EL LENGUAJE DE LAS NEURONAS

El lenguaje
de las neuronas
AUTORA: LOZANO,LORENA

Caracterice estructural y funcionalmente a las neuronas.

Las neuronas se caracterizan por sus intrincadas ramificaciones, que irradian desde el cuerpo celular o soma.
Existen dos tipos de prolongaciones: las denteritas y las axonas. Las primeras son muy numerosas y se extienden a distancias cortas del soma, conducen los impulsos nerviosos hacia el cuerpo celular. Las axonas son únicas. Hay un par para cada neurona y en algunos casos son muy largos. Conducen los impulsos nerviosos desde el cuerpo celular otras regiones.
En algunos casos el axon se recubre de una vaina de mielina constituida por la membrana de una célula glia. A lo largo del axón, la mielina suele tener intervalos que se denominan nódulos de Ranvier. Tanto la vaina como los nódulos permiten la conducción a alta velocidad de los impulsos nerviosos.
Funcionalmente tienen la capacidad de captar y transmitir los impulsos nerviosos dentro del sistema, mientras que las células de la neuroglia o glía tienen a su cargo las funciones de sostén, defensa, protección y aporte de material para el metabolismo de las neuronas.








Explique las funciones de las señales eléctricas y de las señales químicas que viajan (circulan) por las neuronas.

-Señales eléctricas o impulsos nerviosas o potencial de acción permiten generar un código basado en el numero de frecuencia y distribución de las señales individuales, los impulsos se propagan fielmente por decenas de metros y a velocidades de hasta 100 m/seg (360k/hs) a lo largo de una prolongación neuronal.

-Señales químicas: son mas lentas, locales y están dirigidas a comunicar las neuronas entre si en el nivel de la sinapsis.


3-Esquematice y explique un arco reflejo simple.







4-Explique el funcionamiento celular como generador de energía eléctrica (potencial de membrana)

-Cada célula esta separada por una membrana celular formada por una gran cantidad de moléculas de lípidos dispuesta en una doble capa, en la cual navegan o están ancladas las proteínas. Esta bicapa es permeable a ciertos gases y moléculas, pequeñas no cargadas y impermeable a la mayoría de moléculas solubles en agua (Ej.: azúcar e iones), pero existe una vía de comunicación entre todos los compartimientos internos de la célula, estos forman complejos transportadores que permiten que algunas sustancias atraviesen la membrana.
Las proteínas de la membrana exportadora son: las bombas que atrapan moléculas y las trasladan con gasto de energía (ATP), las transportadoras que trasladan moléculas sin gasto y los canales iónicos son proteína que generan un canal por donde difunden los iones.
Debido al desigual reparto de cargas eléctricas entre la superficie interna y externa la membrana plasmática está polarizada. Esta distribución desigual de iones produce el desequilibrio iónico entre sustancia ofreciendo un potencial de membrana, el ión potasio atraviesa la membrana fácilmente, la permeabilidad para el sodio es menor, esta dinámica establece el diferencial de potencial. La velocidad y el transporte iónico a través de la membrana resulta influido por: la concentración de iones a ambos a lados de la membrana, el potencial eléctrico que existe a través de la membrana y la permeabilidad o conductancia de la membrana al ión.






Tanto la química o gradiente de concentración y la eléctrica o gradiente de potencial pueden actuar en la misma dirección y sumarse, o actuar en dirección opuesta y en ocasiones cancelarse mutuamente.
Ejemplo: k+es 20-40 veces menor en sangre que en el interior celular, la concentración Ca 2+ es< en el interior de la célula que en el medio extracelular. Las bombas iónica de Na+/k son las que generan y mantiene este gradiente de concentración consumiendo ATP. Otras bombas transportan Ca2+ o intercambian el ca2+ por Na+ y este ultimo por k+, las bombas son proteínas de membrana con actividad enzimática formada por los segmentos intramembranales y largas asas de proteínas en el interior celular, hidrolizan el ATP y utilizan la energía liberada para trasladar los iones de Na+ pegados a la molécula hacia el interior y los de K+ unidos hacia el exterior. Por lo tanto la bomba genera una diferencia de potencial al mover acoplados dos iones de K+ al interior y sacar 3de Na+ al exterior. Se denomina electrogenitas, su función es mantener el gradiente iónico que al difundir genera el potencial de membrana.




En la bicapa lipídica del axón hay proteínas integrales de membrana que actúan como canales, por los que los iones K+ y Na+ se pueden desplazar entre el citosol de los axones y el líquido intersticial externo. Los distintos tipos de canales son el canal de escape de Na+ y el canal de escape de K+ permanecen siempre abiertos, y durante el estado de reposo permiten la difusión de los iones hacia adentro y hacia fuera del axón siguiendo su gradiente de concentración. Los canales de Na+ y los canales de K+ regulados por voltaje permanecen cerrados durante el estado de reposo. La bomba Na+/ K+ bombea 3 iones Na+ hacia fuera del axón por cada 2 iones K+ bombeados hacia adentro. La concentración de iones K+ es mucho mayor en el citosol que en el líquido intersticial. Por lo tanto, los iones K+ difunden hacia fuera del axón a través de los canales de escape de K+, a favor de su gradiente de concentración. Los iones más grandes, cargados negativamente, no pueden acompañar a los iones K+ en su camino hacia fuera del axón. En consecuencia, el interior del axón se carga negativamente en relación al exterior. La bomba Na+/ K+ extrae rápidamente iones Na+ del axón, a la vez que aumenta la concentración de iones K+ por el bombeo de esos iones hacia el interior. Con ello se mantienen las diferencias de concentración de las que depende el potencial de la célula en reposo.
Una porción de la membrana se vuelve momentáneamente muy permeable a los iones Na+ mediante la apertura de canales dependientes de voltaje. Cuando se abren los canales de Na+, los iones pasan precipitadamente al interior y la polaridad de la membrana se invierte. A continuación, aunque no se observa en esta figura, se abren los canales de potasio regulados por voltaje y se inactivan los de sodio regulados por voltaje, lo que lleva a una repolarización de la membrana y al eventual reestablecimiento del estado de reposo. b) Gráfico de un potencial de acción y los movimientos iónicos asociados.

5-Explique cómo se generan y propagan las señales por las neuronas (potenciales de acción)

Las células excitables como neuronas y fibras musculares son así denominadas por ser eléctricamente activas, sufre cambios repentinos por la permeabilidad de la membrana a algún ión, esto altera el potencial de reposo el cual se denomina potencia de acción o impulso nervioso.
Una neurona con un potencial estable cercano a los -70mv indica que está en reposo, el potencial de reacción es una explosión de actividad eléctrica por unos milisegundos respuesta de una señal eléctrica o química, el potencial de membrana pasa de su valor negativo a un valor positivo de aproximadamente +40mv. Para que se produzca el estímulo que desencadene este cambio debe afectar el potencial de reposo.
Ejemplo. Si la corriente es – la neurona es hiperpolarizada, si es + se despolariza. La despolarización alcanza acerca de -55mv, y la neurona lanza un potencial de acción. Si la neurona no alcanza este umbral crítico no se producirá este potencial de acción.
Una vez que la despolarización lleve el potencial de membrana al valor umbral se generará un potencial de acción que siempre alcanzará en el mismo valor+.
Por lo tanto o no alcanza el umbral en cuyo caso la despolarización subumbral desaparece o se produce un potencial de acción completo.








6-Explique la operación de los canales iónicos mediante el potencial de membrana

Los canales iónicos son proteínas estructurales de las membranas biológicas. Son la puerta de comunicación entre el medio extracelular y el intracelular.
Estos canales capaces de captar estímulos del medio ambiente permanecen la mayor parte del tiempo cerrados e impermeables a los iones. Cuando el estímulo se hace presente, la proteína sufre un cambio estructural para que el canal pase al estado abierto y permita el pasaje de los iones.
La apertura de los canales puede aumentar debido a: cambios en el potencial de membrana (canales iónicos sensibles a voltaje); unión de moléculas (neurotransmisores) a sitios específicos (canales activados por ligando); y estímulos físicos como la presión o la temperatura (mecano receptores o termo receptores).
Los canales sensibles a voltaje pueden asumir tres estados: abierto o activo; inactivo y cerrado.
En el estado activo el canal se cierra o se abre rápidamente mientras dure el estímulo que lo activó, en este caso la despolarización de la membrana.
El estado inactivo es el de un canal que se activo por el potencial de membrana y que en presencia del estímulo deja de pasar corriente, dado que una compuerta se introduce en el canal y lo bloquea.
Hay evidencia de que un segmento intracelular de la misma proteína es la que bloquea el canal. Para que este pueda ser activado nuevamente, debe primero cerrarse. Para ello, la membrana volver a su potencial original.
El potencial de membrana es establecido en su valor de reposo por un sistema electrónico, si mediante este sistema se despolariza la membrana, se registra en forma inmediata corrientes iónicas correspondientes a la apertura y cierre del canal.

7-Explique la propagación de los potenciales de acción

El potencial de membrana de la neurona fluctúa continuamente, debido a la apertura y cierre de numerosos y diferentes tipos de canales distribuidos en sus dendritas y en el cuerpo neuronal. Canales de k+ y de ca2+ voltaje dependiente, que se activa cerca del potencial de membrana, son responsables de la generación de potencial de acción en forma rítmica.
El potencial de acción se propaga sin perder sus características ni su grado de amplitud, igual en el Terminal axónico que en el sitio de iniciación.
Durante el potencial de acción, se genera un flujo de iones Na+ hacia el interior de la célula; produciendo una despolarización local de la membrana, cercana al sitio donde se produjo el influjo de Na+.
Un potencial de acción genera la despolarización necesaria para llevar el potencial de membrana al valor umbral en un área vecina y así generar un nuevo potencial de acción.
A partir del sitio de iniciación, el potencial de acción se propaga en todas direcciones, hacia delante por el axón hasta el terminal sináptico y hacia atrás, atravesando el soma e invadiendo las dendritas. La sinapsis que originó la actividad en primera instancia recibe información sobre el resultado de su actividad y a su vez, el potencial reacción retrógrado despolariza la membrana de todas las dendritas y modifica el funcionamiento de los receptores postsinápticos.
Dado este mecanismo, una vez que se llega al extremo de la neurona, no genera una nueva señal que se propague hacia su origen, durante el cual la membrana debe estar hiperpolarizada para volver a activarse. El tiempo en el que el axon permanece refractario impide que el potencial de acción se propagué de manera repetitiva. Sin embargo esta limitación es superada cuando el nervio esta mielinizado, en este caso, el potencial de acción se conduce a alta velocidad debido que a los sectores muy largos del axon se encuentran cubiertos por membrana de otra cédula, enrollado alrededor del axon como cinta aisladora sobre un cable eléctrico, la capa aislante se interrumpe en intervalos denominados nodo de Ranvier esto permite que el potencial de acción solo se genere en los nodos y es suficiente para que salte de nodo en nodo la señal llegue al otro extremo del axon a una velocidad de 100m/seg.



a) En una fibra sin vaina de mielina, toda la membrana del axón está en contacto con el líquido intersticial. Todas las partes de la membrana contienen canales y bombas de sodio-potasio. b) En una fibra mielinizada, en cambio, solo están en contacto con el líquido intersticial las zonas de la membrana axónica correspondientes a los nodos de Ranvier. Prácticamente todos los canales iónicos y bombas de sodio-potasio se concentran en estas zonas. Así, los potenciales de acción se pueden generar solo en los nodos y el impulso nervioso salta de nodo en nodo, acelerándose la conducción.









a) Cuando ambos electrodos están fuera de la membrana, no se registra ninguna diferencia de potencial. b) Cuando un electrodo se coloca dentro de la membrana, el interior de la neurona es negativo con respecto al exterior y la diferencia entre los dos es de aproximadamente 70 milivoltios. Este es el potencial de reposo. c) Al estimular un axón, el impulso nervioso se propaga a lo largo de él; cuando alcanza la región en donde se encuentran los microelectrodos, el osciloscopio muestra una breve inversión de la polaridad: el interior se hace positivo en relación con el exterior. Esta breve inversión en la polaridad es el potencial de acción.


8-Describa estructural y funcionalmente a la sinapsis neuronal

El cerebro contiene millones de neuronas que establecen contactos sinápticos, la cantidad de esto entre las células es variable, se pueden identificar los que provienen de cientos d neuronas diferentes sobre las dendritas y el soma de la neurona motora de la medula espinal o un solo contacto entre el axon de la neurona motora y la fibra muscular esquelética. La sinapsis es el punto de contacto funcional entre la neurona y otra (o célula muscular o glandular). De acuerdo con el mecanismo de transferencia de la información las sinapsis pueden dividirse en eléctrica y químicas.
Sinapsis eléctricas: el impulso nervioso de la primera neurona estimula directamente a la siguiente. La estructura muestra un grado de acercamiento entre la membrana pre y post sináptica. En uniones estrechas, las membranas, están prácticamente en contacto pero sin fusionarse. Allí hay puentes que resultan de la interacción de seis subunidades proteicas de una y otra neurona, las conexinas, que se ensamblan formado los conexones. Los canales de los conexones son muchos más grandes que los canales iónicos, lo cual permiten el paso de una gran variedad de moléculas como ATP, segundos mensajeros y metabolitos intracelulares de una célula a otra. En este tipo de sinapsis la transmisión resulta extrarápida ya que el pasaje de corriente de una célula a otra es prácticamente instantáneo, la comunicación puede ser bidireccional, pues depende de cual de las células en contacto reciba el potencial de acción inicial.

Sinapsis química: la comunicación se establece por medio de la secreción de un neurotransmisor, liberado por una neurona que actúa sobre la siguiente. La separación entre la membrana de las células pre-sinápticos o post-sináptico, es mucho mayor en la sinapsis eléctrica y deja un espacio o hendidura sináptica.
La parte distal del axon pre-sináptico se ensancha y forma un botón que contiene mitocondrias para la generación de energía y pequeñas vesículas, las vesículas sinápticas, que a su ves tienen moléculas de neurotransmisor. En la porción postsinaptica se encuentra una membrana celular engrosada que contiene proteínas receptoras para el neurotransmisor almacenado en las vesículas sinápticas- El sitio de contacto puede ser una dendrita, el soma y, en algunos casos, el axón de una neurona, la superficie de la fibra muscular o una célula glandular.



Proceso químico de una sinapsis






Sinapsis química: la estructura muestra la separación entre la membrana de las células pre-sinapticas o post-sinaáptica. Es mucho mayor en la sinapsis eléctrica y deja un espàcio o hendidura sináptica, la parte distal del axon pre-sinaptico se ensancha y forma un botón que contiene mitocondrias para la generación de energía de pequeñas vesículas, estas asu ves tienen moléculas de neuro transmisores. En la porción postsinaptica se encuentra una membrana celular engrosada que contiene proteínas receptoras para el neurotransmisor almacenado en las vesículas sinápticas, el sitio de contacto puede ser una dendrita, el soma y en algunos casos el axon de una neurona, la superficie de la fibra muscular o una célula glandular.

Micrografía electrónica de una sinapsis
Esta micrografía electrónica muestra una sinapsis en el cerebro humano. La sinapsis es una unión muy especializada, que se establece entre dos neuronas, a través de la cual se transmiten las señales nerviosas.

CNRI/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.

9-Explique la importancia de los neurotransmisores y caracterice su ciclo

Las neuronas se comunican entre si por medio de la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores, estos son capaces de estimular, anular o inhibir el funcionamiento de otra célula de manera rápida o lenta, por medio de la ocupación de receptores específicos, puede actuar localmente o difundirse por sangre, como una hormona por los tejidos.


Los neurotransmisores cumplen un ciclo:

• Son sintetizadores y empaquetados en vesículas en las cedulas pre-sinápticas
• Son liberados de la célula pre-sináptica y se unen a receptores de una o mas células pot-sinápticas
• Son removidos o degradados rápidamente.

La síntesis de los neurotransmisores molecularmente pequeños se realiza en los terminales pre-sinápticas. Las enzimas para este proceso son sintetizadas en el cuerpo neuronal y transportadas por el axon hacia el Terminal.
Las enzimas sintetizadoras generan un reservorio de neurotransmisores en el citoplasma del Terminal para después ser incorporados a la vesícula sinaptica a través de un mecanismo de transporte La síntesis y empaquetamiento de los neuropéptidos se realiza en el cuerpo neuronal como polipéptidos más largos, que son procesados por el aparato de Golgi y empaquetados en vesículas, estas son trasportadas por un sistema rápido que utiliza la energía y las proteínas del citoesqueleto. La liberación del neurotransmisor se da por fusión de la membrana de la vesícula sináptica con la membrana plasmática, luego de ser liberado al espacio sináptico, el neurotransmisor se difunde y se une al receptor pot-sinóptico, generando la señal en la célula postsinaptica con el fin de limitar su acción. El neurotransmisor debe ser removido del espacio sináptico. Para ello hay mecanismos específicos. En algunos casos, una enzima destruye el neurotransmisor, y en otros un transportador lo incorpora al interior de la neurona pre-sináptica o a la célula de la glía que forma parte de la estructura sináptica. La combinatoria de estos mecanismos asegura que en pocos milisegundos el neurotransmisor desaparezca de la hendidura sináptica y así permita restablecer el ciclo de liberación.

10-¿Cómo se generan potenciales sinápticos en la placa neuromuscular?

Los potenciales sinápticos en la placa neuromuscular se generan a partir de la liberación de la acetilcolina por el terminal pre-sináptico que actúa sobre los receptores de la acetilcolina (RAc) de la membrana post-sináptica. Los RAc se encuentran densamente compactados en la membrana post-sináptica, enfrentando los sitios activos de la membrana pre-sináptica. Si la acetilcolina no encuentra la zona de sinápsis, no hay respuesta muscular.
Los RAc son inotrópicos sensibles a la nicotina. Los RAc metabotrópicos, llamados muscarínicos son bloqueados por la atropina.
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11-¿Cuál es la diferencia entre los potenciales excitatorios y los inhibitorios?

Los potenciales post-sinápticos alteran la probabilidad de que un potencial reacción pueda generarse en la célula post-sináptica. Si el potencial post-sináptico aumenta dicha probabilidad se lo llama: Potenciales excitatorios (PPSE) y si la disminuye potenciales post-sinópticos inhibitorios.(PPSI)
A veces la despolarización es insuficiente para generar un potencial de acción, pero la suma de varios estímulos excitatorios lo hace posible. En el caso de un PPSE por glutamato, la despolarización resulta, de corrientes de Na+ y K+.


12-Explique la contracción muscular en términos eléctricos

El estimulo inicial del arco reflejo genera una señal eléctrica que en sucesivos pasos se transforma en química y nuevamente en electricidad. Se genera un potencial de acción en la fibra muscular que induce la contracción muscular.
Las células musculares son células excitables altamente especializadas caracterizadas por poseer en su citoplasma fibras proteicas.
Para que la contracción se produzca deben ocurrir dos sucesos: el deslizamientos de los filamentos y el acoplamiento excitación -contracción.
El filamento fino está constituido por tres componentes diferentes: actina, tropomiosina y troponina cada cadena de actina fibrilar está formada por moléculas polimerizadas de actina globular, que con los sitios activos de los filamentos de actina, allí donde los puentes cruzados de los filamentos de miosina intervienen para generar la contracción muscular.
El acoplamiento es un mecanismo por el cual la señal despolarizante (potencial de acción) genera la contracción muscular, gracias a que las células tienen en las cisternas del retículo sarcoplásmico de Na2+ , el cual al ser liberado al mioplasma desencadena la contracción.


Las terminales nerviosas libres de la piel, cuando se estimulan de manera apropiada, transmiten señales a lo largo de la neurona sensorial a una interneurona en la médula espinal. La interneurona transmite la señal a una neurona motora. En consecuencia, las fibras musculares se contraen. Las neuronas de proyección, que no se muestran aquí, también son estimuladas por la neurona sensorial y llevan la información sensorial al cerebro.