EL LENGUAJE DE LAS NEURONAS

I.S.F.D Nº 78
AUTORES:Campiutti, Ezequiel García; Carla Estefanía


Trabajo Práctico: “El lenguaje de las neuronas”
Profesorado de Biología.
Docente a cargo: María Marta Belamendia

Trabajo Práctico: “El lenguaje de las neuronas”

1) Caracterice estructural y funcionalmente a las neuronas.
2) Explique las funciones de las señales eléctricas y de las señales químicas que viajan (circulan) por las neuronas.
3) Esquematice y explique un arco reflejo simple.
4) Explique el funcionamiento celular como generador de energía eléctrica (potencial de membrana).
5) Explique cómo se generan y propagan las señales por las neuronas (potenciales de acción).
6) Explique la operación de los canales iónicos mediante el potencial de membrana.
7) Explique la propagación de los potenciales de acción.
8) Describa estructural y funcionalmente a la sinapsis neuronal.
9) Explique la importancia de los neurotransmisores y caracterice su ciclo.
10) ¿Cómo se generan potenciales sinápticos en la placa neuromuscular?
11) ¿Cuál es la diferencia entre los potenciales excitatorios y los inhibitorios?
12) Explique la contracción muscular en términos eléctricos.


1) Como sabemos, todo órgano se encuentra formado por tejidos, los cuales a su vez están constituidos por células. Dado que los diferentes órganos cumplen funciones específicas será necesario que las células que forman cada uno tengan una determinada estructura y características que se adapten a la función en cuestión.
La neurona es un típico ejemplo de esta relación entre estructura y función.
Estas células tienen a cargo la función de captar y transmitir los impulsos nerviosos dentro del sistema.
Las neuronas se caracterizan por sus intrincadas ramificaciones, que irradian desde el cuerpo celular o soma. Existen dos tipos de ramificaciones, las dendritas y los axones. Las dendritas son muy numerosas y se extienden a distancias cortas del soma, son las encargadas de conducir el impulso nervioso al cuerpo celular. Por otro lado encontramos a los axones que, a diferencia de las dendritas, son más largos, están recubiertos por vainas de mielina (Lipoproteína) y sólo hay uno en cada célula. La mielina puede presentar constricciones a intervalos regulares los cuales se denominan nódulos de Ranvier.
Los axones cumplen la función de transmitir el impulso nervioso desde el cuerpo celular hasta otras regiones.


Si bien la función primordial de las neuronas es transmitir el impulso nervioso, podemos encontrar una clasificación de acuerdo al lugar que transporte ese mismo impulso:

• Neuronas sensitivas: Transportan la información de los receptores sensoriales hacia el sistema nervioso central.
• Neuronas motoras: Llevan la respuesta del sistema nervioso central a los órganos efectores.
• Neuronas de asociación: Conectan a las neuronas entre sí.

Las neuronas forman cadenas o redes, a lo largo de los cuales viajan los impulsos nerviosos, aquellos puntos en los cuales una neurona se relaciona con otra se denomina sinapsis. Este hecho tiene gran importancia funcional ya que determina la dirección del impulso nervioso y permite la integración de señales inhibitorias y excitatorias.


2) En el procesamiento de las señales nerviosas están implicados dos tipos de fenómenos: eléctricos y químicos. El proceso eléctrico propaga una señal en el interior de la neurona, y el proceso químico trasmite la señal desde una neurona a otra, o a una célula muscular.
Para entender mejor este fenómeno tomemos un ejemplo, supongamos que un estímulo llega a una de las prolongaciones de una determinada neurona sensitiva. Este estímulo constituye una señal eléctrica, la cual se propaga a toda la neurona y, en el extremo opuesto de la misma, libera una sustancia química o neurotransmisora. Las neuronas que reciben esta sustancia generan nuevamente una señal eléctrica que también es propagada a las ramificaciones y se contacta con las neuronas motoras, enviándoles señales químicas inhibitorias o excitatorias. Este tipo de neurona forma una determinada señal eléctrica que finalmente es transformada en una señal química y al ser liberada, por ejemplo en un músculo, induce a la formación de una nueva señal eléctrica en cada célula del órgano efector, teniendo como resultado final, en este caso, la contracción muscular.

3) El arco reflejo es un ejemplo de la forma en que las neuronas actúan en conjunto para cumplir una determinada función. Lo experimentamos por ejemplo cuando retiramos la mano ante un determinado estímulo de dolor. Para realizar esta tarea el sistema nervioso necesita tanto de las señales químicas como de las señales eléctricas ya explicadas en la consigna anterior. Estos dos tipos de señales son universales y son la base del funcionamiento del sistema nervioso de vertebrados e invertebrados.




4) Para la transmisión de un impulso nervioso, es necesario la electricidad y el fenómeno por el cual las células la produce se denomina bioelectricidad. Sin embargo antes de explicar la manera en que se genera necesitamos reconocer a la membrana plasmática como elemento esencial en este proceso.
La membrana es a encargada de separar a la célula del medio externo, se encuentra formada por proteínas y una doble capa de lípidos.
La membrana tiene ciertas propiedades como la de ser semipermeable, es decir solo deja entrar o salir ciertas sustancias, entre las sustancias que no son permeables encontramos a los iones (Na+, Cl-, K+). Para resolver este problema la membrana cuenta con ciertas proteínas que permiten el paso de iones, hablamos entonces de los canales iónicos.
Estos canales transportan agua e iones específicos a favor de su gradiente concentración; de esta forma se permite el movimiento de moléculas a gran velocidad.
El transporte de iones a través de la membrana genera una desigualdad de cargas, lo que produce a su vez una diferencia de potencial en la membrana, siendo el exterior positivo y el interior negativo.
Previamente al movimiento de cargas las concentraciones son diferentes, sin embargo no hay diferencia de potencial.

• Aniones: hay más concentración de Cl - en el medio extracelular, mientras que en el intracelular la carga negativa se produce gracias a las proteínas.
• Cationes: El sodio es mayor en el medio extracelular y el potasio en el intracelular.

El desequilibrio iónico que produce la polarización de la membrana se debe a los distintos grados de permeabilidad que se ofrecen a los iones. A concentración se muestra como se da esta dinámica de cargas:





Na+:100mM
Cl-:110mM
K+:10mM


Na+:10mM
Cl-:110mM
K+:100M



Na+:100mM
Cl-:110mM
K+:10mM



Na+:10mM
Cl-:110mM
K+:100M



Na+:100mM
Cl-:110mM
K+:10mM



Na+:10mM
Cl-:110mM
K+:100M








Impermeable Permeable al Na+ Permeable al K+


Modelo 1: La membrana es impermeable a todos los iones. No hay flujo de iones, por lo tanto, a pesar de existir una diferencia de concentración, no se genera una diferencia de potencial a lo largo de la membrana.

Modelo 2: La membrana es permeable al Na+ pero no al resto de los iones. Se produce entonces un exceso de iones Na+ a un lado de la membrana y de iones cloruro por otro. Por lo tanto se genera una diferencia de potencial que va aumentan hasta que el movimiento de Na+ es inhibido por la gran concentración de cargas positivas y por la atracción del ión Cl-. El sodio al difundir a favor de su gradiente, genera una diferencia de carga que lo frena y establece su equilibrio. En este caso no hay movimiento neto de Na+ y la membrana actuará guardando esa carga.

Modelo 3: Es igual al modelo anterior pero se reemplazan los canales de Na+ por los de K+.

Debemos aclarar que luego de lo sucedido en el modelo 3 la membrana queda cargada negativamente debido a la abertura permanente de los canales K+ y a la distribución desigual de iones que surge de la existencia de aniones impermeables en el interior de la célula.

En definitiva la presencia de aniones impermeables y la de las bombas sodio-potasio permite generar y mantener una diferencia de concentración iónica, que a su vez produce una diferencia de potencial, factor imprescindible en el impulso eléctrico.

5 y 6) Muchas células eléctricamente activas sufren cambios ante la permeabilidad de la membrana de algún ión, lo cual altera el potencial de membrana, alejándolo del valor de reposo. A esta alteración se la denomina potencial en acción o impulso nervioso.
El potencial en acción es una explosión de actividad eléctrica en un corto tiempo.
Se ha demostrado que los cambios transitorios en la permeabilidad de la membrana del axón respecto a los iones K+ y Na+ provocan el impulso el eléctrico. Este cambio en la permeabilidad se debe a la existencia de dos tipos de conductos o canales, que en reposo, están cerrados pero cuando la célula se despolariza, se abren como consecuencia del cambio del entorno eléctrico. Por ello estos canales reciben el nombre de canales iónicos dependientes del voltaje.

Para que la despolarización produzca un potencial en acción es necesario que esta tenga un valor de, aproximadamente, -55mV.
En síntesis podemos expresar al proceso de la siguiente forma:

1. La despolarización inicial generada por un agente estimulante permite la abertura de canales Na+.
2. Los iones Na+ fluyen a través de la membrana, lo que genera una despolarización aun mayor.
3. Se repiten los pasos anteriores y como resultado se obtiene un cambio brusco en el potencial de la membrana (de -55mV a +40mV) Este ciclo por el cual aumenta la corriente de sodio y la despolarización es llamado ciclo positivo rápido debido a la gran velocidad con que se lleva a cabo.
4. La despolarización activa también los canales K+, pero de manera más lenta. Los iones se mueven hacia el exterior y el potencial de membrana vuelve a tener un valor negativo (-75 mV). El potencial negativo cierra los canales K+. Llamamos a este proceso de hiperpolarización, junto con la salida de iones potasio, ciclo negativo lento, debido al tiempo en que tarda en realizarse.
5. La despolarización de la membrana se ve favorecida por el cierre de los canales Na+.

Este intercambio iónico junto con la llegada de una señal química o eléctrica constituyen los procesos fundamentales para la producción del potencial en acción.

7) El potencial de acción se propaga en todas las direcciones, hacia delante por el axón hasta el terminal sináptico y hacia atrás, atravesando el soma e invadiendo las dendritas.
La invasión del potencial de acción a las dendritas es interpretada como un mecanismo de información retrógrado de la actividad de la neurona.






A. Sitio de iniciación del potencial de acción
B. Propagación del potencial de acción hacia el axón y hacia atrás, el cuerpo y las dendritas.

También puede suceder que el potencial de acción una vez que llega al extremo de la neurona, no genera una señal que se propague hacia el origen. Esto puede suceder de forma patológica, pero en condiciones fisiológicas normales la inactivación de los canales de Na+, durante el cual la membrana debe estar hiperpolarizada para volver a activarse.
Este proceso se observa los nervios amielínicos y en las fibras musculares

8) El cerebro contiene millones de neuronas que establecen contactos sinápticos. La cantidad de contactos sinápticos puede variar entre las células; se puede identificar miles de contactos que proviene de cientos de neuronas diferentes sobre las dendritas y el soma de una neurona motora de la médula espinal, o un solo contacto entre el axón de la neurona motora y la fibra muscular esquelética, al formar la placa neuromuscular.
Al sitio de comunicación entre dos neuronas se le conoce como sinapsis. No se trata de un contacto directo, puesto que existe una separación infinitesimal entre las dos células, sino del punto en el que las dos células muestran, con el microscopio electrónico, áreas especializadas identificables tanto a nivel de la membrana celular como del interior y donde ocurre la transferencia de información entre dos células nerviosas. En el caso de la célula que "envía" la señal, nos referimos a la terminación presináptica (axonal). La neurona que recibe esa información representa la porción post-sináptica (dendrítica). La parte distal del axón muestra un engrosamiento en forma de botón, en cuyo interior podemos encontrar mitocondrias (para el aporte de energía) y pequeñas vesículas que contienen moléculas de neurotransmisor.
Al otro lado hay dendritas con forma de espina, a las que la terminación axónica que puede asociarse, ya sea en su parte terminal (cabeza) o en la unión con la dendrita principal (cuello). En muchos casos podemos identificar esta porción post-sináptica por la presencia de una capa más densa localizada justo al lado opuesto de la presinapsis, como veremos más adelante. Este espesamiento o densidad post-sináptica puede contener las sustancias receptoras que interactúan con los neurotransmisores liberados desde la presinapsis.
9) El cuerpo neuronal produce ciertas enzimas que están implicadas en la síntesis de la mayoría de los neurotransmisores (NT). Estas enzimas actúan sobre determinadas moléculas precursoras captadas por la neurona para formar el correspondiente NT. Éste se almacena en la terminación nerviosa dentro de vesículas. El contenido de los NT en cada vesícula es cuántico. Algunas moléculas neurotransmisoras se liberan de forma constante en la terminación, pero en cantidad insuficiente para producir una respuesta fisiológica significativa. Un potencial activo que alcanza la terminación puede activar una corriente de calcio y precipitar simultáneamente la liberación del NT desde las vesículas mediante la fusión de la membrana de las mismas a la de la terminación neuronal. Así, las moléculas del NT son expulsadas a la hendidura sináptica mediante exocitosis.

La cantidad de NT en las terminaciones se mantiene relativamente constante e independiente de la actividad nerviosa mediante una regulación estrecha de su síntesis. Este control varía de unas neuronas a otras y depende de la modificación en la captación de sus precursores y de la actividad enzimática encargada de su formación y catabolismo. La estimulación o el bloqueo de los receptores post-sinápticos pueden aumentar o disminuir la síntesis presináptica del NT.
Los NT difunden a través de la hendidura sináptica, se unen inmediatamente a sus receptores y los activan induciendo una respuesta fisiológica. Dependiendo del receptor, la respuesta puede ser excitatoria o inhibitoria.
La interacción NT-receptor debe concluir también de forma inmediata para que el mismo receptor pueda ser activado repetidamente. Para ello, el NT es captado rápidamente por la terminación postsináptica mediante un proceso activo (recaptación) y es destruido por enzimas próximas a los receptores, o bien difunde en la zona adyacente.
Las alteraciones de la síntesis, el almacenamiento, la liberación o la degradación de los NT, o el cambio en el número o actividad de los receptores, pueden afectar a la neurotransmisión y producir ciertos trastornos clínicos.
10)
Se entiende por unidad motora (o placa neuromuscular) al conjunto de fibras musculares esqueléticas inervadas por ramificaciones del axón de una misma neurona motora y que, en consecuencia, son estimuladas simultáneamente a contraerse.
Ramas de una misma motoneurona pueden llegar a inervar hasta 500 fibras musculares. Sin embargo, mientras más fino el movimiento que debe efectuar el músculo, menor es el tamaño de la unidad motora, existiendo situaciones en que cada fibra nerviosa inerva sólo una fibra muscular.
La membrana plasmática de la célula muscular está electricamente polarizada. Un estímulo apropiado depolariza la membrana y produce la contracción. Generalmente, la depolarización es producida por un estímulo nervioso. El músculo está inervado por terminales nerviosas de neuronas motoras de la médula espinal. En el punto de inervación, el nervio pierde su vaina de mielina, y se asocia a una región especializada de la superficie de la fibra muscular, para formar la placa motora. En una fibra muscular esquelética, cada terminal axónico motor forma sólo una placa motora.
En la zona de contacto, la terminal axónica forma una dilatación que se aloja en una depresión poco profunda de la superficie de la fibra llamada hendidura sináptica primaria
El sarcolema (el sarcolema es el nombre que se le da a la membrana citoplasmática de las células musculares) que reviste la hendidura sináptica primaria muestra numerosos pliegues que constituyen las hendiduras sinápticas secundarias.
Cuando el potencial de acción alcanza a la placa motora, el neurotransmisor acetilcolina, contenido en las vesículas sinápticas, se libera y difunde a través de la hendidura. Este mediador se une a receptores de acetilcolina presentes en la membrana postsináptica, concentrados principalmente en la entrada de los pliegues sinápticos secundarios, e induce la depolarización del sarcolema.
11) Un potencial excitatorio postsináptico (PEPS) es un incremento temporal en el potencial de membrana postsináptico causado por el flujo de iones cargados positivamente hacia dentro de la célula postsináptica. Existen los potenciales inhibitorios postsinápticos (PIPS), que normalmente se originan con el flujo de iones negativos hacia el lúmen celular. Los PEPS pueden también originarse por un descenso en el flujo de salida de cargas positivas, mientras que los PIPS pueden ser causa de un incremento en la salida de cargas positivas. El flujo iónico que produce un PEPS es un flujo excitatorio postsináptico (FEPS).
Al igual que los PIPS, los PEPS son aditivos. Cuando se producen múltiples PEPS en un mismo trozo de membrana post-sináptica, sus efectos combinados son la suma de los PEPS individuales. Los PEPS mayores implican mayor despolarización de la membrana y así se aumenta la probabilidad de que en la célula postsináptica se alcance el umbral para genera un potencial de acción.
La transmisión sináptica de una neurona brinda la posibilidad de comprender la biodiversidad de mecanismos que, en conjunto, permiten modular la actividad neuronal.
Se puede decir que los potenciales psicosinápticos alteran la probabilidad de que un potencial de acción pueda generarse en la célula postsináptico. Si el potencial postsináptico aumenta dicha probabilidad, se lo denomina potenciales excitatotrios, si disminuyen la probabilidad son potenciales inmibitorios


12) La contracción muscular es el proceso fisiológico en el que los músculos desarrollan tensión y se acortan o estiran (o bien pueden permanecer de la misma longitud) por razón de un previo estímulo de excitación. Estas contracciones producen la fuerza motora de casi todos los animales superiores, por ejemplo, para desplazar el contenido de la cavidad a la que recubren (músculo liso) o mueven el organismo a través del medio o para mover otros objetos (músculo estriado).Las contracciones son controladas por el sistema nervioso central, el cerebro controla las contracciones voluntarias, mientras que la médula espinal controla los reflejos involuntarios.





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