Sinapsis

Macarlupú B. José LuisDepartamento Académico de Ciencias

Biológicas y Fisiológicas.Laboratorio de Transporte de Oxigeno.

UPCH.

Potencial Post-sináptico (PPS)

• PPS desencadenado por unión de NT a receptores de la membrana post-sináptica

• NT:– pépticos– amino ácidos– catecolaminas

• en la neurona post-sináptica NT ocasionan:– inhibición (IPPS) – excitación (EPPS)

Inhibición y Excitación

• ACh posee doble acción: – excita células del músculo esquelético – Inhibe células del músculo cardiaco

• Inhibición = hiperpolarización

• Excitación = hipopolarización ó despolarización (PA)

Inhibición y Excitación

ACh ACh

IPPS Inhibitorio

EPPS Excitatorio

M. cadiaco

M. Esqueletico

Estructuras Funcionales de la Sinapsis

Vesiculas c/ NT

Receptores

para NT

IPPS

• Cuando la membrana del soma recibe una señal negativa se carga mas negativamente

(Ej. De –70mV a –75mV)-> proceso llamado IPPS

• El incremento en carga negativa es afectado por la entrada de Cl- a la neurona post-sináptica

• Durante el IPPS, la membrana post-sináptica esta– menos excitable – HiperpolarizadaPor lo cual no se genera el PA

IPPS (inhibición hiperpolarización)

Cl-

K+

NT

Vesiculas liberan NT

EPPS

• Cuando la membrana del soma recibe una señal excitatoria se vuelve mas positivamente cargada (Ej. de –70mV a –59mV).

• Esto es ocasionado por el ingreso de Na+ a la neurona post-sináptica…. NO cambia de – a +!!

• La señal procede hasta el cono axonal de la neurona

post-sináptica y conduce a la despolarización y por tanto a la generación del PA -> proceso llamado EPPS

EPSP (excitación despolarización)

Na+

K+

NT

Vesiculas liberan NT

Bases Biofísicas de laFunción Neuronal y Organización

de los Sistemas Nerviosos: Potenciales de Reposo y Acción Ia

Macarlupú B. José LuisDepartamento Académico de Ciencias

Biológicas y Fisiológicas.Laboratorio de Transporte de Oxigeno.

UPCH.

Voltaje Intracelular

• VoItaje intracelular (“ diferencia de potential electrico”) es el voltaje al interior de la celula en relación al exterior de la celula.

• El interior de cualquier celula animal tiene un volataje negativo con respecto al exterior celular ( -20 a -100 mV en reposo).

The Nernst equation

in

outX X

X

zF

RTE

][

][ln

valenciadel ion X

potencial eléctrico del ion X

concentración extracelular

concentración intracelular

i

oX X

X

zE

][

][log

058.0A 18° C, Em (en voltios) es:

RT/F es constante ( 0.058 a 18° C y 0.061 a 38° C)

Potencial de Equilibrio de Nernst para el K+

Calcular el potencial de equilibrio de Nernst para K+:

1. Asumir que [K+]i es 10 veces mayor que [K+]o

2. [K+]o/[K+]i =

)1.0log(058.0KE -58 mV

0.1

+1

i

oK K

K

zE

][

][log

058.0

3. Valencia =

)1(058.0KE -0.058Vi

oK K

KE

][

][log058.0

El número 0.058 es derivado de la pendiente de esta recta que es 58mV por cada 10 veces que se incremente la

gradiente de [ ]

Potencial de Equilibrio de Nernst para el Na+

Calcular el potencial de equilibrio de Nernst para Na+:

1. Asumir que [Na+]o es 10 veces mayor que [Na+]i

2. [Na+]o/[Na+]i =

)10log(058.0NaE 58 mV

10+1

i

oNa Na

Na

zE

][

][log

058.0

3. Valencia =

)1(058.0NaE 0.058Vi

oNa Na

NaE

][

][log058.0

Potencial de Equilibrio de Nernst para el Cl-

Calcular el potencial de equilibrio de Nernst para Cl-:

1. Asumir que [Cl-]o es 10 veces mayor que [Cl-]i

2. [Cl-]o/[Cl-]i =

)10log(058.0ClE -58 mV

10

-1

i

oCl Cl

Cl

zE

][

][log

058.0

3. Valencia =

1058.0ClE -0.058Vi

oCl Cl

ClE

][

][log058.0

Ecuación de Goldman ó de Goldman, Hodgkin, Katz

• Calcula el potencial de equilibrio cuando mas de un ion es permeable

• Incorpora los coeficientes de permeabilidad de cada ion (especifico de cada membrana)

oCliNaiK

iCloNaoKions

ClPNaPKP

ClPNaPKP

F

RTE

][][][

][][][ln

Es esto también válido para invertebrados?

• Estudios de Baker y col en el axon del calamar mostraron que estas predicciones también son validas pera invertebrados.

• Ademas mostraron:

• Participación del axoplasma en el potencial de equilibrio

• Si [K+]i varia se altera el Em se anula el Em

Determinantes del Potencial de Reposo (PR)

PR en TODA célula Magnitud variante (Células exitables ~ -70 millivoltios)

PR generado de: Na+/K+-ATPasa y Canales de K+

Transporte Activo:Na+/K+-ATPasa

Gradientes y Canales Ionicos:K+ posee mayor permeabilidad en estado de reposo y posee una gran gradiente de concentración.

Medición del voltaje intracelular

Determinantes del Potencial de Reposo (PR)

LIC[Na+] = 10[K+] = 140

[Ca2+] = 0.001[Cl-] = 4

LEC Proporción[Na+] = 120 12[K+] = 2.5 56 (0.018)[Ca2+] = 2 2000[Cl-] = 120 30

Na+/K+-ATPasa (Bomba de Sodio)

Problema: pequeña fuga (“leak”) de Na+ causaria perdida gradual de Em (despolarización)

Solución: mantener gradiente mediante transporte activo

Bombea 3 Na+ por cada 2 K+ (electrogenica), pero la contribución directa a Em es insignificante

Eckert (5e), Fig 5-15

Fotorreceptores:Visión

Planaria

Campbell, Fig. 49.4

Mamífero

F7-46

Vertebrados: Fotorreceptores

F7-48

Epitelio Pigmentado

Fotoreceptores

BASTONESluz baja

CONOScolores

Rojo Verde AzulUV

Vertebrados: Fotorreceptores

Fototransducción (1)

F7-53a

En la oscuridad existe una corriente de Na+ hacia el interior de la célula (CORRIENTE OSCURA)

El canal que permite el paso de la corriente oscura permanece abierto mediante GMP (cGMP)

extracelular

intracelular

F7-53a

La luz activa la rodopsina, produciendose un decremento en el cGMP

extracelular

intracelular

Esto detiene elingreso de la corriente oscura e hiperpolariza la membrana fotoreceptore

Fototransducción (2)

Na+

Ca2+

Na+

Ca2+

hv

Na+

Ca2+Na+

Ca2+

GC inactiva GC activa

Disco membranoso

3Na+

2K+

K+

Na+ y Ca2+[ ]

GTP

: rodopsina: cis-retinal + opsina : todo-trans-retinal : opsina

: transducina (proteína G)

: Fosfodiesterasa de GMPc inactiva y activa, respectivamente

: Guanilato ciclasa activa e inacticva, respectivamente

3Na+

2K+

: GMPc : GMP : canal de fuga de K+ : Bomba de Na+-K+

: potencial de reposo

: inhibición de potencial (hiperpolarización)

: recuperación del potencial de reposo

Membrana plasmática seg. ext. bastón retiniano

X XATP

ADP + PiCa2+

Ca2+ : Bomba de Ca2+

(1)

(2)

(4)

(3)

; ;

VISION

ESTRUCTURASABSORCION DE LUZ

retinalrodopsin

TRANSDUCINA proteina-GFOSFODIESTERASA cGMPCANALES DE SODIO

hiperpolarizaciónIMPULSO NERVIOSOCOLOR VISION

FOTORECEPTOR

Donde ocurre la reacción?

Membrana Discoidal

MOLECULA

RODOPSINA

CONVERSION a TRANS RETINAL ACTIVO

ESPECTRO DE ABSORCION DE LA RODOPSINA

500 nm

INTERMEDIARIOS EN LA FOTOLISIS DE LA

RODOPSINA EN EL PROCESO VISUAL

ESPECTRO DE ABSORCION DE LA RODOPSINA

Rodopsina

Transducina

T, transducinR, rhodopsinR*, photoexcited rhodopsinR*-P, multiply phosphorylated

rhodopsin

PDEi, inhibited phosphodiesterase

PDEi*, activated PDEA, arrestinRK, rhodopsin kinase

RK(PROTEINA G)CICLO DE LA TRANSDUCINA

Desde la luz/rodopsina hasta la disminución de

cGMP

Lo siguiente:Bajas [cGMP] cierran los canales de Na+ y causan HIPERPOLARIZATION DE LA MEMBRANA

LuzACTIVA rodopsina ACTIVA transducina ACTIVA PDE y genera reducción de [cGMP]

RESPUESTA CELULAR AL PULSO DE LUZUn pulso corto de luz produce

produces una hiperpolarization de la membrana celular que

persiste por 1 a 2 segundos

POTENCIAL DE REPOSO