Las sinapsis químicas
Los neurotransmisores que se liberan durante la transmisión de información por medio de sinapsis químicas se encuentran almacenados en los botones terminales presinápticos en unos pequeños sacos de membrana que reciben el nombre de vesículas sinápticas. Normalmente, en el sitio donde se produce la liberación las vesículas sinápticas se disponen muy agrupadas cerca de la membrana presináptica, constituyendo las denominadas zonas activas que al microscopio electrónico se ven como estructuras densamente marcadas. Cuando los neurotransmisores son liberados, se difunden a través del espacio o hendidura sináptica e interaccionan con proteínas específicas situadas en la membrana postsináptica que reciben el nombre de receptores postsinápticos (Fig. 7.8). Si se observa la membrana postsináptica al microcospio electrónico, puede detectarse una agrupación densa de material, justo enfrente de la correspondiente zona activa de la membrana presináptica. Aunque se desconoce exactamente su función, se cree que es una zona especializada relacionada con los fenómenos que se desencadenan en la célula postsináptica tras la activación del receptor correspondiente.
En la transmisión sináptica química tienen lugar cuatro procesos o mecanismos principales que serán descritos a continuación y que aparecen representados en la Figura 7.10.
En primer lugar, para que un neurotransmisor pueda ser liberado desde los botones terminales, es fundamental que la neurona disponga de los mecanismos que permiten su síntesis y almacenamiento en las vesículas sinápticas. En algunos casos, la síntesis del neurotransmisor se realiza en el soma neuronal desde donde es transportado hasta los botones terminales recorriendo todo el axón. En otros casos, el paso final de su síntesis o su síntesis completa se lleva a cabo en los propios botones terminales. En este proceso de síntesis y almacenamiento no se desaprovecha ningún recurso, puesto que la neurona es capaz de reutilizar las neurotransmisores liberados anteriormente o los productos resultantes de la degradación de esos neurotransmisores. En otros casos, las moléculas intactas de los neurotransmisores liberados son devueltas al botón terminal para ser almacenadas y poder ser utilizadas de nuevo.
El segundo mecanismo de la transmisión sináptica consiste en la liberación del neurotransmisor. Para que esta liberación se produzca es fundamental que el potencial de acción llegue a los terminales presinápticos los cuales tienen, al igual que el axón, canal es dependientes de voltaje, pero en este caso, los canales dejan pasar iones de calcio (Ca2+). Cuando el potencial de acción alcanza los botones terminales se produce la despolarización de la membrana del terminal y la apertura de los canales de Ca2+. Los iones Ca2+ pasan al interior del terminal empujado por el gradiente electroquímico, al estar más concentrado en el exterior celular y presentar el interior un exceso de cargas negativas. La entrada de calcio en los terminales de las neuronas se hace fundamentalmente a través de tres tipos de canales iónicos dependientes del voltaje: el canal tipo L, que permanece abierto todo el tiempo que dura la despolarización y que, por tanto, posee una capacidad de inactivación baja; y los canales tipo N y P, que se inactivan más rápidamente una vez producida la despolarización en el terminal presináptico y cuya participación en la liberación de los neurotransmisores parece ser más importante que la del canal L.
Gracias al empleo del microscopio electrónico, se ha podido observar que, una vez dentro de la neurona, el calcio, bien directamente o bien a través de intermediarios activados por él, facilita la unión de las vesículas sinápticas a las zonas densas de la membrana presináptica lo cual conduce a la fusión de las vesículas con la membrana del terminal para liberar su contenido a la hendidura sináptica.
El tercer proceso de la transmisión química consiste en la interacción del neurotransmisor con sus receptores en la membrana postsináptica. Una vez que ha sido liberado, el neurotransmisor se difunde rápidamente a través de la hendidura sináptica, uniéndose a unas proteínas de la membrana postsináptica: los receptores postsinápticos. La unión entre los neurotransmisores y sus receptores es específica, de forma que cada molécula de neurotransmisor encaja perfectamente con su receptor, existiendo receptores diferentes para cada uno de los neurotransmisores. La unión del neurotransmisor a su receptor produce la activación del receptor, lo que a su vez puede originar diferentes efectos en la neurona postsináptica. Uno de estos efectos es producir un cambio en la permeabilidad de la membrana postsináptica, como consecuencia de la apertura de canales iónicos y el paso de iones a través de ellos. Estos canales iónicos se abren en respuesta a los neurotransmisores y son claramente diferentes de los canales iónicos dependientes de voltaje, presentes en el cono axónico y a lo largo de la membrana axonal. Se ha comprobado que los canales iónicos controlados por neurotransmisores no son dependientes de voltaje, puesto que no se ven afectados por los cambios en el voltaje de la membrana, sino que responden única mente cuando el neurotransmisor se une a sus recepto res. Ambos tipos de canales se caracterizan por abrirse de un modo todo o nada, ya sea cuando llega el neurotransmisor o cuando se producen despolarizaciones en el cono axónico y/o en la membrana axonal.
Finalmente, se produce la inactivación del neurotransmisor que hace que la transmisión sináptica finalice. Existen dos mecanismos mediante los que los neurotransmisores son inactivados: uno es el de inactivación enzimática y otro es el de recaptación. La inactivación enzimática es llevada a cabo por enzimas específicas que degradan o metabolizan cada neurotransmisor, descomponiéndolo en sus elementos básicos que no son capaces por sí mismos de activar al receptor.
El segundo mecanismo de inactivación de los neurotransmisores es el de recaptación. Es llevado a cabo por proteínas transportadoras insertadas en la membrana del propio botón terminal que libera el neurotransmisor. Mediante este mecanismo, parte del neurotransmisor liberado a la hendidura sináptica es transportado al interior del botón terminal para ser reutilizado. Existen proteínas transportadoras específicas para cada neurotransmisor. Para un adecuado funcionamiento de estas proteínas se necesita la presencia de iones Na⁺ dado que los neurotransmisores son transportados al interior del botón terminal junto con los iones Na⁺, gracias al gradiente de concentración que empuja a estos iones a través de la membrana neuronal.