UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO” DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD PROGRAMA DE MEDICINA SECCIÓN BIOQUÍMICA
Unidad III Bases Bioquímicas de la Neurotransmisión
Prof. Luis Labrador
Sinapsis
Zona especializada de contacto entre las neuronas donde tiene lugar la transmisión de la información.
→ zona de contacto especializada entre una célula presináptica y una célula postsináptica (nerviosa, muscular o glandular), siendo el flujo de información de la 1ª a la 2ª. → Tipos:
• Eléctricas: poco frecuentes en mamíferos • Químicas: la inmensa mayoría
Sinapsis eléctricas • El potencial de acción se transmite a la neurona postsináptica por el flujo directo de corriente: continuidad entre citoplasmas. • La distancia entre membranas es de unos 3 nm. •El flujo de corriente pasa a través de uniones comunicantes (gap junctions) formadas por conexinas. Es bidireccional. • El hexámero de conexinas forma el conexón. • Función: desencadenar respuestas muy rápidas.
Sinapsis químicas • Liberación de un neurotransmisor (NT) cuando llega el potencial de acción al terminal presináptico • El NT difunde por la hendidura sináptica hasta encontrar los receptores postsinápticos • Unidireccional • Existe retraso sináptico (0,5 ms). • Distancia entre membrana pre y postsináptica: 20-40
nm
Sinapsis eléctrica vs. químicas
1. Distancia corta entre la membrana pre y post sináptica Hendidura sináptica 30-400 nm 2. Continuidad física entre los citoplasmas Sin continuidad 3. Transmisión de la información por corriente iónica Neurotransmisores 4. Dirección de la transmisión: BIDIRECCIONAL UNIDIRECCIONAL 5. Ausencia de retraso sináptico Retraso sináptico
Sinapsis químicas
La unión neuromuscular como ejemplo de la sinapsis química con ALTA DIRECCIONALIDAD
Sinapsis químicas
La sinapsis post-ganglionar como ejemplo de sinapsis química con BAJA DIRECCIONALIDAD
400nm
Tipos de Sinapsis químicas
Axoaxonicas: terminales axónicos conectados con otros terminales axónicos
Axosomáticas: terminales axónicos conectados con el cuerpo o soma de otra neurona
Axodendrítica: terminales axónicos conectados dendrítas de otra neurona
Tipos de Sinapsis químicas
“Clasificación de GRAY”
1. Dendrita 2. Axón
GRAY tipo I 3. Espina dendrítica 4. Sinapsis axo-dendrítica 5. Sinapsis axo-somática 6. Vesículas sinápticas
GRAY tipo II
7. Proyecciones o cuerpos densos presinápticos 8. Espacio sináptico 9. Densidad post-sináptica 10. Zona activa
Sinapsis químicas: Caracteristicas de la sinápsis: Unión Neuromuscular
Sinapsis qu铆micas: Liberaci贸n del Neurotransmisor. Depende por gradiente de calcio
Tipos de vesículas sinápticas
Vesículas Pequeñas: 40-60nm Claras y agranular • Acetilcolina •GABA •Glutámico
Vesículas Grandes: >80nm Cuerpo denso y granular • Dopamina •Noradrenalina •5-HT •Neuropeptidos
Ambos tipos de vesículas pueden coexistir en una misma terminal nerviosa
Almacenamiento de los Neurotransmisores
“Además las vesículas pueden almacenar otros compuestos junto con el Neurotransmisor: ATP, Cromogreninas, Enzimas.” Síntesis de vesículas Grandes Vesículas de cuerpo denso: Aparato de Golgi en el cuerpo neuronal. Pequeñas Vesículas: En la terminal nerviosa. Funciones de las vesículas • Almacenar el neurotransmisor una vez sintetizados.
• Permitir que la sinápsis disponga de depósitos de neurotransmisor. • Necesaria para el transporte y exocitosis. • Implicados en la síntesis de neurotransmisores.
Proteínas de la membrana vesicular
Proteínas integrales que permiten el almacenamiento del neurotransmisor. Proteínas que median la estabilidad fisicoquímica de la estructura vesicular. Proteínas integrales y periféricas implicadas en el transporte, movilización y fusión de la membrana vesicular con la membrana neuronal y el procesos de exocitosis.
Rab 3A Sinaptótagmina
VAMPs
SNAP-25 Toxína Tetanica Toxína Botulinica α-latrotoxína
NEUREXINAS
SINTAXINAS
Vesículas de reserva y liberables
Unidas al citoesqueleto por la SINAPSINAS (afinidad a la ACTINA en estado desfosforilado). Al ser fosforiladas por CAMKINASAS II, la SINAPSINAS pierden afinidad por la ACTINA y libera la vesícula para que pueda ser exocitada. No liberables
Liberables
Liberaci贸n de Neurotransmisor Formaci贸n del complejo SNARE
Liberaci贸n de Neurotransmisor Disociaci贸n del complejo SNARE
Liberaci贸n de los Neurotransmisores
PA alcanza el terminal del ax贸n Canales de Ca2+ se abren
Entra Ca2+ Exocitosis de las ves铆culas del neurotransmisor
Elementos postsinápticos
Es donde reside la función receptiva de la Sinápsis Química
Receptores Densidades postsinápticas Especializaciones fibrosas del citoesqueleto de la neurona postsináptica que se adhiere a la zona interna de la membrana y que se ubica “frente a frente” con las zonas activas de la membrana presináptica.
Las proteínas que la componen participan en: 1. Agrupamiento y organización de receptores y canales
2. Adhesión y estructuración de las uniones sinápticas
El proceso de Transmisión Química
Los eventos o pasos que constituyen el proceso de Transmisión Química son:
1. Síntesis de Neurotransmisores. 2. Almacenamiento del Neurotransmisor en las vesículas sinápticas. 3. Liberación del Neurotransmisor al Espacio Sináptico. 4. Interacción del Neurotransmisor con sus Receptores. 5. Eliminación del Neurotransmisor del Espacio Sináptico.
Propiedades de los Neurotransmisores
•Se encuentran en el terminal pre-sináptico del axón. •Las enzimas necesarias para su síntesis se encuentran en la neurona presináptica.
•Estimulación en condiciones fisiológicas da a lugar a su liberación. •Existen mecanismo (Dentro de la unión sináptica) para la interrupción rápida de su acción.
•Su aplicación en la célula postsináptica imita la acción de la estimulación nerviosa. •Los fármacos que modifican el metabolismo del neurotransmisor han de tener
efecto fisiológico predecible in vivo
Sustancias Neurotransmisoras
Monoaminas o aminas biógenas:
Ésteres:
• Catecolaminas: dopamina (DA), noradrenalina (NE) y adrenalina (Epi) • Indolaminas: triptamina, serotonina (5-HT), melatonina (Mel) y bufotenina
Acetilcolina (Ach)
Aminoácidos:
• Tironaminas: 3-iodotironamina • Tiramina
• Histamina (H)
Glicina (Gly) Taurina
• ß-feniletilamina • Octopamina
Ácido gamma-aminobutírico (GABA)
Ácido glutámico (Glu) Responsables del 90% de la transmisión química de la Sinápsis del SNC
Ácido aspártico
Neuropeptidos
Sinapsis químicas: unión del NT al receptor
El NT se debe unir a proteínas receptoras específicas en la membrana postsináptica. Esta unión origina un cambio de conformación del receptor. Dos principales categorías de receptores: • Canales iónicos operados por ligando: receptores ionotrópicos • Receptores acoplados a proteínas G: receptores metabotrópicos
Sinápsis químicas
Los receptores median los cambios en el potencial de membrana de acuerdo con:
– La cantidad de NT liberado – El tiempo que el NT esté unido a su receptor Existen dos tipos de potenciales postsinápticos: • PEPS – potencial excitatorio postsináptico: despolarización transitoria (apertura de canales Na+). Un solo PEPS no alcanza el umbral de disparo del potencial de acción. • PIPS – potencial inhibitorio postsináptico: la unión del NT a su receptor incrementa la permeabilidad a Cl- y K+, alejando a la membrana del potencial umbral.
Sinapsis quĂmicas: tipos
Sinapsis químicas: tipos
• El NT puede conducir a PEPS o PIPS Cada Sinapsis puede ser solo excitatoria o inhibitoria • Potenciales Sinápticos Rápidos – Apertura directa de los canales químicos iónicos – Corta duración • Potenciales Sinápticos Lentos – Involucran a proteínas G y segundos mensajeros – Pueden abrir o cerrar canales o cambiar la composición de proteínas de la neurona – Larga duración
Sinapsis químicas: eliminación del NT
Mientras el NT esté unido a su receptor se está produciendo el potencial (PEPS o PIPS), por tanto es necesario eliminar el NT ¿Cómo?: • Recaptación a la terminacion nerviosa presinaptica mediante transporte activo 2º (NT no peptídicos). •Degradación (proteolisis de neuropépidos).
• Difusion lejos de la membrana postsinaptica.
recaptación 3 Recaptación
Difusión 1
Degradación
2
Integración sináptica Si un único PEPS no induce un potencial de acción y un PIPS aleja a la membrana del umbral, ¿Cómo se produce un potencial de acción?
Circuitos neuronales
Sistema ColinĂŠrgico
Sistema ColinĂŠrgico
Acetilcolina
Síntesis de la Acetilcolina
Colina + Acetil CoA
Acetilcolina + CoA Colina Acetil Transferasa (CAT o ChAT)
CAT:
•Sintetizada en cuerpo celular. •Localizada en el citoplasma del terminal nervioso. •En SNC, encontrada en regiones donde se lleva a cabo la síntesis de Acetilcolina (Altas concentraciones en Núcleo Caudado, pero muy bajas concentraciones en Cerebelo). •En la sinápsis colinérgica: preferiblemente presináptica (marcador fundamental de la neurona colinérgica).
SĂntesis de la Acetilcolina
Citrato
Citrato liasa
Acetil CoA
Colina
CAT Piruvato Acetilcolina (ACCH) Citoplasma sinaptosomal
Sistemas de captaci贸n de colina
Fosfol铆pidos
Acetilcolina Colina
Colina
Sistema de Captaci贸n de Colina
Colinesterasa
Colina
Colina
Acetato
Sistemas de captaci贸n de colina (SCC)
La colina captada tiene dos destinos: 1. Formaci贸n de compuestos diversos 2. S铆ntesis de Acetilcolina
La colina destinada a la s铆ntesis del transmisor: 1. 50% de Colina circulante 2. 50% desdoblamiento del NT
Degradación de colina
Acetilcolina
Colina + Acetato Colinesterasa (ACCHE, ACHE)
Colinesterasas: • Sumamente abundantes • Baja especificidad de sustrato: Acetilcolina, ésteres de colina ACHE VERDADERAS: Afinidad por ACCH Inhibidas por sustrato Localizadas en tejido neuronal ACHE FALSAS: Especificidad por Butirilcolina
Colinesterasas: Formas moleculares
Colinesterasas: Mecanismo catalítico para la hidrólisis de la Acetilcolina Implica la formación de un Complejon intermediario Tetrahédrico y la acilación de la colinesterasa
Colinesterasas: Mecanismo catalĂtico para la hidrĂłlisis de la Acetilcolina
Al final la enzima es regenerada por el ataque de una molĂŠcula de agua
Colinesterasas: Función estructural.
Adicionalmente a su función colinérgica convencional, la AChE participa en procesos de desarrollo y su secuencia contiene un dominio que se presenta en proteínas de adhesión celular como la glutactina, la neurotactina, la gliotactina y las neuroliginas. Cambios en su concentración o propiedades se presentan en algunas neuropatologías como el Alzheimer, Parkinson y miastenia gravis, aunque no son su causa.
Colinesterasas: Inhibición.
Inhibidores: • Tipo Edrofonio • Tipo Galamina • Tipo Neostigmina y Fisogtimina
• Tipo Organofosforados
Importancia
Regulación de la síntesis de Acetilcolina
Dos posibilidades de regulación:
1.
Colina Acetil Transferasa (poco probable: inhibidores de la enzima no modifican la síntesis de acetilcolina)
2.
Sistema de captación de Colina
Regulación de la síntesis de Acetilcolina Sistemas de captación o transpoprte de colina:
Baja afinidad • Km por Colina 30-100 M • Localización: ubicua • Función: Proveer de colina para la síntesis de fosfolípidos. • Ki para Hemicolinio 100 M • Na+ independiente
Alta afinidad • Km por Colina < 10 M • Localización: Terminación colinérgica presináptica • Función: Proveer de colina para la síntesis de Acetilcolina. • Ki para Hemicolinio 0,001 – 0,1 M • Na+, Cl- dependiente
En condiciones normales:
[Colina]p = 10 M
Colina
Km = 1 M
ACoA
SCC
Km = 1 mM
CAT
Acetilcolina En condiciones de alta demanda de síntesis de Acetilcolina:
Se garantizaría la síntesis necesaria incrementando el aporte de colina
¿Cómo aumentar el suministro de colina?
Cambios en la Km (eficiencia) no serían efectivos.
Colina
SCC Km = 1 M
ACTIVIDAD
[Colina]p = 10 M 100
Vmax
50 Km
1
[Colina] = M
10
Unica posibilidad: Aumentando su capacidad de transporte (Vmax)
Anestésicos:
la Vmax del SCC
Convulsivantes:
la Vmax del SCC
Almacenamiento y transporte de Acetilcolina
Acción de las toxinas botulínicas sobre los mecanismos de liberación de la acetilcolina
El conocimiento de este proceso ofrece una nueva vía de tratamiento para estas neurotoxinas ya que, al ser mediadas sus acciones por una actividad endopeptidásica cincdependiente, será posible utilizar inhibidores de esta endopeptidasa, como el captopril
Almacenamiento y transporte de Acetilcolina
La acetilcolina, una vez sintetizada, es almacenada en vesĂculas No toda la acetilcolina es almacenada. Existe acetilcolina libre.
El transportador vesicular de ACHH puede ser inhibido en forma específica por VESAMICOL
El Vesamicol no solo inhibe el transporte vesicular de Acetilcolina, sino también bloquea la liberación de acetilcolina.
Este bloqueo de la liberación de ACHH se lleva a cabo sin afectar la captación de colina de alta afinidad, la síntesis de ACHH, o en influjo de Calcio. Si la inhibición de la liberación del transmisor es secundario al bloqueo de su almacenamiento en vesículas, se podría inferir que la vesícula es requisito fundamental para la liberación de la ACHH.
Receptores Colinérgicos
Colinérgicos Agonista: Acetilcolina Nicotínicos
Muscarínicos
Agonista: Nicotina
Agonista: Muscarina, Pilocarpina
Antagonista:
Antagonista: Atropina
d-Tubocurarina
Heterogeneidad de Receptores colinérgicos
Receptores Colin茅rgicos
INTENSIDAD
INTENSIDAD
Respuesta
Ionotr贸pico TIEMPO
Latencia
TIEMPO Metabotr贸pico
Receptores Nicotínicos Na+ y K+ Ganglios simpáticos y parasimpáticos Unión neuromuscular Células de Renshaw (médula espinal) Médula suprarenal Cerebro (pequeñas cantidades) RN1= unión neuromuscular RN2= ganglionar
Pentamérico: compuesto por 4 cadenas polipeptídicas diferentes (2, , , )
Receptores Muscarínicos
Musculatura lisa inervada por fibras postganglionares parasimpáticas Tejido cardíaco Glándulas exocrinas
Cerebro (en gran cantidad)
Al menos 5 distintos genes de receptores muscarínicos han sido clonados (m1 a m5). Los clones m1 a m4 se correlacionan con los receptores M1 a M4 indentificados farmacológicamente.
Respuestas Bioquímicas primarias mediadas por receptores muscarínicos
Inhibición de la adenilciclasa M2 y M4
Estimulación de la Fosfolipasa C M1, M3 y M5
Regulación de Canales de K+ M2
Receptores presinápticos para Acetilcolina
Postsináptica
Presináptica Nicotínico ACH
ACH G
G M2
M1
La gran mayoría son Muscarínicos tipo M2 Fundamentalmente en corteza cerebral (regulan liberación de ACH) Incremento de la conductancia al ión Potasio
Receptores Purinérgicos
Neurona colinérgica
ACH
ACH ATP (-)
Receptor Purinérgico (A1)
(+)
ATP
ATP-asa Adenosina
Localización del Sistema Colinérgico
Funciones vitales tanto a nivel central como periférico:
• Disminución de fuerza y contracción miocárdica • Constricción de vias aereas pulmonares • Incremento de la motilidad Gastrointestinal • Incremento de secreción de glándulas sudoríparas • Vasodilatación • Actividad muscular esquelética A nivel del SNC:
• Está involucrado en procesos tales como memoria y aprendizaje. • Circulación cerebral • Estados fisiopatológicos: Enfermedad de Alzheimer, depresión, etc.
La acetilcolina es el transmisor a nivel de ganglio autonómico (simpático y parasimpático) Nervio Craneal o Sacro N. Colinérgica
Fibra Postganglionar
Nicotínico
ACH
N. Colinoceptiva
G Parasimpática R. Muscarínico (M1) Nervio ToracoLumbar N. Colinérgica
Nicotínico
Fibra Postganglionar
ACH
N. Colinoceptiva
G
Simpática R. Muscarínico (M1)
La acetilcolina es el transmisor a nivel de las sinápsis que forman las fibras postganglionares parasinápticas con:
G
Músculo liso R. Muscarínico (M2 y M3)
Corazón G
Nervio Craneal
R. Muscarínico (M2)
ACH Ganglio G
Glándulas Sudororiparas R. Muscarínico (M3)
La acetilcolina es el transmisor de las fibras colinérgicas que inervan la médula suprarenal
Fibra Colinérgica
Médula Suprarenal R. Nicotínico
La acetilcolina es el transmisor de los nervios motores voluntarios que inervan músculo esquelético
Nervio Motor
ACH
Fibra Muscular R. Nicotínico
La acetilcolina es el transmisor de las fibras postganglionares simpáticas que inervan glándulas sudoríparas, vasos sanguíneos de la cara, cuello y músculo esquelético.
Fibra Postganglionar
G
Ganglio Sináptico
ACH Simpática
Glándula Sudorípara R. Muscarínicos (M3)
Sinapsis Colin茅rgica
Modulaci贸n
La acetilcolina es el transmisor de las células de Renshaw (Médula espínal)
La acetilcolina es el transmisor a nivel del SNC: Circuitos locales Rutas que se proyectan Las vías colinérgicas en el SNC se pueden resumir en 2 grupos: LOS CIRCUITOS LOCALES, constituidos por interneuronas que se localizan en el núcleo accumbens, en el caudado-putamen y en los tubérculos olfatorios. Las otras vías parten del tabique medio, de los núcleos basales y del área preóptica magnocelular y se proyectan hacía estructuras corticales, al tubérculo olfatorio y al hipocampo. Un grupo parte de áreas troncoencefálicas y se proyectan hacía el tálamo, médula espinal, cerebelo y núcleo de los pares craneales
Sistema Catecolaminérgico
Grupo Catecol OH OH Cadena Aminada
Dopamina: -CH2-CH2-NH2 Noradrenalina: -CH-CH2-NH2 OH Adrenalina: -CH-CH2-NH-CH3 OH
Los tres Neurotransmisores comparten una ruta de síntesis común, partiendo del Aminoácido Tirosina
Sistema Catecolaminérgico Biosíntesis de las Catecolaminas Síntesis en: Cerebro Células Cromafines Ganglio Simpático Nervio Simpático
La síntesis se lleva a cabo principalmente en la terminal nerviosa La síntesis se lleva a cabo en el citoplasma y a partir del Aminoácido TIROSINA. TIROSINA: Transportado a cerebro por un mecanismo de transporte activo Sintetizado a partir de FENILALANINA por la Fenilalanina hidroxilasa en hígado
Sistema Catecolaminérgico Primer paso de la síntesis H2O2 Tirosina
DOPA Tirosina Hidroxilasa (TH)
Fe+2
Tirosina
Tirosina Hidroxilasa:
H2O
TH-H2
Tetrámero Estéreo-específico Requerimientos: Oxigeno, Fe2+, Tetrahidropteridina. Alto grado de especificad. Sistema de regeneración de Tirosina Hidroxilasa
Pteridina-H2
DOPA
TH
Pteridina-H4
PTERIDINA REDUCTASA TPNH + H+
TPN+
Dos formas de TH: TH-H2 (Reducida) = FORMA ACTIVA TH (Oxidada) = FORMA INACTIVA El paso limitante en la síntesis de catecolaminas es el catalizado por la TIROSINA HIDROXILASA. Actividad Enzimática
Unidades Comparativas
Tiroxina Hidroxilasa Dopa-Descarboxilasa Dopamina--Hidroxilasa
1 100-1000 100-1000
La síntesis de catecolaminas es reducida en un alto porcentaje cuando la enzima Tirosina Hidroxilasa en inhibida, y no cuando se inhiben las otras. La estimulación de los nervios sinápticos producen un aumento de la formación de DOPAMINA. Sin que exista un aumento de la cantidad de Tirosina Hidroxilasa (medida como proteína). La cantidad de TH se encuentra muy por encima a los requerimientos normales.
Inhibición de la Tirosina Hidroxilasa
Inhibición Competitiva: • Metil-Tirosina • Metil-Iodo-Tirosina • Metil-Hidroxi-Triptófano Inhibición por quelantes de hierro. Altas concentraciones de catecolaminas inhiben la TH. Compuestos capaces de inhibir la enzima Pteridina Reductasa
Sistema Catecolaminérgico Segundo paso de la síntesis
DOPA
DOPAMINA DOPA DESCARBOXILASA
La enzima también puede descarboxilar Histidina, Tirosina, Fenilalanina, 5-Hidroxitriptofano (DESCARBOXILASA DE LAMINOÁCIDOS AROMÁTICOS). COFACTOR: FOSFATO DE PIRIDOXAL (Vitamina B6). Enzima muy activa: Km para DOPA = 4x10-4 M
Sistema Catecolaminérgico Tercer paso de la síntesis
DOPAMINA
O2, Ascorbico, Cu++
NORADRENALINA
Dopamina--Hidroxilasa (DBH)
Unida a la membrana vesicular almacenamiento de catecolaminas.
o
gránulos
de
Inhibición por quelantes de cobre (Cisteína, Glutation, Mercaptoetanol y Coenzima A).
Sistema Catecolaminérgico Cuarto paso de la síntesis
NORADRENALINA 5-ADENOSIL-METIONINA
N-METIL-TRANSFERASA
5-ADENOSIL-HOMOSISTEINA
ADRENALINA
Donador de grupos metilo
SĂntesis de las Catecolaminas
3
1
2
4
Regulación de la Síntesis de las Catecolaminas
El grado de actividad de una neurona catecolaminérgica no influencia los niveles endógenos de catecolaminas. Cuando incrementa la actividad, existe una mayor liberación, sin embargo la concentración endógena de catecolaminas permanece sin modificación
Es posible concluir que en los momentos de actividad funcional aumentada, donde existe una gran liberación, la concentración endógena se mantiene en los niveles normales debido a un incremento de la síntesis
Regulación de la Síntesis de las Catecolaminas
H2O2
“Por otra parte, la despolarización neuronal origina la activación de TH
H2O Fe+2
Tirosina
DOPA
mediada por un aumento de la afinidad de la enzima por el cofactor PTERIDINA
TH-H2
TH
y una disminución de la afinidad por los productos finales (Noradrenalina y Dopamina)”
Pteridina-H2 Sistema de regeneración de Tirosina Hidroxilasa
Pteridina-H4
PTERIDINA REDUCTASA TPNH + H+
TPN+
Regulación de la [Catecolaminas] endógenas
La frecuencia de activación neuronal modula la actividad de Tirosina Hidroxilasa por fosforilación de la enzima por varias
Quinasas: PKA CAMkinasa II PKC
Incremento de actividad Disminución del efecto
Inhibitorio de sustrato
Almacenamiento de las Catecolaminas
Son almacenadas en:
GVDC contienen:
• Pequeñas vesículas sinápticas
Catecolaminas
(PVS). • Grandes vesículas de cuerpo denso (GVCD).
ATP Neuropéptidos Dopamina-β-hidroxilasa
• Granulos cromafines. Más de la mitad de las vesículas en
PVS contienen:
los terminales
Catecolaminas
catecolaminérgicos se
ATP
corresponden con GVCD
Almacenamiento de las Catecolaminas
Funciones de las vesículas catecolaminérgicos:
• Almacenamiento del NT. • Mediadoras de la liberación. • Acción protectora contra MAO. • Permiten la transmisión de DOPAMINA a NORADRENALINA.
Vesícula catecolaminérgica
La liberación parece estar modulada por la frecuencia de estimulación: • Bajas frecuencias de estimulación: las PVS liberan tanto catecolaminas como ATP. • Altas frecuencias de estimulación: las GVCD liberan su contenido. • Una misma neurona, conteniendo dos tipos de vesículas de
comporta dependiendo de la frecuencia: Como ADRENERGICA Como PEPTIDERGICA.
Almacenamiento de las Catecolaminas
GVCD
GVCD NP
Ca++ Ca++
Ca++
PVS Ca++
NT Un solo potencial de acci贸n
Ca++
Ca++ Ca++
Ca++ Ca++
PVS
Ca++
NT Alta frecuencia de actividad Neuronal
Regulación de la liberación
Receptores presinápticos:
• Autoreceptores (Para el transmisor catecolaminérgico) su activación disminuye la liberación.
• Autoreceptores para el cotrasmisor (ATP y neuropeptidos) su activación modula la liberación de catecolaminas (+ o -).
Degradación de las Catecolaminas
Característica principal: REACCIONES LENTAS Enzimas: Específicas: • MAO (Monoamino Oxidasa). • COMT (Catecol-ortometil-transferasa). No específicas: • ADH (Aldehido Deshidrogenasa). • AR (Aldehido Reductasa). Independientemente de cual enzima (MAO, COMT) actúe primero, los catabolitos producidos para una determinada catecolamina serán siempre los mismos.
Degradaciﾃｳn de las Catecolaminas
CH2-CH2-NH2
OH OH
COMT
MAO ADH
Principal metabolito de DA en SNC. CH2-CH2-NH2
Su concentraciﾃｳn indica la actividad Dopaminﾃｩrgica. ﾃ，IDO HOMOVANILICO
OH
CH2-COOH
OCH3
OH OH
CH2-COOH
MAO ADH
COMT OH OCH3
Degradaci贸n de las Catecolaminas
OH CH-CH2-NH2 OH
MAO
MAO
OH
OH
OH
NORADRENALINA
CH2-CHO
CH2-CHO OH
OH OH
OH
Aldehido reductasa
Aldehido Deshidrogenasa OH
OH
CH2-CH2-HO
CH2-COOH
OH
OH OH
OH
Degradaciﾃｳn de las Catecolaminas
OH
OH
CH2-CH2-HO
CH2-COOH
OH
OH OH
OH
COMT
COMT OH
OH
CH2-CH2-HO
CH2-COOH
OH
OH OCH3
Metoxi hidroxi Fenil Glicol
OCH3
ﾃ…ido Metoxi Hidroxi Mondilico (VMA)
Degradación de las Catecolaminas
Moamino Oxidasa (MAO) Localizada tanto presináptica como post-sináptica (Inclusive tejido Glial). No degrada catecolaminas en el espacio sináptico. La degradación se lleva a cabo una vez que las catecolaminas son recaptadas.
Dos isoenzimas: A y B MAO Tipo A: preferentemente en neuronas catecolaminérgicas. MAO Tipo B: en neuronas serotominérgicas y tejido Glial
Proceso de recaptación de las Catecolaminas
La recaptación se lleva a cabo mediante transportadores específicos localizados en la
El proceso de captación es: Dependiente de Na+ Saturables, cinética hiperbólica.
membrana de la neurona
Específico por sustrato.
catecolaminérgica.
Dependiente de energía.
Transporta catecolaminas contra un Transportador para NA. Transportador para DA.
gradiente. Puede ser inhibido selectivamente. COCAINA Antidepresivos Tricíclicos
Subtipos de Receptores humanos para la Dopamina
D1-like
D2-like
D1
Ds
D2
D3
D4
Amino ácidos
446
477
415/444
400
387
Cromosomas
5
4
11
3
11
AMPc Canales K+ Canales Ca2+
AMPc Canales K+ Canales Ca2+
AMPc Canales K+ Canales Ca2+
Núcleo acumbe Cerebro medio
Hipotálamo Tubérculo olfatorio
Corteza frontal Medula Cerebro medio Núcleo acumbe
Vías efectoras
AMPc
AMPc
Distribución
Corteza cerebral Núcleo acumbe
Hipocampo Hipotálamo Corteza Cerebral
Subtipos de Receptores humanos α2-Adrenérgico
2A
2B
2D
Amino ácidos
430-476
510
560
Cromosomas
8
5
20
Vías efectoras
AMPc
AMPc
AMPc
Distribución
Páncreas Intestino delgado Hipocampo
Hígado Tálamo
Corazón Bulbo olfatorio Hipocampo Aorta
Subtipos de Receptores humanos 1-Adrenérgico
α1A
α1B
α1D
Amino ácidos
430/476
515
560
Cromosomas
8
5
20
Vías efectoras
Ca++, PKC
Ca++, PKC
Ca++, PKC
Distribución
Corazón Hígado Cerebelo Corteza cerebral Vasos sanguíneos
Bazo Cerebro fetal Vasos sanguíneos
Aorta Corteza cerebral
Subtipos de Receptores humanos β-Adrenérgico
1
2
3
Amino ácidos
477
413
402/408
Cromosomas
10
5
8
Vías efectoras
AMPc
AMPc
AMPc
Corazón Riñón Corteza cerebral Hipotálamo
Pulmón Hígado Cerebelo Hipocampo Corteza cerebral Musculo liso Bulbo olfatorio
Cerebro (?)
Distribución
SEROTONINA Normalmente, casi el 90% de la
serotonina del cuerpo se encuentra en el intestino. Solo el 1-2% de serotonina total corporal se localiza en el SNC. La 5-HT no atraviesa la barrera hematoencefalica. Las células nerviosas sisntetizan su propia 5-HT. Esta involucrada en depresión, placer , conducto sexual, esquizofrenia,…
SEROTONINA Síntesis En personas normales, la síntesis de Serotonina sólo corresponde al 1% del metabolismo del Triptófano.
La captación de Triptófano por la neurona: El sustrato primario para la, síntesis de Serotonina es el aminoácido Triptófano, el cual es captado por la célula nerviosa, a través de un mecanismo transportador inespecífico. La entrada de triptófano al SNC estaría relacionada con: Su concentración en Sangre.
La concentración de otros aminoácidos.
SEROTONINA Síntesis Hidroxilación del triptófano COOH
COOH CH2-CH-NH2
N
HO
Triptófano-5-monoxigenasa (Triptófano Hidroxilasa)
CH2-CH-NH2
N
La triptófano Hidroxilasa: enzima específica para el Neurotrasmisor serotoninca. Requiere Oxígeno molecular y Pteridina reducida. Km = 60M (concentración neuronal de TRIPTÓFANO entre 3060M)
SEROTONINA Síntesis Se puede inferir que: La enzima trabaja a baja eficiencia. La síntesis de 5-HT aumentara cuando la concentración de triptófano aumente. Inhibida específicamente e irreversiblemente por P-CLOROFENILALANINA. COOH CH2-CH-NH2 Cl N
SEROTONINA Síntesis DESCARBOXILACIÓN DEL 5-OH TRIPTOFANO COOH HO
HO
CH2-CH-NH2
N
También denominada AROMATICOS.
CH2-CH2-NH2
5-OH triptófano descarboxilasa
DESCARBOXILASA
N
DE
AMINOÁCIDOS
Enzima idéntica a la DOPA-DESCARBOXILASAS, que intervienen en la síntesis de catecolaminas.
Km = 1-5M (Km bajo, pero no se encuentra saturada por 5-OH triptófano en condiciones fisiológicas)
SEROTONINA Síntesis Entonces la concentración de 5-HT puede aumentarse no solo con la administración de Triptófano sino tambien con la de 5-OH-
Triptófano.
Sin
embargo,
debido
DESCARBOXILASA
a
DE
la
naturaleza
AMINOÁCIDOS
inespecifica
de
la
AROMATICOS,
la
administración del precursor 5-OH-Triptófano puede originar que las numerosas células catecolaminérgicas sinteticen en forma inespecífica 5-HT.
SEROTONINA Catabolismo HO
CH2-CH2-NH2
Dependiendo de la relaci贸n NAD/NADH que exista en el tejido
N
Monoamino Oxidasa Tipo A (MAO) HO HO
CH2-CH2-OH
CH2-CHO N
5-hidroxi-triptopol
N
5-hidroxi-indol-acetaldehido HO
CH2-COOH
N
5-hidroxi-indol-acetico (5HIAA)
Regulación de la síntesis de 5-HT
La enzima reguladora de la síntesis de SEROTONINA es la Triptófano hidroxilasa.
SÓLO 10-20% DE LA ENZIMA PRESENTE EN EL TEJIDO ES UTILIZADA NORMALMENTE. Km = 60M (para el triptófano) Concentración neuronal de triptófano = 30-60M La enzima trabaja con baja eficiencia.
Regulación de la síntesis de 5-HT
Relación de actividades enzimáticas: 5-OH-TRIPTÓFANO DESCARBOXILASA TRIPTÓFANO HIDROXILASA
≥ 100
Todo el 5-OH-Hidroxi-Triptófano generado es transformado en SEROTONINA. Cuando la enzima TRIPTÓFANO HIDROXILASA es inhibida (80%), la concentración de 5-HT disminuye rapidamente. Mientras que cuando la enzima TRIPTÓFANO DESCARBOXILASA es inhibida en la misma proporción, la concentración de 5-HT no es modificada.
El paso regulatorio no se influencia por la concentración de 5-HT existente. Ejm: inhibidores de MAO. Tampoco tienen efecto sobre este paso regulatorio la acumulación del catabolito principal 5-HIAA Sin embargo, puede ser influenciado por: El aporte de oxigeno. Disponibilidad de cofactores (O2, Pteridina) o sustratos (triptófano). Frecuencia de la estimulación de la neurona Serotoninérgica.
Almacenamiento en vesículas
Diferencias con los principios de la neurona catecolaminérgica: Las vesículas serotoninérgicas no almacenan ATP. Contiene una proteína unidora de 5-HT en una forma dependiente de calcio. Los terminales serotoninérgicos no presentan zonas especializadas para orientar el proceso de exocitosis. La 5-HT liberada puede difundir cierta distancia. Interacción entre neuronas menos específicas.
Recaptación de 5-HT en el terminal presináptico Serotoninérgico
Presentan un sistema de captación de alta afinidad para retirar el neurotransmisor del espacio sináptico: 5-HT Na+ Cl-
Extracelular
Saturable y de alta afinidad. Km para 5-HT igual a 0,1-0,5M
Intracelular K+
La captación de 5-HT es un proceso activo, dependiente de temperatura y ATP. Presenta una dependencia absoluta de Na+ y Cl- extracelular. La presencia de K + intracelular es también imprescindible.
Recaptación de 5-HT en el terminal presináptico Serotoninérgico
El transportador para 5-HT es una proteína integral de membrana con 12 dominios transmembranales. El complejo proteico presenta al menos 6 sitios para la fosforilación por PKC y PKA. Algunos antidepresivos bloquean este transportador.
Receptores para Serotonina
Se postulan 7 grandes grupos de receptores 5-HT1 a 5HT7. Todos presentan subgrupos.
Exceptuando en el grupo 5.-HT3, todos los receptores serotoninĂŠrgicos son METABOTROPICOS, asociados a proteĂnas G
Receptores para Serotonina
RECEPTOR
SUBGRUPO
PROTEÍNA G
RUTA EFECTORA
5-HT1
1A
Gi
AC (-)
Gi
CANALES K+ (+)
Go
CANALES Ca++ (-)
1B
Gi
AC (-)
1D
Gi
AC (-)
1E
Gi
AC (-)
1F
Gi
AC (-)
2A
Gq
FLC (-)
2B
Gq
FLC (-)
2C
Gq
FLC (-)
IONOTROPICO
-------
--------
METABOTROPICO
Gq
FLC (+)
Gs
AC (+)
5-HT2
5-HT3
5-HT4 5-HT5
5A
?
5B
?
5-HT6
Gs
AC (+)
5-HT7
Gs
AC (+)
Sitios de acción de drogas para modular la transmisión en la sinápsis Serotoninérgica Postsináptica
AC
5-HT1B
AC
Gi
5-HT1A
Gi
5-HT2 5-HT4,6,7
5-HT1
5-HT
K+
Na+
5-HT
5-HT
5-HT
5-OH-TPF
TPF
MAO
TPF
5-HIAA
5-HT3
Presináptica
Gq FLC Gi AC Gs AC
Sitios de acción de drogas para modular la transmisión en la sinápsis Serotoninérgica Efectos inhibitorios: Mediados por receptores 5-HT1. Mecanismo: apertura de canales de K+. Cerrando canales de Ca++. Efectos facilitatorios: Mediados por receptores 5-HT2 y 5-HT4.
Mecanismo: cerrado de canales de K+. Disminución de Ik (Ca++). Efectos excitatorio rápidos: Mediados por receptores 5-HT3.
Mecanismo: activación por canales para cationes. Efectores mediados por Adenilciclasa, FLC, Canales….
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