Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN

I 0 flashcards i 3 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS ESTRUCTURA I FUNCIÓ DEL SISTEMA NERVIÓS Grau en Psicologia Universitat de Lleida AprenAI 2026-2027 Apunts complets d'EFSN: potencial de repòs i d'acció, sinapsis químiques i elèctriques, integració neuronal, psicofarmacologia i acetilcolina. APREN.AI Índex 1 Excitabilitat neuronal, potencial de membrana i potencial d'acció Propietats elèctriques i cèl·lules excitables Gradients electroquímics i transport de membrana Dinàmica del potencial d'acció Propagació del senyal: conducció contínua vs. conducció saltatòria Potencials graduats davant potencials d'acció 2 Transmissió sinàptica, receptors i integració neuronal Classificació funcional: sinapsi elèctrica vs.

sinapsi química Morfologia de les connexions sinàptiques Mecanisme de transmissió en la sinapsi química Tipus de receptors i potencials postsinàptics Integració neuronal: sumació temporal i espacial Organització dels circuits neuronals 3 Neurotransmissors, neuromoduladors i mecanismes psicofarmacològics Criteris de definició d'un neurotransmissor Mecanismes d'inactivació del neurotransmissor Mecanismes d'actuació psicofarmacològica Interacció molecular amb els receptors Classificació i caracterització dels neurotransmissors: l'acetilcolina 4 Resum per repassar Excitabilitat neuronal i potencials elèctrics Transmissió sinàptica i integració Neurotransmissors i psicofarmacologia Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 1 1 Excitabilitat neuronal, potencial de membrana i potencial d'acció EN ACABAR SABRÀS Distingir els mecanismes físics que generen el gradient electroquímic de membrana. Descriure la seqüència cronològica d'obertura i tancament iònic durant el potencial d'acció. Comparar les característiques funcionals de la conducció contínua i la conducció saltatòria. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 ¿Per què les neurones requereixen una bomba que consumeix contínuament ATP fins i tot quan estan en repòs absolut?

Al sistema nerviós, els senyals biològics es transmeten mitjançant dos mecanismes fonamentals: elèctricament i químicament. Totes les cèl·lules de l'organisme presenten un voltatge a través de la membrana plasmàtica. No obstant això, determinats teixits tenen la capacitat de modificar aquest estat en resposta a estímuls concrets. Propietats elèctriques i cèl·lules excitables Les cèl·lules capaces de generar respostes electrofisiològiques davant una estimulació s'anomenen cèl·lules excitables. Aquest grup inclou principalment les neurones i els diferents teixits musculars: Múscul estriat esquelètic: fibres responsables del moviment voluntari. Múscul cardíac: miocits de fibra estriada del cor.

Múscul llis: fibres involuntàries presents a òrgans com l'estómac i vasos sanguinis. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 2 Esquema dels principals tipus de teixits musculars com a cèl·lules excitables. El potencial de membrana reflecteix la separació de càrregues elèctriques entre el citosol i el medi extracel·lular a través d'una bicapa lipídica semipermeable. De manera característica, l'interior cel·lular manté un excés net de càrregues negatives respecte a l'exterior, a causa de la distribució asimètrica de partícules carregades i la presència d'anions proteics fixos. Diagrama de la separació de càrregues elèctriques a la membrana cel·lular.

Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 3 Gradients electroquímics i transport de membrana El desplaçament dels ions a través de la membrana respon a dues forces físiques essencials, que combinades defineixen el gradient electroquímic: Força física Descripció del mecanisme Efecte sobre les partícules Pressió electroestàtica (gradient elèctric) Atracció entre càrregues de signe oposat i repulsió entre partícules del mateix signe. Les càrregues positives tendeixen a anar cap a medis negatius i viceversa. Força de difusió (gradient químic) Moviment espontani a favor de gradient de concentració, d'àrees de major a menor densitat de solut.

Les molècules s'escampen fins a equilibrar les concentracions a banda i banda. Esquema de les forces químiques i elèctriques que actuen sobre els ions. La distribució dels ions durant el repòs cel·lular determina que el sodi ( ) i el clor ( ) es concentrin a l'exterior, mentre que el potassi ( ) i les proteïnes aniòniques ( ) predominen a l'interior. Els anions proteics no poden travessar la bicapa lipídica. Per creuar la membrana, les substàncies utilitzen diferents vies de transport: Na+ Cl K+ A Difusió simple: transport passiu sense proteïnes transportadores. És la via per a molècules liposolubles (greixos), gasos dissolts ( , ) i aigua per osmosi.

1 O 2 CO 2 Difusió facilitada: transport passiu a través d'estructures proteiques sense consum metabòlic. Empra canals iònics (oberts per voltatge, lligand extracel·lular, lligand intracel·lular o mecànics/estrès) o permeases (proteïnes transportadores amb canvi conformacional). 2 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 4 Diagrama comparatiu dels mecanismes de transport passiu i actiu de membrana. COMPROVA-HO 2 Quina direcció segueixen les forces química i elèctrica sobre el K en estat de repòs? Dinàmica del potencial d'acció La polaritat elèctrica de la membrana pot experimentar canvis transitoris.

Una variació cap a valors menys negatius s'anomena despolarització, mentre que l'increment de la negativitat interna per sota del valor de repòs es defineix com a hiperpolarització. El potencial d'acció (PA) és una ona elèctrica ràpida que inverteix la polaritat de la membrana cel·lular (de negatiu a positiu i retorn a negatiu) en una fracció de mil·lisegons, originant-se principalment al con axònic. Es regeix de forma estricta per la llei del tot o res: si la despolarització arriba al llindar d'excitació es desencadena un PA complet de mida uniforme; si no l'assoleix, no es genera cap PA.

Transport actiu: mecanisme en contra de gradient electroquímic amb despesa directa d'energia mitjançant hidròlisi d'ATP. En destaca la bomba de , que expulsa 3 ions Na^+ i n'introdueix 2 de K^+. 3 Na /K + + Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 5 Gràfica de les fases bioelèctriques del potencial d'acció i canals de sodi. Les fases biofísiques del cicle del potencial d'acció se succeeixen de la manera següent: DEFINICIÓ El període refractari és l'interval temporal en què l'excitabilitat de la cèl·lula està disminuïda o abolida.

Es divideix en absolut (canals de inactivats; impossibilitat absoluta de generar un altre PA) i relatiu (fase d'hiperpolarització amb canals de oberts; requereix un estímul supraumbral molt més potent per assolir el llindar). Arribada al llindar: s'obren els canals de dependents de voltatge i es produeix una entrada massiva de sodi. 1 Na+ Fase ascendent: la despolarització arriba al seu pic. Comencen a obrir-se els canals de dependents de voltatge. 2 K+ Inactivació del sodi: als voltants de , els canals de s'inactiven bloquejant l'entrada de càrregues positives. 3 +40 mV Na+ Repolarització: la sortida continuada d'ions redueix el potencial cap al nivell de repòs basal.

4 K+ Hiperpolarització postpotencial: el tancament lent dels canals de potassi fa que l'interior esdevingui transitòriament més negatiu que en repòs. Els canals de es reactiven (passen d'inactivats a tancats). 5 Na+ Restabliment del repòs: l'excedent de potassi extracel·lular es dissipa per difusió i l'acció de la bomba restabileix les concentracions. 6 Na+ K+ Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 6 Propagació del senyal: conducció contínua vs. conducció saltatòria La transmissió de l'impuls al llarg de l'axó pot produir-se mitjançant dos mecanismes anatomo- funcionals segons la presència o absència de mielina: En els axons amielínics, la propagació és contínua.

L'obertura de canals de sodi al punt A genera un corrent local que despolaritza el segment contigu B fins al llindar. Mentre el punt B genera el nou PA, el punt A es troba en període refractari, garantint una transmissió unidireccional. En els axons mielínics, la conducció és saltatòria. La mielina actua com a aïllant elèctric evitant interferències creuades. Els corrents electrotònics viatgen ràpidament i de forma passiva per sota de la beina de mielina d'un nòdul de Ranvier al següent. En els nòduls, on es concentren els canals de sodi, el PA es regenera activament.

Aquest procés és molt més ràpid (unes 50 vegades superior) i molt més econòmic des del punt de vista energètic, ja que redueix el consum d'ATP de les bombes. PROCÉS Fases del cicle d'un potencial d'acció neuronal COMPROVA-HO 3 Quina base estructural fa que la conducció saltatòria consumeixi menys energia metabòlica? Potencials graduats davant potencials d'acció Quan la membrana rep una estimulació d'intensitat inferior al llindar d'excitació (subumbral), produeix un canvi electrotònic conegut com a potencial gradual o local. Aquests potencials es propaguen a poca distància i la seva amplitud reflecteix la intensitat de l'estímul.

Característica Potencial d'acció (PA) Potencial gradual Mecanisme d'inici Canals dependents de voltatge Canals dependents de lligand o estímuls físics Assoliment del llindar Despolarització fins al llindar crític al con axònic 1 Entrada ràpida de Na+ Obertura de canals de Na+ dependents de voltatge 2 Inactivació dels canals Na+ S'atura l'entrada de Na+ al voltant de +40 mV 3 Sortida de K+ Obertura de canals de K+ i repolarització cel·lular 4 Hiperpolarització postpotencial Tancament lent de canals K+ abans de tornar al repòs 5 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 7 Característica Potencial d'acció (PA) Potencial gradual Graduació Llei del tot o res (magnitud fixa) Proporcional a la intensitat de l'estímul Forma del senyal Despolarització ràpida seguida de repolarització Despolaritzacions o hiperpolaritzacions Propagació Activa (passiva només sota la beina de mielina) Passiva (decrement amb la distància) Direccionalitat Unidireccional (polaritzada pel període refractari) Es propaga en totes direccions ERROR FREQÜENT Confondre la causa del període refractari absolut amb la del relatiu.

L'absolut es deu estrictament a la inactivació conformacional dels canals de sodi dependents de voltatge, mentre que el relatiu és conseqüència de la hiperpolarització per sortida de potassi. IDEES CLAU El potencial de repòs resulta de la distribució asimètrica d'ions mantinguda per canals de fuita i la bomba de . El potencial d'acció s'origina al con axònic i opera sota la llei del tot o res. La fase de despolarització es produeix per influx de i la de repolarització per eflux de . La beina de mielina permet la conducció saltatòria, augmentant la velocitat unes 50 vegades i estalviant energia.

Els potencials graduats disminueixen amb la distància i depenen directament de la magnitud de l'estímul aplicat. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. ¿Quin fenomen biofísic impedeix que el potencial d'acció retrocedeixi cap al soma durant la conducció axonal? 5. ¿Com es comparen el transport actiu i la difusió facilitada pel que fa al gradient i l'ús d'energia? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 6. Quina estequiometria i sentit de transport caracteritza la bomba sodi-potassi?

Na /K + + Na+ K+ Introdueix 2 Na+ i extreu 3 K+ a) Introdueix 3 Na+ i extreu 2 K+ b) Extreu 3 Na+ i introdueix 2 K+ c) Extreu 2 Na+ i introdueix 3 K+ d) Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 8 7. En quin estat funcional es troben els canals de Na+ durant el període refractari absolut? 8. Què passa amb l'amplitud d'un potencial gradual a mesura que viatja per la membrana? 9. Quin avantatge confereix la conducció saltatòria respecte a la contínua? 2 Transmissió sinàptica, receptors i integració neuronal EN ACABAR SABRÀS Comparar les propietats de la transmissió química i l'elèctrica. Explicar el procés d'alliberament vesicular mediat per ions calci.

Diferenciar els mecanismes de sumació temporal i espacial al con axònic. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 10 ¿Com decideix una neurona si transmet un senyal si rep milers d'inputs contradictoris a la vegada? La transferència d'informació entre unitats neurals o cap a cèl·lules efectores es produeix a les sinapsis (concepte derivat d'unir junts). Aquestes estructures permeten comunicar el terminal presinàptic amb la membrana de la cèl·lula diana.

Tancats i en repòs a) Oberts b) Inactivats c) Hiperpolaritzats d) Es manté completament constant a) Es converteix automàticament en un PA b) Disminueix progressivament amb la distància c) Augmenta per retroalimentació d) Augmenta el consum d'ATP a) Permet la propagació bidireccional b) Elimina els nòduls de Ranvier c) Velocitat aproximadament 50 vegades superior d) Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 9 Esquema global del flux d'informació des del potencial graduat al potencial d'acció. Classificació funcional: sinapsi elèctrica vs.

sinapsi química Segons el mecanisme de transferència del senyal s'estableixen dues categories fonamentals: Estructura detallada d'una sinapsi química amb vesícules i receptors. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 10 Morfologia d'una sinapsi elèctrica formada per canals d'unió en fenedura.

Característica Sinapsi química Sinapsi elèctrica Mediació del senyal Substàncies químiques (neurotransmissors) Pas directe de corrent iònic per unions en fenedura (gap junctions) Velocitat de transmissió Més lenta (retard sinàptic) Més ràpida (gairebé instantània) Sincronia Asíncrona Sincronia de l'activitat cel·lular Direccionalitat Estrictament unidireccional Bidireccional Complexitat estructural Axó presinàptic connectant amb soma/dendrita/axó Es pot establir directament entre dendrites Plasticitat Major plasticitat i capacitat de modulació Menor plasticitat Efecte funcional Efectes diversos (canvis elèctrics o bioquímics) Exclusivament canvi directe del potencial de membrana Components Requereix neurotransmissor, vesícules i receptor Sense neurotransmissor ni receptors; canals d'unió íntima Morfologia de les connexions sinàptiques Atesa la naturalesa de la cèl·lula postsinàptica, la comunicació pot establir-se com a sinapsi interneuronal, unió neuromuscular (amb fibres musculars esquelètiques) o sinapsi neuroglandular (amb cèl·lules secretores).

Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 11 Tipus de sinapsi segons l'element diana: interneuronal, neuromuscular i neuroglandular. Entre dues neurones, segons la regió de contacte de l'axó emissor, es classifiquen en: Axodendrítica: contacte sobre branques dendrítiques. Axosomàtica: contacte directe sobre el soma de la neurona receptora. Axoaxònica: connexió sobre un altre axó, que permet modular selectivament l'alliberament de neurotransmissors. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 12 Contactes axodendrític, axosomàtic i axoaxònic entre cèl·lules nervioses. COMPROVA-HO 11 Quin tipus de sinapsi permet una major capacitat de modulació en xarxes neurals complexes?

Mecanisme de transmissió en la sinapsi química El funcionament d'una sinapsi química requereix una cadena de processos seqüencials altament regulats: Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 13 Procés d'exocitosi vesicular i formació de porus de fusió per acció del calci. Cicle sinàptic presinàptic: síntesi, emmagatzematge, alliberament i autoreceptors. Síntesi: enzims sintetitzen les molècules de neurotransmissor a partir de precursors específics.

1 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 14 Tipus de receptors i potencials postsinàptics La resposta postsinàptica no depèn directament del neurotransmissor en si, sinó del tipus de receptor i del canal al qual està acoblat: Receptors ionotròpics i fluxos iònics responsables de despolaritzacions i hiperpolaritzacions. Emmagatzematge: les molècules s'introdueixen en vesícules sinàptiques per protegir-les d'enzims degradadors intracel·lulars. 2 Alliberament per exocitosi: l'arribada del PA provoca la despolarització del botó terminal, obrint canals de Ca^{2+} dependents de voltatge. Com que la concentració de calci és molt superior a l'exterior, el penetra a la cèl·lula.

L'entrada de calci desencadena la unió de les proteïnes de fusió vesiculars amb la membrana, formant un por que s'eixampla (figures omega) i buidant el neurotransmissor a la fenedura. 3 Ca2+ Unió als receptors: el missatger difon per la fenedura i s'acobla a receptors postsinàptics o a autoreceptors presinàptics (que inhibeixen nous alliberaments per retroalimentació). 4 Obertura de canals iònics: l'acoblament indueix canvis conformacionals de permeabilitat a la membrana receptora. 5 Generació del potencial postsinàptic: l'amplitud obtinguda varia proporcionalment segons la concentració de transmissor lliurat.

6 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 15 Vies de senyalització dels receptors metabotròpics acoblats a proteïnes G. Receptors ionotròpics: complexos proteics formats per un canal iònic activat directament per lligand. Són ràpids i d'acció immediata. Receptors metabotròpics: receptors acoblats a proteïnes G. Poden obrir o tancar canals iònics indirectament mitjançant subunitats de la proteïna G (subunitats alfa o beta-gamma) o mitjançant enzims que generen segons missatgers per produir respostes cel·lulars complexes i expressió gènica.

Els canvis de voltatge induïts es classifiquen en: Potencial postsinàptic excitatori (PPE o PEP): despolarització de la membrana postsinàptica provocada normalment per l'entrada d'ions . Apropa el voltatge al llindar d'excitació. Potencial postsinàptic inhibitori (PPI o PIP): hiperpolarització causada per la sortida de o l'entrada de . Allunya la cèl·lula del llindar. L'entrada d'ions , d'altra banda, actua sovint activant enzims intracel·lulars. Traçats electrofisiològics d'un potencial postsinàptic excitatori (PPE) i un d'inhibitori (PPI).

Na+ K+ Cl Ca2+ Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 16 ERROR FREQÜENT Atribuir la naturalesa excitatòria o inhibitòria exclusivament a la molècula transmissora. L'efecte depèn del tipus de receptor postsinàptic i de la selectivitat iònica del canal al qual s'associa. Integració neuronal: sumació temporal i espacial A la zona d'entrada (dendrites i soma), la informació rebuda és de tipus analògic (potencials graduats). Aquests senyals convergeixen cap al con axònic, on s'integren per convertir-se en una resposta digital (presència o absència d'un potencial d'acció). Mecanismes electrofisiològics de la sumació temporal i la sumació espacial.

Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 17 Integració sinàptica de respostes excitatòries, inhibitòries i la seva cancel·lació algebraica. La integració es basa en dos mecanismes: Sumació temporal: addició de potencials postsinàptics consecutius que s'originen en un mateix terminal presinàptic disparats amb una freqüència prou ràpida abans que el primer potencial es dissipi completament. Sumació espacial: integració simultània de diferents estímuls provinents de diversos terminals presinàptics connectats en diferents zones de la mateixa cèl·lula postsinàptica. Els PPE i PPI se sumen algebraicament (cancel·lació si coincideixen un excitatori i un inhibitori).

Organització dels circuits neuronals Totes les neurones comparteixen quatre dominis funcionals essencials (zona d'entrada, d'integració, de conducció i de sortida), tant si són multipolars, bipolars o unipolars. Aquestes cèl·lules s'articulen formant diverses configuracions de circuits neurals: Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 18 Organització de dominis d'entrada, integració, conducció i sortida en diverses neurones. Arquitectura de circuits neurals bàsics: lineals, divergents i convergents. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 19 Esquema organitzatiu d'un circuit reverberant amb bucle col·lateral.

Diagrama de funcionament d'un circuit paral·lel després de la descàrrega. Circuits lineals: transmissió en sèrie d'una neurona a la següent. Circuits divergents: una sola neurona aferent transmet informació a un nombre creixent de neurones eferents, amplificant el senyal. Circuits convergents: múltiples terminals d'entrada concentren les seves senyals sobre una sola neurona de sortida. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 20 Circuits reverberants: branques col·laterals retornen el senyal cap a neurones prèvies de la cadena, formant un bucle de retroalimentació continuada.

Circuits paral·lels després de la descàrrega: una mateixa entrada es ramifica per cadenes neurals de diferent longitud i nombre de sinapsis abans de convergir en la mateixa cèl·lula diana, allargant la durada de la resposta. ESQUEMA Morfologia dels contactes sinàptics interneuronals IDEES CLAU Les sinapsis químiques empren fenedures i receptors, oferint molta més flexibilitat i plasticitat que les elèctriques. L'entrada de dependent de voltatge al botó presinàptic és el desencadenant imprescindible de l'exocitosi vesicular. Els receptors ionotròpics són canals directes per lligand, mentre que els metabotròpics operen via proteïnes G i segons missatgers.

Els PPE despolaritzen mitjançant entrada de , mentre que els PPI hiperpolaritzen mitjançant sortida de o entrada de . Al con axònic es produeix la integració analògica (sumació espacial i temporal) que decideix el tret del senyal digital. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 12. ¿Quina és la diferència funcional bàsica entre la sumació espacial i la sumació temporal? 13. ¿Com indueix la hiperpolarització l'obertura d'un canal de clor acoblat a un receptor ionotròpic?

Sinapsi axodendrítica Axó contactant amb espines o branques dendrítiques Sinapsi axosomàtica Axó contactant directament amb el cos cel·lular Sinapsi axoaxònica Axó connectat al terminal d'un altre axó Ca2+ Na+ K+ Cl Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 21 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 14. Quin ió és estrictament indispensable per provocar l'alliberament vesicular de neurotransmissors? 15. Com actua un autoreceptor situat a la membrana presinàptica? 16. Quina combinació iònica genera un potencial postsinàptic inhibitori (PPI)? 17. Com s'anomena el circuit on neurones col·laterals reactiven neurones anteriors de la cadena?

3 Neurotransmissors, neuromoduladors i mecanismes psicofarmacològics EN ACABAR SABRÀS Identificar els 7 criteris neurobiològics per definir un neurotransmissor. Diferenciar els mecanismes d'acció de fàrmacs agonistes i antagonistes sobre autoreceptors i receptors postsinàptics. Descriure el cicle complet de síntesi, degradació i reciclatge de l'acetilcolina. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 18 ¿Per què un verí que bloqueja l'acetilcolinesterasa provoca una paràlisi muscular continuada? Els missatgers químics coordinen tota la neurotransmissió i neuromodulació del sistema nerviós.

Per considerar formalment una substància com a neurotransmissor (NT), la investigació neurobiològica exigeix el compliment rigorós de criteris experimentals.

Calci extracel·lular a) Magnesi citosòlic b) Potassi intracel·lular c) Sodi extracel·lular d) Genera un nou potencial d'acció a) Bombeja ions de calci a l'exterior b) Degrada directament el neurotransmissor c) Inhibeix la síntesi i alliberament posterior d) Sortida de potassi o entrada de clor a) Entrada de potassi o sortida de clor b) Entrada de sodi o calci c) Tancament de canals de clor d) Circuit lineal a) Circuit convergent b) Circuit divergent c) Circuit reverberant d) Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 22 Criteris de definició d'un neurotransmissor Una molècula endògena ha de complir aquests set criteris essencials: Mecanismes d'inactivació del neurotransmissor Per evitar la saturació continuada dels receptors, l'acció a la fenedura sinàptica es dóna per acabada mitjançant tres processos principals: Mecanisme de captació i reciclatge del glutamat en astròcits per transportadors EATT.

Síntesi: ha de ser sintetitzada directament a l'interior de la neurona. 1 Localització: ha d'estar present als botons terminals presinàptics. 2 Alliberament: s'ha d'alliberar en quantitats suficients quan el terminal és estimulat. 3 Receptors: a la zona postsinàptica han d'existir receptors específics per a la substància. 4 Activitat postsinàptica: l'alliberament fisiològic ha de generar potencials postsinàptics determinables. 5 Mimetisme exogen: la seva aplicació experimental exògena ha de reproduir exactament els mateixos efectes que el neurotransmissor natural. 6 Inactivació: ha d'existir un mecanisme bioquímic específic encarregat d'eliminar-la o inactivar-la.

7 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 23 Diagrama de la desactivació de neurotransmissors per enzims a la fenedura sinàptica. Recaptació: el terminal presinàptic utilitza proteïnes de transport de membrana específiques (recaptadors) per recuperar les molècules de NT i emmagatzemar-les novament a les vesícules mitjançant transportadors vesiculars (com els VGLUT per al glutamat). Desactivació enzimàtica: enzims específics ubicats a la fenedura o membranes veïnes hidrolitzen o trenquen la molècula, deixant-la sense activitat biològica.

Captació glial: cèl·lules com els astròcits i la micròglia retiren el NT del medi extracel·lular mitjançant transportadors d'aminoàcids excitatoris (EATT), reciclant-lo químicament (per exemple, transformant glutamat en glutamina mitjançant la glutamina sintetasa abans de retornar-lo a la neurona). COMPROVA-HO 19 Quina conseqüència tindria sobre la cèl·lula postsinàptica un bloqueig farmacològic dels sistemes de recaptació presinàptics? Mecanismes d'actuació psicofarmacològica Els psicofàrmacs aprofiten la maquinària fisiològica natural de les sinapsis químiques.

Per exercir efectes sobre el sistema nerviós central, aquestes substàncies han de ser capaces de superar la barrera hematoencefàlica. Segons la direcció del seu efecte biològic es classifiquen en: Agonista (AGO): fàrmac que afavoreix, augmenta o mimetitza l'acció d'un neurotransmissor. Antagonista (ANT): fàrmac que bloqueja, redueix o interfereix en l'acció d'un neurotransmissor. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 24 Dianes d'acció dels fàrmacs agonistes i antagonistes al llarg de la sinapsi.

Les substàncies farmacològiques poden actuar en diferents fases del cicle sinàptic: Dianes del cicle sinàptic Mecanisme del fàrmac Efecte Exemples recollits Síntesi Actua com a precursor metabòlic Inactiva enzims de síntesi Agonista Antagonista L-DOPA per a dopamina PCPA per a serotonina Emmagatzematge Impedeix l'emmagatzematge en vesícules Antagonista Reserpina (monoamines) Alliberament Estimula l'alliberament vesicular Inhibeix l'alliberament vesicular Agonista Antagonista Vení de l'aranya viuda negra (ACh) Toxina botulínica (ACh) Receptors postsinàptics Estimula directament receptors Bloqueja els receptors postsinàptics Agonista Antagonista Nicotina i muscarina (ACh) Curare i atropina (ACh) Autoreceptors Estimula els autoreceptors Bloqueja els autoreceptors Antagonista Agonista Apomorfina (dopamina) Clonidina (noradrenalina) Inactivació Bloqueja la recaptació de membrana Inactiva enzims degradadors (com AChE) Agonista Agonista Cocaïna (dopamina) Fisostigmina (ACh) Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 25 Interacció molecular amb els receptors L'acoblament dels fàrmacs als receptors postsinàptics es pot donar per dues modalitats bioquímiques: Interacció dels fàrmacs en receptors: unions competitives i no competitives.

ERROR FREQÜENT Confondre l'efecte de modular els autoreceptors. L'estimulació d'un autoreceptor actua com a antagonista global perquè redueix l'alliberament del neurotransmissor, mentre que el bloqueig de l'autoreceptor actua com a agonista perquè impedeix aquest fre natural. Classificació i caracterització dels neurotransmissors: l'acetilcolina Per caracteritzar plenament un NT s'ha d'estudiar la seva via de síntesi, els mecanismes d'inactivació, les famílies de receptors que posseeix, les seves funcions fisiològiques i la seva farmacologia.

Els neurotransmissors es classifiquen en diverses grans famílies químiques: Unió competitiva (directa): el fàrmac s'uneix exactament al mateix lloc d'unió que el neurotransmissor endogen. Si obre el canal actua com a agonista directe; si l'ocupa impedint que el NT s'hi uneixi, actua com a antagonista directe. 1 Unió no competitiva (indirecta): la molècula s'acobla a un lloc al·lostèric diferent del punt d'unió del neurotransmissor. Si facilita l'activació del receptor és un agonista indirecte; si impedeix la seva funció actua com a antagonista no competitiu.

2 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 26 Molècules petites: acetilcolina (ACh), aminoàcids (com glutamat i GABA) i monoamines (com dopamina, noradrenalina i serotonina). Neuropèptids: cadenes llargues d'aminoàcids. Gasos: missatgers solubles. Estructura química de la molècula d'acetilcolina. Distribució de l'acetilcolina en els sistemes nerviós somàtic i autònom. L'acetilcolina (ACh) és una molècula petita formada per la unió èster de dos components: acetat i colina. Va ser el primer neurotransmissor identificat en la història de la neurociència. Està present tant al sistema nerviós central (SNC) com al sistema nerviós perifèric (SNP).

És el transmissor de la unió neuromuscular en el sistema somàtic i té un paper clau al sistema nerviós autònom: A la divisió simpàtica, s'allibera a les sinapsis ganglionars preganglionars. A la divisió parasimpàtica, és secretada tant pels axons preganglionars com pels postganglionars sobre els òrgans efectors (cor, múscul llis i glàndules). Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 27 Via de síntesi d'acetilcolina a partir de colina i acetil-CoA catalitzada per la CAT. Mecanisme d'inactivació d'acetilcolina per l'AChE i recaptació presinàptica de colina.

El metabolisme de l'acetilcolina presenta una via específica de reciclatge: Síntesi: l'enzim colina acetiltransferasa (CAT) transfereix el grup acetat de l'acetil coenzim A (acetil-CoA) a la colina lliure, generant molècules d'ACh i alliberant coenzim A (CoA). 1 Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 28 CICLE Cicle metabòlic de l'acetilcolina a la sinapsi 1. Recaptació de colina: Ingrés de colina mitjançant un transportador presinàptic 2. Síntesi per CAT: Transferència d'acetat de l'acetil-CoA a la colina 3. Emmagatzematge i exocitosi: Alliberament del neurotransmissor a la fenedura 4. Activació de receptors: Unió a receptors nicotínics o muscarínics 5.

Hidròlisi per AChE: Degradació enzimàtica en acetat i colina IDEES CLAU Un neurotransmissor ha de complir 7 criteris: síntesi, presència terminal, alliberament per estímul, receptors, potencials, mimetisme i inactivació. La fenedura sinàptica neteja el neurotransmissor mitjançant recaptació, degradació enzimàtica o suport de cèl·lules glials. Els psicofàrmacs modulen sinapsis naturals com a agonistes (afavoreixen el NT) o antagonistes (bloquegen el NT). La unió competitiva comparteix lloc d'acoblament amb el lligand, mentre que la no competitiva utilitza llocs al·lostèrics.

L'acetilcolina és sintetitzada per la CAT a partir d'acetil-CoA i colina, i desactivada per l'acetilcolinesterasa (AChE). Degradació a la fenedura: l'enzim acetilcolinesterasa (AChE) trenca ràpidament l'ACh, dividint-la en ió acetat i molècules de colina. 2 Reciclatge presinàptic: un transportador específic de colina recupera la colina lliure cap a l'interior del botó terminal per tornar a iniciar la síntesi d'ACh. 3 1 Recaptació de colina 2 Síntesi per CAT 3 Emmagatzematge i exocitosi 4 Activació de receptors 5 Hidròlisi per AChE Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 29 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 20.

¿Quin efecte farmacologic té la toxina botulínica sobre la transmissió de l'acetilcolina i per quin mecanisme? 21. ¿Quin destí pateixen els productes resultants de la degradació de l'acetilcolina per part de l'AChE? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 22. Quin enzim és el responsable de la unió entre acetil-CoA i colina? 23. Com actua un fàrmac que bloqueja selectivament la recaptació de dopamina com la cocaïna? 24. Quina funció té la unió d'un fàrmac a un lloc al·lostèric distint del lloc del neurotransmissor? 25. Quin neurotransmissor és utilitzat a la placa motora de la unió neuromuscular?

4 Resum per repassar Excitabilitat neuronal i potencials elèctrics Conceptes bàsics sobre el funcionament bioelèctric de la membrana neuronal. Concepte Què és Potencial de repòs Diferència de càrrega elèctrica a través de la membrana (interior negatiu) mantinguda per gradients iònics i la bomba de Na /K . Potencial d'acció Inversió ràpida i transitòria de la polaritat de membrana que segueix la llei del tot o res i s'origina al con axònic.

Colina acetiltransferasa a) Acetilcolinesterasa b) Glutamina sintetasa c) Glutaminasa d) Com a inhibidor de síntesi a) Com a antagonista directe b) Com a agonista c) Com a antagonista competitiu d) Inactivació per exocitosi a) Acció competitiva directa b) Acció no competitiva c) Degradació del receptor d) Acetilcolina a) Noradrenalina b) Serotonina c) Dopamina d) Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 30 Concepte Què és Despolarització Canvi del potencial de membrana cap a valors més positius, causat habitualment per l'entrada massiva d'ions sodi. Repolarització Retorn del potencial cap al valor basal negatiu gràcies a la sortida d'ions potassi.

Període refractari absolut Interval durant el qual la neurona no pot generar cap altre potencial d'acció per inactivació dels canals de sodi. Període refractari relatiu Fase d'hiperpolarització per eflux de potassi en què cal un estímul superior a l'habitual per desencadenar un potencial. Conducció saltatòria Propagació ràpida de l'impuls entre els nòduls de Ranvier en axons mielinitzats, amb menor despesa energètica. Potencial gradual Canvi local de voltatge que perd amplitud amb la distància i varia de forma proporcional a la intensitat de l'estímul. Transmissió sinàptica i integració Mecanismes de comunicació intercel·lular i processament dels senyals rebuts.

Concepte Què és Sinapsi elèctrica Connexió ràpida i bidireccional mitjançant unions en fenedura que sincronitza l'activitat de cèl·lules veïnes. Sinapsi química Comunicació unidireccional mitjançant neurotransmissors alliberats a la fenedura per exocitosi dependent de calci. Receptor ionotròpic Canal iònic regulat directament per lligand que produeix respostes postsinàptiques ràpides. Receptor metabotròpic Receptor acoblat a proteïnes G que modula canals o activa segons missatgers amb efectes més lents i duradors. Potencial postsinàptic excitatori (PPE) Despolarització local produïda generalment per l'entrada de sodi a la cèl·lula postsinàptica.

Potencial postsinàptic inhibitori (PPI) Hiperpolarització postsinàptica causada per l'entrada de clor o la sortida de potassi. Sumació temporal Addició algebraica de potencials postsinàptics consecutius provinents d'un mateix botó terminal a gran freqüència. Sumació espacial Integració simultània al con axònic de múltiples potencials generats en diferents punts de la neurona. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 31 Neurotransmissors i psicofarmacologia Criteris neuroquímics, modulació farmacològica i metabolisme colinèrgic. Concepte Què és Autoreceptor Receptor de la membrana presinàptica que regula negativament la síntesi i l'alliberament del propi neurotransmissor.

Fàrmac agonista Substància que mimetitza, afavoreix o incrementa els efectes biològics d'un neurotransmissor. Fàrmac antagonista Substància que bloqueja, atenua o impedeix l'acció d'un neurotransmissor sobre els seus receptors. Unió competitiva Interacció en què el fàrmac competeix directament pel mateix lloc d'unió que el lligand endogen. Unió no competitiva Interacció del fàrmac en un lloc al·lostèric diferent del lloc principal del neurotransmissor. Acetilcolina (ACh) Neurotransmissor de la unió neuromuscular i del sistema nerviós autònom format per acetat i colina. Colina acetiltransferasa (CAT) Enzim responsable de la síntesi d'acetilcolina a partir d'acetil-CoA i colina.

Acetilcolinesterasa (AChE) Enzim situat a la fenedura sinàptica que degrada ràpidament l'acetilcolina per permetre el reciclatge de la colina. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 32 Solucions de les preguntes de repàs 1. Perquè sense la despesa energètica continuada de la bomba de Na /K , la fuita passiva d'ions acabaria esborrant el gradient electroquímic necessari per generar senyals elèctrics. 2. La força de difusió química l'empeny cap a l'exterior perquè està més concentrat al citosol, mentre que la pressió electroestàtica el reté a l'interior perquè el fons cel·lular és negatiu. 3.

En estar confinada l'entrada i sortida d'ions als nòduls de Ranvier, cal mobilitzar menys ions en el total de l'axó, de manera que les bombes de Na /K gasten molt menys ATP per restaurar els gradients. 4. El període refractari absolut del segment que s'acaba de despolaritzar, causat per la inactivació dels canals de sodi dependents de voltatge. 5. La difusió facilitada transporta substàncies a favor de gradient electroquímic sense despesa d'energia, mentre que el transport actiu bombeja en contra de gradient consumint ATP. 6. c) Extreu 3 Na+ i introdueix 2 K+. La bomba sodi-potassi hidrolitza ATP per expulsar tres ions Na+ i internalitzar dos ions K+ cap al citosol. 7. c) Inactivats.

Els canals de sodi estan temporalment inactivats per la seva comporta d'inactivació i no poden tornar-se a obrir. 8. c) Disminueix progressivament amb la distància. Els potencials graduats presenten propagació passiva decremental i perden amplitud a mesura que s'allunyen de l'origen. 9. d) Velocitat aproximadament 50 vegades superior. La mielinització incrementa la velocitat de transmissió al voltant d'un factor 50 i redueix el consum energètic. 10. Suma algebraicament al con axònic tots els potencials excitatoris i inhibitoris; només si la xifra final arriba al llindar crític dispararà un potencial d'acció. 11.

La sinapsi química, gràcies a la diversitat de molècules transmissives, cascades enzimàtiques intracel·lulars i tipus de receptors. 12. La sumació temporal integra potencials successius d'una mateixa sinapsi que descarrega a gran freqüència, mentre que l'espacial integra senyals simultanis originats en múltiples terminals distribuïts per la membrana. 13. Com que el té major concentració a l'exterior, en obrir-se el canal entra al citosol aportant càrregues negatives que fan més negatiu el potencial de membrana (PPI). 14. a) Calci extracel·lular. L'obertura de canals de Ca2+ dependents de voltatge i la seva entrada massiva al terminal dispara l'exocitosi de les vesícules. 15.

d) Inhibeix la síntesi i alliberament posterior. Els autoreceptors serveixen de retroalimentació negativa per limitar la quantitat de transmissor secretat. 16. a) Sortida de potassi o entrada de clor. Tant la pèrdua de càrregues positives (sortida de K+) com l'adquisició d'anions (entrada de Cl-) produeixen hiperpolarització. 17. d) Circuit reverberant. Els circuits reverberants presenten bucles de retroalimentació que retornen el senyal a etapes precedents. 18. Perquè impedeix la destrucció de l'acetilcolina, deixant els receptors de la placa motora permanentment saturats i impedint la repolarització cel·lular. 19.

El neurotransmissor romandria més temps actiu a la fenedura, provocant una activació continuada i amplificada dels receptors postsinàptics. 20. Actua com a antagonista bloquejant l'alliberament vesicular d'acetilcolina cap a la fenedura sinàptica. Cl Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 33 21. La colina és recuperada directament cap al terminal presinàptic mitjançant un transportador per sintetitzar nova acetilcolina, mentre que l'acetat es dissipa. 22. a) Colina acetiltransferasa. La colina acetiltransferasa (CAT) catalitza la transferència de l'acetat de l'acetil-CoA a la molècula de colina. 23. c) Com a agonista.

En impedir la recaptació, manté més temps el neurotransmissor a la fenedura, potenciant el seu efecte com a agonista. 24. c) Acció no competitiva. La unió en un lloc separat del centre actiu del lligand caracteritza els agonistes o antagonistes no competitius. 25. a) Acetilcolina. L'acetilcolina és el neurotransmissor exclusiu emprat per les motoneurones somàtiques a la unió neuromuscular. Excitabilitat, Sinapsi i Neurotransmissors: EFSN 34