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
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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
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