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Excitabilidad, Potencial de Acción y Transmisión Sináptica
Prof. Renny Pacheco
Introducción a la Neurociencia y al Comportamiento Animal
Canales Ionicos
Es energéticamente desfavorable para un Ion con su respectiva capa de solvatación atravesar en ambiente hidrofóbico del interior de la bicapa lipídica.
El K aun siendo mas grande que el Na, posee una capa de sovaltación menor y puede ser seleccionado por esta cualidad (Centro)
El Na puede ser seleccionado por la eficacia de la estabilización de cargas durante su pasaje por el filtro de selectividad en el canal de Na (IZQ)
Canales IonicosCaracteristicas de las corrientes de
un canal ionico:
El canal se abre o cierra de manera todo o nada. Se prodruce una corriente iónica breve.
El canal se puede comportar como una resistencia eléctrica y un cambio en la fuerza electromotriz (o el potencial eléctrico) a través de la membrana, altera proporcionalmente a la corriente a través del canal, según la ley de OHM (I = V/R).
Hay canales que no se comportan como lo predice la ley de OHM, es el caso de los canales rectificadores (transportan corrientes mas fácilmente en un sentido que en otro).
Canales IónicosEstímulos que pueden controlar la apertura o cierre de los canales:
•Unión a Ligandos
•Fosforilación
•Voltaje (potencial de la membrana)
•Presión
Canales Iónicos
Los canales iónicos pueden estar formados por heterooligómeros, por homooligómeros o bien por una misma cadena peptidica con Motivos repetidos, cada uno de los cuales actual como una Subunidad.
Además de las subunidades formadoras del poro pueden encontrarse otras auxiliares involucradas en la apertura o cierre del mismo
Modelo del Canal de Na dependiente de Voltaje y del
Sensor de Voltaje que produce la apertura de la
Compuerta
El Potencial de Membrana
Species of ion
Concentration in cytoplasm (mM)
Concentration in extracellular fluid (mM)
Equilibrium potential1 (mV)
K+ 400 20 -75
Na+ 50 440 +55
Cl- 52 560 -60
A- (organic anions)
385 — —
Distribución de los principales Iones a través de una membrana neuronal en reposo (axón gigante de Calamar)
El potencial Eléctrico observado en una membrana celular (en reposo o no) vendrá dado por la proporción relativa de la permeabilidades de los iones (canales ionicos abiertos) y sus potenciales de equilibrio (de Nernts)
Las Propiedades Eléctricas Funcionales de una Neurona puede Representarse a través de un Circuito eléctrico Equivalente.
Resistencias (canales ionicos) Pilas (Gradientes ionicos) Condensadores (Membrana) Generador de Corriente (Bomba Na/K)
Con el modelo del Circuito Eléctrico Equivalente se puede Calcular el Potencial de Membrana
… Un poco de las Propiedades Eléctricas Pasivas de las membranas
Estímulos eléctricos (subumbrales) producen cambios proporcionales en el potencial de membrana, aunque los cambios no son instantáneos, sino que ocurren enlentecidos por la capacitancia de la membrana. Esto afectará la velocidad de desplazamiento pasivo (electrotónico) de las corrientes a lo largo de las neuronas.
… Un poco de las Propiedades Eléctricas Pasivas de las membranas
Una prolongación neuronal puede representarse como circuitos equivalentes en paralelo conectados por resistencias en serie (resistencia axial del citoplasma)
La respuesta de Voltaje en una Prolongación neuronal pasiva disminuye con la distancia
debido a la Conducción Electrotónica
… Un poco de las Propiedades Eléctricas Pasivas de las membranas
Durante el Potencial de Acción la conducción pasiva genera una onda de corriente que
despolariza parcialmente los segmentos de membrana
aledaños y facilita la generación del PA en estas.
… Un poco de las Propiedades Eléctricas Pasivas de las membranas
Constante de longitud: distancia desde el origen a la cual el cambio de Vm generado es el 37% del original.
Rm : Resistencia de Membrana
Ra : Resistencia axónica (citoplasmática)
La constante de longitud puede incrementarse Aumentando el
grosor del axón (disminuye Ra) o aumentando la Rm (por mielinización por ejemplo)
Potencial de Acción, la propagación activa de la Señal Eléctrica
La técnica de Anclaje de Voltaje permitió Caracterizar el PA: Se mantiene el potencial de la membrana fijo en un valor, inyectando a través de los electrodos la cantidad de corriente necesaria y esta es igual a la corriente inversa que atraviesa activamente la membrana a través de los canales ionicos
Activación Secuencial de dos tipos de canales sensibles a Voltaje mediante la
técnica de anclaje de Voltaje.
Las corrientes pueden aislando bloqueando selectivamente a algún tipo de canal mediante fármacos (TTX, Saxitoxina o Cocaína para Canales de Na y Tetraelilamonio para canales de K)
El canal de Na2+ sensible a Voltaje se auto-inactiva luego de su apertura
Esta la activación e inactivación es causas por dos compuertas que respondes de manera opuesta a la despolarización. Este fenómeno es esencial en la
generación de periodo refractario luego de un PA
Los canales dependiente de voltaje de Na y K pasan por diversos estados estructurales dependientes del voltaje que permiten una secuencia funcional especifica.
El Potencial de Acción y su relación con El Potencial de Acción y su relación con las conductancias de Na y Klas conductancias de Na y K
El potencial de acción ocurre por la contraposición de dos ciclos opuestos pero con cinéticas diferentes.
El Sistema Nervioso expresa una gran variedad de Canales iónicos
sensibles a Voltaje.
La Activación de estos canales puede estar influido por factores
citoplásmaticos.
Las propiedades de Excitabilidad varían entre las diferentes regiones de
la misma neuronas.
Las propiedades de excitabilidad varían entre diferentes tipos de
neuronas.
Potencial de Acción Saltatorio debido a vainas de Mielina.
La Transmisión Sináptica
La Sinapsis pueden ser Eléctricas o Químicas
TipoSinapsis
DistanciaEntre
Membranas
Continuidad Citoplásma
ComponentesUltra-
estructural
Agente Transmisor
Retraso Dirección
Eléctrica 3,5 nm Si Canales Comunicantes
(GAP)
Corriente Iónica Casi Ausente
Bidireccional
Química 20- 40 nm No VesículasZonas Activas
Receptores
Transmisor Químico
Significativo.Min. 0,3 msProm. 3 ms
Unidireccional
Sinapsis Eléctricas
Sinapsis Motora gigante del Cangrejo
Se transmite tanto Potenciales de Acción como señales
electrotónicas Sub Umbrales
Uniones Comunicantes o uniones GAP.
Seis Conexinas forman un Hemicanal (conexon) en una membrana.
Dos Conexones de membranas adyacentes forman una unión GAP
La sinapsis eléctricas en neuronas motoras permite
respuestas rápidas y sincronizadas, como por ejemplo la liberación de
tinta en Aplysia
Sinapsis Químicas
Pasos generales asociados al proceso de transmisión Sináptica química
El Neurotransmisor es liberado en cantidades fijas (Cuantos)
La los neurotransmisores de un cuanto producen una Pp-miniatura, de amplitud unitaria. La liberación de mas vesículas producen PPSE cuyo valor es múltiplo de la unitaria
Efecto del Neurotransmisor
El neurotransmisor liberado en la hendidura sináptica termina alterando la permeabilidad de la membrana postsináptica por la apertura de canales de manera directa (Der) o indirecta (Izq)
La Sinapsis Química mas estudiada: LA UNION NEUROMUSCULAR
La estructura general de esta sinapsis puede ser observada por
microscopia Óptica
Los Canales de Acetilcolina se abren según el principio de todo o nada.
No son sensibles a voltage.
Se abren en presencia del Neurotransmisor
Son permeables a K y Na
Pasos esenciales desde la apertura de Receptores de Ach hasta la generación de un PA en la membrana postsinaptica.
La despolarización causado por el P de placa (PPSE) debe ser capaz de abrir suficientes canales de Na voltaje dependientes como para generar un PA
Secuencia Temporal de procesos asociados a la transmisión sináptica. La
posibilidad de generación de un PA postsináptico se relaciona con el curso
temporal de la entrada de Ca en el Terminal sináptico
La Liberación del Neurotransmisor
Apertura de un poro de fusión que conecta la vesícula con la membrana presinaptica
Algunas proteínas identificadas y relacionadas
con el proceso de fusión de la vesícula con la membrana
Diferencia Morfológicas de las dos principales tipos de Sinapsis en el SNC.
Tipo I. Generalmente excitadoras. Tipo II. Generalmente Inhibidoras
El Glutamato es el principal Neurotransmisor Excitador
en el SNC y modula canales de Na K y Ca
Hay tres tipos de receptores de Glutamato, dos
ionotrópicos (NMDA y no NMDA) y receptores
metabotrópico
El GABA y la Glicina son los Neurotransmisores Inhibidores por excelencia en el SNC. Actúan activando canales de Cl o a veces K
La apertura de canales de Cl produce un PPSI al acercar al Vm hacia el V de equilibrio de Cl (-75mV)
Un Potencial Sináptico en la Dendrita puede producir un PA en el cono Axónico
Umbral (en negro) en diferentes sitios
Potencial sinaptico (en rojo)
Integración Sináptica
A. Respuesta a dos estímulos en una neurona con diferentes constantes de tiempo.
B. Respuesta de una neurona con dos constantes de Longitud, ante dos señales sinápticas
La sinapsis puede establecerse en diferentes zonas de la neurona
según la función que se desee (integración o modulación)
Inhibición y facilitación Presináptica
• Alterando la corriente de Ca la neurona C1 puede inhibir la respuesta producida por a en b.
• Alterando la corriente de K C2 potencia la respuesta de a en b
La eficiencia de la Transmisión sináptica puede modificase por regulación con señalización mediada por segundo mensajeros, tanto
en la célula presináptica como la postsináptica
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