Fisiologia das sinapses

Nathalia Fuga – Fisiologia I Página 1

Fisiologia das sinapses

a- proteínas

1.1 – Movimento dos íons

1.2 Bases iônicas do potencial de repouso

a – potencial de equilíbrio

b – permeabilidade iônica relativa ao potencial de repouso

2 Propriedades do potencial de ação

3 Condução do potencial de ação

1 Introdução

a- definição

b- tipos de sinapses

2 Neurotransmissores e receptores

2.1 – síntese e armazenamento de neurotransmissores

2.2 – liberação de neurotransmissores

2.3 – tipos de receptores

2.4 – reciclagem e degradação dos neurotransmissores

3 Integração sináptica

3.1 – Somação

3.2 – Integração

4 Plasticidade sináptica

1 – Introdução Agora que você já sabe como ocorre a formação de um impulso nervoso e como

ele se propaga através do neurônio, vamos ver de que forma essa informação é passada

de um ponto a outro do Sistema Nervoso, ou seja, de que maneira essa informação é

transmitida entre os neurônios.

No final do século XIX reconheceu-se que o Sistema Nervoso é formado por

células distintas e que essas células, ditas neurônios, estão conectadas de alguma forma

para que as informações que cada uma delas gere ou receba possa ser transmitidas a

outras células.

a – Definição O termo sinapse é definido como unidade processadora de sinais do Sistema

Nervoso, local de contato entre dois ou de um neurônio com outra célula. A passagem

de informações através da sinapse é conhecida por transmissão sináptica.

Ao serem transmitidas as mensagens podem ser modificadas no processo de

passagem de uma célula para outra. A maioria das transmissões sinápticas consiste em

uma dupla conversão de códigos. A informação produzida pelo neurônio é veiculada

eletricamente, através de potenciais de ação até os terminais axônicos e lá é

transformada e veiculada quimicamente para ao neurônio conectado. A seguir, nova

informação, a informação química é percebida pelo segundo neurônio e volta a ser

veiculada eletricamente, com a gênese e a condução de novos potenciais de ação.

b – tipos de sinapses

Há dois tipos de sinapses: as elétricas e as químicas. Nas sinapses elétricas a

transferência de informações ocorre através da transferência de corrente iônica

diretamente de uma célula para outra, através de sítios especializados chamados junções

gap ou junções comunicantes. Nas junções comunicantes as membranas ficam muito

próximas e possuem canais iônicos que permitem a passagem dos íons. Dessa forma, as

células se acoplam quimicamente. Quando uma célula entra em atividade, ou seja,

produz potenciais, a corrente iônica correspondente passa diretamente para a outra

célula via junções comunicantes. O fluxo dessas sinapses é bidirecional e sua

transmissão é muito mais rápida quando comparada com a sinapse química. A

importância da sinapse elétrica está em permitir a sincronização de numerosas

populações celulares acopladas, devido à rapidez de sua transmissão.

Nos vertebrados predominam as sinapses químicas, cuja capacidade de

processamento de informações permitiu maior funcionalidade ao Sistema Nervoso.

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Durante o processo evolutivo, tornou-se vantajoso para o processamento de

informações, o aparecimento entre dois neurônios, de uma região especializada de

contato. O espaço entre as duas membranas nessa região é chamado de fenda sináptica e

mede 20 a 40 nm, um espaço bastante maior do que vemos nas junções comunicantes. A

transmissão sináptica que ocorre nas sinapses químicas é unidirecional, o que

possibilitou a seguinte nomenclatura:

A primeira célula, ou seja, a que antecede a fenda sináptica é chamada de

neurônio pré-sináptico e a segunda célula é o elemento pós-sináptico. O elemento pré-

sináptico geralmente é composto por um axônio e o pós-sináptico por um dendrito.

O terminal pré-sináptico destaca-se devido à presença de vesículas sinápticas,

pequenas esferas encontradas em grande quantidade que se aglomeram próximo a face

interna da membrana pré-sináptica.

A informação que chega ao elemento pré-

sináptico vem na forma de potenciais de ação

conduzidos através do axônio até os terminais. A

seguir ocorre a conversão da informação elétrica em

química. Os potenciais de ação causam a liberação, na

fenda sináptica, de certa quantidade de substância

química armazenada no interior das vesículas

sinápticas. Essas substâncias recebem o nome de

neurotransmissores. As moléculas de

neurotransmissores uma vez na fenda sináptica,

reconverte a informação química em informação

elétrica, ou seja, o neurotransmissor resulta em um

potencial pós-sináptico na membrana da segunda

célula. Esse processo produzirá potenciais de ação que

serão conduzidos pelo axônio correspondente até uma

terceira célula, onde o processo se repetirá.

Essa dupla conversão de informações, do modo químico para o elétrico e do

elétrico para o químico novamente, permite que haja interferência na própria sinapse. A

modulação na transmissão sináptica ocorre em quase todas as sinapses. Essa

possibilidade adaptativa que resultou no aparecimento de sinapses químicas permite que

ela tenha capacidade de modular as informações transmitidas pelas células nervosas.

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As sinapses químicas podem ser classificadas quanto à função em:

1 – excitatórias - o resultado da transmissão sináptica é um potencial pós-

sináptico despolarizante, ou seja, tende a se aproximar do limiar facilitando o potencial

de ação do neurônio pós-sináptico.

2 – inibitórias – o resultado da transmissão é um potencial pós-sináptico

hiperpolarizante, que se afasta do limiar dificultando a geração do potencial de ação.

2 - Neurotransmissores e receptores Os neurotransmissores situam-se em três categorias principais: aminoácidos,

aminas e peptídeos.

a. AMINAS: INDOLAMINAS*- a serotonina, a histamina, e as CATECOLAMINAS* - dopamina e

a norepinefrina.

b. COLINAS (também é uma amina): Classe da qual a Acetilcolina é o neurotransmissor mais

importante.

c. PURINAS: Adenosina, ATP

d. AMINOÁCIDOS: o glutamato e o aspartato são os transmissores excitatórios bem

conhecidos, enquanto que o ácido gama-aminobutírico (GABA), a glicina e a taurina são

neurotransmissores inibitórios.

e. NEUROPEPTÍDEOS: esses são formados por cadeias mais longas de aminoácidos (como

uma pequena molécula de proteína). Sabe-se que mais de 50 deles ocorrem no cérebro e

muitos deles têm sido implicados na modulação

ou na transmissão de informação neural. Ex.: opióides (encefalinas e endorfina), hormônios da

neuro-hipófise (ocitocina e vasopressina)

f. GASES: Óxido Nítrico (NO), Monóxido de Carbono (CO)

Os aminoácidos e as aminas são pequenas moléculas orgânicas com pelo menos

um átomo de nitrogênio e são armazenados nas vesículas sinápticas, já os peptídeos são

moléculas grandes armazenadas em grânulos secretores. Vesículas e grânulos são

frequentemente observados nos mesmos terminais axônicos.

Diferentes neurônios do Sistema Nervoso também liberam diferentes

neurotransmissores.

2.1 – síntese e armazenamento de neurotransmissores A transmissão sináptica requer que os neurotransmissores sejam sintetizados e

estejam prontos para a liberação. Diferentes neurotransmissores são sintetizados de

maneiras diferentes. Por exemplo, o glutamato e a glicina fazem parte do grupo de 20

aminoácidos utilizados na síntese proteica, ou seja, estão em abundância em várias

células. Já o GABA e as aminas são produzidas apenas pelos neurônios que os liberam.

Há alguns requisitos básicos para a transmissão sináptica química:

1 – Deve haver um mecanismo para a síntese de neurotransmissores e seu

armazenamento nas vesículas sinápticas.

2 – Um mecanismo que cause a liberação de neurotransmissores das vesículas em

resposta a um potencial de ação pré-sináptica.

3 – Um mecanismo para produzir uma resposta elétrica ou química ao neurotransmissor

no neurônio pós-sináptico.

4 – Um mecanismo para remoção dos neurotransmissores na fenda sináptica.

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Esses neurônios possuem enzimas específicas que os sintetizam a partir de precursores

metabólicos.

2.2–liberação de neurotransmissores A liberação de neurotransmissores é desencadeada pela chegada de um potencial

de ação ao terminal axônico. Esses potenciais chegam na forma de ondas

despolarizantes da membrana. A despolarização que ocorre durante os potenciais de

ação provoca a abertura de canais e a passagem de íons Ca2+

em grande quantidade para

o interior do terminal. A elevação da concentração de cálcio é o sinal para a liberação de

neurotransmissores das vesículas

sinápticas.

As vesículas liberam seus

conteúdos por exocitose. A membrana

da vesícula funde-se com a membrana

pré-sináptica nas zonas ativas

permitindo que os conteúdos das

vesículas sejam liberados na fenda

sináptica.

Tanto maior será o número de

vesículas e grânulos que sofrerão

exocitose quanto mais prolongada for a

despolarização provocada pelo potencial de ação, ou seja, quanto maior a frequência de

potencias de ação que chegam ao terminal.

2.3 – receptores O resultado final da ação do neurotransmissor na fenda sináptica é o

aparecimento de uma alteração no potencial da membrana pós-sináptica, chamado de

potencial pós-sináptico. O que provoca essa alteração é a interação química entre o

neurotransmissor e o seu receptor. O receptor é um complexo molecular de natureza

proteica embutido na membrana pós-sinápticas e capaz de estabelecer uma ligação

química específica com o neurotransmissor.

Existem duas classes de receptores:

1- ionotrópicos: formam canais iônicos diretamente

2- metabotrópicos: cujos efeitos sobre o neurônio são produzidos de forma indireta.

Quando o neurotransmissor atravessa a fenda sináptica e se liga ao receptor, sendo

ele o próprio canal iônico, a mudança na forma do canal causará a sua abertura e

consequente passagem de íons através da membrana. Se predomina o fluxo de sódio de

fora para dentro da célula o receptor provoca uma despolarização da membrana, se

aproximando do limiar para gerar potenciais de ação. Nesse caso chamamos esse

potencial de potencial pós-sináptico excitatório (PEPS). Em contraste, se predominar a

entrada de cloreto (Cl-) também de fora para dentro da célula o receptor estará

provocando uma hiperpolarização do neurônio e nesse caso é chamado de potencial pós-

Conclui-se que a frequência de potenciais de ação determina a quantidade de moléculas de

neurotransmissores liberada na fenda sináptica.

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sináptico inibitório (PIPS), pois estará se afastando do limiar e portanto, do potencial de

ação.

Os receptores metabotrópicoa realizam a transmissão da mensagem química

indiretamente já que não são canais iônicos. Essa transmissão ocorre através de reações

químicas intracelulares que podem ativar canais iônicos, ou promover outras alterações

celulares.

2.4 – reciclagem e degradação dos neurotransmissores A interrupção da transmissão sináptica é importante para cessar as ações

sinápticas e evitar a dessensibilização dos receptores. Há três mecanismos fundamentais

para que isso ocorra:

1- receptação dos neurotransmissores – a membrana dos terminais pré-sinápticos

frequentemente possui proteínas transportadoras específicas para os

neurotransmissores que produz. Também algumas células da glia (os astrócitos)

possuem transportadores para neurotransmissores. Esse mecanismo de

receptação constitui um importante mecanismo de defesa contra os efeitos

tóxicos das aminas (neurotoxicidade).

2- degradação enzimática do neurotransmissor – a presença de enzimas que

degradam o neurotransmissor garante que o neurotransmissor será degradado

após transmitir a informação.

3- difusão – a difusão do neurotransmissor para fora da fenda sináptica possibilita o

final da transmissão.

3 – Integração sináptica

Cada neurônio recebe sinapses de milhares de outros neurônios. Além disso, em

cada sinapse muitas vezes atuam vários mecanismos de transmissão e modulação. O

neurônio é capaz de reunir potenciais sinápticos de diferentes origens e tipos e associá-

los e só então elaborar resposta. Essa integração de múltiplos sinais sinápticos é

chamada de integração sináptica. Em cada momento o neurônio deve “decidir” se

dispara potencias de ação e com qual frequência, essa pode ser a diferença entre contrair

ou não um músculo e com qual força.

3.1 – somação temporal e somação espacial Em geral um estímulo não é suficientemente forte para gerar um potencial de

ação, vários potenciais se somam fazendo com que o potencial de membrana se

aproxime do limiar:

Somação de PEPS

(a) um potencial de ação pré-sináptico desencadeia um pequeno PEPS no neurônio pós-sináptico.

(b) Somação espacial de PEPSs: quando dois ou mais sinais de entrada pré-sinápticos são simultâneos,

seus PEPSs individuais se somam.

(c) Somação temporal de PEPSs: quando a mesma fibra pré-sináptica dispara potenciais de ação em

uma rápida sucessão, seus PEPSs se somam.

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4 – Plasticidade neural A capacidade de adaptação do Sistema Nervoso, principalmente do neurônio, às

mudanças nas condições do ambiente que ocorrem no dia-a-dia dos indivíduos chama-

se neuroplasticidade ou plasticidade neural, um conceito amplo que se estende desde a

resposta a lesões traumáticas até alterações sutis resultantes dos processos de

aprendizagem e memória.

Quando um fator ambiental incide sobre o Sistema Nervoso de alguma forma,

modifica-o. Visto que isso ocorre em todos os momentos da vida, a neuroplasticidade é

uma característica marcante e constante da função neural. Em alguns casos é possível

identificar mudanças morfológicas resultantes das alterações ambientais. Em outros a

mudança ocorre somente na função, sem alterações morfológicas evidentes.

Como anteriormente foi dito, o citoplasma do neurônio em repouso está

carregado negativamente em relação ao fluido extracelular. O potencial de ação é uma

inversão rápida dessa situação em que o lado citoplasmático fica carregado

positivamente em relação ao lado extracelular. O potencial de ação ou o impulso

nervoso é o sinal que leva a

informação ao longo do sistema

nervoso.

Durante o potencial de ação, o

potencial de membrana torna-se

positivo por um breve momento.

Observando-se um gráfico de

potencial de membrana em relação ao

tempo, nota-se que o potencial de

membrana possui fases identificáveis.

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A aplicação de uma despolarização crescente a um neurônio não tem qualquer efeito

até que esta atinja o limiar e então surja o potencial de ação – lei do tudo ou nada.

A freqüência de disparos de potenciais de ação reflete a magnitude da corrente

despolarizante. Esta é uma das formas pelas quais a intensidade do estímulo é

codificada no Sistema Nervoso.

O potencial de ação consiste em uma redistribuição de carga elétrica através da

membrana. A despolarização durante o potencial de ação é provocada pelo influxo

de íons sódio através da membrana e a repolarização é provocada pelo efluxo de íons

potássio.

A primeira dela é a fase ascendente, caracterizada por uma rápida despolarização da

membrana que continua até o potencial alcançar + 40 mV.

No pico a carga na face interna da membrana é positiva em relação à face externa.

A fase descendente é caracterizada por uma repolarização até a membrana ficar mais

negativa que o potencial de repouso (hiperpolarização). A última fase é a pós-

hiperpolarização, onde há uma restauração gradual do potencial de repouso.

Como o potencial se inicia? A percepção de uma dor aguda é causada pela

geração de potenciais de ação em certas fibras nervosas da pele. A membrana dessas

fibras possui um tipo de canal de sódio que é ativado pela distensão do terminal

nervoso. Portanto a cadeia de eventos é: estímulo doloroso, distensão da membrana das

fibras nervosas, abertura dos canais de Na+ , despolarização da membrana (a superfície

interna da membrana torna-se menos negativa). Se esta despolarização alcançar um

ponto crítico (limiar), ocorre o potencial de ação. Os potenciais de ação são causados

pela despolarização da membrana além do limiar.

A despolarização que causa o potencial de ação é alcançada de formas

diferentes, no caso acima, a despolarização foi causada pela entrada de sódio através de

canais iônicos sensíveis a distensão. Em interneurônios a despolarização é causada por

outros neurônios. Ou pode também ocorrer por meios invasivos, através da aplicação de

corrente elétrica.

Embora a freqüência de disparos aumente com a magnitude o estímulo, existe

um limite para a taxa que um neurônio pode gerar de potenciais de ação. Uma vez

iniciado um potencial de ação é impossível iniciar outro durante cerca de 1 ms. Este

período de tempo é chamado de período refratário absoluto. Também é relativamente

difícil iniciar outro potencial de ação nos próximos milissegundos após esse período. A

esse período chama-se período refratário relativo. Durante o período refratário relativo a

quantidade de corrente necessária para atingir o limiar e portanto deflagrar um potencial

de ação é tem que ser maior.

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Assim, as propriedades do potencial de ação são:

1- Limiar – é o potencial de membrana no qual um número suficiente de canais de

sódio abre tornando a membrana mais seletiva para sódio.

2- Fase ascendente (despolarização) – enquanto a face interna da membrana está

negativa em relação à face externa há uma grande força impulsionando íons de

sódio para o interior da membrana. Quando os canais se abrem ocorre a entrada

maciça e rápida de íons sódio e a rápida despolarização da membrana.

3- Fase descendente (repolarização) – os componentes de dois tipos de canais

colaboram para a fase de repolarização: os canais de sódio que se fecham e,

portanto ficam inativos não permitindo mais entrada de sódio e a abertura de

canais de potássio, levando grande quantidade de potássio para fora da célula.

Esse movimento faz com que o potencial da membrana celular volte, não tão

rapidamente para o potencial de repouso.

4- Pós-hiperpolarização – nessa fase,

o potássio sai da célula sem que

ocorra a entrada de sódio, e,

portanto a diferença entre as cargas

da face interna e da face externa da

membrana fica muito grande,

causando uma hiperpolarização. A

membrana permanece

hiperpolarizada até que ocorra o

fechamento dos canais de potássio.

5- Condução do potencial de ação

Para transmitir informação de um ponto do Sistema Nervoso a outro é necessário

que o potencial de ação, uma vez gerado, seja conduzido ao longo do axônio até

alcançar o seu terminal, iniciando daí a transmissão sináptica.

Um potencial de ação iniciado em um neurônio somente propaga em uma

direção, ele não volta a percorrer o caminho já percorrido. Isso ocorre por que a

membrana por onde esse impulso passou se encontra refratária como resultado da

inativação dos canais de sódio recém utilizados.

Alguns fatores podem influenciar a velocidade de condução:

1- o diâmetro axonal: a velocidade de condução aumenta quanto maior for o

diâmetro axonal

2- tamanho do axônio: axônios maiores necessitam

de uma maior despolarização para alcançar o

limiar do potencial de ação

3- número de canais

4- presença de mielina: a condução é facilitada pela

presença de mielina no axônio.

A bainha de mielina não se estende continuamente ao

longo de todo o axônio. As quebras no isolamento,

conhecidas como nódulo de Ranvier, permitem que os

íons cruzem a membrana gerando potenciais de ação.

Esse tipo de condução é conhecida como saltatória.