacin

tan dirigida y centrada se acompaa de una

maquinaria secretora denominada zonas aovas .

En las neuronas que carecen de zonas activas

se difuniua la distincin entre la transmisin neu-

ronal y la hormonal . Pongamos un ejemplo, las

neuronas del sistema autnomo que inervan el

msculo liso, se situan a cierta distancia de las

clulas postsinpticas y carecen de las zonas

especializadas en sus terminales de liberacin : la

transmisin sinptica ente sus clulas es ms

lenta y difusa .

La diferencia adems se atenua, por el hecho de

que el mismo neurotransmisor puede realizar

varias funciones . En un caso, el transmisor Libera-

do por los terminales en la zona activa actua como

un n-ansmisor convencional, actuando d_recta-

men-e en las clulas vecinas; en otro lugar . puede

liberarse de una manera menos focalizada y

actuar como un modulador, produciendo una

accin ms difusa; y en un tercer lugar, puede

liberarse en el torrente sanguineo y actuar como

una neurohorrmona-

Aunque una variedad de sustancias qumicas

sirven como neurotransrnisores, entre los que se

incluyen las molculas pequeas y los pptidos

Cijpitltj0 1 . IniN i4Ilircn a la ti'aI1!inliKlaI1 YNYllritlY4*

b) {i

,vase el Capitulo 15), el efecto de un transmisor

en la clula postsirpbca no depende de las pro-

piedades quirricas del transmisor sino ms bien

de las propiedades de los receptores, que reco-

nozcan y se unan al transmisor. Por ejemplo . la

acetilcolina puede excitar algunas clulas postsi-

npticas e inhibir otras ; y an mas, en otras puede

producir excitacin e inhibicn . Por tanto, es el

receptor el que determina si una sinaosia colmr-

gica es excitatorla o inhibitoria, y si un canal inico

se activar directamente por el transmisor o indi-

recramente a travs de un segundo mensajero .

En t n grupo de animales muy relacionados, una

sustancia transmisora determinada se une a fami-

lias de receptores conservadas y que se asocian a

funciones fisio!gicas especfficas Por ejemplo, en

los vertebrados la acetilcolina produce excitacin

sinptica en la unin neuromuscular por la act_>ra-

cin de un tipo especial del receptor colinrgico .

De forma similar, la acetilcoLina invariablemente

enlentece la frecuencia cardiaca de los vertebra-

dos por la accin de un tipo especial de receptor

inhibitorio coinrgico .

La nocin de receptor fu introducida por el

biolgo-quimico Paul Ehrllch, para explicar la

accin selectiva de las toxinas y de otros agentes

farmacolgicos y la exquisita especificidad de las

reacciones irimunolgicas En 1900, Ehrlich escri-

bi lo siguiente: "Las sustancias qumicas son

capaces de ejercer una accin exclusiva en los

elementos asulares, con los cuales son capaces

de establecer una

relacin

qumica intima . . . [Esta

afinidad] debe ser esper.lftca. Los elementos [qui-

micos] deben adaptarse el uno al otro . . . como la

llave a la cerradura' : .

En 1900, el farinaclogo ingls John. Langley

postul que la sensibilidad del msculo esquel-

tico al curare y a la nicotina se deba a una

"molcula receprva" . Posteriormente, se desa-

rroll una teoria sobre la funcin del receptor

por los discpulos de Langley -en particular por

Etiot Smtt:Ji y Henry Dale- . Un desarrollo que fu

muy influenciado por los estudios conjuntos de la

cintica enzim ica y de la interaccin mutua

entre las pequeas molculas y las protenas

Como se ver en el s.iauiente captulo, la "mol-

cula receptiva" de Langley fu aislada y caracte-

riz2 como e: receptor colinrgico de la unin

le un c___u : cuIar .

,r10 SCCCIDA I I. COMI \J{ : .Ik : iN ENTRE LAS CLULAS ;lt 'losaTodos los rvwep'.ores para 'os transmisores qqu. -

rrrico tienet_ dos _ar~:ctoi, tica t~i;~t ~min{s

en

comu]-

1 . Son protervas situadas en el espesor de la

membrana. La regin expuesta al entorno

exterior de la clula, reconoce y seune al

transmisor de la clula presinptica,

2. Ejeroen una Funcin efec;ora en la clula

diana. Los receptores influyera caracterLstica-

mente en la apertura o cierre de los canales

tnicos

7

Figura 11-9 Los neurotransmi-

sores acidan direc,a o indirecta-

mente en los canales inicca .

A.I. Un transmisor acta directa-

mente sobre el receptor situado

en n canalinico, cuando el

receptor constituye parte estructu-

ral del canal. 2 . Estas canales-

receptor estn h itualmente

corpuesIos de cincosub -aiida-

des, cadauna de ellas se cree que

0

B,

COutier-e cuatro regiones trans-

-nemb- nica.9 a-Pelicaidales .

D. Guardo la estructura del

receptor es distinta de los canales

in_cos. el neurotranarnisor actua

indirectamente sobre el canal .

1 . El receptor activauna proteina

unida a La GTP (proteina G)_que

ordenadamente pone en marcha

la cascada del segundo mensaje-

ro,que modula

laactividad del

canal Lnico. Aqu[ la protena G

Los receptores postsin1ptioos acJFivan

directa o indirectamente a los canales

tnicos

1 aq acciones del neurotransrnisor ~co sec]acit

-

can en dos clases, segn si activan el canal inico

directa o indirectamente_ Los dos tipos de efectos

del transmisor estn mediados por protenas recep-

toras que provienen de diferentes familias de genes.

Los receptores que activan los canales tnicos

directamente, corno son los que medianld accin

* e .n,

COOH

Poro

1l

AMPG

S

~a

0Puerta

%

A.

Funcin

krotelna-ri

atecen

Adenil

bolean

i Al

b Quinasa

d6I AMPc

eatimtrLa la aden ciclasa, que

Forma AMPc a partir de ATP. El

A\\IPc activa la protena quuiasa

e ndieniede AMPc (AMPc qm-

nasa), que fosforila el canal (P),

produciendo un camb:o en su km-

cir. . 2 . EL receptor tpi o de esta

fanna de protenas est compues-

to de unapf

oteina0Yca con sis=e

regiones transcrnenibrnicas a

-heLcoidales, cale se unen al

transmisor en el mismo plano que

el de la membrana .

de la acetilcolina en la unin neuromuscular, son

protenas transmembrnicas constituidas por

varias suubunidades peptidicas. Estas subunida-

des forman una sola macromolcula que consta

de un elemento para el reconocimiento y el canal

inico. Al unirse el neuurotransmisor, los recepto-

res ionorbpicas producen un cambio conforma-

cional que abre el canal (vase la Figura 11-9A)_

Por el contrario, los receptores que activan los

canales fnicos indirectamente, como en el caso

de la noradrenalina o de la serotonina en las

sinapsis del crlex cerebral, son macro ;rnolculas

que estn separadas de los canales inmos sobre

los que actuan : hay dos familias de receptores

que pertenecen a sta categora .

Los mejores descritos son losreceptores

meaabo-

trpicns, formados por protenas tra_isxmembrnt-

cas de una sola cadena polipeptidica y que se aco-

pla a alguna de las protenas unidas al GTP

(protenas ),que prcceden de una far7ilia genti-

ca. Las protebas activar, en su momento, las

enzimas que producen uno u otro de los segundos

mensajeras intracelulares, como el A P cclico o el

diacilglicerol. El segundo mensajero acta sobre

un canal directamente o, ms frecuenternente,

acta sobre alguna de una familia de enzimas

denominadas protenas quinasas sernaa-ti: eonina .

Otro tipo de receptor que activa indirectamente

los canales fnicos pedaneoe a la familia de la

tirosirra quinasa . Estas guinasas apiaden L-n grupo

fosfato a residuos de tirasina al sustrato proteico,

modulando el canal (vase la Figura 11-9B) . Los

segundos mensajeros y las protenasq

tnasas,

estn descritas con ms detalle en el Capitulo 14 .

Los receptores que activab directamente los

canales fnicos producen efectos sinptiocs relati-

vamente rpidos en slo milisegundos, y se

encuentran habitualmente en conexiones neura-

les como circuitos que directamente median la

conducta . Las dos tipos de receptores que activan

indirectamente los canales producen efectos

sinpticos de segundos y minutos . Estos efectos

ms lentos, a menudo sirven para modular can-

ductas, modificando la excitabilidad neuronal y

graduando las conexiones sinptrcas en forma de

circuito neuronal que media la conducta . Por

ejemplo, las rutaz sinpticas moduladoras a

menudo funcionan como vial decisivas reforzado-

ras en el proceso de aprendizaje . Laos receptores

de la tirosina guinasa no slo participan en la

transmisin sinptica en el organismo adulto, sino

cd1iruIa 11 lntrodueciu a la transmisin sinptica

211

que tambin son importantes durante el desarro-

llo para la formacin inicia] de la sinapsis .

Resumen

La comunicacin r9u{t e las neuronas est basada

en las sinapsis elctrica oguIr

ica . La transmisin

elutr ica est mediada por el flujo directo de la

corriente desde la neurona presinptica a lapost-

sinptica mediante canales que conectan los cito-

plasmas de las dos clulas_ Estos canales en la

uninintima son permeables a las molculas

pequeas y a alg in segundo mensajero . Debido a

ste mecanismo directo, la transmisin elctrica

es el rindo ms rpido de comunicacin entre las

neuronas. Un grupo de clulas con este tipo de

sinopsispueden activarse juntas cuando se alcan-

za elumbral colectivo . Estas dos propiedades, la

velocidad y la sincronizacin, proporcionan la uti-

ldad de las sinapsis elctricas por su rapidez, en

conductas esrandaiizadas, tales como en la huida

y en las conductas defensivas .

La transmisin sinptica qumica es ms lenta

que la elctrica, porque la neurona presinpuca

tiene primero que liberar el neurotransmisor,

para que se difunda por la hendidura sinptica y

se una a los receptores de la membrana celular

postsinptica . Es el receptor y no el transmisor el

que determina si la respuesta sinptica es excita-

toria o inhibitoria . El transmisor qumico produce

una activacin directa, cuando elreceptor, que

media la seal, forma parte de la estructura del

canal fnico . La transmisin quimica es ms lenta

cuando la activacin es ind recta, porque necesita

varios pasos postsinpticos adicionales : que los

receptores se acoplen a enzimas que sintetizan

segundos mensajeros, y que luego acten en los

canales inicos separados estructuralmente de

los citados receptores .

A pesar de que los mecanismos de la sinapsis

qumica

ms rpida sea ms lenta que los de la

transmisin sinptica elctrica, la transmisin qu-

mica tiene la ventaja de que un solo potencial de

accin libera miles, de molculas de neurotrans-

misor, permitiendo la amplificacin de las seales

desde una a otra neurona . Quiz porque es un

proceso multifsico, la transmisin qumica es

ms modificable que la elctrica. Como veremos

en captulos posteriores, la modifi

cabilidad de las

sinapsis qumicas enceflicas es un mecanismo

trascendental en la conducta de aprendizaje .

L212

12t115 ] 1V- {:[1M L \ : .lla t ENTRE LAS '.I+,I,L'I, ; .N f1ERVIOSAIS

Lecturas seleccionadas

Bennetn, 11 V . L., Barrio, L. C ., Bargie1la, T. A., Spray. D .

Hertzberg, E., and Sea, J. C. 1991- Gap nmctians ;

Cklew too1a, new a.swers- new quetfons. Neuron 630-

320 .

Derntietae], R .: and Spray . D. C. 1993 . ap junclirrns in

M

bravt: Viere- what rape, how many and whr

Prends Neurosci. 16 :186-192 .

Ecclevs- J . C . 1976 . Frorn e:ectrcai to cliemical iraisrois-

sion in the central nerrous systern . De elosing addrass

of he 8tr Henry Dile er,lenniat Symposiurn. Votes

Rec, R . Sc . Lond. 30 :219-230.

EdeLnan . O . 1MJ .,Cal], W. E., and Cewan, W. -1 (eda.)

1987. Synaptic Function . New York Wiley

Fa]] . P.1954. Biophysics of jinicdan tramrnias:on. Phy-

sie]- Rev. 34574-710

.

Fursrpan . E. J ., and Poner, D . D . 1959 Transniissicn al Che

giart motor symapses of die creyfish . J. Physiol. U ond-)

145:289-325

Jessell, T M, and Kandel, E . R. 1993- Synaptio transtnis-

sion; A bidmrectionaianal self modiDable fonn of cell-

ce]] coamunication . Cel 72JNeuron 14 (Suppi,) ;1-30 .

Rass :E. M. 1989 . Signal sorting and arnpl

iSration through

G protein-coupled receptors Neuron 3 ;141-152 .

Unwin, N. 1993. Neurozansmitter action; Opening pf

L:gard-gated ion channeis Cell 73(NNe -i ron 10

(Suppl .=),31-4 L .

page 1page 2page 3page 4page 5page 6page 7page 8page 9page 10page 11page 12page 13page 14