TEMA 7: POTENCIAL DE REPÒS 7.1. POTENCIAL DE MEMBRANA Interior de la cèl·lula és negatiu. Cèl·lula reparteix de forma desigual diferents ions, hi ha diferència de carrega elèctrica en l’interior i exterior. Potencial de repòs: diferència de càrrega en interior i exterior quan cèl·lula està en repòs. Ió: àtom o molècula que ha guanyat carrega elèctrica. Membrana permet que es mantinguin càrregues a banda i banda. La membrana es la que permet mantenir les càrregues a un costat o altre degut a que es selectiva i no deixa passar els ions per tant, necessiten proteïnes de membrana que permetin el pas o la expulsió d’ions. Membrana té propietat selectivament permeable, deixa passar nomes algunes coses. Els obliga a creuar mitjançant proteïnes, dues: o o Proteïna canal: proteïna que comuna l’interior a l’exterior de la cèl·lula, forat mig de la proteïna que comunica banda i banda. Proteïna bombes iòniques: proteïna que transporta ions (agafa de fora y ficar dins o al inrevés), bombejar, agafar ions i bombejar-los de dins cap a forma o al reves. Cada canal sera permeable a més d’un ió, però no molts. La permeabilitat depèn de: o Diàmetre canal, de la part interna o Naturalesa química: Canals son selectius i regulats (= regulem obertura i tancament del canal, per algun mecanisme s’obra i es tanca. Un canal no regulat sempre estarà obert). Ions es mouen impulsats per dues forces: força difusió i electricitat. Les cèl·lules generen una diferencia de carregues entre l'interior i l’exterior i s’encarreguen de mantenir aquesta càrrega→ homeostasi (tendència a mantenir l'equilibri i l'estabilitat interns en els diferents sistemes biològics) L’interior de la cèl·lula es de càrrega més negativa ja que hi ha més moviments d’ions (molècules carregades elèctricament)→ hi ha un transport d’ions entre l’interior i l’exterior de les cèl·lules Els potencials d'acció no son exclusius de les neurones (també el fan les cèl·lules musculars), quan es genera s’alliberen els neurotransmissors en canvi en les cèl·lules musculars es produeix una contracció CANALS Es una proteïna formada per diferents subunitats que queden ensamblades i s’insereixen a la membrana, la qual deixa un lloc per a que passin els ions (segons el canal passaran un tipus d'ions en concret (poden passar més d’un) Depèn del diàmetre del porus (si la molècula és molt gran no podrà passar), per altra banda també està implicat la naturalesa química del canal (segons el tipus d’aminoàcid→ grup carboxil i grup amino) i també segons les bombes iòniques Si el canal esta ple de càrregues positives no podrà passar els ions amb càrrega positiva ja que es produeix una repulsió, solament podran passar ions amb càrrega negativa com per exemple el clorur que es sent atret amb el canal Els canals iònics són selectius i poden ser regulats→ apertura y tancament intencionat (per lligand, voltatge, estirament, etc). Lligand→ molècula que s’uneix a un receptor (normalment son neurotransmissors) CANALS IÒNICS REGULATS PER LLIGAND (RECEPTORS) Hi ha canals que tenen receptors (llocs d'unió específics) per a molècules en concret, quan el lligand s’uneix al receptor, el canal s’obre deixant passar l’io. També pot passar a l’inrevés, un lligand del citosol s’uneix al receptor i s'obre el canal deixant sortir l'ió a l’exterior El neurotransmissor actua a nivell extracel·lular no entra dins del canal solament passen els ions corresponents (s'uneix al receptor, s’obre el canal i passen els ions) Canals que s’obren o es tanquen si se li uneix un lligand, es posen en el domini extra cel·lular. Llocs d’unió específics, quan es produeix unió la conseqüència és modificació estructura i s’obren i es separen les sub unitats També pot passar des de dins. Lligand son les boletes roses. CANALS IÒNICS REGULATS PER VOLTATGE Son canals que s’obren i es tanquen segons la diferencia de càrrega elèctrica que hi ha dintre i fora de la cèl·lula L’interior de la cèl·lula ha de tenir una càrrega negativa quan aquesta càrrega es troba més positiva els canals s’obren per tal de tornar a la càrrega negativa optima L’acumulació de càrregues positives als canals provoca que els canals s’obrin (aquesta acumulació de càrregues positives desplacen les càrregues positives del canal i s’obre→ mirar foto) Canals d’estirament (canals que tenim als receptor tàctils)→ el pas de substancies provoca una pressió al canal que provoca una deformitat i passen els ions a l’interior de la cèl·lula El moviment dels ions depèn de la difusió i l’electricitat. S’obren i tanquen funcio de la diferencia de carrega entre l’interior i exterior de la cèl·lula. 65mV, el canal està tancat i té barrera i impedeix pas ions. Quan tenim potencial de membrana de -40mV, el canal s’obre i permet pas ions. Això voldrà dir que l’interior de la cèl·lula es podrà fer més positiu. Dependrà de la naturalesa química dels canals, si en alguna part tenen concentració de carregues positives. ESTIRAMENT Canals que tenim al receptor tàctils. Deformem membrana de les cèl·lules que contenen aquests els canals. Quan deformem es produeix obertura. Quan es deixa de fer pressió es torna al tancament 7.2. DISTRIBUCIONS IÒNIQUES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA I POTENCIALS D’EQUILIBRI IÒNIC. DIFUSIÓ (HOMEÒSTASI) Els ions d’una dissolució estan en constant moviment (aleatori i depenent de T) i es distribueixen uniformement (a temperatures altes les molècules es mouen més ràpides→ cineticament actives) [ió]màx à [ió]mín (energèticament favorable→ es genera energia) →els ions sempre es mouen dels llocs on hi ha més quantitat d’ions cap a un hi ha menys (a favor de gradient) = A favor de gradient: la molècula es desplaça cap on hi ha molta concentració cap a on n’hi ha poca. Serà energèticament favorable. Per a que hi hagi moviment d’ions es necessiten canals a la membrana i que hi hagi un gradient de concentració (diferències de concentracions entre els diferents compartiments) L'important és arribar a una situació d’equilibri ionic→ els ions es continuen movent d’un costat a l’altre pero es retroalimenten (si surt un Na entra un Na) Difusió: perquè la difusió passi ha de ser la situació del mig ELECTRICITAT Les càrregues positives van al pol negatiu i les càrregues negatives van al pol positiu Corrent elèctric: desplaçament de partícules amb càrrega elèctrica (ions) Potencial elèctric (voltatge): diferència de càrrega entre càtode i ànode Conductància elèctrica: capacitat d'una càrrega elèctrica per desplaçar-se. Oposat a la resistència Requereix: canals (confereixen conductància) + diferència de potencial elèctric Electricitat: carregues oposades s’atreuen. Perquè hi hagi corrent elèctric depèn de dos paràmetres: conductivitat del medi pel quan s’han de moure i diferència de carrega entre els dos pols. Si algun d’aquest valors és 0 no hi haurà corrent elèctric. Perquè hi hagi desplaçament ions impulsat per electricitat hi ha d’haver canals oberts i diferència de potencial elèctric entre interior i exterior de la cèl·lula. Llei d’Ohm: I = gV La intensitat d'un corrent elèctric és directament proporcional a 2 variables g→ la conductivitat per on han de circular les partícules (bon conductor o no) si aquest valor es 0 no hi haurà transport de càrregues V→ també depèn de la diferencia de càrrega entre els dos pols Gradient elèctric POTENCIAL DE MEMBRANA (VM) *Paràmetre que ens diu la diferència entre dins i fora de la membrana Voltatge es produeix a través de la membrana plasmàtica. En neurones en repòs el potencial de membrana es Vm = -65 mV. Aquest potencial es imprescindible mantenir-lo per al correcte funcionament del SN POTENCIAL D’EQUILIBRI IÒNIC (EION) A- → anions proteics que proporcionen la major negativitat l’interior de la cel.lula (no surten mai de la cèl.lula, siempre es queden ahi donant càrregues negatives) El potencial d’equilibri ionic és la diferència de potencial elèctric que iguala un gradient de concentració iònica 1. Flux nul i diferència de potencial = 0 2. Flux de K+ a l’exterior a favor gradient de concentració; interior negatiu (diferència de potencial) 3. L’atracció elèctrica del K+ cap a l ’interior compensa la força de difusió cap a l’exterior; flux net de K+ = 0. Objectiu→ que hi hagi un equilibri tant de càrregues com de concentracions d’ions Distribució d’ions a través de la membrana: Na (=sal Sodi), Clorur i Calci més concentrat a l’exterior que interior. K (potassi) més concentrat a dins. [K+]int > [K+]ext→ potencial d'acció [Na+]int < [Na+]ext →potencial d’acció [Cl- ]int < [Cl- ]ext→ activació i inhibició de les neurones [Ca2+]int < [Ca2+]ext→ alliberamnet dels neutotransmissors (gradient de difusió molt gran) El K+ pot fluir lliurement per la membrana, però és atret endins pels anions (negativitat de l’interior)→ de canals específics pel potassi El Na+ tendeix a entrar, però els canals de Na+ estan tancats (bloquejats); només alguns cations poden entrar i contribuir a una petita càrrega positiva (a fora hi ha molt per tant per difusió entra i a més es sent atret per la negativitat del interior, quan hi ha potencials d’acció els canals no estan oberts). Al entrar a l’interior arrossega altres molècules com l’aigua que provoca un aport d’energia al entrar dins la cèl·lula El Cl- flueix lliurement; tendeix a entrar però és repel·lit per la gran càrrega negativa interior. (te canals oberts) Les concentracions dels diferents ions està molt regulat, els canvis iònics petits poden produir canvis grans en Vm→ per passar de 80 mV a 0 es necessita molt poca concentració iònica (0’0001) La diferència de càrregues es localitza a les superfícies de la membrana (cada part de la neurona tindrà un nombre de milivolts en concrets→ exemple: al soma 40 mV i al botó terminal 65 mV Les carregues positives es troben en la membrana extracel·lular→ facilitant el pas a l’interior de la cèl·lula en canvi les càrregues negatives es troben a la cara interna de la cèl·lula (al citosol) Els ions es mouen de manera proporcional a Vm – Eion (valor de potencial de membrana i el potencial d’equilibri ionic) Quan el valor dels ions és molt diferenciat amb el valor del potencial de membrana indica un major o menor flux Potencial de membrana→ -65 mV /Eion del Na→ -120 (major flux) Potencial de membrana→ -65 mV /Eion del Na→-70 (menor flux) Quan un potencial està més allunyat del seu equilibri, adoptarà una major força. Si varía la concentració intracel·lular y extracel·lular→ provoca un canvi en el potencial iònic L’equació de Nernst permet calcular Eion per a cada ió K+ à Vm = EK = -80 mV Na+ à Vm = ENa = 62 mV Na+ = K+ à Vm = (ENa + EK)/2 K+ = 40 Na+ à EK < Vm < ENa però més propera a E En les neurones Vm ≈ EK perquè la membrana és més permeable al K+ (el potencial de membrana en repos de les neurones es semblant al potencial d'equilibri ionic del potassi→ facilita el pas del potassi). La membrana és molt més permeable al potassi que per al sodi. 7.3. MANTENIMENT DEL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPÒS BOMBES IÒNIQUES→ MANTENIMENT D E LES DISTRIBUCIONS IÒNIQUES La bomba de Na+/K+ (ATPasa de Na i K) → manté els gradients de Na+ i K+ activament (ATP); extreu 3 ions de Na+ i n’introdueix 2 de K+ (augmenta la negativitat de la cèl·lula). Es necessari una molècula d’ATP per a què es produeixi aquesta acció (l’ATP s’hidrolitza i passa a ADP→ quan hidrolitzem una molècula d’ATP alliberem energia que aprofita la bomba) Per a què funcioni el bombeig necessitem ATP, K i Na→ sense això no succeiria La bomba de calci expulsa ions Ca2 (io amb funcions senyalitzadores→ entren dins la cèl·lula quan es vol activar alguna funció cel·lular). L’entrada de Ca provoca l’alliberació dels neurotransmissors (Ca + potencials d’acció→ alliberament dels neurotransmissors) Els canals de sodi estan tancats per prevenir l’entrada de l’iò La bomba de sodi continua funcionant i aportant negativitat a l'interior de la cèl·lula Els canals de potassi estan oberts És imprescindible regular [K+]ext perquè petits canvis en [K+]ext alteren el potencial de membrana (la inhibició o l'activació de les neurones) ↑ [K+]ext provoca una despolarització membrana (s’acosta Vm a 0) →interior més positiu Mecanismes de control de [K+]ext: o Barrera hematoencefàlica→ si hi ha una concentració molt alta de potassi a la sang, aquesta barrera impedeix que arribi tant potassi a nivell nervios o Astròcits→ esmorteïment espacial del K+ (reparteix les concentracions de potassi per tot el sistema nerviós) Les fibres muscular no tenen aquests mecanismes i per tant és perillós que s’acumuli el potassi extracel·lular ja que provocaria que no hi hagués contracció dels músculs. Ions en repòs: K: potassi flueix lliurement, interior de la cèl·lula és negatius i potassi té carrega positiva, es queda dins de la cèl·lula atreu per la negativitat de interior de la cèl·lula. Na: l’aprofiten cèl·lules per tenir energia. Sempre hi haurà una petita entrada de Na. Cl: com K, en repòs hi ha canals pel Cl sempre oberts i sense controlar. Es manté fora perquè interior és negatius, negativitat el repel·leix. Entrarà una certa quantitat. TEMA 8. POTENCIAL D’ACCIÓ 8.1. GENERACIÓ DEL POTENCIAL D’ACCIÓ Quan injectem un corrent elèctric a una neurona (la despolaritzem) i la cèl·lula respon mitjançant canvis en els potencials de membrana (pujada i baixada = potencial d’acció). Tots els potencial són iguals entre ells i les neurones codificaran la informació mitjançant un codi de freqüència o o o La despolarització (més positiu) per sobre d’un valor llindar provocarà la generació d’un potencial d’acció (ex:passar de -65 a -40→mes positiu) El llindar d’excitació és característic de cada neurona. Quan el potencial de membrana es superior a -65mV s’obren canals Na+ (permeabilitat Na+ > K+). Entrada de Na regulada. Si entra suficient per arribar a -40mV arribarem al llindar d’activació de la neurona) L’entrada massiva de sodi a la cèl·lula explica la despolarització tant ràpida (interior cèl·lula esdevé positiu) succeeixen dos coses: canals Na s’inactiven (Na queda retingut a l’interior i, al mateix temps, s’obriran canals de K, per tal de poder tornar a negatiu, tant ràpidament com havia entrat Na, obre aquest canals de K. En aquest nova situació, tot Na està a dins i K fora (no repòs), es necessitarà la bomba de sodipotassi (anirà expulsant sodi i introduint potassi) es recupera valor de negativitat de la cèl·lula i la distribució iònica que permetrà a la cèl·lula repetir el procés. L’origen es troba al con axònic perquè és on la neurona té canals de Na regulats per voltatge que han d’arribar als -40mV fent entrar Na (ex: el receptor dels neurotransmissors d’una interneurona és un canal iònic lligat a Na i quan s’uneix al canal s’obre, deixant passar Na i carregues positives→ arribem al -40 mV) La fase final es caracteritza per una hiperpolarizació , la cèl·lula passa per un petit espai de temps durant el qual el potencial d’acció és més negatiu del que li correspondria pel repòs. Aquest espai es s’anomena període refractari relatiu (espai de temps durant aquell sistema no està en en disposició de respondre/funcionar). Es diu relatiu perquè la cèl·lula si que podria respondre, però només si l’estimulació és més intensa que la inicial→ necessitarem que entri més quantitat de sodi perquè reaccioni. o El potencial d’acció s’explica per canvis en la permeabilitat de la membrana al Na+ i al K+ (obertura/tancament canals). Alternant permeabilitat d’aquests dos ions tenim la fase ascendent i la descendent. Potencial accio és entrada de sodi i sortida de potassi. Despolaritzar: que augmenti carrega positiva, eliminar les pols dins de la cèl·lula. Cèl·lula respon a la intensitat perquè cèl·lula mostri patró constant de variació en el potencial de membrana. Pujada i baixada son potencials d’acció. Mentre cèl·lula és estimulada fa potencials d’acció. Potencials d’acció són iguals entre ells. Canals iònics son clau-> canals de sodi controlats per voltatge son element clau per explicar potencial d’acció. 8.2.FASES DEL POTENCIAL D’ACCIÓ I PERÍODES REFRACTARIS Quan comença potencial acció? o o o o o o o o quan la neurona pateix pèrdua carrega positiva, que la porta per sobre d’un determinat llindar. Sempre que entri carrega positiva a l’interior i sigui prou per arribar als -40mV la cèl·lula farà un potencial d’acció. Origen al con axònic: son on comencen potencials accio. Perquè on la neurona té canals de sodi controlats per voltatge. Única forma de despolaritzar cèl·lula és amb sodi. -> entrada de sodi graduada. Si entra prou sodi per les zones receptores perquè en el con axònic arribem als -40mV, arribarem als sensoris i a les barreres. Interior cèl·lula pot fer inversió molt rapida i arribar a 40mV positius. = despolarització. Quan arribem aquí succeeixes dues coses caso simultànies Canals de sodi es tanquen -> sodi queda retingut dins de la cèl·lula. S’obren canals de potassi -> a més dels que sempre estan oberts, se n’obren més. Per tornar al negatiu, obra canals de potassi extres perquè potassi surti de la cèl·lula.> abans estava molt còmode amb carrega negativa pero ara interior esta amb carrega positiva per sodi. I explica repolarització al valor negatius dins de la cèl·lula. Ara tornem a estar a -65mV, amb tot el sodi dins i potassi fora. Per tornar a estar en repòs i fer potencial d’acció. Necessitem mantenir negativitat i restablir amb la bomba sodi potassi-> expulsa sodi que ha entrat i recupera no nomes el valor negativitat dins cèl·lula i distribució iònica que permetrà a la cèl·lula fer el procés de potencial d’acció. Quan recuperem negativitat és fa més negativa de -65mV, no retrona directament al potencial de repòs, sino que passa per un espai de temps on potencial de membrana és més negatius que el que li correspondria. -> anomenem període refractari relatiu. 1. Fase ascendent: l ’electronegativitat interior provoca l ’entrada del Na + i la membrana es despolaritza (≈40 mV). 2. Sobreexcitació: l ’elevada permeabilitat afavoreix al Na+ (Vm s ’acosta a ENa), que entra dins la cèl·lula i Vm es superior a 0. 3. Fase descendent: la inactivació dels canals de Na + i la sortida del K + repolaritzen la membrana ( -80 mV) 4. Fase refractària: a la darrera part de la fase descendent la permeabilitat ↑ per al K + i ↓ per al Na + (Vm s ’acosta a E K) i es produeix la hiperpolarització fins al tancament dels canals de K + . 5. Tornada gradual al potencial de repòs. PERÍODE REFRACTARI ABSOLUT Comença on acaba el relatiu. En la zona d’axó si s’està fent potencial d’acció, no se’n pot fer un altre a la vegada. La membrana esta molt despolaritzada i durant aquest temps la neurona no podrà realitzar potencials d’acció. • Canals Na+ inactivats. • 1 ms després de PA. • Els canals de sodi s’inactiven Existeix per una característic pels canals de sodi: quan es tanquen canals de sodi perquè no escapin i es quedin dins, els canals de sodi en realitat fan inactivarse. Tenen tres possibles configuracions: oberts tancant o inactivats. Passen d’un estat a un altre de manera seqüencial. Tancat, obert i inactivat i en aquest cicle sempre. Bola lila es part de la proteïna que té capacitat de moviment. Com es propaga potencial acció: diferents PA a diferents punts de la membrana. Esquema és la conducció continu. PERÍODE REFRACTARI RELATIU Durant aquest període és més difícil iniciar un nou PA (es requereix més intensitat d’estimulació per arribar al llindar). El potencial de membrana esta hiperpolaritzat fins que els canals de K+ dependents de voltatge es tanquen. Antidròmica: nomes passa artificalment 8.3. CARACTERÍSTIQUES DEL POTENCIAL D’ACCIÓ El potencial d’acció és un fenomen de tot o res: sempre té la mateixa magnitud, independent de la intensitat de l’estimulació. La codificació de la informació es fa segons el patró d’activació i la freqüència de PA (limitada pels períodes refractaris). L’únic que modifica la neurona és la freqüència. + intensitat = + freqüència de PA per unitat de temps. 8.4. CONDUCCIÓ DEL POTENCIAL D’ACCIÓ Neurotranspoisor mai entra a la postsinàptica als receptor, qui entra son els ions. Quan el con axònic arriba als -40mV, el sodi que entra durant la fase ascendent es difon cap a tot arreu (ocuparà tot l’espai), incloent l’axó, al llarg d’aquest tenim canals de sodi, llavors els sodi que entra és el causant d’arribar al -40mV i provoca l’entrada massiva de sodi a la cèl·lula que provocarà un nou potencial d’acció, i així successivament. La conducció continua del PA correspon a que cada punt de la membrana faci el seu PA generat per un altre (axons sense mielina, és més lenta). Per evitar que un PA que s’ha originat al con axònic mai torni enrere períodes refractaris absoluts (canals inactivats) quan passi temps suficient el Na no retrocedirà tant canals s’activen. Per tal de confirmar que un potencial d’acció mai tornaran enrere estan els períodes refractaris absoluts per on passa un PA, els canals per on ha passat el sodi estàn inactivats i no es podran obrir fins que el PA s’hagi allunyat una mica→ Conducció continua Els axons que no tenen mielina son els que fan servir la conducció continua (és més lenta) Ortodrómica→ conducció dels PA des de qualsevol punt de l'axó fins els botons terminals Antidromica→ conducció dels PA des de qualsevol part de l'axó fins el soma Habitualment les cèl·lules que tenen mielina acceleren la velocitat del PA. La conducció (saltatòria), en aquest cas, és més espaiada on hi ha mielina no hi ha canals, on no hi ha (nòduls de Ranvier) s’obren canals de Na+ que provoquen elPA De -1 m/s a +100 m/s. Directament proporcional al diàmetre axó. + gruix = + ràpid. La mielina permet la conducció saltatòria: o Augmenta velocitat o Estalvi energètic TEMA 9. TRANSMISSIÓ SINÀPTICA 9.1. TIPUS DE SINAPSIS PPS (POTENCIALS POSTSINÀPTICS) Un potencial postsinàptic es la variació que es produeix en el potencial de membrana d’una cèl·lula com a conseqüència de l’activació d’una sinapsis (acció d’una sinapsi) distingim dos tipus: o PEPS (potencial excitador postsinàptic) o PIPS (potencial inhibidor postsinaptic) PPS: PA: Fenomen local, on passi la sinapsis. Es graduat Propagació passiva i amb pèrdua intensitat s’estén al llarg de l’acció. El fa sempre igual, mateixa amplitud i durada. Per activar una cèl·lula necessitem despolaritzarla (fer el seu interior més positiu) això es a conseqüència de l’entrada de sodi a l’interior→ Única forma que tenim per despolaritzar una cèl·lula es posar sodi dins. Hi ha sinapsis que provoquen que les cèl·lules no s’activin el que han de fer es hiperpolaritzar la cèl·lula (tornar l’interior més negatius sobrepasant el llindar de -65mV) Per hiperpolaritzar hi ha dos opcions: 1. ha d’entrar clorur facilitant l’entrada amb canals de clorur → Permetre entrada clorur al interior guanyant carrega negativa-> obrir canals de clorur, una petita fuita ja contribueix en la hiperpolarització de la cèl·lula. 2. obrir canals de potassi, i que se n’obrin molts, per a que surti potassi i per tant hi hagi una reducció de càrregues positives i guanyarem carrega negativa. Els potencials el que fan es augmentar o disminuir la probabilitat de que hi hagi un potencial postsinàptic. Canvi en Vm postsinàptica→ aquests canvis postsinàptics ↑ o ↓ la probabilitat de potencials d’acció (segons els canals que s’obrin). Una sinapsis no tindrà força per activar neurones postsinàptiques, quan la Vm supera el llindar es produeix el potencial d’acció Hi ha de locals (zona concreta), graduats (depèn de quants neurotransmissors es transmetin), propagació passiva i amb pèrdua intensitat (no hi ha cap mecanisme que amplifiqui la senyal)→ aquestes característiques diferencien els potencials postsinàptics dels potencials d’acció Integració sinàptica: sumació PEPS i PIPS al con axònic. • • Suma espacial→ ramificacions de sinapsis a una cèl·lula postsinàptica (suma de l’efecte de diverses sinapsis en diferents parts de les neurones →major despolarització de la neurona. Segon esquema han d’arribar igual o simultanis Suma temporal→ ràfega de potencials d’acció→ potencials d’acció mes seguit on es sumarà la seva potencia (mes potencia) ELÈCTRIQUES Menys freqüents. Avantatges: son molt ràpides. Resposta pràcticament immediata. Unions gap (fusió de membranes→ s’apropen molt) , i les dues cèl·lules en les seves membranes tenen proteïnes. Es com si fos una mateixa cèl·lula, continuïtat citoplasmàtica. -> permet acoplar elèctricament les dues cèl·lules. Les cèl·lules presenten connexions les quals permeten la unió de dues cèl·lules formant una mena de canal (s’uneix els dos citoplasmes) fent que quan una cèl·lula s’activa passa ràpidament a l’altre sense necessitat de transmissió (d'una cèl·lula activada s’activa a l’altre i hi ha un intercanvi entre elles) 1. Estructura i funció més simples. 2. Transmissió ràpida→ avantatge 3. Cèl·lules acoblades elèctricament (flux de corrent genera PPS) el corrent passa immediatament de cèl·lula en cèl·lula (treballen de manera sincronitzada) 4. Hpc, tàlem, estriat, cerebel, escorça, locus coeruleus, oliva inferior… QUÍMIQUES Son més flexibles. → a que hi ha moltes molècules i processos implicats per tant pot modificar un procés i fer un altre Hi ha processos diferents i hi ha cert marge de modificació Presencia de neurotransmissors i es troba als orgànuls membranosos = vesícules sinàptiques = només son vesícules sinàptiques si hi ha Aa i Amines i grànuls secretors (pèptids). Zona activa (pre) i densitat postsinàptica (receptors). -> regions molt riques en proteïnes. o o Vesícules sinàptiques (contenen neurotransmissors que son Aa (gutamat,glicina) i amines (dopamina, serotonina, noradrenalina)) Grànuls secretors (pèptids)→ les membranes son diferents entre una i altre (son neurotransmissors diferents) Entre les dues neurones hi ha una regió molt rica en proteïna→ senyal fosca significa molta proteïna Zona activa (presinàptica→ alliberament dels neurotransmissors→ proteïnes que forcen el procés d'alliberament) i densitat postsinàptica (receptors) → acumulació de proteïnes Vesícules sinaptiques (boles blanques ) i grànuls secretors (boles negres) dins de la cèl·lula 9.2. FASES DE LA NEUROTRANSMISSI Ó SÍNTESIS DEL NEUROTRANSMISOR És diferent segons la naturalesa dels neurotransmissors Pèptids o o o Síntesi al reticle endoplasmàtic rugós→ llis→ golgi (en aquest viatge la proteïna va canviant fins arribar a la seva forma funcional) Processament a Golgi (distribueix les proteïnes i les envia mitjançant vesícules) Transport fins al terminal (mitjançant transport axoplasmic) Amines i aa o Síntesi al citosol del botó terminal a partir de precursors metabòlics (exemple→ la cèl·lula dopaminèrgica agafa la tirosina de la sang la transforma a Ldopa i finalment obtindrà la molècula que vol en aquest cas la dopamina) o Introducció dins de les vesícules mitjançant proteïnes transportadores (necessiten energia ja que va encontra de gradient→ afegim al interior més molècules) ALLIBERAMENT Fusió de la membrana de la vesícula i de la cèl·lula on es buida el contingut de la vesícula a l’espai sinàptic (es necessiten proteïnes que forcin les fusions entre vesícules i la membrana de la cèl·lula) L'últim potencial d’acció (difon el sodi fins arribar a despolaritzar el botó terminal) i s’obriran canals regulats per voltatge de calci (al exterior hi ha molt de calci i per tant entra per difusió dins del botó terminal→ s'unirà a diferents proteïnes i les activarà provocant un alliberament de neurotransmissors (mitjançant exocitosis) Els grànuls estan més allunyats de la zona activa à més entrada de Ca2+ (trens PA). < 0,2 ms des de l’entrada de Ca2+. Grànuls ≥ 50m UNIÓ AL RECEPTOR El neurotransmissors que es troba a l’espai sinàptic s’unirà a un receptor en concret situat a la membrana post sinàptica o o o o o Breu i reversible(no es queda pegat) Canvi de conformació receptor (AL UNIRSE hi haurà un canvi de receptor) Llocs d’unió per a altres molècules. Subtipus de receptors. Pre i postsinàptics Un cop alliberat el NT aquest s’uneix al receptor La sinapsi serà excitadora o inhibidora depèn a quin receptor s’uneixi el NT. Un mateix NT pot ser excitador o inhibidor depenen a quin receptor s’ha unit. Unió del receptor amb el NT és breu i reversible. El NT s’enganxa a un receptor i passat un temps es desenganxa i es queda surant per l’espai sinàptic NO entra a la cèl·lula postsinàptica → s’uneix al receptor, traspassa la informació que porti i es desenganxa. Breu: el NT fa de clau, ocupa el seu lloc d’unió i provoca que el receptor canviï i després es desenganxa. Reversible: no s’han de crear nous NT per cada unió que realitzin i si la unió és inestable el NT s’allibera. Canvi de conformació receptor: quan s’uneix el NT el receptor canvia de forma i aquest canvi és el que provoca que la sinapsi sigui excitadora o inhibidora Llocs d’unió per a altres molècules: els NT s’uneixen en llocs específics del receptor (lloc d’unió), però també es poden unir altres molècules com els lligams → els receptors es poden activar o inhibir. Subtipus de receptors→ un mateix NT es pot unir a diferents receptors o Agonístic: molècula que activa el receptor o Antagonístic: molècula que bloqueja el lloc d’unió i impedeix que l’agonístic l’ocupi Ex. Acetilcolina Receptor nicotinic: Ach en aquest receptor provoca que la musculatura es contragui. Curare en aquest receptor provoca que la musculatura quedi immòbil Receptor muscarinic: són receptors d'acetilcolina de la família dels receptors acoblats a proteïnes Glocalitzats a la membrana cel·lular de certes neurones i altres cèl·lules. Els receptors muscarínics es diuen així per ser molt més sensibles a la muscarina que a la nicotina Pre i postsinàptics. Quan parlem de receptors parlem d’aquells que estan a la neurona postsinàptica. En algunes sinapsis també hi ha receptors presinàptics → Autoreceptors: receptors que es troben a la mateixa cèl·lula que allibera el neurotransmissor No estan sempre Estan ubicats en els costats del botó terminal, estan dintre de la neurona pre Serveixen per donar feedback a la neurona presinàptica sobre com va la sinapsi ex. sinapsis molt activa (s’alliberen molts neurotransmissors) es desborda pels costats i els autoreceptors acabaran unint-se amb el neurotransmissor i informant a la neurona. La neurona rep informació sobre els autoreceptors i redueix la quantitat de neurotransmissor que s’allibera o regula l'alliberació de la neurotransmissió. Els neurotransmissors que es troben a l’espai sinàptic s’uniran a un receptor en concret situat a la membrana post sinàptica. ELIMINACIÓ NT La quantitat de neurotransmissors que s’expulsen es proporcional a la quantitat de potencials que fa la cèl·lula (molts potencials→ més alliberació de neurotransmissors) Aquest mecanisme permet l’eliminació de neurotransmissors sobrants per tal que no interfereixin en el següent potencial d’acció (si hi ha molts neurotransmissors la cèl·lula postsinàptica l’interpreta com una major estimulació que no hi correspon) Finalitats: Permetre una nova transmissió sinàptica lliure d ’interferències Evitar la dessensibilització dels receptors (els receptors deixen de ser sensibles al neurotransmissors expulsats→ mecanisme per evitar una sobrestimulació i per tant la cèl·lula postsináptica no captarà els neurotransmissors, posteriorment serà eliminat. Mecanismes: 1. Difusió simple (aleatoriament les molècules viatjant foren de l’espai sinàptic i son degradades). Es un procés lent i per atzar, les molècules tarden en ser eliminades i que se'n vagin de l’espai sinàptic 2. Mecanismes actius: Recaptació mitjançant proteïnes de membrana (també en glia). Reutilització o degradació. a) DAT (transportador de la dopamina→ associat al TDH) b) NET (transportador de norepinefrina) c) 5 -HTT (transportador de serotonina Els antidepressius més utilitzats son els fàrmacs ISRS que bloquegen aquests transportadors i es queden a l’espai sinàptic aportant efectes positius en la depressió→ la neurona presináptica te una proteïna transportadora que agafa el neurotransmissor i el torna a introduir a la membrana presinàptica, això permet que els neurotransmissors es reutilitzin i tornin a es ficats en les vesícules sense haver d’enviar més neurotransmissors extra. **Segons el lloc on actuen les neurones transmeten un tipus de mecanisme actiu (ex: en alguns llocs s’expressa DAT i en altres parts solament s’expressen COMT→ això és important de saber per actuar millor en el tractament farmacològic i saber quines parts utilitzen un tipus de mecanisme o un altre) Degradació enzimàtica a l’espai sinàptic→ modifica la molècula dels nt(modifica i destrueix). COMT (Catecol-o-metiltransferasa→ transfereix un grup metil (CH3) en posició O de catecolaminas. Esta associat amb la esquizofrènia (alguns dels al·lels de la COMT afecta al desenvolupament de la malaltia) AchE (Acetilcolinesterasa→ enzim que degrada la acetilcolina en colina i àcid acètic, la colina será recuperada per la cèl·lula i l’àcid acetic serà eliminat*.Els inhibidors de l'acetilcolinesterasa permeten que no es degradi la acetilcolina i que es transmeti més quantitat. Te relació amb l’Alzheimer→ no te cura ni hi ha prou medicació efectiva per a seva sintomatologia *Per tal de que la colina entri un altre cop dins la neurona necessita un cotransport de sodi i de colina per tal que pugui entrar ja que necessita molta energia (degut a que dins de la cèl·lula hi ha més quantitat de colina que fora→ entra en contra de gradient) GABA transaminasa (epilèpsia) 9.3. RECEPTORS IONOTR ÒPICS I METABOTRÒPICS IONOTROPICS(CANAL IONIC REGULAT PER LLIGAND) Son canals iònics dependents d’un transmissor (porus que s’obre i es tanca permetent el pas del ions). La transmissió sinàptica química és molt ràpida (dins la transmissió química és de les sinapsis més ràpides, les metabotropiques son més lentes) Poden ser permeables a més d’un ió (poden passar diferents tipus d’ions pel mateix canals→ ex: Na o Ca pero no K) Conseqüències (PEPS/PIPS) segons l’ió al qual siguin permeables. PEPS→ provoca una entrada de càrregues positives que provoquen una despolarització PIPS→ l’entrada de Cl o la sortida de K provoca un augment de càrregues negatives que generen una hiperpolarització de les cèl·lules Receptors excitadors (Acetilcolina, Glutamat) Receptors inhibidors inhibidors (GABA, Gly) Una molècula pot realitzar diferents funcions segons el receptor al qual s’uneix (el glutamat pot ser inhibidor o excitador) METABOTROPICS (POSA EN MARXA METABOLISME DE LES CÈL·LULES) El receptor muscarinic de la ACh esta associats a la Proteïna G. (GPCR→ receptors associats a la proteïna G) La proteïna Gesta present a la cara citosólica de la membrana pero es va movent per tota la seva superfície fins topar-se amb els seus receptors. Quan la proteïna G s’uneix al receptor activat per un neurotransmissor (ex:ACh) s’activa i provoca una divisió de la proteïna en dos subunitats (alfa per un costat i beta/gamma per altre) La proteïna G necessita el GTP per funcionar, el que fa es expulsar GDP al citosol i captar una molècula de GTP per a que s’activi. Accions postsinàptiques més lentes, extenses i duradores. -> Permet cèl·lula respongui amb resposta global. Més duradors i reversibles. Alguns són autorreceptors. Funcionament: 1) Unió del NT a un receptor. 2) Activació de la proteïna G (Gs, Gi). Gs1: activadores Gi: inhibidres proteina g sempre enganxat a la membrana 3) Activació/inhibició de proteïnes efectores: -Canals iònics dependents de proteïna G. - Enzims que sintetitzen 2ns missatgers, els quals activen enzims citosòlics que regulen la funció de canals iònics i alteren el metabolisme cel·lular (AMPc). La subunitat alfa es separa i s’emporta el GTP i aquesta subunitat afecta sobre dos efectors: un canal ionic o bé un enzim de membrana o Si es un canal ionic quan s'uneix s’obre el canal i s'encarrega d'obrir o tancar canal o Si afecta a un enzim de membrana, l’activa i aquest enzim serà capaç d’activar una sèrie de reaccions químiques que esdevindran una funció en concret com per exemple una inhibició o una activació d’un neurotransmissor (cascades de 2ns missatgers*) EFECTORS Canal iònic (via directa): o Ràpida o Localitzada (poca difusió de la proteïna G). → (es localitzada perque té capacitat de difuisio controlada. alla on hi ha receptors que funcioninamb proteina G) Ex. receptor Ach al cor provoca una hiperpolarització per l’obertura de canals de K+ descadenant una bradicardia o Acetilcolina al cor actúa sobre un receptor metabotropic→les subunitats beta y gamma obren canals de potassi→ surt K i per tant s’hiperpolaritza les cèl·lules quedant inhibides→ disminució del batec cardíac (controlat pel parasimpatic) Enzims (cascades de 2ns missatgers): successió de reaccions bioquímiques que acaba alterant la funció neuronal. 1. 2. 3. 4. G expulsa gdp Alfa actua sobre Adenylyn Cyclase G finalitza quan la pròpia soroditat alfa hidrolitza, té activitat gpeasa Converteix ATP en cAMP NA-Rec β (receptor per la la noradrenalina) 1. Unió NT (1r missatger) i activació de la proteïna G. (expulsa GDP y capta GTP→ es divideixen les subunitats→ activació) 2. Provoca l’activació de la proteïna efectora (adenilat ciclasa). 3. Quan està activitat la adenilat ciclasa transforma l’ATP a d’AMPc (2n missatger). 4. Activació de la PKA (proteïna quinasa A) 5. La PKA s’encarrega de la fosforilació d’un canal de K+ (tancament i millora de la conducció) Exemple→si entra Na (càrregues positives) i s'obren canals de potassi, el que es produirà es que sortiran càrregues positives en forma de potassi per tal de compensar aquest canvi de concentracions de càrregues→ entre 10 de Na i surten 3 de K =7+ En aquest cas com que la PKA produeix una fosforitzacio de canals de potassi i els tanca el que provoca es que entrin més càrregues positives (major despolarització) i per tant el potencial d’acció serà més potent→ major afectació a nivell de neurones postsinàptiques Fosforilar→ afegir grups fosfats (activen o desactiven les proteïnes). Les proteïnes kinases s'encarreguen de fosforilar Aquest mecanisme esmentat fa que sinapsis més distants o dèbils siguin més eficaces a l’hora de despolaritzar. La unió de la noradrenalina no produeix grans canvis en Vm però incrementa la resposta a altres neurotransmissors. La majoria de les sinapsis impliquen receptors ionotròpics. Neuromodulació: l’activació del receptor no produeix PEPS/PIPS sinó que modifica (modula) efectivitat dels PEPS/PIPS generats per altres sinapsis amb canals dependents de neurotransmissor (ionotropiques) 9.4. INTEGRACIÓ I MODULACIÓ SINÀPTICA. CARACTERÍSTIQUES DE LES VIES DE SENYALITZACIÓ Ramificació i amplificació de la informació (amb poques molècules de neurotransmissors afecten a grans parts de la cèl·lula/membrana→ afecten a molts efectors com per exemple obrir molts canals) La difusió de l’AMPc permet una senyalització a distància (AMPc→PKA→obrir canals) Les accions sinàptiques mitjançades per receptors metabotròpics són més: 1. Lentes: més processos, més temps. 2. Extenses: amplificació del senyal. 3. Duradores: poden produir canvis persistents modificant la síntesi proteïnes. Base molecular per a l’aprenentatge i la memòria (postulat neurofisiològic). Efectes a diferents nivells: 1. Membrana: fosforilació de canals. 2. Citoplasma: regulació de la síntesi de proteïnes, l’activitat enzimàtica, etc. 3. Nucli: regulació de l’expressió gènica mitjançant la fosforilació de proteïnes reguladores transcripcionals que activen l’expressió de certs gens (e.g. receptors, enzims per a la síntesi de NT, etc.). Funcionament ACh (no son ni activadors ni inhibidors) actua a nivell de parasimpatic Inhibidor→ musculatura cardíaca (es produeix una hiperpolarització, receptor metabotròpic associat a canal K+ (muscarínic) i provoca bradicàrdia Activador→ musculatura esquelètica (es produeix una despolarització, receptor ionotropic permeable al Na+ i al K+ (nicotínic) provoca una contracció Al sistema muscular no es precisa res→ obeeix ordres motores→ sinapsis enorme→ molts neurotransmissors→ activació de les fibres musculars UNIÓ NEUROMUSCULAR Abundància de zones actives a la part presinàptica. Plegaments a la part postsinàptica i amb abundància de receptors (placa neural) Zones actives i plegaments alineats (rapidesa i fiabilitat): alliberament moltes molècules que actuen sobre una gran superfície. Receptor nicotínic: proteïna canal amb 2 llocs d’unió i permeable al Na+ i K+. Efecte final despolaritzant (excitador) Entra calci i s’activen les fibres d’actina i miosina provocant una contracció TEMA 10. SISTEMES DE NEUROTRANSMISSÓ Agonista: molècula que s’uneix al receptor i l’activa. (obrint canals, exemple→ acetilcolina) Acostumen a tenir certa afinitat i elevada eficàcia -> Quan actuen al receptor provoquen un canvi. Antagonista: unir-se al lloc d’unió i ocupar-lo. Es posa allà sense ocupar-lo, activar-lo o desactivar-lo → deixar-ho inutilitzable. Els antagonistes tenen una alta afinitat pero no son eficaços ja que no provoquen cap canvi sino impedeixen que altres agonistes puguin unir-se. Els precursors que administrem com la L-dopa faciliten la via de neurotransmissio en aquest cas seria la vía dopaminérgica (en pacients amb parkinson). Si administro un fàrmac que inihebix la recapatació d’una molècula, el que fa és potenciar ja que no s’elimina (exemple→ antidepressius). Si estimulem els autoreceptors el que fa és que la neurona inhibeixi la síntesi de neurotransmissor Si bloquegem els neurotransmissors el que fa la neurona es augmentar la síntesi i alliberament dels neurotransmissors TIPUS DE NEUROTRANSMISSORS (NATURALESA QUÍMICA) Acetilcolina (ACh) Amines biògenes (monoamines→ un grup amino) o Catecolamines(grup catecol):dopamina(DA),noradrenalina(NA),adrenalina(A) o Serotonina (5-HT) Aminoàcids: glutamat (Glu), GABA Neuropèptids: opioides i no-opioides Cotransmissors: s’alliberen conjuntament amb els neurotransmissors i l’ajuden en el seu recorregut): purines (adenosina), lípids (endocannabinoids), gasos Principi de Dale→ Les neurones alliberen el mateix neurotransmissor (o conjunt de neurotransmissors) a totes les seves sinapsis Administrar droga que inhibeix recaptador -> estem potenciant. 8. Droga estimula auto receptor 10.1. SISTEMA COLINÈRGIC METABOLISME ACH (ACETILCOLINA) La acetilcolina te dos precursors: colina + acetil-CoA. L’enzim que forma la acetilcolina es la colina-acetiltransferasa (ChAT) que afegeix un grup acetil a la colina. El ChAT es un enzim només s’expressa en neurones colinèrgiques Un cop es formada entra a les vesícules mitjançant bombes i un cop dins s’allibera a l’espai sinàptic on pot anar directe als receptors (muscarinic) o pot ser degradat mitjançant l’enzim la Acetilcolinesterasa (AChE) que degrada la acetilcolina en colina i àcid acètic. La neurona recapta la colina reutilitzada, entra un altre cop a la neurona presinàptica mitjançant un canal de Na i aprofita l’energia dels canals de sodi perquè entra en contra de gradient degut a que hi ha més colina dins que fora de la cèl.lula LOCALITZACIÓ I FUNCIONS ACH Es troba la regió dorsolateral de la protuberància al nucli pontomesencefalotegmental complex que projecta axons cap a l'escorça cerebral, tàlem i medul·la espinal. Es un nucli molt important en el son REM (fase on somiem) Apart del nucli presenta altres estructures: Prosencèfal basal (nucli basal de Meynert). • Projecten axons cap a l'escorça cerebral. • S’encarrega de l’activació de l'escorça en vigília i la facilitació de l’aprenentatge Nuclis septals medials. • Projecta axons cap a l'hipocamp. • És molt important en memòria declarativa (i Alzheimer) Aquests dos nuclis son els primers nuclis en ser degenerats en la enfermetat de l’Alzheimer, degut a que tenen projeccions a l’hipocamp la cual cosa aclara que afecti a la función de la memoria La ACh actua a nivell directe al sistema somatic motor (múscul esquelètic) també a nivell de SNS al gangli i en el SNPS a nivell de gangli i de fibres postganglionars CATECOLAMINES Totes les catecolamines son productes d’una mateixa via, segons quins enzims estan implicats es formarà un tipus o un altre La dopamina, noradrenalina i la adrenalina es sintetitza a mitjançant l’aminoàcid tirosina que es transforma a L-dopa, la L-dopa es converteix en dopamina (via dopaminérgica s’atura) Si volem noradrenalina hi haurà un enzim que transforma la dopamina a noradrenalina i si volem adrenalina hi haurà un altre enzim que transforma la noradrenalina a adrenalina Tirosina→ L-dopa→ Dopamina→ Noradrenalina→ Adrenalina L'aminoàcid essencial tirosina (Tyr) el tenim que incorporar a través de la dieta. Es un aminoàcid estàndard es a dir que s’usa en la síntesis de proteïnes ELIMINACIÓ CATECOLAMINES (ENS CENTREM EN DOPAMINA I NORADRENALINA) Eliminació per recaptació i degradació enzimàtica de catecolamines.: Recaptació amb transportadors específics per cada catecolamina o La dopamina es transporta mitjançant un transportador de dopamina o La noradrenalina es transporta mitjançant un transportador de noradrenalina Degradació: o MAO (monoamino-oxidasa) associada a les mitocondries (intracelular) ▪ La MAO afecta a nivell dopaminergic i serotoninergic o COMT (catecol-O-metil-transferasa). Els enzims que degraden i els transportadors que hem comentat poden funcionar a l'inrevés (exemple→ la COMT pot degradar dopamina) pero no es lo més normal 10.2 SISTEMA DOPAMINÈRGIC VIES NIGROESTRIADES (DOPAMINA) S'originen desde la sustancia negra fins al nucli estriat i projectra axons cap a l’escorça. Estan relacionades amb el control motor (Parkinson) VIA MESOCORTICAL (DOPAMINA) S'originen a l'àrea Tegmental Ventral. Projecta axons cap a l'escorça prefrontal Funcions executives→ memòria de treball, planificació, estratègies, inhibició conductual... (esquizofrènia). La esquizofrènia té a veure amb la vía dopaminérgica pero no es la causa de la malaltia si no es la conseqüència, la malaltia afecta a les vies dopaminergiques VIA MESOLÍMBICA (DOPAMINA) S'originen a l'àrea Tegmental Ventral. La diana d’aquestes vies es el nucli accumbens Projecta axons cap al sistema límbic. Emocions, recompensa, plaer (addiccions→ alteració del sistema de recompensa). En l’esquizofrènia s’hiperactiven les vies mesolímbiques provocant al·lucinacions 10.3 SISTEMA NORADRENÈRGIC LOCALITZACIÓ I FUNCIONS DE LA NORADRENALINA o o o o o Origen al Locus coeruleus(nucli) Projecta axons cap a tot el SNC (es troba molt repartit per tot l'encèfal) S’encarrega de l’activació cerebral: estat vigília, arousal (alerta) Aprenentatge i memòria Estat d'ànim (depressió, ansietat) → noradrenalina implicada en l’estat d’ànim. La noradrenalina actua a nivell de fibres postganglionar en el sistema nerviós parasimpàtic 10.4 SISTEMA SEROTONINÈRGIC METABOLISME 5-HT (SEROTONINA) Síntesi a partir de l'aminoàcid essencial triptòfan (Trp) →precursor de la serotonina. Més serotonina o més triptòfan ingesta→millor estat d'ànim Recaptació amb transportador específic. Degradació enzimàtica: MAO. LOCALITZACIÓ I FUNCIONS DE LA SEROTONINA Nuclis de la rafe (en la part medial del tronc encefàlic i distribueixen per tot SNC.) Project axons cap a tot el sistema nerviós central Els axons en direcció descendent està implicat en la reducció del dolor Participa també en els cicles de son-vigília. Està implicat en la sacietat després de menjar (participa en la conducta d’ingesta) Estat d’ànim (depressió, esquizofrènia). AMINOÀCIDS Hi ha diferents tipus d'aminoàcids, estàndards com el glutamat i altres no estàndard com l’espartat. Les GABA participa en les sinapsis inhibidores→ hiperpolarització dels canals de clorur (aporta càrregues negatives). El glumat participa en sinapsis excitadores (despolarització→ augment de les càrregues positives) actuant sobre canals de sodi i calci 10.5. SISTEMA GLUTAMAT ÈRGIC No hi ha nuclis específics, immensa majoria de les neurones del sistema nerviós funcionen amb GABA o glutamat. La majoria de les neurones actuen amb glumat o amb GABA (neurones d’escorça sobretot, pero es troben en qualsevol estructura cerebral). Ubicats al SNC (hipocamp, tàlem, estriat, ...). No hi ha un nuclis glutamatergiques ni gabaergiques sino que hi ha moltes neurones repartides pel sistema nervios Implicat en moltes funcions Exemple com les neurones motores corticals Participació glutamat amb fenomen de la potenciació a llarg termini = reforçament sinapsis a llarg termini, té certa durada i es mantenen el temps. Reforçament es produeix pel fet de que la sinapsi s’utilitza. Quan una sinapsis no s’utilitza es tendeix a debilitar-la. → quan una sinapsi s’utilitza tendirem a reforçarla i aquelles que no s’aniran perdent (selecció natural) Estimulem la neurona perquè faci un potencial d'acció i mesurem el potencial postsinàptic que s’origina i tornem a forçar la neurona perquè faci un únic potencial d’acció i tornem a mesurar el potencial de membrana postsinaptic que serà més potent i son canvis que perduren en el temp (estimulació sostinguda)→ més potencial i mes amplitud (+potenciació a llarg termini) Condicionament parpepal→l a resposta és tancar l’ull (quan ens bufen el ull + soroll tanquem l’ull, amb el temps quan reconeixem un altre cop aquest soroll tanquem l’ull sense haver rebut l’estimul de la bufanada Disfuncions/patologia: • Epilèpsia →activació descontrolada de conjunts de neurones (el fàrmacs que s’utilitzen per controlar l’epilepsia→inhibició de les neurones→ recaptació de glutamat • Malalties neurodegeneratives (ELA, Huntington) • Excitotoxicitat (el glutamat és tòxic i pot provocar danys en celules dependents de glutamat, provocant inclus apoptosis d’aquetes) Com es pot veure a la foto la membrana presinàptica es fa més gran i la postsinàptica també per tant això provoca que hi hagi més superfície d’intercanvi de vesícules. Les neurones son capaces de créixer i crear nous botons terminals per tant hi haurà una major presència de receptors i un major intercanvi de molècules (més vesícules i més receptors) RECEPTOR NMDA→ Receptor del glutamat per saber si s’ha fet sinapsis o no. Sensor que determinar i indicar a les cèl·lules que les dues cèl·lules s’activen simultàniament, el sensor. Indica que la pre i la post les dues s’activen. El receptor NMDA (N-metil-D-aspartat) es un sensor que indica si el potencial d’acció es continu i per tant si hi ha un flux continu de transmissió (s’activa la presinàptica i la postsinaptica→ s’activen simultàniament) Indica a les cèl·lules que la pre i la postsinàptica s’estan activant. Presència de glutamat (indica que la neurona presinàptica està activa) en el lloc d’unió i despolarització de la neurona postsinàptica perquè quan s’acumuli càrrega + el mg+ surti, entrarà sodi (més permeable) = activació de receptor. Per activar-se que s’uneixi el glutamat per el lloc indicat. Combinació per canals de voltatge i de lligand = unió lligand del glutamat i dins del canal hi ha ió de magnesi amb carregues positives. Post sinàptica interior positiu el magnesi es sent artet per interior de la cèl·lula. Quan hi entri sodi amb càrrega positiva desplaçarà el magnesi i repelarà carrega negativa i abandonarà canal. Presencia glutamat i despolarització de la post sinàptica suficient perquè magnesi surti del canal= receptor s’ activa i sera permeable al calci. Si hi ha glutamat es per la neurona presinàptica. Si la neurona esta despolaritzada hi ha carrega positiva, en canal identifica que la pre i post s’estan activant a la vegada. Quan passi, la cèl·lula ho sabrà i la reforçarà posant receptors a la post sinàptica-> fent que quan entra calci la cèl·lula sap que ha de reforçar. Calci quan entra, per si sol no pot anar al nucli, engegar proteïna que esta activa, que ho sabrà perquè entra el calci. Proteïna que podria ser ptc, que fosforilara una altre o mes proteïnes. Activaran proteïnes factors de transcripció que son proteïnes capaces de anar al nucli torbar gen que es poden unir, que es un gen concret recepció de glutamat i que s’expressi el gen. Que es sintetitzi i receptor de glutamat. ALTRES RECEPTORS DEL GLUMAT:AMPA,KAINAT Per tal que s’activi es necessita la unió del lligand al receptor (glutamat) i dins del canal permeable al sodi pero sobretot al calci si s’uneix el glutamat al receptor vol dir que la presinaptica esta activada i quan es despolaritza ,per tant el magnesi surt, vol dir que la postsinaptica s’ha activa→ activació simultània (reforçament d’aquestes sinapsis→ explicar el reforçament a traves del calci) 10.6. SISTEMA GABAÈRGIC Sintetitzat a partir de Glu Ubicat al SNC. Múltiples funcions. Especialment: o Interneurones corticals o Neurones de projecció Disfuncions/patologia: Epilèpsia (potenciar transmissió gabaergic perquè estiguin actives i innervin) Ansietat Receptors→ GABA A. Sensible als fàrmacs barbituris i benzodiazepine (com el diazepam). S’uneixen el llocs d’unió específics. Molècules quan s’uneixen al canal no i fan res al canal. Perquè facin efecte la neurona presinàptica ha d’alliberar GABA. Accio que fa molècula quan s’uneix al receptor i no fa el seu efecte perquè s’uneix a un altre lloc s’anomena modulació al·lostèrica Canal sensible a les molècules de la foto, que s’uneixen a llocs específics, quan s’uneixen al canal no fan res si no hi ha GABA, aquest estarà unit més temps, entrarà més Cl- i la cèl·lula estarà més inhibida La modulació al·lostèrica: molècules ocupen un lloc que no és i no fa cap acció Potenciar la transmissió gabaergica per tal que s’activin aquestes vies i per tant les neurones inhibidores s'activen (barbitúrics i benzodiazepines→ s'uneixen en llocs d'unió específics no on s’uneix donde el gaba) Es necessita transmissió gaba per tal que es pugui potenciar l’efecte ja que per si soles no afecten al canal i no provoquen cap modificació. 10.7. ALTRES NEUROTRANSMISSORS NEUROPÈPTIDS capacitat de neurotransmissors. Es sintetitzen RER (igual que qualsevol que hagi de ser secretada o incorporada a la membrana). Es sintetitza al reticle endoplasmàtic rugós Unió a receptors metabotròpics i solen actuar com a neuromoduladors Eliminació lenta i no específica OPIOIDES ENDOGENS Endorfines, encefalines i dinorfines ( l’activació dels receptors provoca aquests provoca plaer, reducció dolor…), Importants en la inhibició presinàptica mitjançant autoreceptors (s'alliberarà menys NT). Funcions/localització: Analgèsia (substància grisa periaqüeductal→ calmen el dolor) Sedació (formació reticular→ desactivació) Benestar (efectes reforçadors→ activació de receptors) Agonistes/antagonistes: Agonistes: opi, morfina, heroïna, metadona, ... Antagonistes: naloxona (sobredosi/placebo) Fàrmac pel tractament de la sobredosi, quan es bloquegen els receptors pels opioides endògens desapareix l’efecte placebo. TEMA 11: GENS I EXPRESSIÓ GÈNICA 11.1. GENOMA HUMÀ, GEN, ADN, ARN Genoma: tota la informació genètica d’un organisme, codificada en l’ADN (formant cromosomes; 23 parells) dins el nucli de cada cèl·lula d’un organisme. La molècula d’ADN (cromosomes) permet: Guardar informació Permetre’n la còpia Permetre’n la modificació Totes les cèl·lules tenen el mateix material genètic, segons els gens que expressin es desenvoluparan d’una forma o d’una altre (patrons genètics) Una cèl·lula necessita el material genètic per realitzar les seves funcions. Les proteïnes es creen a partir de gens que codifiquen per aquestes proteïnes El genoma és tota la informació genètica d’un organisme, codificada en l’ADN (formant cromosomes; 23 parells) dins el nucli de cada cèl·lula d’un organisme Les mitocondries també tenen un altre tipus de cromosomes (solament es transmet la informació de la mare del pare no perque las mitocòndries del pare es troben al flagel per aportar energia i moviment per arribarà a ser l’espermatozoide fecundat. El que arriba primer solament introduirà el cap dins de l'òvul i el flagel es quedarà fora impedint així que es transmeti l’ADN mitocondrial del pare (al cap no hi ha mitocòndries) ADN Es tracta d’un polímer de nucleòtids formats per una base nitrogenada, un grup fosfat i un sucre. Serà ADN o ARN segons la molècula de sucre: ribosa o desoxiribosa. Transportadors energia (ATP, GTP) Senyalització intracel·lular (AMPc). Doble hèlix antiparal·lela i complementària (5-3,3-5→sgons quin extrem quedi lliure) L’estructura de l’ADN va se descoberta per Watson i Crick DUPLICACIÓ SEMICONSERVATIVA (REPLICACIÓ) 2 molecules idèntiques a l’original. Participen entorn a 20 enzims (helicases, ADN polimerases, lligases, primases, girases, SSBP, etc.). Creixement 5’ 🡪 3’. Orígens de replicació múltiples. Consum d’ATP GEN Un gen es una seqüència de nucleòtids dins l’ADN que es considera com a unitat d’herència. Conté informació per a sintetitzar una biomolècula amb una funció biològica específica (proteïnes, ARNm, ARNr, ARNt, etc.) o per regular els diferents mecanismes de l’expressió gènica. Inclou parts: 1. Codificants: contenen informació per a sintetitzar la proteïna (seqüencia d’aa). Inclourà exons i introns (fragments) A banda i banda de la regió codificant tenim les regions reguladores 2. Regions reguladores: no codifiquen la proteïna però regulen la transcripció del gen i la seva expressió gènica(acceleren, augmenten, inhibeixen, potenciadores i silenciadores). Abans de les Codificants tenim una part d’aquesta regió codificant que és la promotora, sobre la qual s’organitza tota la maquinària de la transcripció, en funció de quines proteïnes s’uneixen al gen s’expressa més o menys. Promotora: petita regió on s’uneix l’enzim ARN polimerasa per iniciar la transcripció. Unió regulada per altres proteïnes (factors de transcripció→molècules que afavoreixen el procés de transcripció) De terminació: on l’ARN polimerasa reconeix el punt de final de la transcripció. Promouen que es desmunti tot el complex, ARNm i ARM polimerasa es desenganxen. 11.2. EXPRESSIÓ GÈNICA: TRANSCRIPCIÓ, MADURACIÓ I TRADUCCIÓ L'expressió gènica esta formada per tres part: 1. Replicació 2. Transcripció 3. Traducció Hi ha dos tipus d'àcids nucleics: desoxiribonucleics i ribonucleics (quan hi ha la presència d’un oxigen). La molécula de ADN es mes estable per això la informació genètica es guarda en aquest format BASES NITROGENADES DE ADN I ARN ADN→ timina, adenina, citosina i guanina ARN→ uracil, adenina, citosina i guanina Splicing→ procés en que a mitjançant un transcrit primari obtenim un ARNm madur (fent una eliminació dels introns i unir tots els exons per tal que la proteïna es formi de manera correcta→ el número de aa que toquen, estructura que toca…) Un mateix gen segons com la cel.lula que fagi splicing formara un ARNm diferent i per tant una proteína distinta (ja que considera alguns introns com exons i no els elimina per tan queden dins del ARNm madur) TRADUCCIÓ Es van llegint parells de 3 en 3 bases d’aminoàcids, cada grup de 3 bases codifica per una proteïna (determina la forma i la funció de la proteïna). 3 bases d’ARNm es coneix com un codo, cada codó codifica per un del 20 tipus d'aminoàcids→ segons el tipus i l’ordre dels aa es determinara l’estructura i la funció de la proteïna resultant. La síntesi de proteïnes que son destinades per el nucli, orgànuls o parts dels citosol es produeix al propi citosol. En canvi, les proteïnes que han de ser secretades al torrent sanguini o son pròpies de membrana citoplasmática es sintetitzen al reticle endoplasmàtic rugós El nostre codi genètic és redundant, és a dir, a partir de diverses combinacions de aa es poden crear la mateixa proteïna per tant al haver-hi més combinacions possibles, hi haurà menys probabilitat d'afectació per mutacions La seqüència del RNAm determina l’estructura de la proteïna i, per tant, la seva funció, si es modifica l’estructura, es modifica la funció. Desnaturalització de proteïnes→ les proteïnes perden la seva forma tridimensional i per tant deixen de ser funcionals Combinacions stop→ quan un ribosoma llegeix aquestes combinacions s’atura la traducció i s’allibera la proteïna Cada ARNt té un anticodó específic i complementari a un codo de l’ARNm. L'anticodó determina l’aminoacid que la molècula d’ARNt afegirà a la proteïna que està sintetitzant CARACTERÍSTIQUES DEL CODI GENÈTIC Redundant o degenerat (ex: la valina es codificada per diferents codons) No presenta ambigüitats No té superposicions Lectura lineal i “sense comes” Gairebé universal (tothom tenim el mateix codi genètic a excepció d’algun organisme com per exemple algun llevat) Basat en senyals d'inici i acabament 11.3. PROTEÏNES: TIPUS I FUNCIONS Cada proteïna té una específica funció (lactasa, miosina, col·lagen, hemoglobina) Les principals funcions de les proteïnes son: 1. Estructural 2. Enzimàtica 3. Hormonal 4. Reguladora 5. Homeostàtica 6. Transport 7. Contràctil 8. Reserva Àcids Desoxiribonucleòtids Àcid rubonucleòtids: on hi hartua minina trobarem uracil DNA: mai hi haurà uracil CORTE Y EMPALME = SPLICING: procés pel qual d’una molècula d’un transcrit primari de arn obtenim RNA missatger madur. Tallar introns i empalmar axons que son les parts verdes. Traducció: llegir de 3 en 3 les bases dins del RNS missatger. 3 bases seguides son un CODÓ. ADN son triplets: tres bases seguides ARN: parlem de codó. Ribosoma llegeix RNA, les primeres tres bases, incorpora aminoàcid corresponent, llegeix següent codó, s’introdueix aminoàcid i es va repetint. Síntesi de tota proteïna comença citosol, si la proteïna ha de fer funcoii al citosol o a les mitocòndries i nucu, la síntesi continua fins al final del citosol. Si ha de ser proteïna plasmàtica, com receptors o canals es sintetitzes al rugós. Seqüencia determina la funcio que farà la proteïna Requadre: si hi posa STOP es perquè es pararà de codificar, i s’atura traducció i es finalitza síntesi proteïna, perquè aminoàcids son els RNA de transferència. Característiques codi genètic: REDUNDANT O DEGENERAT Gairebé universal: per casi tots els organismes coneguts No presenta ambigüitats No té superposicions Lectura lineal i sense comes Basat en senyals inici i acabament Relació entre estructura i funcio. Cada una té estructures diferents que fan funcions diferents ESTRUCTURA: primària, secundària, terciària, quaternària. 11.4.REGULACIÓ DE L’EXPRESSIÓ GÈNICA L’ambient pot actuar sobre l’expressió gènica i afectar el fenotip (implica factors genètic i ambientals) Exemple→ els conills segons on viuen i les seves condicions de temperatura son diferents (son genèticament iguals per l’ambient provoca un canvi de fenotip). CONTROL EPIGENETIC (PER SOBRE DE LA GENÈTICA) Els factors epigenètics són responsables d’activar o inactivar certs gens en resposta a les condicions ambientals. Mecanismes que té una cèl·lula de modificació de l’acció dels gens sense alterar la seqüència de l’ADN (mutació). Els factors epigenètics són responsables d’activar o inactivar certs gens en resposta a les condicions ambientals (fumadors, si fem esport, si dormim bé, l’alimentació…). Siguin de la naturalesa que siguin son capaços d’activar o no determinats gens en funció de les combinacions ambientals La regulació a curt termini es relaciona amb el metabolisme cel·lular(canvis en els mecanismes de la cèl·lula per adaptar-se a condicions rapides i curtes→ per adaptar-se a l’ambient que es presenti en aquell moment), mentre que la regulació a llarg termini es relaciona amb els processos de desenvolupament (es mantindran amb el temps i podran ser irreversibles) La regulació gènica diu que es pot alterar l’expressió o la inhibició d’un gen en qualsevol part de la formació de proteïna des de l’inici de l’ADN, o a nivell de transcripció, traducció o proteïna→ la cèl·lula té mecanismes per regular l'expressió gènica en qualsevol dels nivells La regulació gènica sovint està provocada per proteïnes que reaccionen davant senyals ambientals augmentant o disminuint les taxes d’expressió de gens específics. L’expressió dels gens està molt regulada ja que l’ambient provoca que les cèl·lules regulin la seva expressió gènica→ síntesi de proteïnes en resposta a senyals o quan han de ser renovades Esteroides, factors de creixement, llum, calci, citocines→ son factors que impliquen canvis a nivell genètic Dins de la regulació d’expressió genètica, distingim regulació curt termini i llarg termini. Curt termini: es relaciona amb metabolisme de la cèl·lula, canvis de la cèl·lula que interessa que siguin ràpid per adaptar-se a condicions mediambientals que duren poc. Llarg termini: implica canvis que sovint es mantenen més en el temps, seran moltes vegades irreversibles, es pot relacionar amb el desenvolupament. REGULACIÓ A CURT TERMINI Expressió d’alguns gens es basa en la presencia de proteïnes reguladores dins de les cèl·lules. Hi ha dues formes que son complementaries una amb l’altre. La regulació gènica, sovint, està mitjançada per proteïnes que reaccionen davant senyals ambientals augmentant o disminuint les taxes d’expressió de gens específics. Es basa en la presència de proteïnes reguladores (gen regulador) que estan dins la cèl·lula. PREGUNTA GENERAL D’AIXÒ FOTO A: Presencia proteïna reguladora i que sintetitza cèl·lula a través de proteïna reguladora. Proteïna regulador en alguns casos per la seva estructura tridimensional no identifica estructura concreta de RNA i no fa res. Un moment un factor ambiental -> ha de ser capaç de provocar aparicions dins de la cèl·lula que sera correpressor i interactua proteïna reguladora, li canviarà estructura. Amb a nova estructura sera capaç de reconèixer estructura concreta i s’unirà a la seqüencia. On s’uneixi sera impossible expressar aquell gen, nomes quan el factors ambiental desaparegui. És un canvi molt ràpid. per la seva configuració tridimensional no identifica cap regió concreta del DNA, per tant, no interactua amb aquest i arriba un moment en el que algun factor ambiental ha de ser capaç de fer aparèixer una molècula anomenada correpressor (interactua amb la proteïna reguladora, canvia l’estructura i serà capaç de reconèixer alguna seqüència i unir-se a ella), quan desaparegui el factor ambiental, desapareixerà el correpressor, el gen es tornarà a expressar i es tornarà, així, a la proteïna nativa. FOTO B: Complementari. Proteïnes reguladores que si que son capaces de reconèixer seqüencies de RNA i s’enganxen i el gen queda desactivat. -> factor ambiental que provoqui aparició d’un inductor. Quan ‘s’uneix a la proteïna reguladora, li canvia l’estructura, ja no sera capaç d’unir-se al RNA- quan canvia factor ambiental, el gen deixa d’expressar-se i torna a la forma habitual. Es molt transitori. mecanisme complementari a l’anterior, algunes proteïnes son capaces d’unir- se al DNA, pot ser que hi hagi algun factor ambiental que provoqui l’aparició d’un inductor que, quan s’uneixi a la proteïna, li canviarà la forma, no serà capaç d’unir-se al DNA i el gen s’expressarà. Quan desapareix el factor ambiental desapareix l’inductor, la proteïna torna a la seva estructura nativa i el gen deixarà d’expressar-se. GENS REGULADORS Codifiquen per proteïnes reguladores o factors de transcripció. Interaccionen amb correpressors i inductors. Relació amb el metabolisme cel·lular (ex. síntesi d’un enzim quan el substrat és present en el medi) LLARG TERMINI No seran sempre permanents. Hi haurà moments que es podrà revertir. Es relacions amb desenvolupament i diferenciació. Desenvolupament en etapes primerenques i en la diferenciació. Herència per mitosi Metilació i condensació (impedeixen la unió de l’ARN polimerasa). Els dos mecanismes busquen interferir el RNA polimerasa. Metilació: consisteix en agafarà grup metil (CH3) i amb l’enllaç que queda lloure s’enllaça una citosina. Metilar DNA és una citosina. Algunes metilacions es mantenen després de la meiosi i potencialment es poden transmetre a la descendència. Citosina guanina, alguns enzims detecten patró i metilen no nomes citosina sino moltes -> si es fa canvi en una regió extensa de DNA perquè es modifiquen moltes citosina i el RNA polimerasa. Mecanisme que inactiva els gens normalment. Condensació: inactivació del cromosoma X “extra” del sexe femení (inactivem per condensació el DNA d’un dels dos cromosomes X). molts nivells de compactació, pero com mes compactat DNA més difícil accedir als gens. Característic de inactivació del cromosoma X que tenen les dones. Dones condensem un dels cromosomes X. ex: daltonisme. Dones si tenim un al·lel mutat i l’altre no serem daltòniques, hi ha menys probabilitats de que ho siguem. Homes nomes en tenen un, si es mutat si que expressaran daltonisme. més probable en nois ja que, el gen que el codifica és en el X, en el cas de ser dona, com en tenim dos X, s’hauria de donar que es passessin els al·lels mutants del pare i de la mare (més difícil), perquè es doni el daltonisme necessitarien les dues copies, la meitat de les nostres cèl·lules inactivarà el cromosoma amb la mutació (50% cèl·lules retina serien daltòniques i 50% “sanes” → no necessitem que sigui el 100%, ja veurem bé). La dona pot ser portadora però si nomes és en un mai expressarem daltonisme. L’hemofília seria un altre exemple (+ nois). Mosaïcisme: síndrome de Down. mosaic: cèl·lules de diferents tipus): un individu té diferents línies cel·lulars. Ex.: el Síndrome de Down pot tenir diferents graus d’afectació, diferents fenotips, la trisomia 21 hi serà sempre però hem de mirar quantes cèl·lules estan afectades. Illes CpG (citosina-guanina successivament)on alguns enzims detecten aquest patró I metilen un munt de citosines, els factors de transcripció no es podrà muntar sobre aquella freqüència → s’inactiven els gens. Metilació: mecanisme de regulació genètica. Les metilacions son el mecanisme més estudiat a nivell de epigenetuca ja que estan implicades en diverses conductes Com a través de les cures i la conducta materna -> afrontaràs situacions d’estres Si la conducta materna és d’una manera repercuteix en la nostra conducta de grans. -> son els receptors glucocorticoides Van separar rates segons si proporcionen suport a la seva descendència (relació, protecció, rates que no havien tingut cures..) i van veure si era per causa de una metilació en un gen concret. Un element clau en la investigació va ser el receptor de glucocorticoides, segons hi hagi més o menys receptors la resposta a l'estrès sera diferent Les rates que rebien atencio de petites si que expressaven el gen dels receptors i no el tenien metilat (no esta inhibit) Les rates que no rebien atenció, tenien el receptor metilati silenciat per tant no expressaven el gen dels receptors i mostraven una resposta a l'estrès pitjor (mes ansietat) Metilacions per explicar aparició d’alteracions en trastorn com l’esquizofrènia. El patró de metilacions esta alterats en aquests pacients. Dos individus genèticament individus en un d’ells es manifesta esquizofrènia i l’altre no. Discordança entre esquizofrènia Diferencies per factors ambientals. -> fan que patró de metilacions i cadascun dels embrions s’aniran diferenciant. En el moment de remissió, al bessó amb esquizofrènia s’acosta a un patró de normalitat. Els factors ambientals afecten i diferencien als individus segons els seus patrons de metilació. Els dos germans viuen en ambients diferents que provoquen una sèrie de metilacions en concret que els diferencien, un expressa la malaltia i l’altre no. germà amb esquizofrènia→ primer episodi de psicosis → remissió→ recaiguda (nou brot psicòtic) Com ens han criat reflecteixen en com afrontem diferents situacions com per exemple l'estrès (l’ambient afecta al nostre sistema nerviós) FACTORS DE RISC/PROTECCIÓ ApoE: E4, E3, E2. Els individus no portadors d’E4 tenen sempre el mateix risc de desenvolupar el trastorn, amb els portadors, a partir d’un anàlisi genètic, es determina quina teràpia convé; conèixer bé la genètica i com afecta l’ambient és de vital importància per saber que li va bé a cada pacient, En canvi en E3, si el pacient no es manté actiu física i cognitivament poden acabar en E3, si sí que ho fan poden arribar a l’E2. ADN MITOCONDRIAL • • • • Tenen el seu propi ADN Es tramet solament l'herència materna Es un ADN circular com el de les bactèries Codifica certes proteïnes del mitocondri (proteïnes implicades en la fosforilació oxidativa/respiració cel·lular) Es produeix en trastorns neurològics que depenen de mutacions en l’ADN mitocondrial→ aquestes mutacions afecten al funcionament al cervell, en la conducta, en la cognició, herència materna (riscos si tenen descendència). … TEMA 12 DESENVOLUPAMENT DEL SISTEMA NERVIÓS El desenvolupament del sistema nerviós és un procés complex que s'inicia molt aviat en el desenvolupament embrionari i que serà el resultat de l'expressió del programa genètic que dirigeix la morfogènesi general de l'individu. L'equilibri entre expressió i inactivació gènica dirigirà els processos de diferenciació cel·lular, clau per al desenvolupament de totes les estructures del cos. El desenvolupament del sistema nerviós, en concret, s'iniciarà amb la diferenciació d'un grup de cèl·lules, les quals quedaran determinades per formar el teixit nerviós, a partir de les quals apareixeran les primeres estructures neurals. A partir d'aquest moment, s'establirà la distinció entre neurones i cèl·ules glials, les cèl·lules migraran a la seva destinació, s'agruparan en estructures i establiran connexions entre elles. Tots aquests processos configuraran l'estructura bàsica del sistema nerviós, la qual es veurà modificada per l'ambient en el que es desenvolupi l'individu al llarg de la seva vida, donant com a resultat un sistema nerviós únic en cada individu. La següent figura mostra el procés de desenvolupament del sistema nerviós al durant la gestació. GASTRULACIÓ El procés de morfogènesi del sistema nerviós, a través del qual el sistema nerviós adquirirà la configuració característica de la seva espècie, comença aviat durant el desenvolupament embrionari. Cap a la tercera setmana de gestació, l'embrió presenta una estructura aplanada en forma de disc (el disc embrionari) en el qual es poden distingir dues capes de cèl·lules: l'hipoblast i l'epiblast. El procés de la gastrulació comportarà una reordenació d'aquestes cèl·lules, com a conseqüència de la qual es formarà un disc amb tres capes de cèl·lules: l'endoderm (la més interna), l'ectoderm (la més externa) i el mesoderm (intermèdia). D'aquestes tres capes es formaran tots els teixits i estructures de l'organisme. El sistema nerviós, concretament, s'originarà a partir de l'ectoderm. En una visió més general: NEURULACIÓ Dos processos que inclou la nerulació Inducció neural Formació del tub i la cresta neurals L'inici del desenvolupament del sistema nerviós ve marcat pel procés de neurulació. La neurulació s'inicia amb la inducció neural de l'ectoderm, en la qual un grup reduït de cèl·lules de l'ectoderm quedarà diferenciat a neuroectoderm. Tot seguit, la proliferació de cèl·lules del neuroectoderm donarà lloc a la formació de la placa neural a la superfície dorsal mitja del disc embrionari. Diferenciació del neuroectoderm o ectoderm neural: A continuació, apareixeran a la placa neural el solc neural i, als costats, els plegaments neurals. Amb els dies, el plegaments neurals s'aniran apropant fins fusionar-se des del centre de la placa cap als extrems de la placa, donant origen al tub neural. Del tub neural s'originaran totes les estructures del sistema nerviós central. Simultàniament, les parts externes del plegament neural es separaran de l'ectoderm i es fusionaran, donant lloc a la cresta neural, la qual queda inicialment en posició dorsal entre el tub neural i l'ectoderm per després dividir-se i adoptar una posició lateral. De la cresta neural es formarà el sistema nerviós perifèric. Cap a la quarta setmana de gestació, els extrems del tub neural, anomenats neuroporus rostral i neuroporus caudal, ja s'han hagut de tancar. El neuroecdoterm es divideix en dues parts, una forma la placa neural i aquest perímetre s’anomena plegament neural, i d’aquí s’origina el SNP. El dia 23 de gestació, el tub ha d’estar pràcticament tancat. Només queden oberts els extrems neuroporus i causal i aquests s’han de tancar a la 4ta setmana. o o Si el neuroporus rostral no es tanca, apareixerà l’anencefàlia: incompatible amb la vida. Si no es tanca el neuroporus caudal, apareixen alteracions que si són compatibles amb la vida, com: l’espina bífida. Mal tancament dels neuroporus rostral i caudal. → Forma d’evitar-ho: Les dones prenen suplements vitamínics durant l’embaràs: àcid fòlic o El sumplement d’àcid fòlic redueix les anomalies del tancament del tub neural ESTADI DE 3 I 5 VESÍCULES Un cop tancat el neuroporus rostral (al voltant del 25è dia de vida embrionària), el tub neural experimentarà una ràpida transformació que marcarà l'inici de la formació de les diferents divisions de l'encèfal. En concret, cap al final de la quarta setmana de gestació, la porció rostral del tub neural presenta una curvatura (la curvatura encefàlica) i es es produeix un engruiximent, donant lloc a l'aparició de 3 vesícules primàries: prosencèfal (o encèfal anterior), mesencèfal (o encèfal mig) i rombencèfal (o encèfal posterior). La part caudal del tub neural no es veurà afectada per aquest procés de formació de vesícules. Una setmana més tard, el prosencèfal es dividirà en telencèfal i diencèfal i el rombencèfal, en metencèfal i mielencèfal, mentre que el mesencèfal es mantindrà com una sola vesícula. Aquest estadi del desenvolupament del sistema nerviós rep el nom d'estadi de 5 vesícules secundàries. Prosencèfal ja no es troba a l’estadi de 5 vesicules Del telencèfal s'originaran els hemisferis cerebrals, tant l'escorça com les estructures subcorticals (p.ex., ganglis basals, hipocamp i amígdala). Del diencèfal s'originarà el tàlem i l'hipotàlem i del mesencèfal, les diferents estructures que el composen (col·licles, substància negra, nucli roig, àrea tegmental ventral, etc) i part del cerebel. El metencèfal donarà lloc a part del cerebel i a la protuberància i el mielencèfal, al bulb raquidi. De la part més caudal del tub neural s'originarà la medul·la espinal. La llum del tub neural, per la seva banda, donarà lloc al sistema ventricular. En la següent taula es sintetitza l'origen de les estructures madures a partir de les vesícules del tub neural: FASES DE FORMACIÓ SN A partir de l'establiment de l'estadi de 5 vesícules, el procés de morfogènesi del sistema nerviós suposa la transformació de la pared del tub neural (neuroepiteli). La seqüència d'esdeveniments darrere del desenvolupament del sistema nerviós són: 1) proliferació, 2) migració, 3) diferenciació, 4) formació de vies de connexió, 5) establiment de connexions i 6) mort neuronal. Totes les estructures cerebrals es desenvoluparan seguint aquesta seqüència, malgrat que no totes ho faran al mateix moment. En aquesta lliçó estudiarem els processos de proliferació, migració i diferenciació. La formació de vies de connexió, l'establiment de connexions i la mort cel·lular els veurem al tema 13 (Maduració del sistema nerviós). 1.PROLIFERACIÓ El primer pas en el desenvolupament del sistema nerviós consisteix en un important increment del nombre de cèl·lules. La paret del tub neural en l'estadi de 5 vesícules és una capa prima anomenada neuroepiteli en la qual es troben les cèl·lules mare del sistema nerviós. Serà a partir d'aquestes cèl·lules mare del sistema nerviós que, per un intens procés de divisió cel·lular, s'originaran totes les cèl·lules que formaran les diferents estructures del cervell. Aquest intens procés de divisió cel·lular començarà un cop es tanqui el neuroporus rostral. Les cèl·lules mare del sistema nerviós es dividiran en més cèl·lules mare fins que per canvis en l'expressió gènica esdevindran cèl·lules progenitores. Aquestes cèl·lules progenitores podran experimentar més cicles de divisió cel·lular, com a conseqüència dels quals s'originaran més cèl·lules progenitores i les futures neurones i cèl·lules glials. Neuroepiteli amb cèl·lules mare del sistema nerviós: Origen seqüencial de les cèl·lules del Sistema Nerviós: Malgrat que el procés de proliferació és produeix principalment durant la gestació, es coneixen algunes regions cerebrals que conserven certa capacitat de proliferació en el cervell adult, com per exemple, el bulb olfactori o l'hipocamp. La renovació de cèl·lules en aquestes estructures s'explicaria per la presència en l'edat adulta de cèl·lules mare del sistema nerviós en regions cerebrals com la zona subventricular, el revestiment dels ventricles laterals o el gir dentat de l'hipocamp. 2.MIGRACIÓ Donat que el procés de divisió cel·lular que permetrà obtenir l'elevat nombre de cèl·lules que formaran el sistema nerviós té lloc en una zona molt restringida propera als futurs ventricles, és imprescindible que les neurones que es van originant d'aquest procés de divisió es desplacin fins a la regió del cervell on desenvoluparan la seva activitat, procés que rep el nom de migració cel·lular. Aquest procés de migració és altament dependent de senyals (p.e., relina) presents a la matriu extracel·lular que orientaran el moviment de les neurones en desplaçament fins a la seva destinació. Una bona part de les cèl·lules també s'ajudaran per a la seva migració de la glia radial, la qual estén projeccions des de la zona ventricular fins a la superfície de l'encèfal en desenvolupament (superfície pial) que serveixen de suport mecànic per la desplaçament de les neurones en migració. Les neurones en migració interactuaran amb aquesta glia radial mitjançant molècules que facilitaran el reconeixement entre totes dues cèl·lules, anomenades molècules d'adhesió cel·lular neurona-glia. El paper de la glia radial és especialment important per guiar les tandes de migració que donaran lloc a la formació de les 6 capes de l'escorça. Aquestes capes es formaran seguint un patró de dins cap a fora, és a dir, primer es formen les capes més internes i seguidament, les més externes. Un cop completat el procés de migració, una part de la glia radial podrà diferenciar-se en altres tipus de cèl·lules i assumir altres funcions (p.e., astròcits), una altra part degenerarà i una altra romandrà a l'encèfal per guiar la migració en etapes postnatals. 3.DIFERENCIACIÓ Per mitosi s'originen cèl·lules indiferenciades que reben el nom de neuroblasts i glioblasts. Encara no presenten l'aspecte de neurones o cèl·lules glials madures. Malgrat que la diferenciació cel·lular és un procés gradual que s'inicia des dels primers moments del desenvolupament, ens referim en aquest apartat al procés pel qual les neurones en desenvolupament adquiriran les seves característiques morfològiques i fisiològiques definitives (i també les cèl·lules glials). Els canvis més evidents en aquest procés de diferenciació seran l'aparició d'una projecció que es diferenciarà com a axó i el desenvolupament de l'arborització dendrítica. Aquest procés de diferenciació és resultat de la combinació d'un patró d'expressió genètica específic de cada neurona i l'efecte de senyals presents a la matriu extracel·lular. Un exemple d'aquest tipus de senyals és el que exerceix la semaforina. Aquesta proteïna present a la matriu extracel·lular produeix un efecte diferent en el creixement de les dendrites i de l'axó molt important per al correcte desenvolupament d'aquestes estructures. Mentre que les dendrites creixen en direcció a les zones de màxima concentració de semaforina, l'axó tendirà a créixer en sentit oposat, cosa que permetrà la correcta diferenciació d'algunes poblacions neuronals en les que l'arborització dendrítica i l'axó han de dirigir-se en sentit oposat. La darrera capa de l’escorça en formarse és la capa VI -> FALS TEMA 13 MADURACIÓ DEL SN 13.1.FORMACIÓ DE SINAPSIS I MORT NEURONAL La formació de vies de connexió suposa el creixement de dendrites i axó. Establir connexions amb altres neurones, que de vegades estaran mot llunys de seva posicio. La neurona compta a l’extrem amb una estructura que es el con de creixement: especialitzat en trobar el camí per al creixement de les neurites. Li serveix a la neurona per explorar l’entorn de manera química. -> quan ho detecta provocarà un seguit de canvis. Detecta el seu entorn dues coses: o Factors neurotròfics : molècules que estimulen creixement de la cèl·lula. Axó tendeix a créixer cap on hi ha aquests factors de creixement, zones o hi ha els factors neurotròfics. Fer créixer el citoesquelet i la membrana, portar vesícules que quan s’incorporin ala membrana plasmàtica faran que s’augmenti aquesta membrana. o Determinarà si el substrat en el que es troba es permissiu o repel·lent Examinen l’entorn buscant substrats permissius i repel·lents que formen vies. Filopodis: s’agafen a proteïnes de la matriu extracel·lular del substrat en el que creixen (laminina-integrina) i estiren del con. — — Examinen l ’ entorn buscant substrats permissius i repel·lents que formen vies. Capta nutrients per al creixement global de la neurona (subst. neurotròfiques, e.g. FCN). La fasciculació requereix MACs de la membrana de l’axó. -> fascicle fa referència a conjunt d accions. Les cèl·lules es fasciculen. S’enganxen unes a les altres (molècules d’adhesió cel·lular) Creixement seguint segments curts. Factors que guien el creixement: o Hipòtesi de la quimioafinitat: es proposa aquesta hipòtesis per explicar com es guia el creixement -Subst. neurotròpiques (FCN). -Molècules de reconeixement entre grups de neurones. -Senyals guia atraients i repel·lents. -utilitzacio de granotes: poden regenerar axons del sistema nerviós central-> seccionar nervi òptic i rotar els ulls 180 graus i va deixar que es regeneressin. -> posar estímul en el seu cap visual com un insecte, -> les granotes anaven cap el sentit oposat. = es compleix principi de quimioafinitat o Interacció amb el medi -substàncies de la MEC. -axons pioners (fasciculació). La primera cosa que fa una neurona quan arriba al seu lloc d’acció es buscarà connexions amb altres neurones (algunes est troben a prop per d’altres hi estan molt allunyades). Per tal de trobar aquestes connexions les neurones detecten factor neurotrofics i examinen si les condicions son adequades. Factor neurotrofic→ molècula que capta una neurona i que promou el creixement d’aquesta (receptor + factor=creixement). Les cèl·lules riexen cap al lloc on hi han més factors neurotrofics. Les cèl·lules diana secreten factors per capotar axons de neurones més allunyades i establir una connexió entre elles. Si totes les neurones haguessin d’establir connexions amb molècules diana, seria difícil, llavors el que es fa es la fasciculació (unió d’axons de diferents cèl·lules, un s'encarrega d’inspeccionar l’entorn). Les cèl·lules necessiten adherir-se a la membrana per poder sobrevivir (hipòtesi de la quimioafinitat, com es produeix el creixement dels axons) Els amfibis poden regenerar els axons del SNC, tot això es va descobrir fent experiments amb granotes on les extirpaven el nervi òptic i les neurones òptiques i les rotaven els ulls 180º. Com a resultat van veure que davant del mateix estímul la granota anava en contra. En l'establiment de noves connexions van veure que malgrat rotar els ulls les connexions anaven cap al mateix lloc on hi anaven inicialment DECUSSACIÓ Quan una neurona va a decussar expressa receptors per la negrina, aquesta molècula es secretada per les cèl·lules dianes que es troben en el lloc on es troba la neurona i també les cèl·lules de la línia mitja. Quan una neurona mitjançant els seus receptors capta negrina els hi provoca una sèrie de canvis que la guien i provoquen un moviment cap a la línia mitja de la medul·la espinal. Un cop arriba a la línia mitja deixa d’expressar receptors per la negrina i comença a expressar receptors de slit que provoca una sèrie de canvis en la neurona que fan que la neurona continuï el seu recorregut i abandoni la línia mitja. *Quan expressen receptors per la negrina la neurona va cap al lloc on hi ha més concentració d’aquesta proteïna (línia mitja) en canvi quan la neurona expressa receptors per el slit, la neurona va cap al lloc hi ha menys concentració de negrina (a la perifèria de la medul·la espinal) SINAPTOGENESI El reconeixement de proteïnes presinàptiques i postsinaptiques provoca un canvi dins les cèl·lules (senyalització de receptors,canvis del citoesquelet…). El factor de creixement de nervis i el factor neurotròfic derivat del cervell promou el creixement i la supervivència de les neurones, també determina quines neurones moren per apoptosi (mort quan no hi ha accés a factors neurotrofics) i quines no. La maduració requereix anar perdent substància grisa. Les parts que maduren abans son les emocionals com l'amígdala i no la part racional com el prefrontal que triga més en madurar. Netrin i slit: permet explicar com algunes cèl·lules fan decussar. -> en els seus estadis inicials del desenvolupament del xo expressen axons que es la netrina. Cèl·lules de la línia mitja secreten proteïnes i estableix gradient perque hi ha concentració de les deus. La neurona en la seva fase més inicial expressa en la membrana de l’axo netrina. A l’interior de la cèl·lula hi ha receptor de netirna. Receptor de proteïna slit, quan detecten proteïna tambe participen en creixement axó, pero de manera oposada d’on neix la proteïna slit, fent que la vagi a l’altre banda de la línia mitja i fent que es compleixi la decussació. Créixer en direccio oposada d’on hi ha la proteïna. Perque dues cèl·lules facin sinapsis, s’han de reconèixer. Reconèixer les proteïnes de membrana d’una altre cèl·lula. Distingir d’un astròcits o d’altres. Neurones tenen proteïnes que nomes reconeixen altres proteïnes de neurones. -> interactuen entre si i senyalitzen interior de la cèl·lula i promoure canvis en l’interior. Hi ha 2 fases: 1. Sobreproducció 2. Eliminació i reorganització — Coincideix amb l'inici de l'activitat neural en resposta a l’activitat externa. — Reflecteix competició per factors tròfics. — Assegura l’equilibri adequat entre neurones pre i post. Capacitat sinàptica (disminueix amb l’edat) Apoptosi: no deixa rastre quan desapareix. Ajustem circuit perque eliminem sinapsis. 13.2. MIELINITZACIÓ SUBSTÀNCIA BLANCA És important l’ambient per saber com s’organitza el SNC. Hi ha un patró de mielinització: 1. Es mielitizen del reflexos (aquesta mielinització es fa abans del part i desencadena accions com la succió del pit en els nadons) 2. Cervell posterior 3. Mesencèfal 4. Cervell anterior Inici: circuits reflexes (SNP; abans les vies sensorials que les motores) Final: neoescorça (SNC; de més caudal a més rostral). Aquesta mielinització va paral·lelament al desenvolupament cognitiu (capacitat de concentració, planificació, velocitat de processament, etc.) Durant el transcurs de la vida es va disminuint la concentració de substància grisa i va augmentant la quantitat de substància blanca Parts que maduren abans (amígdala i escorça prefrontal)? Emocional (amígdala), en els infants el seu sistema és reactiu, i els adults poden racionar les nostres emocions, tenim el prefrontal més desenvolupat. Mielinització en les dones acaba abans, relacionat amb temes maduratius. Depenent de si l’àrea és recent o no. Tres tipus escorça sensorial i motora. Primer sensorial, associació i prefrontal (accions més complexes) 13.3. PLASTICITAT DEL S N Capacitat de modificar-se com a conseqüència de les exigències ambientals. -> el nostre sistema nerviós no es molt diferent als dels nostres òrgans. Aquesta plasticitat esta regulada segons la correlació entre l’activitat presinàptica i postsinàptica. La plasticitat es manté tota la vida pero no en el mateix grau al llarg de la vida→ durant els períodes crítics es on hi ha més plasticitat per adquirir hàbits, accions… (saber parlar, l’escriptura, l'aritmètica, socialitzar, caminar…) Plasticitat per regular que canvia i que no que és la correlacio entre activitat pre i postsinàptica. Es manté tota la vida en diferents graus. o Periòdic crític: màxim preparat per assumir una funció. o o Parla (espai de temps que en els nens poden adquirir aquesta funció), aprendre a caminar, socialitzar El que no s’aprés en el període crític després hi ha més dificultat en fer aquell aprenentatge. PERÍODES CRITICS Per què finalitzen? 1. L’axó deixa de créixer (canvis matriu extracel·lular o mielinització per oligodendròcits) 2. Madura la transmissió sinàptica 3. Disminueix l’activitat cortical (Ach, NA, GABA) Te importància clínica (lesions). Efectes de factors epigenètics sobre el desenvolupament: Hormones gonadals (diferencien SN i conducta) Estrès matern Nutrició Durant el desenvolupament més primerenc es poden produir reorganitzacions macroscòpiques dels arbres sinàptics, mentre que en adults la plasticitat sembla que es limita a canvis locals en l’eficiència sinàptica. Com es pot veure a la imatge les rates que es desenvolupen amb altres individus de la seva espècie o fins i tot se li apareixen estímuls, tenen una major ramificació de les neurones. En els nens petits les lesions tenen millor pronòstic, les regions que queden perseverades s’encarreguen d’assumir les funcions que haurien de fer les regions danyades. El cervell dels nenes al ser mes plàstic és pot adaptar millor als danys. SN es desenvoluparà segons el que li exigim. Si has crescut en ambient complex, serà fàcil passar fer front a situacions més senzilles. -> intentar anar a màxims i promoure la màxima potencialitat.