Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. VI

Hay un periodo refractario debido a la inactivacion del canal de sodio. Hay neuronas que producen trenes de potenciales de acción. Los potenciales normales se producen con una frecuencia de 1 Hz, cuando hay una estimulación pasamos a un intervalo de entre 50 y 100 Hz, tenemos un máximo que es de 1000 Hz, debido a que hay un periodo refractario.

El potencial de acción sucede en el cono axonico. Para poder transmitirse el potencial de acción que es una onda se debe de autoalimenta para poder llegar al botón sináptico. Para que esto ocurra tras la primera despolarización se produce la apertura de los canales de sodio regulados por voltaje y a medida que se transmite se produce la apertura de nuevos canales de sodio hasta llegar al botón sináptico. El potencial no retrocede debido a que los canales pasan a inactivados cuando el potencial avanza.

Tenemos dos tipos de transmisión del potencial que son la rápida y la lenta. En la rápida alcanzamos velocidades de hasta 120 m/seg y se transmite mediante las neuronas mielinicas. La opción lenta llega a velocidades de    1 m/seg y se transite por neuronas amielinicas. Para obtener rapidez tenemos dos opciones que son que el axon sea gordo y que se recubra por mielina. En el caso de invertebrados han adaptado las fibras amielinicas mediante un ensanchamiento llegando a un axon de 800 μ de diámetro lo cual produce un aumento de velocidad. En los vertebrados se produce un recubrimiento de células de los axones. Estas células son los oligodendrocitos y células de Schwann. El espacio que queda entre las células se denomina nodo de Ranvier. La transmisión en este tipo es saltatoria, debido a que los canales de sodio se localizan en los nodos y el potencial va de nodo en nodo.

Una vez que el potencial de acción llega al boto sináptico abre los canales de calcio y produce la fusión de las vesículas con la membrana, lo que produce la liberación del neurotransmisor.

Una neurona típica recibe estímulos desde diversas fuentes. La función fundamental de la neurona es integrar toda la información y producir una respuesta que sigue la regla del todo o nada. Los potenciales de acción siempre tienen la misma amplitud. El procesamiento de respuestas graduales se produce porque la neurona genera potenciales de acción con diversas frecuencias, dependiendo de la intensidad de estimulación.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. V

En el momento que comienza el proceso se extiende por toda la neurona en ambas direcciones, lo que produce la fuga de iones perdiendo fuerza la señal eléctrica. Hay posibilidad de sumar señales tanto en el espacio como en el tiempo. El PPSE es el potencial postsinápticos excitador. 

Las neuronas ganglionares o pseudomonopolares son aquellas que presentan una rama de la cual parten el axon y la dendrita, considerándose así iguales desde el punto de vista funcional. El potencial de acción se inicia en la zona de recepción sensorial de la dendrita. No presenta canales de sodio regulados por voltaje en el soma neuronal.

Salvo esta excepción, las demás neuronas se comienzan con el potencial de acción en el cono axonico. Hosgkin y Huxley predijeron que en la membrana neuronal del cono axonico debe de haber un paso de iones que produzcan el inicio del potencial de acción. El potencial de acción se divide en cuatro fases:

¨     Ascenso: el potencial de membrana pasa desde -65 mV hasta 0 mV, mediante la despolarización de la membrana.

¨     Supradescarga: continua el ascenso hasta llegar a un punto máximo donde comienza el descenso, para llegar finalmente a 0 mV.

¨     Descenso: el potencial de membrana desciende desde 0 mV hasta    -65 mV.

¨     Infradescarga: se produce una hiperpolarizacion transitoria.

Se produce en un periodo de tiempo realmente corto que es del orden de 2 milisegundos. Estos cambios se producen por la despolarización de la membrana y por el cierre o apertura de los canales.

En primer lugar se produce la apertura de los canales de sodio regulados por voltaje. Estos canales se constituyen por cuatro subunidades pueden producir la apertura o cierre de estos. Cuando el potencial es de -65 mV la conformación de la subunidades produce el cierre del canal debido a que es la conformación más estable, sin embargo cuando el potencial alcanza los   -40 mV los canales de sodio se abren. El canal de sodio presenta tres estados diferentes que son el abierto, cerrado  e inactivado. El paso de cerrado a abierto se produce cuando el potencial de membrana alcanza        -40 mV. El paso de abierto a inactivo es mediante una proteína inactivadota que se une al canal inactivándolo. El paso de inactivo a cerrado se produce cuando hay un cambio de potencial y la membrana llega al potencial de reposo. Cuando el canal esta inactivado, no influye que este abierto o cerrado, ya que no hay flujo de iones. La apertura y cierre dependen de una compuerta.

El canal de sodio abierto produce la fase de ascenso. Cuando el canal de sodio se pasa a inactivo se produce la apertura de los canales rectificadores de potasio. Cuando este se abre sale el potasio de la célula produciendo el descenso de potencial pasando por las fases de supradescarga y descenso.

La fase de ascenso y la primera parte de supradescarga dependen de la apertura de los canales de sodio, la cual es la etapa más rápida.

Los canales de potasio son los responsables de la repolarizacion, regulación del voltaje y se abren cuando el potencial de membrana supera un determinado umbral.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. IV

El potencial de acción es una onda  eléctrica autogenerada que se propaga desde el punto de iniciación en el cono axonico hasta la terminación del axon. La estimulación que genera el potencial de acción se produce mediante la estimulación eléctrica en el caso de un experimento y de forma natural mediante la estimulación de receptores sensoriales y secreción de neurotransmisores en el contacto sináptico. El más usual es la estimulación de un neurotransmisor.

Los fenómenos eléctricos previos al potencial de acción se componen en primer lugar de una hiperpolarizacion o despolarización en la regios postsináptica. Se produce un contacto sináptico entre dos neuronas. En la región postsináptica se puede producir los dos fenómenos. Dependiendo del tipo de canal que se abra se producirá un proceso u otro. Si abrimos el canal de sodio entrara en la neurona y se producirá una despolarización. Si abrimos un canal de cloro se producirá la entrada de cargas negativas lo que produce una hiperpolarizacion.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. III

En el sistema de bombeo hay que destacar la bomba sodio-potasio ATPasa la cual saca  dos sodios y entra dos potasios. Se encarga del mantenimiento del potencial en reposo y casi el 70% de la energía consumida en el cerebro es para el mantenimiento del potencial en reposo por esta bomba.

Tanto la bomba como los canales no presentan distribuciones simétricas, sino que la distribución es asimétrica.

En el cono axonico y el axon los canales son controlados por voltaje. Hay canales de sodio y potasio. Intervienen en la generación y transmisión del potencial de acción. En el botón terminal tenemos los canales de calcio regulados por voltaje. Se encargan de elevar la concentración de calcio intracelular y con ello desencadena la exocitosis de las vesículas sinápticas.

El potencial de reposo es de -65mV. Esto se genera por diferencia de potencial en la membrana. Para que se genere este potencial es necesario el movimiento de muy pocos iones, en la cual necesitamos el movimiento de 1/10.000.000 de iones potasio en una célula con un diámetro de 50μm. Los cationes tienden a acumularse en la membrana. Esto potencia que el potencial de reposo se mantenga. La rapidez y facilidad de movimiento de iones depende de la fuerza que los haga moverse por los canales iónicos.

Se puede conocer el potencial de membrana para un ion determinado mediante la ecuación de Nerst: E(mV)=61´65 log ([ion]_ext/[ion]_int. Pero en la membrana podemos encontrar diferentes permeabilidades, para ser más exacto utilizamos la ecuación de Goldman:

	Calamar		Mamíferos
	Interior	Exterior	Interior	Exterior
Potasio	400mM	20mM	140mM	5mM
Sodio	50	440	5-15	145
Cloro	40-150	560	4-30	110
Calcio	0´0001	10	0´0001	1-2

Tema 3; Base molecular de la función neuronal II

Las neuronas movilizan iones en la membrana plasmática, pero esta es casi impermeable a los iones por lo que ha diseñado unos canales iónicos que facilita el paso de iones. Los podemos dividir en dos tipos:

¨     Canales no regulados: están formados por subunidades proteicas que son proteínas integrales de la membrana plasmática con una región central que es hidrófoba dando contacto con el núcleo de la membrana plasmática y la parte hidrófila. Las subunidades se cierran formando un anillo que deja un canal central que se caracteriza porque hacia el son hidrófilos. Estos canales tienen un determinado diámetro. La apertura y cierre de estos canales es al azahar.

¨     Canales regulados: son similares a los regulados. La apertura y cierre están controlados. La regulación puede ser mediante voltaje, unión por ligandos extracelulares, unión de ligandos intracelulares y activado por estrés o estiramiento de la membrana plasmática.

Tema 3; Base molecular de la función neuronal

Las propiedades de la neurona se deben a la membrana plasmática que es semipermeable. Esta membrana presenta diferentes tipos de canales iónicos y proteínas que mediante el gasto de ATP bombean protones. Como consecuencia se produce el potencial en reposo, además de producir y transmitir el potencial de acción a lo largo del axon.

La membrana plasmática se compone de una bicapa lipídica con un núcleo central hidrófobo  y dos regiones hidrófilas. En la membrana se insertan diferentes proteínas, tanto integrales como periféricas que se localizan según sus propiedades hidrófobas o hidrófilas. La membrana presenta diferente permeabilidad por las moléculas. El sodio, potasio y cloro son las sustancias que mas tardan en penetrar, mientras que el agua es la más rápida.

La permeabilidad de la membrana plasmática es función del peso molecular o tamaño de la molécula, ya que cuanto mas grande mas tiempo tarda, función de la solubilidad que se cuanto mas hidrófoba mas solubilidad y función de carga eléctrica  que cuanto mayor carga mas difícil es la entrada.