neuronas y sistema inmune bert rivera marchand, phd universidad interamericana de puerto rico...
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Neuronas y Sistema Inmune
Bert Rivera Marchand, PhDUniversidad Interamericana de Puerto Rico
Recinto de BayamónDepartamento de Ciencias Naturales y Matemáticas
Sistema Nervioso
• Función: Control y Comunicación• Partes:– Sistema Nervioso Central: Cerebro, Cerebelo
Médula Espinal– Sistema Nervioso Periferal: Nervios craneales y
espinales
Neurona
• Descripción:– Forma alargada y asimétrica– Proteínas y organelos localizados– Proteínas controlan flujo de iones a través de la
membrana– Pueden recibir señales o enviar a múltiples
neuronas• Sincronizadas o asincrónicas• Excitadas o inhibidoras
Origen de las Neuronas
• Se originan de neuroblastos
• Estos migran• Luego de llegar a su
destino cambian su forma
Forma Generalizada
• Núcleo• Dendritas
– Reciben señales mediante sinapsis• Axón
– Largo y diámetro varían– Casi siempre cubiertas por mielina
• Hechas por glías– Abundantes; proveen factores de crecimiento; reciben señales
• Aumenta la velocidad de la señal• Previene cortos circuitos
• Terminal de Axón– Corto– Pasan la señal a la otra neurona
Neuronas
• Células excitables– Pueden acumular un voltaje a través de la
membrana• Potencial de la Membrana (puede ser descargada o
llevada a positivo)
– Sin transito= tiene un potencial de descanso• Producida por bombas de iones positivos• -60mV
Lenguaje de Neuronas
• Cambios breves y localizados en potencial– De negativo a 0 ó a positivo– Despolarización corre de un lado a otro en un
Potencial de Acción• Puede moverse 100m/s• Puede repetirse• Cuando comienza no se interrumpe• La información es cargada por la frecuencia de la señal
no la intensidad
Sinapsis
• Unión de terminales de axones y dendritas1. Terminales de axones liberan neurotransmisores por
medio de exocitosis– moléculas pequeñas (Ej. Acetilcolina; glutamato)
2. Estos se unen a receptores en las dendritas de la otra neurona
3. Causan que abran o cierren canales de iones específicos en la membrana de la célula postsináptica que cambia el potencial (+ ó -) – Luego se despolariza y es suficientemente grande causa un
potencial de acción
Sinapsis
• Transmisión es unidireccional– Axón-Dendrita
• En algunos sinapsis el efecto es de hiperpolarizar– Disminuye la probabilidad
de un potencial de acción
• En otros casos como en el sistema nervioso central la sinapsis puede ser múltiples e inducir respuestas múltiples
Circuitos: Neurona Sensorial
• La neurona sensorial indica que un evento ocurrió– Neurona motor- carga la señal (ej. a un musculo
para contracción)– Interneurona- puente entre otras neuronas para
integrar o divergir señales
Circuito Simple
• Arco-reflejo– Interneuronas conectan neuronas sensoriales y
motoras múltiples – Estas permiten que UNA neurona sensorial afecte
múltiples neuronas motoras y que una neurona motora sea afectada por múltiples neuronas sensoriales
Propagación de Potenciales de Acción
• Potenciales de acción= despolarizaciones repentinas de la membrana seguidas por repolarización rápida– Se originan en el segmento inicial de axón y se
mueven hacia los terminales donde los impulsos eléctrico son transmitidos a otras células vía sinapsis
• El potencial de acción es resultado de abrir y cerrar de forma secuencial los canales de Na+ y K+ en las membranas de la neurona y el músculo
Mielinización
• Aumenta la tasa de conducción de impulsos hasta 100x
• Permite el empaque cercano de neuronas (ej. cerebros de vertebrados)
• En neuronas mielinizadas los canales de Na+ se concentran en los Nodos de Ranvier– La despolarización de un nodo se mueve
rápidamente; el potencial brinca nodos
Células Gliales
• Producen capas de mielina• Se unen alrededor de las neuronas en forma de espiral– Oligodendrocitos- producen mielina para el Sistema
Nervioso Central– Células de Shwann- producen mielina para el Sistema
Nervioso Periferal– Astrocitos- cubren procesos alrededor de sinapsis y vasos
sanguíneos• Secretan proteínas que estimulan formación de sinapsis e inducen
la producción de barreras de sangre-cerebro que limitan el flujo de sustancias
Comunicación en Sinapsis
• Neurotransmisores son liberados por la célula presináptica por exocitosis– Se difunden por la sinapsis y se enlazan a
receptores de la célula postsináptica (neurona o músculo)
– Están almacenados en vesículas sinápticas en el terminal del axón de la célula presináptica
– Cuando llega un potencial de acción, canales de Ca2+ abren y las vesículas se unen a la membrana liberando neurotransmisores a la sinapsis
•Neurotransmisores de masa molecular baja (Acetilcolina, dopamina, epinefrina) son importadas del citosol a vesículas con H+
•Bomba de protones mantiene el pH bajo lo que mueve los neurotransmisores en contra del gradiente
•Importación de neurotransmisores de masa alta varia
Algunos Neurotransmisores
• Glutamato- Excitatorio• GABA (Gama ácido amino butírico)- Inhibidor• Acetilcolina- neuromuscular• Dopamina- placer, motor (recompensa)• Serotonina- apetito, sueño, memoria,
temperatura, humor, conducta, (asociado con depresión)
Receptores de Neurotransmisores
• Ligandos- canales de iones que permiten el paso cuando están abiertos
• Receptores de proteína G que se unen a un canal de iones
Señales Eléctricas
• No todas las comunicaciones son por sinapsis química
• Señales pueden ir entre células por electricidad– Dependen de canales de uniones (“gap junctions”)
que unen dos o mas células– Son bidireccionales
• Comunes en la neurocorteza
– Son mas rápidos que las señales químicas– Ocurren ya que los gap junctions son pequeñas
MemoriasCreadas por numero y fuerza de sinapsis
SISTEMA INMUNE
Defensas contra Patógenos
Leucocitos
• Una de tres células de la sangre• Sistema inmune: vasos, órganos y células dividido en
estructuras linfoides• Órganos linfoides primarios- generan linfocitos– Timo- genera células T– Médula ósea- genera células B
• Órganos linfoides secundarios-inician respuesta inmune adaptativa– Nódulos linfáticos– Vaso
Leucocitos
• Entran a otros tejidos para realizar su función– Salen al torrente sanguíneo con proteínas de
defensa y nutrientes– Vuelven en forma de linfa a través de vasos
linfáticos• Estos convergen y llevan la linfa a los nódulos linfáticos• Nódulos linfáticos- “filtros” donde llega información de
antígenos; esta se exhibe y evoca una respuesta
Respuesta Inmune: Barreras
• Barreras– Físicas- células del
epitelio, piel, exoesqueleto
– Químicas- pH, enzimas (ej. ojos), secreciones gástricas
Respuesta Inmune: Inmunidad Innata
• Se activa luego que las barreras fallan y se percibe el invasor
• Compuesto de moléculas y células que están disponibles de forma inmediata– Fagocitos- células que ingieren y destruyen
patógenos• Distribuidos a través de tejidos y el epitelio• Reclutados en lugares de infección
• Insectos solo tienen Inmunidad innata
Fagocitos
• Incluyen macrófagos, neutrófilos y células dendríticas
• Todos tienen receptores tipos compuerta (toll-like receptors; TLR)– Proteínas que detectan patrones de marcadores en
invasores• Los macrófagos y células dendríticas cuyos TLR han
detectado patógenos funcionan como células presentadoras de antígenos (APC) ya que muestran materiales extraños procesados a células T
Sistema Complementario
• Proteínas que se unen a superficie de bacterias y hongos– Causan una cascada proteolítica que forman el
complejo de ataque membranal que permeabiliza la membrana del patógeno
Vías del Sistema Complementario
• Vía clásica- requiere anticuerpos producido por el sistema inmune adaptativo y que se unen a la superficie del microbio
• Vía alterna- Activación de complementos C3 y C4– Causan permeabilidad de superficies– Luego ocurre una cascada de C5-C9– Se pierden electrolitos y ocurre lisis
• Vía de lectina que se enlaza a manosa- especifico a patógenos con membranas altas en manosa
Células Asesinas Naturales
• Reconocen interferones producidos por células infectadas por virus
• Destruyen las células infectadas• Secretan γ interferón- antiviral– Interferones son clasificados como citoquinas• Proteínas pequeñas que regulan respuestas inmunes
Inflamación
• Ocurre luego de daño causado a tejido vascular izado
• Señales: color rojo, hinchazón, calor, dolor– Vasos sanguíneos liberan fluido– Células atraídas– Mediadores solubles (causa de dolor)
• Importante para la protección y para comenzar la respuesta inmune adaptativa – Puede causar problemas
Invasión por una bacteria
• Cascada complementaria y presencia de neutrófilos (fagocitan bacterias)
• Inflamación• Destrucción de la bacteria liberan antígenos que llegan a
los nodos linfáticos• Células dendríticas adquieren antígenos, migran a los
nódulos linfáticos y activan células T• Células T ayudan a activar a células B
– Células B pueden moverse a la medula ósea y diferenciarse• Células T ayudan a las B diferenciadas a liberar anticuerpos• Anticuerpos y complementos eliminan al invasor
Inmunidad Adaptativa
• Especifico: pueden diferenciarse por un amino acido• Mediado por linfocitos T y B• Tiene Inmunoglobulinas:
– Proteínas que funcionan como anticuerpos– Compuestas por dos cadenas pesadas (H), dos livianas (L),
una región variable (V) y una constante (C)• Cadenas pesadas: γ(IgG), α(IgA), ε(IgE), δ(IgD), μ(IgM)• Cadena liviana: κ y λ
• Linfocitos B expresan Ig específicos para un antígeno– Tan pronto reconocen un antígeno particular ocurre
expansión clonal
Inmunidad Adaptativa
• Genes funcionales que codifican para anticuerpos son generados por re arreglo somático de segmentos múltiples de DNA en el locus de la cadena pesada y de la cadena liviana
Inmunidad Adaptativa
• El rearreglo de segmentos es controlado por secuencias conservados de señales de recombinación (RSS)– Separado por heptámetros o nonámeros separados por
fragmentos de 12 o 23 bp (tienen que ser diferentes)– Mediado por recombinasas
• RAG1/RAG2
• Diversidad de anticuerpos aumenta luego que las células B se encuentran con antígenos – Ocurre hipermutación y se producen anticuerpos con alta
afinidad
Células T
• Receptores de células T son especificas a antígenos• Ocurren en dos clases principales según la expresión
del co-receptor de glicoproteínas– CD8- citotoxinas; presentan en moléculas del “Major
Histocompatability Complex” (IMHC)– CD4- ayudan a células B; presentes en moléculas del “Major
Histocompatability Complex” (IIMHC)• Los genes que codifican para las subunidades de
receptores de células T (TCR) son generadas por recombinación genética– Esto ocurre en el timo
Células T
• Las destinadas a ser células T CD8 interactúan con moléculas IMHC y las destinadas a ser T CD4 interactúan con IIMHC– Células que no reconocen MHC mueren– Células que reaccionan muy fuerte tienen
instrucciones de morir (selección negativa)– Células que tienen afinidad intermedia maduran y son
exportadas (selección positiva)• Migran por señales quimotácticas (recibidas por
proteínas G)