Sinapsis 1. ¿Cuál es la secuencia de eventos en la terminal presináptica que impulsan a la liberación de neurotransmisores en la terminal post-sináptica? Explique. La despolarización de la membrana presináptica causada por la apertura de canales de sodio, inducirá la apertura de canales de calcio dependientes de voltaje, lo que resultará en la entrada de calcio a la presinapsis y la activación del traslado de vesículas llenas de neurotransmisor a la terminal sináptica, donde éstas se fusionarán con la membrana de la neurona presináptica y liberarán su contenido por exocitosis al espacio sináptico, finalmente llegando a la terminal post-sináptica. 2. Considere la figura 1, que muestra una estrategia experimental de estimulación eléctrica en una terminal sináptica. El trazo superior esquematiza pulsos de estimulación (P 1, 2, 3 y 4) de corriente eléctrica sobre una terminal presinática, el trazo medial indica la respuesta del potencial inducido en la terminal presináptica debido a la estimulación de corriente, y el trazo inferior indica la respuesta inducida en la terminal postsináptica debido a la estimulación de corriente. * Expliqué por qué existe un retraso temporal entre el potencial inducido en la presinapsis y el inducido en la postsinapsis. Porque el proceso de transmisión desde la estimulación presináptica a la postsinapsis requiere un número de pasos (liberación de calcio, exocitosis de vesículas, activación de receptores) que demorarán ligeramente la respuesta de la neurona postsináptica. * Explique también por qué la respuesta de estimulación de los pulsos 2 y 3 son menores (o nulos) comparados con la respuesta al estímulo P1 y el pulso 4 es nuevamente similar al P1. Porque hay un periodo refractario en la neurona post-sináptica, en el cual no responderá a estímulos de la presinapsis hasta que reestablezca su potencial de membrana en estado de reposo y se pueda volver a despolarizar. Figura 1. Estimulación eléctrica en terminal sináptica. 3. La figura 2 (basada en los trabajos de Katz y Miledi, 1967) muestra la respuesta del potencial eléctrico medido en una terminal sináptica. La figura A muestra el potencial eléctrico en condiciones control, sólo se observa una pequeña perturbación debida al pulso de estimulación (P). La figura B 2+ muestra un significativo cambio en el potencial, debido a la adición del ión calcio (Ca ) y el posterior pulso de estimulación eléctrica (P). La figura C muestra invariabilidad significativa del potencial cuando se hace el pulso de estimulación y enseguida la adición del ión calcio. Explique por qué la figura B y la figura C muestran dinámicas diferentes (en relación a la dinámica de procesos que suceden en una sinapsis durante un potencial de acción). Figura 2. Efecto del calcio en estimulación sináptica El calcio se requiere antes de la generación del impulso nervioso, si el calcio se añade después, no podrá contribuir en generar una respuesta 4. La figura 3 muestra registros electrofisiológicos obtenidos mediante estimulación eléctrica en una terminal sináptica (basado en los trabajos de Katz y Miledi, 1969). Tanto en A como en B, el trazo superior muestra un pulso de estimulación de corriente (Current) mientras que los pulsos debajo de éste muestran la respuesta del potencial eléctrico al estímulo, en la terminal presináptica (Pre) y la terminal postsináptica (Post). A diferencia de la figura A, en la figura B se muestra el trazo obtenido en presencia de tetraetilamonio (TEA) y una concentración de calcio elevada (5.5mM), lo que resulta en una diferencia clara en los potenciales eléctricos (en ambos, pre- y postsinápticos). Explique estas diferencias dada la presencia de estos compuestos. En la figura B se observa que el registro de la terminal presináptica se ve alterado por el TEA porque está impidiendo la salida del K+ al medio extracelular, y también se observa una amplitud en el potencial de acción en la terminal postsináptica como efecto del calcio. Entre mayor la cantidad de calcio, mayor la respuesta de la terminal postsináptica. 5. Describa en qué consiste la integración sináptica y el concepto de sumación (adición) de potenciales eléctricos. Una neurona puede recibir diferentes tipos de señales excitatorias e inhibitorias en una ventana espacial y temporal determinada. La sumación de todos los potenciales que está recibiendo la célula se van a integrar y resultará en una respuesta que puede ser excitatoria o inhibitoria dependiendo de qué tipo de señal predominó. 6. ¿Qué complejos proteicos están involucrados en la fusión de vesículas (que encierran los neurotransmisores) con la membrana presinática (mencione algunos principales)? Proteínas SNARE, en la vesícula se encuentran V-SNARE y VAMP2 mientras que en la presinapsis tSNARE. 7. La sinaptotagmina es una proteína que se asocia al ión calcio, se cree que es el sensor de éste ión para luego promover la posterior fusión de membranas y la liberación de neurotransmisores al espacio intersináptico. Describa qué pasaría si aumentáramos la constante de asociación de la sinaptotagmina por el calcio (en términos de comunicación sináptica). Habría un incremento de fusión de vesículas con la membrana presináptica, lo que resultaría en un incremento de neurotransmisores liberados y en la respuesta de la neurona postsináptica. 8. ¿Qué procesos o eventos se llevan a cabo después de que se han liberado los neurotransmisores en el espacio intersináptico? (Relativo a la presinápsis y la postsinápsis) Los neurotransmisores liberados llegarán a la terminal postsináptica y se unirán a sus receptores correspondientes, los cuales se podrán activar y posiblemente se generará una respuesta en la neurona postsináptica. 9. Pensando en la participación de los astrocitos, como intermediarios en la modulación sináptica, describa qué pasaría si se empleara un compuesto inhibidor de los transportadores de Glutamato en los astrocitos. Si se impidiera la entrada de glutamato a los astrocitos, no podrían metabolizarlo para sintetizar glutamina, la cual se necesita transferir a la neurona para que pueda sintetizar glutamato y significaría que la neurona tendría una liberación deficiente de glutamato si llegara un impulso excitatorio. 10. Una teoría alternativa a la explicación del fenómeno de potencial de acción es la llamada teoría del potencial electromecánico o teoría del solitón. Escriba con sus propias palabras las principales ideas de esta teoría y mencione que información extra podría proporcionar en la descripción del fenómeno del potencial de acción. La teoría explica que una membrana lipídica tiene la capacidad de comprimirse localmente y hacer una transmisión de energía electromecánica en forma de una onda mecánica solitaria llamada solitón, cuya energía se conserva. Esta es una teoría que explica que la transmisión de información a través de cambios en el área de la membrana de las neuronas, y por lo tanto, en el potencial de acción.
