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¿Puede la oxitocina viajar de una célula a otra a través de uniones gap?

¿Puede la oxitocina viajar de una célula a otra a través de uniones gap?



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La oxitocina es un péptido secretado de 9 residuos. Como hormona, ¿puede viajar a través de uniones gap, asumiendo que se almacena en vesículas neuronales presinápticas?


Las vesículas sinápticas son del orden de decenas de nanómetros (por ejemplo, Zhang et al dan un diámetro medio de alrededor de 40 nm).

Las uniones entre huecos son mucho más pequeñas, del orden de 1-2 nm. Maeda et al miden uno a 1,4 nm.

Los péptidos del tamaño de la oxitocina presente en el citosol podrían viajar teóricamente a través de uniones gap. Los péptidos empaquetados en vesículas o las moléculas de cualquier tamaño no pueden.


Maeda, S., Nakagawa, S., Suga, M., Yamashita, E., Oshima, A., Fujiyoshi, Y. y Tsukihara, T. (2009). Estructura del canal de unión de la conexión 26 gap con una resolución de 3,5 Å. Nature, 458 (7238), 597-602.

Zhang, B., Koh, Y. H., Beckstead, R. B., Budnik, V., Ganetzky, B. y Bellen, H. J. (1998). El tamaño y el número de vesículas sinápticas están regulados por una proteína adaptadora de clatrina necesaria para la endocitosis. neurona, 21 (6), 1465-1475.


¿Puede la oxitocina viajar de una célula a otra a través de uniones gap? - biología

La matriz extracelular de las células animales mantiene unidas a las células para formar un tejido y permite que los tejidos se comuniquen entre sí.

Objetivos de aprendizaje

Explicar el papel de la matriz extracelular en las células animales.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • La matriz extracelular de las células animales está formada por proteínas y carbohidratos.
  • La comunicación celular dentro de los tejidos y la formación de tejidos son funciones principales de la matriz extracelular de las células animales.
  • La comunicación del tejido se inicia cuando una molécula dentro de la matriz se une a un receptor y los resultados finales son cambios conformacionales que inducen señales químicas que finalmente cambian las actividades dentro de la célula.

Términos clave

  • colágeno: Cualquiera de los más de 28 tipos de glicoproteína que forman fibras alargadas, que generalmente se encuentran en la matriz extracelular del tejido conectivo.
  • proteoglicano: Cualquiera de las muchas glicoproteínas que tienen cadenas laterales de heteropolisacáridos
  • la matriz extracelular: Todos los tejidos y fibras conectivos que no forman parte de una célula, sino que brindan soporte.

Matriz extracelular de células animales

La mayoría de las células animales liberan materiales al espacio extracelular. Los componentes principales de estos materiales son las proteínas. El colágeno es la proteína más abundante. Sus fibras están entretejidas con moléculas de proteínas que contienen carbohidratos llamadas proteoglicanos. En conjunto, estos materiales se denominan matriz extracelular. La matriz extracelular no solo mantiene unidas las células para formar un tejido, sino que también permite que las células dentro del tejido se comuniquen entre sí.

La matriz extracelular: La matriz extracelular está formada por una red de proteínas y carbohidratos.

¿Cómo ocurre esta comunicación celular? Las células tienen receptores de proteínas en las superficies extracelulares de sus membranas plasmáticas. Cuando una molécula dentro de la matriz se une al receptor, cambia la estructura molecular del receptor. El receptor, a su vez, cambia la conformación de los microfilamentos ubicados justo dentro de la membrana plasmática. Estos cambios conformacionales inducen señales químicas dentro de la célula que alcanzan el núcleo y desactivan & # 8220 & # 8221 o & # 8220 & # 8221 la transcripción de secciones específicas de ADN. Esto afecta la producción de proteínas asociadas, cambiando así las actividades dentro de la célula.

Un ejemplo del papel de la matriz extracelular en la comunicación celular puede verse en la coagulación de la sangre. Cuando las células que recubren un vaso sanguíneo se dañan, muestran un receptor de proteína llamado factor tisular. Cuando un factor tisular se une a otro factor en la matriz extracelular, hace que las plaquetas se adhieran a la pared del vaso sanguíneo dañado y estimula las células de músculo liso adyacentes en el vaso sanguíneo para que se contraigan (constriñendo así el vaso sanguíneo). Posteriormente, se inician una serie de pasos que impulsan a las plaquetas a producir factores de coagulación.


Tipos de uniones celulares

1. Unión estrecha

Entre los diferentes tipos de uniones celulares, el Tight Junction dirige el movimiento de solutos y agua ubicados entre los epitelios. Esto sucede en el punto en el que las células se rozan entre sí.

El espacio entre las celdas es tan estrecho que no puede pasar nada. La única forma en que las sustancias pueden viajar es a través de la propia célula.

Si la célula deja pasar una cierta cantidad de nutrientes, es la unión estrecha la que actúa como puerta de entrada al cuerpo de la célula. Las uniones estrechas también actúan como un enlace entre los citoesqueletos de las células individuales, manteniendo así las células adyacentes en su lugar.

Las uniones estrechas solo se pueden encontrar en vertebrados. Para los invertebrados, las uniones que coinciden con las funciones de la unión estrecha se denominan uniones septadas.

2. Adherens Junction

También conocido como Zonula Adherens, el Adherens Junction forma literalmente un cinturón continuo alrededor de una celda. La función principal de Adherens Junction es adherirse a una celda o superficie adyacente. La unión se forma principalmente con calcio.

En determinadas partes del cuerpo, Adherens Junctions realiza una función muy importante. Ayudan a unir la estructura del corazón, manteniendo el corazón unido incluso cuando se expande y contrae para suministrar oxígeno a todo el cuerpo.

Varias proteínas forman una unión Adherens:

  • Cadherin son sustancias adhesivas flotantes ubicadas fuera de la celda.
  • Hay proteínas de anclaje dentro de la célula. Conectan el citoesqueleto con Cadherin.
  • El citoesqueleto de la propia célula, que tiene microfilamentos de actina.

3. Desmosome

Los desmosomas son similares en función a las uniones Adherens. Los desmosomas están unidos al citoesqueleto de una célula a través del demosplakin.

Desde allí, la proteína de adhesión de los desmosomas se extiende hacia la membrana celular, pasa a través de la membrana protectora y se adhiere a otros desmosomas de otra célula adyacente.

Los dos Desmosomas se entrelazan en forma de S, W o A. En el tejido muscular, los desmosomas mantienen unidos los músculos.

4. Hemidesmosoma

Los hemidesmosomas se encuentran en la lámina basal de una célula. Se conectan con otras células extendiendo filamentos para llegar a otros hemidesmosomas de otras células adyacentes.

Al igual que los desmosomas, el hemidesmosoma actúa como un ancla entre las células adyacentes.

La principal diferencia radica en el hecho de que el Hemidesmosoma está anclado a la lámina basal de la célula, mientras que el Desmosoma está anclado al citoesqueleto de la célula.

5. Cruce de brecha

Gap Junctions son conexiones especializadas entre células. La presencia de Gap Junction conecta directamente el citoplasma de las células adyacentes. Su función principal es permitir el paso regulado de impulsos eléctricos, moléculas e iones de una célula a otra.

Esta comunicación es muy importante ya que Gap Junctions permite que sucedan funciones complejas. Por ejemplo, las uniones Gap realizan una función necesaria para el desarrollo de órganos, embriones y tejidos.

En el corazón, los impulsos eléctricos que ordenan a los músculos que se contraigan pasan a través de Gap Junctions. La señal de muerte celular también pasa a través de Gap Junction.

A veces, las células deben morir para que el tejido evolucione a su forma y propósito primarios. Los Gap Junctions también transmiten “órdenes” para que las células sanas cercanas y circundantes mueran, si se descubre que una célula enferma está muriendo.

Las células de tipo Gap Junction se encuentran en casi todos los tipos de tejido del cuerpo. Las únicas excepciones a esto son las células móviles como los eritrocitos y el músculo esquelético completamente maduro. Las uniones entre huecos no se encuentran en formas de vida como los mohos de limo, las esponjas y otros organismos simples.


Uniones intercelulares

Las células también pueden comunicarse entre sí a través del contacto directo, lo que se conoce como uniones intercelulares. Existen algunas diferencias en las formas en que las células vegetales y animales hacen esto. Los plasmodesmos son uniones entre células vegetales, mientras que los contactos con células animales incluyen uniones estrechas, uniones gap y desmosomas.

Plasmodesmata

En general, los tramos largos de las membranas plasmáticas de las células vegetales vecinas no pueden tocarse entre sí porque están separados por la pared celular que rodea a cada célula. Entonces, ¿cómo puede una planta transferir agua y otros nutrientes del suelo desde sus raíces, a través de sus tallos y hasta sus hojas? Dicho transporte utiliza principalmente los tejidos vasculares (xilema y floema). También existen modificaciones estructurales llamadas plasmodesmos (singular = plasmodesma), numerosos canales que pasan entre las paredes celulares de las células vegetales adyacentes, conectan su citoplasma y permiten que los materiales se transporten de una célula a otra y, por lo tanto, a través de la planta (Figura 2).

Figura 2. Un plasmodesma es un canal entre las paredes celulares de dos células vegetales adyacentes. Los plasmodesmos permiten que los materiales pasen del citoplasma de una célula vegetal al citoplasma de una célula adyacente.

Juntas apretadas

A Unión estrecha es un sello hermético entre dos células animales adyacentes (Figura 3). Las células se mantienen apretadas entre sí por proteínas (predominantemente dos proteínas llamadas claudinas y ocludinas).

Figura 3. Las uniones estrechas forman conexiones estancas entre las células animales adyacentes. Las proteínas crean una adherencia estrecha en las uniones.

Esta adherencia estrecha evita que los materiales se filtren entre las células. Las uniones estrechas se encuentran típicamente en los tejidos epiteliales que recubren los órganos internos y las cavidades, y comprenden la mayor parte de la piel. Por ejemplo, las uniones estrechas de las células epiteliales que recubren la vejiga urinaria evitan que la orina se filtre hacia el espacio extracelular.

Desmosomas

También se encuentran solo en células animales. desmosomas, que actúan como puntos de soldadura entre células epiteliales adyacentes (Figura 4). Las proteínas cortas llamadas cadherinas en la membrana plasmática se conectan a filamentos intermedios para crear desmosomas. Las cadherinas unen dos células adyacentes y las mantienen en una formación en forma de lámina en los órganos y tejidos que se estiran, como la piel, el corazón y los músculos.

Figura 4. Un desmosoma forma una soldadura por puntos muy fuerte entre las células. La unión de cadherinas y filamentos intermedios la crea.

Uniones gap

Uniones gap en las células animales son como los plasmodesmos en las células vegetales en que son canales entre las células adyacentes que permiten el transporte de iones, nutrientes y otras sustancias que permiten que las células se comuniquen (Figura 5). Sin embargo, estructuralmente, las uniones gap y los plasmodesmos difieren.

Figura 5. Una unión gap es un poro revestido de proteínas que permite que el agua y las moléculas pequeñas pasen entre las células animales adyacentes.

Las uniones de separación se desarrollan cuando un conjunto de seis proteínas (llamadas conexinas) en la membrana plasmática se organizan en una configuración alargada similar a una rosquilla llamada conexión. Cuando los poros ("agujeros de rosquilla") de las conexiones en las células animales adyacentes se alinean, se forma un canal entre las dos células. Las uniones gap son particularmente importantes en el músculo cardíaco: la señal eléctrica para que el músculo se contraiga pasa de manera eficiente a través de las uniones gap, lo que permite que las células del músculo cardíaco se contraigan en tándem.

En resumen: uniones celulares

Las células animales se comunican a través de sus matrices extracelulares y están conectadas entre sí a través de uniones estrechas, desmosomas y uniones gap. Las células vegetales están conectadas y se comunican entre sí a través de plasmodesmos.

Cuando los receptores de proteínas en la superficie de la membrana plasmática de una célula animal se unen a una sustancia en la matriz extracelular, comienza una cadena de reacciones que cambia las actividades que tienen lugar dentro de la célula. Los plasmodesmos son canales entre células vegetales adyacentes, mientras que las uniones gap son canales entre células animales adyacentes. Sin embargo, sus estructuras son bastante diferentes. Una unión estrecha es un sello hermético entre dos celdas adyacentes, mientras que un desmosoma actúa como una soldadura por puntos.


Contenido

En los vertebrados, los hemicanales de unión gap son principalmente homo o heterohexámeros de proteínas conexinas. Las uniones gap de invertebrados comprenden proteínas de la familia de las innexinas. Las innexinas no tienen una homología de secuencia significativa con las conexinas. [8] Aunque difieren en secuencia a las conexinas, las innexinas son lo suficientemente similares a las conexinas como para afirmar que las innexinas forman uniones gap. en vivo de la misma manera que lo hacen las conexinas. [9] [10] [11] La familia de las pannexinas caracterizada recientemente, [12] que originalmente se pensó que formaba canales intercelulares (con una secuencia de aminoácidos similar a la de las innexinas [13]), de hecho funciona como una membrana única canal que se comunica con el entorno extracelular, y se ha demostrado que pasa calcio y ATP. [14]

En las uniones gap, el espacio intercelular está entre 2 y 4 nm [6] y las conexiones unitarias en la membrana de cada célula están alineadas entre sí. [15]

Los canales de unión gap formados a partir de dos hemicanales idénticos se denominan homotípicos, mientras que aquellos con hemicanales diferentes son heterotípicos. A su vez, los hemicanales de composición uniforme de conexinas se denominan homoméricos, mientras que los que tienen distintas conexinas son heteroméricos. Se cree que la composición del canal influye en la función de los canales de unión gap.

Antes de que las innexinas y las pannexinas estuvieran bien caracterizadas, los genes que codifican los canales de unión gap de conexina se clasificaron en uno de tres grupos, según el mapeo de genes y la similitud de secuencia: A, B y C (por ejemplo, GJA1, GJC1). [16] [17] [18] Sin embargo, los genes de conexina no codifican directamente la expresión de los canales de unión gap. Los genes solo pueden producir las proteínas que forman los canales de unión gap. También es popular un sistema de nombres alternativo basado en el peso molecular de esta proteína (por ejemplo: connexin43 = GJA1, connexin30.3 = GJB4).

  1. ADN a ARN a proteína Connexin.
  2. Una proteína conexina tiene cuatro dominios transmembrana
  3. 6 Connexins crean un Connexon (hemicanal). Cuando diferentes conexinas se unen para formar una conexión, se denomina conexión heteromérica.
  4. Dos hemicanales, unidos entre sí a través de una membrana celular, comprenden un canal Gap Junction.
    Cuando dos conexiones idénticas se unen para formar un canal de unión Gap, se denomina canal GJ homotípico. Cuando una conexión homomérica y una conexión heteromérica se unen, se denomina canal de unión heterotípica. Cuando se unen dos conexiones heteroméricas, también se denomina canal de unión heterotípica.
  5. Varios canales de unión gap (cientos) se ensamblan dentro de un complejo macromolecular llamado placa de unión gap.
  1. Permite la comunicación eléctrica directa entre células, aunque diferentes subunidades de conexina pueden impartir diferentes conductancias de un solo canal, desde aproximadamente 30 pS a 500 pS.
  2. Permite la comunicación química entre las células, a través de la transmisión de pequeños segundos mensajeros, como el trifosfato de inositol (IP
    3 ) y calcio (Ca 2+
    ), [7] aunque diferentes subunidades de conexina pueden impartir una selectividad diferente para moléculas pequeñas particulares.
  3. En general, permite el movimiento transmembrana de moléculas menores de 485 Daltons [20] (1.100 Daltons a través de uniones gap de invertebrados [21]), aunque diferentes subunidades de conexina pueden impartir diferentes tamaños de poro y diferente selectividad de carga. Las biomoléculas grandes, por ejemplo, el ácido nucleico y la proteína, están excluidas de la transferencia citoplásmica entre células a través de los canales de conexina de unión gap.
  4. Asegura que las moléculas y la corriente que pasan a través de la unión gap no se filtren al espacio intercelular.

Hasta la fecha, se han atribuido cinco funciones diferentes a la proteína de unión gap:

  1. Acoplamiento eléctrico y metabólico entre células.
  2. Intercambio eléctrico y metabólico a través de hemicanales.
  3. Genes supresores de tumores (Cx43, Cx32 y Cx36)
  4. Función adhesiva independiente del canal de unión del espacio conductor (migración neural en la neocorteza)
  5. Papel del carboxilo terminal en la señalización de vías citoplasmáticas (Cx43)

Se han observado Gap Junctions en varios órganos y tejidos animales donde las células contactan entre sí. Desde la década de 1950 hasta la de 1970 se detectaron en los nervios del cangrejo de río, [22] páncreas de rata, hígado, corteza suprarrenal, epidídimo, duodeno, músculo, [23] Daphnia hepática ciego, [24] músculo hidra, [25] retina de mono, [26 ] córnea de conejo, [27] blastodermo de pescado, [28] embriones de rana, [29] ovario de conejo, [30] células reagregantes, [31] [32] cápsulas de hemocitos de cucaracha, [33] piel de conejo, [34] pollo embriones, [35] islote humano de Langerhans, [36] receptores acústicos-vestibulares sensibles a la presión de peces de colores y hámsteres, [37] lamprea y corazón tunicado, [38] [39] túbulos seminíferos de rata, [40] miometrio, [41] ojo cristalino [42] y epitelio digestivo cefalópodo. [43] Desde la década de 1970, se han seguido encontrando uniones gap en casi todas las células animales que se tocan entre sí. En la década de 1990, la nueva tecnología, como la microscopía confocal, permitió un estudio más rápido de grandes áreas de tejido. Desde la década de 1970, incluso los tejidos que tradicionalmente se consideraba que posiblemente tenían células aisladas, como el hueso, mostraron que las células todavía estaban conectadas con uniones gap, aunque de manera tenue. [44] Las uniones por espacios parecen estar en todos los órganos y tejidos de los animales y será interesante encontrar excepciones a esto distintas de las células que normalmente no están en contacto con las células vecinas. El músculo esquelético adulto es una posible excepción. Se puede argumentar que si están presentes en el músculo esquelético, las uniones gap podrían propagar las contracciones de forma arbitraria entre las células que forman el músculo. Al menos en algunos casos, este puede no ser el caso, como se muestra en otros tipos de músculos que tienen uniones gap. [45] El análisis de cánceres [46] [47] [48] o el proceso de envejecimiento puede indicar una indicación de lo que resulta de la reducción o ausencia de uniones gap. [49]

Se puede ver que las uniones gap funcionan al nivel más simple como una vía directa de célula a célula para corrientes eléctricas, pequeñas moléculas e iones. El control de esta comunicación permite efectos secundarios complejos en organismos multicelulares como se describe a continuación.

Desarrollo embrionario, de órganos y tejidos Editar

En la década de 1980, se investigaron roles más sutiles, pero no menos importantes, de la comunicación de la unión gap. Se descubrió que la comunicación de la unión gap podría interrumpirse mediante la adición de anticuerpos anti-conexina en las células embrionarias. [50] [51] Los embriones con áreas de uniones gap bloqueadas no se desarrollaron normalmente. El mecanismo por el cual los anticuerpos bloquearon las uniones gap no estaba claro, pero se llevaron a cabo estudios sistemáticos para dilucidar el mecanismo. [52] [53] El refinamiento de estos estudios mostró que las uniones gap parecían ser clave para el desarrollo de la polaridad celular [54] y la simetría / asimetría izquierda / derecha en los animales. [55] [56] Si bien la señalización que determina la posición de los órganos del cuerpo parece depender de las uniones gap, también lo hace la diferenciación más fundamental de las células en las etapas posteriores del desarrollo embrionario.[57] [58] [59] [60] [61] También se encontró que las uniones gap son responsables de la transmisión de las señales necesarias para que los fármacos tengan un efecto [62] y, a la inversa, se demostró que algunos fármacos bloquean los canales de las uniones gap. [63]

Uniones de brecha y el "efecto espectador" Editar

Muerte celular Editar

El "efecto espectador" con sus connotaciones de que el espectador inocente es asesinado también está mediado por uniones de brecha. Cuando las células se ven comprometidas debido a una enfermedad o lesión y comienzan a morir, los mensajes se transmiten a las células vecinas conectadas a la célula moribunda mediante uniones gap. Esto puede hacer que las células espectadoras sanas que de otro modo no se verían afectadas también mueran. [64] Por lo tanto, es importante considerar el efecto espectador en las células enfermas, lo que abrió una vía para obtener más fondos y un florecimiento de la investigación. [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] Posteriormente, también se investigó el efecto espectador con respecto a las células dañadas por radiación o lesión mecánica y, por lo tanto, la cicatrización de heridas. [74] [75] [76] [77] [78] La enfermedad también parece tener un efecto sobre la capacidad de las uniones gap para cumplir su función en la cicatrización de heridas. [79] [80]

Reestructuración de tejidos Editar

Si bien ha habido una tendencia a centrarse en el efecto espectador en la enfermedad debido a la posibilidad de vías terapéuticas, existe evidencia de que existe un papel más central en el desarrollo normal de los tejidos. La muerte de algunas células y la matriz circundante puede ser necesaria para que un tejido alcance su configuración final y las uniones gap también parecen esenciales para este proceso. [81] [82] También hay estudios más complejos que intentan combinar nuestra comprensión de las funciones simultáneas de las uniones gap en la cicatrización de heridas y el desarrollo de tejidos. [83] [84] [85]

Áreas de acoplamiento eléctrico Editar

Las uniones de separación unen las células eléctrica y químicamente en todo el cuerpo de la mayoría de los animales. El acoplamiento eléctrico puede actuar con relativa rapidez. Los tejidos en esta sección tienen funciones bien conocidas que se observa que están coordinadas por uniones gap con señalización intercelular que ocurre en marcos de tiempo de microsegundos o menos.

Corazón Editar

Las uniones gap son particularmente importantes en el músculo cardíaco: la señal para contraerse pasa de manera eficiente a través de las uniones gap, lo que permite que las células del músculo cardíaco se contraigan al unísono.

Neuronas Editar

Una unión gap ubicada en las neuronas a menudo se denomina sinapsis eléctrica. La sinapsis eléctrica se descubrió mediante mediciones eléctricas antes de que se describiera la estructura de la unión de huecos. Las sinapsis eléctricas están presentes en todo el sistema nervioso central y se han estudiado específicamente en la neocorteza, hipocampo, núcleo vestibular, núcleo reticular talámico, locus coeruleus, núcleo olivar inferior, núcleo mesencefálico del nervio trigémino, área tegmental ventral, bulbo olfatorio, retina y médula espinal de vertebrados. [86]

Ha habido alguna observación de acoplamiento débil de neuronas a células gliales en el locus coeruleus y en el cerebelo entre las neuronas de Purkinje y las células gliales de Bergmann. Parece que los astrocitos están acoplados por uniones gap, tanto a otros astrocitos como a oligodendrocitos. [87] Además, las mutaciones en los genes de unión gap Cx43 y Cx56.6 causan una degeneración de la sustancia blanca similar a la observada en la enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher y la esclerosis múltiple.

Las proteínas de conexina expresadas en uniones neuronales incluyen:

con ARNm para al menos otras cinco conexinas (mCx26, mCx30.2, mCx32, mCx43, mCx47) detectadas pero sin evidencia inmunocitoquímica de la proteína correspondiente dentro de uniones gap definidas ultraestructuralmente. Esos ARNm parecen estar regulados a la baja o destruidos por microARN interferentes (miARN) que son específicos de tipo y linaje celular.

Retina Editar

Las neuronas dentro de la retina muestran un acoplamiento extenso, tanto dentro de poblaciones de un tipo de célula como entre diferentes tipos de células. [88]

Naming Editar

Las uniones de brecha se denominaron así debido al "espacio" que se muestra que está presente en estas uniones especiales entre dos células. [89] Con el aumento de la resolución del microscopio electrónico de transmisión (TEM), las estructuras de unión gap se pudieron ver y describir por primera vez alrededor de 1953.

El término "unión gap" pareció acuñarse unos 16 años después, alrededor de 1969. [90] [91] [92] No se demostró una brecha regular estrecha similar en otras uniones intercelulares fotografiadas con el TEM en ese momento.

Formar un indicador de función Editar

Mucho antes de la demostración de la "brecha" en las uniones gap, se vieron en la unión de las células nerviosas vecinas. La proximidad de las membranas celulares vecinas en la unión gap lleva a los investigadores a especular que tenían un papel en la comunicación intercelular, en particular en la transmisión de señales eléctricas. [93] [94] [95] También se demostró que las uniones de brecha rectifican eléctricamente y se las conoce como sinapsis eléctrica. [96] [97] Más tarde se descubrió que los productos químicos también podían transportarse entre las células a través de uniones gap. [98]

Implícito o explícito en la mayoría de los primeros estudios es que el área de la unión gap tenía una estructura diferente a las membranas circundantes de una manera que la hacía lucir diferente. Se ha demostrado que la unión gap crea un microambiente entre las dos células en el espacio extracelular o "gap". Esta porción de espacio extracelular estaba algo aislada del espacio circundante y también unida por lo que ahora llamamos pares de conexiones que forman puentes aún más sellados que cruzan la brecha de unión entre dos células. Cuando se observa en el plano de la membrana mediante técnicas de congelación-fractura, es posible una distribución de mayor resolución de las conexiones dentro de la placa de unión gap. [99]

Se observan islas libres de Connexin en algunos cruces. La observación fue en gran parte sin explicación hasta que Peracchia demostró que las vesículas usando secciones delgadas de TEM se asociaban sistemáticamente con placas de unión gap. [100] El estudio de Peracchia fue probablemente también el primer estudio en describir estructuras de conexiones emparejadas, que él llamó algo simplemente un "glóbulo". Los estudios que muestran vesículas asociadas con uniones gap y proponen que el contenido de las vesículas puede moverse a través de las placas de unión entre dos células fueron raros, ya que la mayoría de los estudios se centraron en las conexiones en lugar de en las vesículas. Un estudio posterior que utilizó una combinación de técnicas de microscopía confirmó la evidencia temprana de una función probable para las uniones gap en la transferencia de vesículas intercelulares. Las áreas de transferencia de vesículas se asociaron con islas libres de conexina dentro de las placas de unión gap. [101]

Sinapsis nerviosas eléctricas y químicas Editar

Debido a la aparición generalizada de uniones gap en tipos de células distintas de las células nerviosas, el término unión gap se utilizó de manera más generalizada que términos como sinapsis eléctrica o nexo. Otra dimensión en la relación entre las células nerviosas y las uniones gap se reveló al estudiar la formación de sinapsis químicas y la presencia de uniones gap. Al rastrear el desarrollo del nervio en sanguijuelas con expresión de unión gap suprimida, se demostró que la unión gap bidireccional (sinapsis nerviosa eléctrica) debe formarse entre dos células antes de que puedan crecer para formar una "sinapsis nerviosa química" unidireccional. [102] La sinapsis nerviosa química es la sinapsis truncada con mayor frecuencia al término más ambiguo "sinapsis nerviosa".

Composición Editar

Connexins Editar

La purificación [103] [104] de las placas de unión gap intercelular enriquecidas en la proteína formadora de canales (conexina) mostró una proteína que forma matrices hexagonales en difracción de rayos X. Ahora se hizo posible el estudio sistemático y la identificación de la proteína de unión gap predominante [105]. Los estudios ultraestructurales refinados por TEM [106] [107] mostraron que la proteína se presentaba de forma complementaria en ambas células que participaban en una placa de unión gap. La placa de unión gap es un área relativamente grande de membrana observada en la sección delgada de TEM y fractura por congelación (FF) que se ve llena de proteínas transmembrana en ambos tejidos y preparaciones de unión gap tratadas más suavemente. Con la aparente capacidad de una proteína sola para permitir la comunicación intercelular observada en las uniones gap [108], el término unión gap tendía a convertirse en sinónimo de un grupo de conexinas ensambladas, aunque esto no se demostró in vivo. El análisis bioquímico de aislados ricos en uniones gap de varios tejidos demostró una familia de conexinas. [109] [110] [111]

La ultraestructura y la bioquímica de las uniones gap aisladas ya mencionadas habían indicado que las conexinas se agrupan preferentemente en placas o dominios de uniones gap y las conexinas eran el constituyente mejor caracterizado. Se ha observado que la organización de proteínas en matrices con una placa de unión gap puede ser significativa. [29] [112] Es probable que este trabajo inicial ya reflejara la presencia de algo más que conexinas en las uniones gap. La combinación de los campos emergentes de congelación-fractura para ver el interior de las membranas e inmunocitoquímica para marcar los componentes celulares (inmunomarcaje de réplica de congelación-fractura o FRIL e inmunomarcaje de sección delgada) mostró que las placas de unión gap in vivo contenían la proteína conexina. [113] [114] Estudios posteriores que utilizaron microscopía de inmunofluorescencia de áreas más grandes de tejido aclararon la diversidad en resultados anteriores. Se confirmó que las placas de unión gap tienen una composición variable que alberga proteínas de conexión y no conexina, además de hacer que el uso moderno de los términos "unión gap" y "placa de unión gap" no sea intercambiable. [115] En otras palabras, el término comúnmente utilizado "unión gap" siempre se refiere a una estructura que contiene conexinas, mientras que una placa de unión gap también puede contener otras características estructurales que la definirán.

La "placa" o "placa de formación" Editar

Las primeras descripciones de "uniones gap" y "conexiones" no se referían a ellas como tales y se utilizaron muchos otros términos. Es probable que los "discos sinápticos" [116] fueran una referencia precisa a las placas de unión gap. Si bien la estructura detallada y la función de la conexión se describieron de manera limitada en ese momento, la estructura bruta del "disco" era relativamente grande y se veía fácilmente mediante varias técnicas TEM. Los discos permitieron a los investigadores que usaban TEM para localizar fácilmente las conexiones contenidas dentro del disco como parches in vivo e in vitro. El disco o "placa" parecía tener propiedades estructurales diferentes de las impartidas por las conexiones por sí solas. [25] Se pensó que si el área de la membrana en la placa transmitía señales, el área de la membrana tendría que sellarse de alguna manera para evitar fugas. [117] Estudios posteriores demostraron que las placas de unión gap albergan proteínas que no son conexinas, lo que hace que el uso moderno de los términos "unión gap" y "placa de unión gap" no sea intercambiable, ya que el área de la placa de unión gap puede contener proteínas distintas de las conexinas. . [115] [118] Así como las conexinas no siempre ocupan toda el área de la placa, los otros componentes descritos en la literatura pueden ser sólo residentes a corto o largo plazo. [119]

Los estudios que permiten vistas dentro del plano de la membrana de las uniones gap durante la formación indicaron que se formó una "placa de formación" entre dos células antes de que las conexinas se movieran hacia adentro. Eran áreas libres de partículas cuando se observaron con TEM FF, lo que indicaba que había proteínas transmembrana muy pequeñas o nulas. probablemente presente. Se sabe poco sobre qué estructuras componen la placa de formación o cómo cambia la estructura de la placa de formación cuando las conexinas y otros componentes entran o salen. Uno de los estudios anteriores sobre la formación de uniones pequeñas describe filas de partículas y halos libres de partículas. [120] Con uniones gap más grandes, se describieron como placas de formación con conexinas moviéndose hacia ellas. Se pensó que las uniones por espacios de partículas se formaban 4-6 horas después de que aparecieran las placas de formación. [121] Cada vez es más claro cómo se pueden transportar las conexinas a las placas utilizando tubulina. [54] [122]

La placa de formación y la parte no conexina de la placa de unión gap clásica han sido difíciles de analizar para los primeros investigadores. Aparece en TEM FF y sección delgada como un dominio de membrana lipídica que de alguna manera puede formar una barrera comparativamente rígida a otros lípidos y proteínas. Ha habido evidencia indirecta de que ciertos lípidos están involucrados preferentemente con la formación de la placa, pero esto no puede considerarse definitivo. [123] [124] Es difícil imaginar la ruptura de la membrana para analizar las placas de la membrana sin afectar su composición. Mediante el estudio de las conexinas que aún se encuentran en las membranas, se han estudiado los lípidos asociados con las conexinas. [125] Se encontró que las conexinas específicas tendían a asociarse preferentemente con fosfolípidos específicos. Como las placas de formación preceden a las conexinas, estos resultados aún no dan certeza en cuanto a qué es lo único de la composición de las placas en sí mismas. Otros hallazgos muestran que las conexinas se asocian con los andamios proteicos utilizados en otra unión, la zonula occludens ZO1. [126] Si bien esto nos ayuda a comprender cómo se pueden mover las conexinas a una placa de formación de uniones gap, la composición de la placa en sí es todavía algo incompleta. Se están logrando algunos avances en la composición in vivo de la placa de unión gap utilizando TEM FRIL. [119] [126]


Vía de señalización de oxitocina

La vía de señalización de la oxitocina se refiere a las proteínas de la vía de señalización que incluyen oxitocina, receptores de oxitocina y factores reguladores relacionados. La oxitocina es una hormona peptídica secretada por la hipófisis posterior. Sintetizado a partir del núcleo paraventricular hipotalámico y el núcleo supraóptico, consta de 9 aminoácidos. Se transporta a la glándula pituitaria a una velocidad de 2 mm a 3 mm por día. Los residuos de metionina en las posiciones "1" y "6" forman una estructura cíclica de un péptido 6 en forma de enlace disulfuro. La función fisiológica de la vía de señalización de la oxitocina es principalmente estimular la mama para que secrete leche, promover la contracción del músculo liso uterino durante el parto y promover la función del amor maternal. Además, puede reducir el nivel de hormonas del estrés como las cetonas suprarrenales en el cuerpo para reducir la presión arterial. No es una patente de mujer, y tanto hombres como mujeres pueden segregarla. Su función es principalmente en las glándulas mamarias lactantes para secretar continuamente leche bajo la acción de la prolactina y almacenarla en la glándula mamaria. La oxitocina puede contraer las células mioepiteliales alrededor del acino mamario y promover la leche materna con función de lactancia. La oxitocina tiene un fuerte efecto promotor de la contracción en el útero, pero es sensible al útero gestante.

Familia de la oxitocina

La vía de señalización de la oxitocina inicia una respuesta posterior mediante la unión de la oxitocina y el receptor. La oxitocina se compone de 9 aminoácidos, de los cuales 2 cisteínas forman un enlace disulfuro en posiciones 1,6 con un peso molecular relativo de 1.007, que existe como péptido libre en la circulación sanguínea. La vida media biológica de la oxitocina es sólo de 3 a 10 minutos y la vida media es más corta en concentraciones altas. La tasa de aclaramiento metabólico de la madre durante el embarazo es de 19-21 ml por kilogramo de peso corporal, que se elimina principalmente por el hígado y se descarga del riñón en forma inactiva. La oxitocina también es degradada por la oxitocina en el útero durante el embarazo. La oxitocina se sintetiza principalmente en las células grandes del núcleo supraquiasmático y el núcleo paraventricular del hipotálamo, y una pequeña cantidad se sintetiza en los órganos periféricos. El mecanismo de regulación aún no está claro y las secuencias reguladoras en el gen de la oxitocina también se desconocen. La estructura anatómica especial de las neuronas hace que la oxitocina tenga una función dual de hormonas y neurotransmisores. Los gránulos neurosecretores que contienen oxitocina y vasopresina hipofisaria se distribuyen ampliamente en las fibras de Purkinje y se distribuyen a lo largo de las neuronas. Además, la oxitocina se distribuye ampliamente en órganos como el útero, ovario, testículo, glándula suprarrenal, timo y páncreas, y tiene funciones autocrinas y paracrinas. El receptor de oxitocina (OTR) pertenece a la familia de receptores acoplados a proteína G tipo A (GPCR) y contiene siete hélices alfa transmembrana que constan de 389 residuos de aminoácidos. Los receptores de oxitocina pueden acoplarse a subunidades como Gq, Gi1, Gi2, Gi3, GoA y GoB, lo que provoca un aumento en la concentración de calcio citosólico (acoplamiento a la subunidad Gq) o inhibición de la actividad de la adenilato ciclasa (acoplamiento con la subunidad Gi). El gen del receptor de oxitocina se encuentra en el cromosoma humano 3p25 y tiene aproximadamente 19 kb de longitud y contiene 3 intrones y 4 exones. Debido a que la oxitocina tiene una alta homología de secuencia con otro neuropéptido (vasopresina, AVP, también conocida como arginina vasopresina), cuando se estudian nuevos agonistas y antagonistas del sistema de oxitocina, los receptores de vasopresina (es decir, el receptor V1a y el receptor V2) generalmente se usan como controles para examinar si la afinidad del nuevo ligando por el receptor de oxitocina es significativamente más fuerte que su afinidad por el receptor de vasopresina. La región principal que media la unión del receptor de oxitocina y el receptor de vasopresina al ligando correspondiente está en la tercera región transmembrana del receptor, mientras que las regiones transmembrana del receptor de oxitocina 5 y 6 son específicamente reconocidas por la oxitocina. Hay tres sitios de unión de oxitocina por afinidad diferentes en el miometrio de ratas. Entre ellos, el sitio de unión de la afinidad intermedia es el receptor de oxitocina, y las otras dos funciones aún no están claras. El sitio de unión de baja afinidad no tiene efectos farmacológicos obvios. Se cree que el sitio de unión de alta afinidad interactúa con el sitio de unión de afinidad central para afectar al útero. Al unirse a la oxitocina o su agonista o antagonista, el receptor sufre un cambio de afinidad. Por tanto, aunque la densidad del receptor no cambia, si cambia la afinidad del receptor, la función biológica y la actividad biológica del útero pueden verse afectadas. El receptor de oxitocina mesentérico humano tiene una masa molecular relativa de aproximadamente 43.000 y consta de 388 aminoácidos, que presumiblemente contienen siete péptidos transmembrana, como el receptor de unión a proteína G.

Vía de señalización de oxitocina

    Cascada de la vía de señalización de oxitocina

La oxitocina promueve la contracción uterina mediante la activación de los canales de calcio asociados con los receptores y la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico. La oxitocina se une al receptor y está mediada por un segundo mensajero, que está regulado por el voltaje o la regulación hormonal en la membrana de las células musculares y por la entrada de calcio extracelular mediada por contratistas. La oxitocina aumenta la producción de inositol 1,4,5-trifosfato y la movilización de 5-trifosfato inositol almacena la liberación de calcio intracelular en el retículo endoplásmico y el retículo sarcoplásmico. Además, la oxitocina también hace que las células produzcan corrientes de entrada a través de canales catiónicos no selectivos activados por receptores que despolarizan las membranas celulares, produciendo potenciales de acción y contracciones musculares. In vitro Los experimentos con miocitos uterinos humanos se derivan de un término que indica que el embarazo indica que la oxitocina afecta la contractilidad uterina a través de la despolarización del potencial de membrana, pero no afecta la interacción de las células musculares a través de uniones gap, lo que indica la contracción del músculo uterino y la coordinación de los miocitos. El mecanismo de acción es diferente. En la actualidad, el papel del segundo mensajero cAMP y cGMP aún no está claro. In vitro Los estudios han observado que el AMPc está implicado en un aumento exponencial del número de receptores de oxitocina amnióticos durante el embarazo de conejos. La oxitocina aumenta la actividad de las proteínas quinasas activadas por mitógenos a través de la mediación de la proteína G. La oxitocina también aumenta la actividad de la alanina aminotransferasa y la fosfolipasa C a través de la interacción del receptor de oxitocina con las cadenas Gα q y Gα 11 de la proteína de unión.

La estructura genética y la composición genómica entre la oxitocina y la vasopresina (VP) en el hipotálamo están estrechamente relacionadas. Todos tienen el mismo origen, todos los cuales son pequeños fragmentos de hasta 2500 pares de bases. El gen de la oxitocina consta de tres exones y dos inserciones. El exón A incluye un péptido señal, una porción de secuencia de oxitocina y una porción N-terminal de la proteína portadora de vasopresina. El exón B es la porción media de la vasopresina hipofisaria y el exón C es la pituitrina y transporta la porción C-terminal de la proteína. Los genes de oxitocina y VP humanos se encuentran en la misma posición en el cromosoma 20, pero la dirección de la transcripción se invierte. La secuencia entre los dos genes es de 9 kb. La región no codificante en el extremo 5 'del origen transcripcional del gen de la oxitocina en humanos, ratas y hembras de ganado es muy variable, siendo similares sólo unos pocos pares de secuencias de nucleótidos. La diferencia entre el extremo 5 'de la oxitocina y el gen VP también es grande. También hay un potenciador específico de la oxitocina en o cerca del gen VP, porque el gen de la oxitocina se puede expresar solo cuando un pequeño fragmento está ligado al gen VP. El estrógeno aumenta la expresión del gen de la oxitocina en el útero de rata y en cultivos humanos amnióticos, coriónicos y deciduales. La región promotora del gen de la oxitocina de rata contiene dos fragmentos que responden al estrógeno y el gen humano contiene solo un gen. El fragmento de reacción requiere solo un fragmento de gen de -49 a +36 ubicado en la región flanqueante 5 'del gen. Sin embargo, el efecto estimulante directo del estrógeno sobre el gen de la oxitocina puede limitarse a un subconjunto de neuronas de oxitocina que se unen al estrógeno.

En los últimos años, los estudios sobre la oxitocina y los genes receptores y la depresión han proporcionado nuevas direcciones para el estudio de los mecanismos neurológicos y la investigación clínica de trastornos mentales como la depresión. Además, la oxitocina puede mejorar los síntomas depresivos del paciente regulando los objetivos terapéuticos como el eje HPA y la neurogénesis del hipocampo, por lo que es probable que la oxitocina se convierta en un nuevo fármaco para el tratamiento de pacientes deprimidos.

El autismo es un trastorno del neurodesarrollo generalizado de causas desconocidas y hasta la fecha no existe un tratamiento eficaz. Como uno de los síntomas característicos del autismo, los trastornos sociales afectan gravemente la salud física y mental y la calidad de vida de los pacientes. Los estudios han demostrado que la oxitocina juega un papel importante en las interacciones sociales, y la deficiencia o subutilización de oxitocina puede estar asociada con trastornos sociales en pacientes autistas.

Un estudio de Rubin et al. (2010) encontraron que cuanto mayor es el nivel de oxitocina en el sistema nervioso periférico de las mujeres con enfermedades mentales, menos síntomas clínicos presentan. Goldman, Marlow-O'Connor, Torres y Carter (2008) recolectaron los niveles de oxitocina en la sangre de pacientes normales y con esquizofrenia y encontraron que los niveles de oxitocina se correlacionaron positivamente con el reconocimiento de la expresión facial, mientras que los pacientes con esquizofrenia baja en sodio Los niveles de oxitocina fueron significativamente Pacientes con menos sodio de lo normal con esquizofrenia y personas normales. Más interesante aún, los investigadores encontraron que los niveles de oxitocina en la sangre del grupo normal aumentaron antes y después de la interacción de confianza de compartir secretos, mientras que el grupo esquizofrénico no cambió.


Contenido

Figura 1: Concentraciones de iones intra y extracelulares (mmol / L)
Elemento Ion Extracelular Intracelular Proporción
Sodio Na + 135 - 145 10 14:1
Potasio K + 3.5 - 5.0 155 1:30
Cloruro Cl - 95 - 110 10 - 20 4:1
Calcio Ca 2+ 2 10 −4 2 x 10 4: 1
Aunque el contenido de Ca 2+ intracelular es de aproximadamente 2 mM, la mayor parte está unido o secuestrado en orgánulos intracelulares (mitocondrias y retículo sarcoplásmico). [5]

Similar al músculo esquelético, el potencial de membrana en reposo (voltaje cuando la célula no está excitada eléctricamente) de las células ventriculares es de alrededor de -90 milivoltios (mV 1 mV = 0,001 V), es decir, el interior de la membrana es más negativo que el exterior. Los principales iones que se encuentran fuera de la célula en reposo son sodio (Na +) y cloruro (Cl -), mientras que dentro de la célula es principalmente potasio (K +). [6]

El potencial de acción comienza cuando el voltaje se vuelve más positivo, esto se conoce como despolarización y se debe principalmente a la apertura de los canales de sodio que permiten que el Na + fluya hacia la célula. Después de un retraso (conocido como período refractario absoluto, ver más abajo), se produce la terminación del potencial de acción, a medida que se abren los canales de potasio, lo que permite que el K + salga de la célula y hace que el potencial de membrana vuelva a ser negativo, esto se conoce como repolarización. Otro ion importante es el calcio (Ca 2+), que se puede encontrar tanto fuera como dentro de la célula, en un depósito de calcio conocido como retículo sarcoplásmico (SR). La liberación de Ca 2+ del SR, a través de un proceso llamado liberación de calcio inducida por calcio, es vital para la fase de meseta del potencial de acción (ver la fase 2, a continuación) y es un paso fundamental en el acoplamiento de la excitación-contracción cardíaca. [7]

Existen importantes diferencias fisiológicas entre las células que generan espontáneamente el potencial de acción (células marcapasos, por ejemplo, SAN) y aquellas que simplemente lo conducen (células que no son marcapasos, por ejemplo, miocitos ventriculares). Las diferencias específicas en los tipos de canales iónicos expresados ​​y los mecanismos por los que se activan dan como resultado diferencias en la configuración de la forma de onda del potencial de acción, como se muestra en la figura 2.

El modelo estándar utilizado para comprender el potencial de acción cardíaco es el del miocito ventricular. A continuación se describen las cinco fases del potencial de acción de los miocitos ventriculares, con referencia también al potencial de acción de la SAN.

Fase 4 Editar

En el miocito ventricular, la fase 4 ocurre cuando la célula está en reposo, en un período conocido como diástole. En la celda estándar sin marcapasos, el voltaje durante esta fase es más o menos constante, aproximadamente a -90 mV. [8] El potencial de membrana en reposo resulta del flujo de iones que han entrado en la célula (por ejemplo, sodio y calcio) y los iones que han salido de la célula (por ejemplo, potasio, cloruro y bicarbonato) están perfectamente equilibrados.

La fuga de estos iones a través de la membrana se mantiene mediante la actividad de bombas que sirven para mantener la concentración intracelular más o menos constante, así, por ejemplo, los iones sodio (Na +) y potasio (K +) son mantenidos por el sodio- bomba de potasio que utiliza energía (en forma de trifosfato de adenosina (ATP)) para mover tres Na + fuera de la célula y dos K ​​+ dentro de la célula. Otro ejemplo es el intercambiador de sodio-calcio que elimina un Ca 2+ de la célula por tres Na + en la célula. [9]

Durante esta fase, la membrana es más permeable al K +, que puede viajar dentro o fuera de la célula a través de canales de fuga, incluido el canal de potasio rectificador hacia adentro. [10] Por lo tanto, el potencial de membrana en reposo está determinado principalmente por el potencial de equilibrio de K + y se puede calcular utilizando la ecuación de voltaje de Goldman-Hodgkin-Katz.

Sin embargo, las células marcapasos nunca están en reposo. En estas células, la fase 4 también se conoce como potencial de marcapasos. Durante esta fase, el potencial de membrana se vuelve lentamente más positivo, hasta que alcanza un valor establecido (alrededor de -40 mV conocido como potencial umbral) o hasta que es despolarizado por otro potencial de acción, proveniente de una célula vecina.

Se cree que el potencial del marcapasos se debe a un grupo de canales, denominados canales HCN (activados por hiperpolarización activados por nucleótidos cíclicos). Estos canales se abren a voltajes muy negativos (es decir, inmediatamente después de la fase 3 del potencial de acción anterior, ver más abajo) y permiten el paso de K + y Na + a la celda. Debido a su inusual propiedad de ser activados por potenciales de membrana muy negativos, el movimiento de iones a través de los canales de HCN se conoce como la corriente divertida (ver más abajo). [11]

Otra hipótesis sobre el potencial del marcapasos es el "reloj de calcio". Aquí, el calcio se libera del retículo sarcoplásmico, dentro de la célula. Este calcio luego aumenta la activación del intercambiador de sodio-calcio, lo que resulta en un aumento en el potencial de membrana (a medida que se introduce una carga +3 en la célula (por el 3Na +) pero solo una carga +2 sale de la célula (por el Ca 2+) por lo tanto, hay una carga neta de +1 que ingresa a la celda). Este calcio luego se bombea de regreso a la célula y nuevamente al SR a través de bombas de calcio (incluido el SERCA). [12]

Fase 0 Editar

Esta fase consiste en un cambio rápido y positivo de voltaje a través de la membrana celular (despolarización) que dura menos de 2 ms, en las células ventriculares y 10/20 ms en las células SAN. [13] Esto ocurre debido a un flujo neto de carga positiva hacia la celda.

En las células que no son marcapasos (es decir, células ventriculares), esto se produce predominantemente por la activación de los canales de Na +, lo que aumenta la conductancia de la membrana (flujo) de Na + (gN / A). Estos canales se activan cuando llega un potencial de acción de una célula vecina, a través de uniones gap. Cuando esto sucede, el voltaje dentro de la celda aumenta ligeramente. Si este aumento de voltaje alcanza un cierto valor (potencial umbral

-70 mV) hace que se abran los canales de Na +. Esto produce una mayor entrada de sodio en la célula, aumentando rápidamente el voltaje aún más (para

+50 mV [6], es decir, hacia el potencial de equilibrio de Na +). Sin embargo, si el estímulo inicial no es lo suficientemente fuerte y no se alcanza el potencial umbral, los canales rápidos de sodio no se activarán y no se producirá un potencial de acción, esto se conoce como la ley de todo o nada. [14] [15] La entrada de iones de calcio (Ca 2+) a través de los canales de calcio de tipo L también constituye una parte menor del efecto de despolarización. [16] La pendiente de la fase 0 en la forma de onda del potencial de acción (ver figura 2) representa la tasa máxima de cambio de voltaje del potencial de acción cardíaco y se conoce como dV / dtmax.

En las células marcapasos (p. Ej., Células del nódulo sinoauricular), sin embargo, el aumento del voltaje de la membrana se debe principalmente a la activación de los canales de calcio de tipo L. Estos canales también se activan por un aumento de voltaje, sin embargo, esta vez se debe al potencial del marcapasos (fase 4) o al potencial de acción que se aproxima. Los canales de calcio de tipo L se activan hacia el final del potencial de marcapasos (y por lo tanto contribuyen a las últimas etapas del potencial de marcapasos). Los canales de calcio de tipo L se activan más lentamente que los canales de sodio, en la célula ventricular, por lo tanto, la pendiente de despolarización en la forma de onda del potencial de acción del marcapasos es menos pronunciada que en la forma de onda del potencial de acción sin marcapasos. [8] [17]

Fase 1 Editar

Esta fase comienza con la inactivación rápida de los canales de Na + por la puerta interior (puerta de inactivación), reduciendo el movimiento de sodio hacia la célula. Al mismo tiempo, los canales de potasio (llamados Ia 1) se abren y cierran rápidamente, lo que permite un breve flujo de iones de potasio fuera de la célula, lo que hace que el potencial de membrana sea ligeramente más negativo. Esto se conoce como una "muesca" en la forma de onda del potencial de acción. [8]

No hay una fase 1 obvia presente en las células marcapasos.

Fase 2 Editar

Esta fase también se conoce como fase de "meseta" debido a que el potencial de membrana permanece casi constante, ya que la membrana comienza a repolarizarse lentamente. Esto se debe al casi equilibrio de carga que entra y sale de la celda. Durante esta fase, los canales de potasio rectificadores retardados permiten que el potasio salga de la célula, mientras que los canales de calcio de tipo L (activados por el flujo de sodio durante la fase 0) permiten el movimiento de iones de calcio hacia el interior de la célula. Estos iones de calcio se unen y abren más canales de calcio (llamados receptores de rianodina) ubicados en el retículo sarcoplásmico dentro de la célula, lo que permite el flujo de calcio fuera del SR. Estos iones de calcio son responsables de la contracción del corazón. El calcio también activa los canales de cloruro llamados Ia 2, que permiten que Cl - ingrese a la celda. El movimiento de Ca 2+ se opone al cambio de voltaje de repolarización causado por K + y Cl - [ cita necesaria ]. Además de esto, el aumento de la concentración de calcio aumenta la actividad del intercambiador de sodio-calcio, y el aumento de sodio que ingresa a la célula aumenta la actividad de la bomba de sodio-potasio. El movimiento de todos estos iones da como resultado que el potencial de membrana permanezca relativamente constante. [18] [8] Esta fase es responsable de la gran duración del potencial de acción y es importante para prevenir latidos cardíacos irregulares (arritmia cardíaca).

No hay una fase de meseta presente en los potenciales de acción del marcapasos.

Fase 3 Editar

Durante la fase 3 (la fase de "repolarización rápida") del potencial de acción, los canales de Ca 2+ de tipo L se cierran, mientras que el rectificador retardado lento (IKansas) Los canales de K + permanecen abiertos a medida que se abren más canales de fuga de potasio. Esto asegura una corriente positiva de salida neta, correspondiente a un cambio negativo en el potencial de membrana, lo que permite que se abran más tipos de canales de K +. Estos son principalmente los canales de K + del rectificador retardado rápido (IKr) y la corriente de K + rectificadora internamente, IK1. Esta corriente positiva neta hacia el exterior (igual a la pérdida de carga positiva de la celda) hace que la celda se repolarice. Los canales de K + del rectificador retardado se cierran cuando el potencial de membrana se restablece a aproximadamente -85 a -90 mV, mientras que yoK1 permanece conduciendo durante la fase 4, lo que ayuda a establecer el potencial de membrana en reposo [19]

Las bombas iónicas como se discutió anteriormente, como el intercambiador de sodio-calcio y la bomba de sodio-potasio, restauran las concentraciones de iones a los estados equilibrados del potencial de acción previa. Esto significa que se bombea el calcio intracelular, responsable de la contracción de los miocitos cardíacos. Una vez que se pierde, la contracción se detiene y las células miocíticas se relajan, lo que a su vez relaja el músculo cardíaco.

Durante esta fase, el potencial de acción se compromete fatalmente con la repolarización. Esto comienza con el cierre de los canales de Ca 2+ tipo L, mientras que los canales de K + (de la fase 2) permanecen abiertos. Los principales canales de potasio implicados en la repolarización son los rectificadores retardados (IKr) y yoKansas) así como el rectificador interno (IK1). En general, hay una corriente positiva neta hacia el exterior, que produce un cambio negativo en el potencial de membrana. [18] Los canales rectificadores retardados se cierran cuando el potencial de membrana se restablece al potencial de reposo, mientras que los canales rectificadores internos y las bombas de iones permanecen activos durante la fase 4, restableciendo las concentraciones de iones en reposo. Esto significa que el calcio utilizado para la contracción muscular se bombea fuera de la célula, lo que resulta en una relajación muscular.

En el nódulo sinoauricular, esta fase también se debe al cierre de los canales de calcio tipo L, lo que impide el flujo hacia adentro de Ca 2+ y la apertura de los canales de potasio rectificadores rápidos retardados (IKr). [20]

Las células cardíacas tienen dos períodos refractarios, el primero desde el comienzo de la fase 0 hasta la mitad de la fase 3, esto se conoce como el período refractario absoluto durante el cual es imposible que la célula produzca otro potencial de acción. A esto le sigue inmediatamente, hasta el final de la fase 3, un período refractario relativo, durante el cual se requiere un estímulo más fuerte de lo habitual para producir otro potencial de acción. [21] [22]

Estos dos períodos refractarios son causados ​​por cambios en los estados de los canales de sodio y potasio. La rápida despolarización de la célula, durante la fase 0, hace que el potencial de membrana se acerque al potencial de equilibrio del sodio (es decir, el potencial de membrana en el que el sodio ya no entra ni sale de la célula). A medida que el potencial de membrana se vuelve más positivo, los canales de sodio se cierran y bloquean, esto se conoce como el estado "inactivado". Durante este estado, los canales no se pueden abrir independientemente de la fuerza del estímulo excitador; esto da lugar al período refractario absoluto. El período refractario relativo se debe a la fuga de iones potasio, lo que hace que el potencial de membrana sea más negativo (es decir, está hiperpolarizado), esto restablece los canales de sodio abriendo la puerta de inactivación, pero dejando el canal cerrado. Esto significa que es posible iniciar un potencial de acción, pero se requiere un estímulo más fuerte de lo normal. [23]

Las uniones de brecha permiten que el potencial de acción se transfiera de una celda a la siguiente (se dice que par eléctricamente células cardíacas vecinas). Están hechos de la familia de proteínas conexinas, que forman un poro a través del cual pueden pasar los iones (incluidos Na +, Ca 2+ y K +). Como el potasio es más alto dentro de la célula, es principalmente potasio el que pasa. Este aumento de potasio en la célula vecina hace que el potencial de membrana aumente ligeramente, activando los canales de sodio e iniciando un potencial de acción en esta célula. (Un breve flujo de salida de Na + impulsado por gradiente químico a través de la conexión en el pico de despolarización provoca la conducción de la despolarización de célula a célula, no de potasio). [24] Estas conexiones permiten la conducción rápida del potencial de acción por todo el corazón y son responsables de permitir todas las células de las aurículas se contraerán juntas, así como todas las células de los ventrículos. [25] La contracción descoordinada de los músculos del corazón es la base de la arritmia y la insuficiencia cardíaca. [26]

Figura 3: Corrientes importantes durante el potencial de acción del ventrículo cardíaco [27]
Actual (I) proteína de la subunidad α gen de la subunidad α Fase / rol
Na + IN / A N / AV1.5 SCN5A [28] 0
Ca 2+ ICalifornia) CaliforniaV1.2 CACNA1C [29] 0-2
K + Ia 1 KV4.2/4.3 KCND2 / KCND3 1, muesca
K + IKansas KV7.1 KCNQ1 2,3
K + IKr KV11,1 (hERG) KCNH2 3
K + IK1 Kir2.1/2.2/2.3 KCNJ2 / KCNJ12 / KCNJ4 3,4
Na +, Ca 2+ INaCa 3Na + -1Ca 2+ -intercambiador NCX1 (SLC8A1) homeostasis iónica
Na +, K + INaK 3Na + -2K + -ATPase ATP1A homeostasis iónica
Ca 2+ IpCa Ca 2+ -transportando ATPasa ATP1B homeostasis iónica

Los canales de iones son proteínas que cambian de forma en respuesta a diferentes estímulos para permitir o prevenir el movimiento de iones específicos a través de una membrana (se dice que son selectivamente permeables).Los estímulos, que pueden provenir del exterior o del interior de la célula, pueden incluir la unión de una molécula específica a un receptor en el canal (también conocido como canales iónicos activados por ligando) o un cambio en el potencial de membrana alrededor del canal. detectado por un sensor (también conocido como canales iónicos activados por voltaje) y puede actuar para abrir o cerrar el canal. El poro formado por un canal de iones es acuoso (lleno de agua) y permite que el ión viaje rápidamente a través de la membrana. [30] Los canales de iones pueden ser selectivos para iones específicos, por lo que hay canales específicos de Na +, K +, Ca 2+ y Cl. También pueden ser específicos para una determinada carga de iones (es decir, positivos o negativos). [31]

Cada canal está codificado por un conjunto de instrucciones de ADN que le dicen a la célula cómo hacerlo. Estas instrucciones se conocen como gen. La Figura 3 muestra los importantes canales iónicos involucrados en el potencial de acción cardíaco, la corriente (iones) que fluye a través de los canales, sus principales subunidades proteicas (bloques de construcción del canal), algunos de sus genes controladores que codifican su estructura y las fases. están activos durante el potencial de acción cardíaco. Algunos de los canales iónicos más importantes implicados en el potencial de acción cardíaco se describen brevemente a continuación.

Canales regulados por nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización (HCN) Editar

Ubicados principalmente en las células marcapasos, estos canales se activan a potenciales de membrana muy negativos y permiten el paso de Na + y K + a la célula (este movimiento se conoce como una corriente divertida, IF). Estos canales catiónicos (iones cargados positivamente), poco selectivos, conducen más corriente a medida que el potencial de membrana se vuelve más negativo (hiperpolarizado). La actividad de estos canales en las células SAN hace que el potencial de membrana se despolarice lentamente y, por lo tanto, se cree que son responsables del potencial del marcapasos. Los nervios simpáticos afectan directamente estos canales, lo que resulta en un aumento de la frecuencia cardíaca (ver más abajo). [32] [11]

El canal rápido de Na + Editar

Estos canales de sodio dependen del voltaje y se abren rápidamente debido a la despolarización de la membrana, que generalmente ocurre en las células vecinas, a través de uniones gap. Permiten un rápido flujo de sodio hacia la célula, despolarizando la membrana por completo e iniciando un potencial de acción. A medida que aumenta el potencial de membrana, estos canales se cierran y bloquean (se vuelven inactivos). Debido a la entrada rápida de iones de sodio (fase 0 pronunciada en la forma de onda del potencial de acción), la activación e inactivación de estos canales ocurre casi exactamente al mismo tiempo. Durante el estado de inactivación, el Na + no puede pasar (período refractario absoluto). Sin embargo, comienzan a recuperarse de la inactivación a medida que el potencial de membrana se vuelve más negativo (período refractario relativo).

Canales de potasio Editar

Los dos tipos principales de canales de potasio en las células cardíacas son los rectificadores internos y los canales de potasio activados por voltaje.

Rectificación interna de los canales de potasio (Kir) favorecer el flujo de K + hacia la celda. Este influjo de potasio, sin embargo, es mayor cuando el potencial de membrana es más negativo que el potencial de equilibrio para K + (

-90 mV). A medida que el potencial de membrana se vuelve más positivo (es decir, durante la estimulación celular de una célula vecina), el flujo de potasio hacia la célula a través del Kir disminuye. Por lo tanto, Kir es responsable de mantener el potencial de membrana en reposo e iniciar la fase de despolarización. Sin embargo, a medida que el potencial de membrana continúa volviéndose más positivo, el canal comienza a permitir el paso de K + fuera de la celda. Este flujo hacia afuera de iones de potasio en los potenciales de membrana más positivos significa que el Kir también puede ayudar en las etapas finales de la repolarización. [33] [34]

Los canales de potasio dependientes de voltaje (Kv) se activan por despolarización. Las corrientes producidas por estos canales incluyen la corriente de salida transitoria de potasio. Ia 1. Esta corriente tiene dos componentes. Ambos componentes se activan rápidamente, pero Ia, rápido inactiva más rápidamente que Imuy lento. Estas corrientes contribuyen a la fase de repolarización temprana (fase 1) del potencial de acción.

Otra forma de canales de potasio activados por voltaje son los canales de potasio rectificadores retardados. Estos canales transportan corrientes de potasio que son responsables de la fase de meseta del potencial de acción, y se denominan en función de la velocidad a la que se activan: activando lentamente IKansas, activando rápidamente IKr y de activación ultrarrápida IKur. [35]

Canales de calcio Editar

Hay dos canales de calcio dependientes de voltaje dentro del músculo cardíaco: canales de calcio de tipo L ('L' de larga duración) y canales de calcio de tipo T ('T' de transitorio, es decir, corto). Los canales de tipo L son más comunes y están más densamente poblados dentro de la membrana del túbulo T de las células ventriculares, mientras que los canales de tipo T se encuentran principalmente dentro de las células auriculares y marcapasos, pero aún en menor grado que los canales de tipo L.

Estos canales responden a los cambios de voltaje a través de la membrana de manera diferente: los canales de tipo L se activan por potenciales de membrana más positivos, tardan más en abrirse y permanecen abiertos más tiempo que los canales de tipo T. Esto significa que los canales de tipo T contribuyen más a la despolarización (fase 0) mientras que los canales de tipo L contribuyen a la meseta (fase 2). [36]

La actividad eléctrica que se origina en el nódulo sinoauricular se propaga a través de la red His-Purkinje, la vía de conducción más rápida dentro del corazón. La señal eléctrica viaja desde el nodo sinoauricular (SAN), que estimula la contracción de las aurículas, hasta el nodo auriculoventricular (AVN), que ralentiza la conducción del potencial de acción, desde las aurículas hasta los ventrículos. Este retraso permite que los ventrículos se llenen completamente de sangre antes de la contracción. La señal luego pasa a través de un haz de fibras llamado haz de His, ubicado entre los ventrículos, y luego a las fibras de Purkinje en la parte inferior (vértice) del corazón, lo que provoca la contracción ventricular. Esto se conoce como el sistema de conducción eléctrica del corazón, ver figura 4.

Aparte de la SAN, las fibras AVN y Purkinje también tienen actividad de marcapasos y, por lo tanto, pueden generar espontáneamente un potencial de acción. Sin embargo, estas células generalmente no se despolarizan espontáneamente, simplemente porque la producción del potencial de acción en la SAN es más rápida. Esto significa que antes de que las fibras AVN o de Purkinje alcancen el potencial umbral para un potencial de acción, son despolarizadas por el impulso entrante de la SAN [37]. Esto se denomina "supresión de sobremarcha". [38] La actividad del marcapasos de estas células es vital, ya que significa que si el SAN fallara, el corazón podría continuar latiendo, aunque a una frecuencia más baja (AVN = 40-60 latidos por minuto, fibras de Purkinje = 20- 40 latidos por minuto). Estos marcapasos mantendrán vivo al paciente hasta que llegue el equipo de emergencia.

Un ejemplo de contracción ventricular prematura es el síndrome cardíaco atlético clásico. El entrenamiento sostenido de los atletas provoca una adaptación cardíaca donde la frecuencia de SAN en reposo es menor (a veces alrededor de 40 latidos por minuto). Esto puede conducir a un bloqueo auriculoventricular, donde la señal de la SAN se ve afectada en su camino hacia los ventrículos. Esto conduce a contracciones descoordinadas entre las aurículas y los ventrículos, sin el retraso correcto entre ellos y, en casos graves, puede provocar la muerte súbita. [39]

Regulación por el sistema nervioso autónomo Editar

La velocidad de producción del potencial de acción en las células marcapasos se ve afectada, pero no controlada por el sistema nervioso autónomo.

El sistema nervioso simpático (nervios dominantes durante la respuesta de lucha o huida del cuerpo) aumenta la frecuencia cardíaca (cronotropía positiva), al disminuir el tiempo para producir un potencial de acción en el SAN. Los nervios de la médula espinal liberan una molécula llamada noradrenalina, que se une y activa receptores en la membrana celular del marcapasos llamados adrenoceptores β1. Esto activa una proteína, llamada Gs-proteína (s para estimulantes). La activación de esta proteína G conduce a un aumento de los niveles de AMPc en la célula (a través de la vía de AMPc). El cAMP se une a los canales de HCN (ver arriba), aumentando la corriente divertida y, por lo tanto, aumentando la tasa de despolarización, durante el potencial del marcapasos. El aumento de cAMP también aumenta el tiempo de apertura de los canales de calcio de tipo L, aumentando la corriente de Ca 2+ a través del canal, acelerando la fase 0. [40]

El sistema nervioso parasimpático (los nervios dominantes mientras el cuerpo descansa y digiere) disminuye la frecuencia cardíaca (cronotropía negativa), al aumentar el tiempo necesario para producir un potencial de acción en el SAN. Un nervio llamado nervio vago, que comienza en el cerebro y viaja hasta el nódulo sinoauricular, libera una molécula llamada acetilcolina (ACh) que se une a un receptor ubicado en el exterior de la célula marcapasos, llamado receptor muscarínico M2. Esto activa una GI-proteína (I de inhibitoria), que está formada por 3 subunidades (α, β y γ) que, cuando se activan, se separan del receptor. Las subunidades β y γ activan un conjunto especial de canales de potasio, aumentando el flujo de potasio fuera de la célula y disminuyendo el potencial de membrana, lo que significa que las células marcapasos tardan más en alcanzar su valor umbral. [41] El GI-la proteína también inhibe la vía del AMPc, por lo tanto, reduce los efectos simpáticos causados ​​por los nervios espinales. [42]


Circuitos neuronales subyacentes al comportamiento de escape en Drosophila

P. Phelan,. J.M. Blagburn, en Funciones de red y plasticidad, 2017

3.3 Algunas sinapsis GFS están rectificando uniones

Las uniones gap son conjuntos de canales intercelulares, cada uno de los cuales se compone de dos hemicanales multiméricos. Los términos homotípico y heterotípico se refieren a canales en los que la composición de subunidades de los hemicanales acoplados es idéntica o diferente, respectivamente. Ambos tipos de canales son posibles y probables en el GFS como consecuencia de la expresión celular específica de shakB variantes de empalme (Fig. 2.2). shakB (neural + 16) se expresa en el GF (Zhang et al., 1999 Phelan et al., 2008) y es necesario y suficiente para acoplar esta célula a los GCI en el cerebro y al TTMn y PSI en el ganglio torácico (Phelan et al., 2008 ). Como también expresan los GCI shakB (neural + 16) (Zhang et al., 1999 Phelan et al., 2008), se sugiere que los canales de unión gap en las sinapsis GF-GCI son homotípicos. Por otro lado, se predice que los canales en las sinapsis GF-TTMn (y posiblemente GF-PSI) sean heterotípicos, con hemicanales pre y postsinápticos compuestos por ShakB (Neural + 16) y ShakB (Lethal), respectivamente (Phelan et al., 2008 Jacobs et al., 2000).

¿Cómo influye la composición molecular de las sinapsis GFS en sus propiedades funcionales? Esta cuestión aún no se ha abordado ex vivo en el Drosophila sistema nervioso. Implicaría el registro directo de la transmisión en sinapsis individuales, lo que sigue siendo un desafío técnico en la diminuta mosca de la fruta. Sin embargo, modelar las sinapsis en un sistema de expresión de células emparejadas ha sido instructivo (Phelan et al., 2008, Fig. 2.5). Los pares de células en los que ambas células expresaron ShakB (Neural + 16), como en las sinapsis GF-GCI, formaron canales homotípicos simples (Fig. 2.5A, B y D) que transmitían corrientes bidireccionalmente, una propiedad que encaja con un posible papel para los GCI en la sincronización de la actividad de los GF derecho e izquierdo. Los pares de células en los que una célula expresaba ShakB (Neural + 16) y la otra, ShakB (Lethal), imitando la sinapsis GF-TTMn, formaban canales heterotípicos que mostraban rectificación, es decir, transmitían señales despolarizantes en una dirección desde el ShakB (Neural +16) -expresión celular (“presináptica GF”) a la ShakB (letal) -expresión celular (“postsináptica TTMn”). Esta unidireccionalidad fue el resultado de la sensibilidad al voltaje diferencial de los canales de hemicanales molecularmente distintos que se abrieron cuando el lado presináptico era positivo en relación con el lado postsináptico y viceversa (Phelan et al., 2008, Fig. 2.5A, B, E y F). Los estudios de estructura-función (Marks y Skerrett, 2014) sugirieron que el extremo N de ShakB media la activación de voltaje. La rectificación en las sinapsis eléctricas se asocia clásicamente con velocidad y confiabilidad. El fenómeno se describió por primera vez en el cangrejo de río (donde la sinapsis de la neurona motora gigante GF puede registrarse in situ Furshpan y Potter, 1959) y se demostró que depende de una respuesta diferencial al voltaje de los hemicanales opuestos (Jaslove y Brink, 1986 Giaume et al. ., 1987). El trabajo en Drosophila (aunque basado en parte en sinapsis artificiales) confirmó y amplió esto al demostrar que la compuerta de voltaje asimétrica está respaldada por la asimetría molecular (Phelan et al., 2008).

Curiosamente, las sinapsis rectificadoras de moscas y cangrejos de río también exhiben asimetría morfológica en forma de una sola fila de vesículas yuxtamembrana grandes (∼40-80 nm) en el GF, pero no en la neurona motora postsináptica (Hanna et al., 1978 Leitch, 1992). Blagburn y col., 1999, Fig. 2.3B). Por el contrario, las uniones no rectificantes en los cangrejos de río tienen vesículas en ambos lados de la sinapsis (Peracchia, 1973 Leitch, 1992). Estas vesículas están claramente vinculadas a uniones gap. En Drosophila, están ausentes en shakB mutantes que carecen de sinapsis eléctricas (Blagburn et al., 1999). En los cangrejos de río (al menos en las sinapsis septadas no rectificantes), las vesículas están ancladas a la membrana de unión mediante estructuras filamentosas (Ohta et al., 2011). Aunque la presencia de estas vesículas ha sido ampliamente documentada, se desconoce su función. Ohta y col. (2011) demostraron que expresan el transportador de nucleótidos vesicular y especulan que pueden almacenar ATP, que se sabe que es liberado por canales no apareados de innexina y pannexina (Dahl y Muller, 2014). Si es así, esto proporcionaría otro medio de señalización entre el GF y sus objetivos.


Definición de sinapsis

La sinapsis o unión neuronal se refiere a una región que ayuda en la conjugación y coordinación de la actividad de transmisión de señales entre las dos neuronas contiguas. Forma una red neuronal para coordinar las tareas realizadas por el sistema nervioso central y las células efectoras periféricas. Synapse tiene los siguientes elementos:

  1. Terminal presináptica: Contiene vesículas sinápticas encapsuladas alrededor de la sustancia neurotransmisora.
  2. Hendidura sináptica: Se refiere a la brecha sináptica de 20 nm de ancho, que separa las dos neuronas adyacentes.
  3. Terminal postsináptica: Posee sitios receptores para la unión de neurotransmisores, que pueden inhibir o promover el paso de la señal nerviosa de una célula a otra.

Tipos de sinapsis

La sinapsis generalmente se clasifica sobre la base de dos atributos, uno es la unión de fibras nerviosas y el otro es la presencia de neurorreceptores y neurotransmisores.

Basado en la unión de neuronas

  1. Axodendrítico: En este tipo, una unión sináptica se encuentra entre las terminaciones del axón de una neurona y las espinas dendríticas de otra neurona.
  2. Axosomático: Aquí, las sinapsis ocurren entre el axón terminal de una fibra nerviosa con el soma o cuerpo celular de una neurona adyacente.
  3. Axoaxónico: En este tipo, las sinapsis se producen entre las terminaciones terminales del axón de las neuronas vecinas.

Basado en el tipo de neurotransmisores y neurorreceptores en las neuronas

  1. Sinapsis excitadoras de canales de iones: Contiene neurorreceptores en forma de canales de iones de sodio, que influyen en el electropositivo. iones de sodio en el citosol. El movimiento de los iones de sodio despolarizará el potencial de membrana dentro del citosol y generará el potencial de acción respectivo al estímulo.
    Para la conducción de un potencial de acción, un estímulo debe alcanzar el umbral máximo. Cuando un potencial de acción alcanza la terminal presináptica, excitará las vesículas sinápticas (que tienen neurotransmisores como acetilcolina, glutamato o aspartato) para fusionarse con la membrana plasmática. La fusión facilita la difusión de neurotransmisores y la estimulación de las neuronas adyacentes.
  2. Sinapsis de canales de iones inhibidores: Contiene el neurorreceptor en forma de canales de cloruro, que influyen en el iones de cloruro en el citoplasma celular. El movimiento de los iones de cloruro provocará la hiperpolarización del potencial de membrana y ralentizará la conducción de un potencial de acción. Aquí, la difusión de neurotransmisores de neuronas presinápticas inhibe las neuronas postsinápticas. Incluye glicina o GABA como neurotransmisores inhibidores.
  3. Sinapsis sin canal: Ellos poseen neurorreceptores en forma de enzimas unidas a la membrana, en lugar de canales iónicos. Cuando las enzimas unidas a la membrana son activadas por los neurotransmisores, liberan los mensajeros químicos. El papel importante de los mensajeros químicos es mediar en respuestas duraderas (aprendizaje y memoria). Comprenden neurotransmisores como acetilcolina, epinefrina y dopamina, etc.

Sinapsis eléctricas

Producen impulso nervioso, que puede viajar libremente entre las células adyacentes a través de uniones gap, sin moléculas portadoras. Las sinapsis eléctricas facilitan conducción más rápida de las señales nerviosas.

No requiere neurotransmisores y puede realizar la transmisión de información. bidireccionalmente. Aquí, los iones se mueven vigorosamente a través de las pequeñas aberturas entre uniones gap.

El movimiento de iones ocurre en un sincronizado manera, sin colisión de iones. La brecha entre las sinapsis eléctricas es aproximadamente 3,5 nanómetro. Las señales eléctricas son generalmente excitador.

La destrucción de la intensidad de la señal se produce cuando viaja entre las neuronas vecinas. Para superar la pérdida, se requiere una gran neurona presináptica para excitar una neurona postsináptica mucho más pequeña.

Sinapsis químicas

Aquí, la transmisión se produce a través de perilla sináptica que contiene vesículas sinápticas. Las vesículas almacenan mensajeros químicos (neurotransmisores). La fusión de vesículas libera neurotransmisores fuera de la neurona.
El impulso nervioso junto con moléculas portadoras o neurotransmisores atraviesan la membrana a través de los canales de calcio activados por voltaje. La apertura de los canales de calcio dependientes de voltaje permite la entrada rápida de iones de calcio.

Como resultado, aumenta la concentración de iones de calcio en la neurona presináptica, lo que finalmente causa la fusión de las vesículas presinápticas con la membrana plasmática.

Tiene como consecuencia la liberación de mensajeros químicos fuera de la neurona. La sinapsis química se clasifica además en sinapsis excitadora e inhibidora, según su efecto sobre la señal nerviosa.

Sinapsis químicas excitadoras

Eso promueve la propagación o conducción de un potencial de acción. La unión de neurotransmisores a las sinapsis excitadoras conduce a la apertura de canales sin voltaje.

Permite un influjo de sodio o, a veces, de iones de sodio y potasio en la membrana plasmática. La apertura del canal facilita la despolarización de la membrana plasmática presináptica, lo que genera un potencial de acción.

Sinapsis químicas inhibitorias

Eso inhibe la propagación o conducción de un potencial de acción. La unión del neurotransmisor con una sinapsis inhibidora da como resultado la apertura de los canales de potasio y cloruro. En última instancia, conduce a la hiperpolarización de la membrana postsináptica que detiene el movimiento adicional de un potencial de acción.

Función de sinapsis

La transmisión de una señal nerviosa entre las neuronas adyacentes no es un proceso simple. El impulso nervioso debe excitar las vesículas sinápticas para integrarlas con la membrana del axón. los disolución de vesículas sinápticas asegura la propagación de neurotransmisor moléculas a través de exocitosis.

Los mensajeros químicos o neurotransmisores llevan además la señal nerviosa desde la terminal presináptica, más allá de la brecha sináptica. Posteriormente, los neurotransmisores se unen con el específico receptores celulares de la neurona postsináptica o célula diana. La acción del neurotransmisor puede ser inhibitorio o excitador, es decir, puede excitar o inhibir la neurona a la que se unen.

Aquí, podríamos tomar una referencia de neurotransmisor con el llave y receptores celulares con un cerrar con llave. Por lo tanto, el neurotransmisor funciona como una llave que puede abrir o cerrar los receptores celulares. La unión específica del neurotransmisor con el receptor celular iniciará el movimiento adicional de la señal nerviosa.

Conclusión

Por tanto, podemos concluir que las sinapsis sirven como enlaces funcionales entre la red neuronal. Facilita la transferencia del impulso nervioso desde la terminación nerviosa de la neurona presináptica a la neurona postsináptica. La transmisión del impulso nervioso generalmente ocurre a través de sinapsis eléctricas y químicas.


Pregunta: Pregunta 15: ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la oxitocina es falsa? A. La oxitocina es una hormona que también actúa como neurotransmisor en el cerebro. B. La oxitocina es una amina biogénica C. La oxitocina participa en el reconocimiento social y la vinculación D. Los receptores de oxitocina son expresados ​​por neuronas en muchas partes del cerebro Pregunta 16: Nombre 5 hormonas diferentes.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones con respecto a la oxitocina es falsa?

R. La oxitocina es una hormona que también actúa como neurotransmisor en el cerebro.

B. La oxitocina es una amina biogénica.

C.La oxitocina participa en el reconocimiento social y la vinculación.

D. Los receptores de oxitocina son expresados ​​por neuronas en muchas partes del cerebro.

Pregunta 16:

Nombre 5 hormonas diferentes liberadas por la glándula pituitaria. (5 puntos)

Pregunta 17.

Las proteínas que se traducen completamente en el citosol y carecen de una señal de clasificación terminarán en ____.

C. el interior del núcleo.

Pregunta 18.

¿Cómo viajan las proteínas de una cisterna a la siguiente en el aparato de Golgi?

A. Por transporte de vesículas que brotan de una cisterna y se fusionan con la siguiente cisterna.
B. Por conexiones físicas entre dos cisternas
C. A través de los poros de las membranas de las cisternas.

D. Mediante difusión pasiva

Pregunta 19:

Una señal de clasificación de proteínas se describiría mejor como:

A. secuencia corta de bases en una molécula de ARNm que no se traduce en el ribosoma.

B. proteína pequeña que se une a otra proteína cuando pasa a través de una membrana.

C. proteína receptora especial que se encuentra en la superficie de las membranas.

D. secuencia corta de aminoácidos ubicada en el extremo N de una proteína

Pregunta 20:

A. Sitio de localización nuclear

B. Especificador de localización nuclear

C. Señal de localización nuclear

D. Sistema de localización nuclear

Pregunta 21:

En una célula eucariota, ¿dónde se encuentran la mayoría de las proteínas para la cadena de transporte de electrones?

A. En la membrana plasmática
B. En la membrana interna mitocondrial
C.En la membrana externa mitocondrial
D. En la membrana ER

Pregunta 22.

En la cadena de transporte de electrones, ¿qué proporciona el depósito principal para los protones que se bombean a través de la membrana?

Pregunta 23.

La activación de ATP sintasa impulsa la síntesis de ATP que conduce a___

Pregunta 24.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el ciclo celular es falso?

R. Una vez que una célula decide entrar en el ciclo celular, el tiempo de principio a fin es el mismo en todas las células eucariotas.

B. Un entorno desfavorable puede hacer que las células se detengan en G1.

C.Una célula tiene más ADN durante G2 que en G1.

D. Las divisiones de clivaje que ocurren en un embrión temprano tienen corto G1 y G2 etapas

Pregunta 25:

Células en el G0 estado ________________.

B. no puede volver a entrar en el ciclo celular.

C. han entrado en este estado de arresto desde G1 o G2.

D. han duplicado su ADN.

Pregunta 26:

El principal centro organizador de microtúbulos en las células animales es el ____________.

Pregunta 27.

A. se une a los desmosomas de las células epiteliales.
B. apoyar las células epiteliales en la lámina basal

C. permitir que los iones y moléculas pequeñas pasen de una célula a otra.
D. vincular la cadherina al citoesqueleto de actina.

Pregunta 28:

A. cuatro células que son genéticamente idénticas y contienen la mitad de cromosomas que el original

célula de la línea germinal parental.
B. dos células hijas genéticamente idénticas.
C. dos células que son genéticamente idénticas y contienen la mitad de cromosomas que el original

célula de la línea germinal parental.
D. cuatro células que son genéticamente diferentes y contienen la mitad de cromosomas que el original

Pregunta 29.

¿Cuándo ocurre la recombinación (cruzamiento)?

A. Meiosis I
B. Meiosis II
C. Fase de mitosis S
D. Fase M de mitosis

Pregunta 30:

¿Qué uniones de células epiteliales sirven para sellar las células vecinas juntas de modo que las moléculas solubles en agua no puedan filtrarse fácilmente entre ellas?

A. Desmosomas
B. Uniones de brecha
C.Uniones estrechas
D. Adhiere uniones

Pregunta 31:

¿En qué grupo las similitudes de las vías sugieren que las moléculas de señalización ancestrales evolucionaron por primera vez?

Pregunta 32.

¿Qué afirmación es correcta?

A. Wnt son las siglas de Wildtype Notch Transcriptor.

B. La vía de señalización Wnt no se conserva entre especies animales.

C. La señalización de Wnt está involucrada en una gran cantidad de procesos biológicos diversos.

D. El complejo APC / GSK3 / Axin se une directamente al ADN para regular la expresión del gen diana


Discusión

El principal hallazgo de este estudio es que después de exponer a los ratones a un entorno visual enriquecido con movimientos ascendentes durante un tiempo prolongado justo después de la apertura de los ojos, las conexiones de unión entre huecos entre las DSGC que prefieren ascender (V-DSGC) se potencian significativamente, mientras que la exposición temprana a el movimiento hacia abajo tiene el efecto contrario. Este resultado está estrechamente relacionado con el nivel de disparo sincronizado en V-DSGC durante el entrenamiento visual. El cambio es a largo plazo y persiste tres meses después de que se haya eliminado el estímulo de entrenamiento. Nuestros resultados demuestran que las conexiones gap junction en la retina están involucradas en la plasticidad dependiente de la experiencia durante el desarrollo temprano.

Números de conexión, fuerza de la conexión y mecanismo potencial

Los resultados presentados en este informe indican que tanto el número de V-DSGC conectados por uniones gap como la fuerza de la conexión se mejoran con el entrenamiento VME ascendente, que luego conduce a un nivel elevado de sincronía de picos entre estas células (Fig 4). Sin embargo, el aumento en la proporción de células conectadas probablemente representa una parte importante de la mejora observada en la sincronía de picos, mientras que las conexiones de unión gap reforzadas parecen desempeñar un papel ligeramente menor (Fig. 4B frente a 4D). Nuestra grabación MEA puede grabar pares V-DSGC cuyas distancias de soma a soma oscilan entre 50 y 500 μm. Debido a que la fuerza de las conexiones de unión gap disminuye con el aumento de la distancia entre las celdas, es necesario prestar atención a la distribución de la distancia de los pares dentro de una población de V-DSGC cuando se comparan las correlaciones cruzadas promedio entre diferentes poblaciones. Para restringir la influencia de la distancia, enfocamos gran parte de nuestra comparación de correlación en pares que están dentro de los 250 μm entre sí, por lo que tienen una proporción significativa de campos dendríticos superpuestos y, en consecuencia, un acoplamiento más fuerte. Sin embargo, incluso si comparamos la correlación de pares que están más separados de 250 μm, tanto la proporción de pares correlacionados como la fuerza de la correlación se ven afectados de manera similar por el entrenamiento VME. Estas observaciones sugieren que es mucho más probable que los V-DSGC en el grupo VME ascendente se conecten con los V-DSGC a través de uniones gap, y también con una fuerza de conexión más fuerte. Dentro del límite establecido por nuestro método de registro, la distancia entre pares de células no parece ser un factor limitante sobre si el entrenamiento VME puede influir en sus conexiones de unión gap.

Al inferir la fuerza de la conexión de la unión gap a partir de la correlación de tiempo de pico, se debe tener en cuenta que las conexiones débiles pueden pasar desapercibidas debido al número limitado de picos utilizados en el análisis de correlación. Teniendo en cuenta esta limitación, proponemos que la mayoría de los V-DSGC dentro del rango de contacto de sus dendritas forman conexiones de unión gap. En la retina de control, después del desarrollo normal, muchas de estas conexiones de unión gap son débiles o inactivas, solo una parte de los pares V-DSGC, en su mayoría aquellos que están cerca entre sí, con una gran superposición de campos dendríticos, tienen suficientes conexiones de unión gap activas para exhibir sincronía de picos medible. Cuando los ratones se exponen a un entorno visual como los dominados por puntos que se mueven hacia abajo o puntos que se mueven verticalmente desde la apertura de los ojos, la sincronización de la actividad a través de estas conexiones de unión gap es mínima o posiblemente suprimida (Fig 3A), mientras que el nivel de actividad general es normal o incluso más alto (puntos verticales). A través de un mecanismo similar al de Hebbian, esto puede conducir a una depresión gradual de las conexiones de unión gap, hasta el punto de que no se puede detectar ningún acoplamiento medible mediante el posdesarrollo de la sincronía de picos (Fig 2C). Por el contrario, con el entrenamiento de movimiento ascendente, la correlación de la actividad mediada por la unión gap se eleva en todas las V-DSGC durante un período prolongado, lo que resulta en una mejora general de la fuerza de la conexión de la unión gap entre las V-DSGC. Esto se manifiesta como más células acopladas, así como conexiones más fuertes entre ellas. Para pares que están más separados, con una superposición muy pequeña de campos dendríticos y que no muestran conexiones medibles en circunstancias normales, la conexión potenciada puede colocar al par en la categoría "conectado" con una medición muy baja de la fuerza total de la conexión. Esta hipótesis considera que los efectos sobre los números de conexión y la fuerza de la conexión no son fundamentalmente diferentes entre sí, esa conexión potenciada conduce naturalmente a un mayor porcentaje de pares que se consideran conectados. Se necesitan más estudios, como el curso temporal del cambio en las conexiones de las uniones gap y la expresión y localización de las proteínas de las uniones gap durante el entrenamiento, para probar si la hipótesis es correcta y dilucidar el mecanismo detrás de esta plasticidad de la unión gap dependiente de la experiencia durante el desarrollo.

Existen discrepancias entre nuestras mediciones de la fuerza de acoplamiento de la unión gap (Fig. 6) y las de estudios anteriores [23, 32]. Nuestras mediciones tienden a ser más débiles: en la retina de control, vemos un promedio de 2-3 células acopladas con trazador, y la fuerza de acoplamiento varía de 0 a 0,08, con un valor medio de aproximadamente 0,02, mientras que Trenholm y sus colegas informaron de 5-7 células acopladas en promedio, y la fuerza de acoplamiento puede ser tan alta como 0.2. Las posibles explicaciones de estas discrepancias incluyen el estado de adaptación de la retina [12] y la distancia entre los pares registrados. Adaptamos el animal a la oscuridad antes de los experimentos para preservar la respuesta a la luz, mientras que Trenholm y sus colegas adaptaron al animal a la luz para mejorar el acoplamiento de la unión gap. Esto y las diferencias en los protocolos de acoplamiento de trazador pueden explicar la discrepancia en nuestros resultados de acoplamiento de trazador. Además, se utilizaron diferentes animales transgénicos: las distancias entre nuestros pares V-DSGC registrados varían de 70 a 250 μm utilizando animales Cdh6-CreER × Thy1-stop-YFP, mientras que las distancias de los pares en la retina Hb9 :: eGFP que Trenholm y sus colegas registraron de parecen ser más uniformes y mucho más pequeños, por lo que potencialmente tienen un acoplamiento sistemáticamente más fuerte. En nuestros experimentos, registramos las retinas de control y VME exactamente en las mismas condiciones y, a menudo, el mismo día utilizando los mismos reactivos. Por lo tanto, a pesar de estas discrepancias en los valores absolutos de la fuerza de la correlación, creemos que la dirección del cambio que observamos entre los grupos VME y de control es consistente y válida.

Al examinar más de cerca las propiedades de respuesta de los V-DSGC después del entrenamiento con VME, parece que las estadísticas de primer orden, como las tasas de disparo absolutas y la autocorrelación, varían entre los diferentes grupos de VME (Tabla S1 y Figura S5). En parte, esto puede simplemente reflejar variaciones en la calidad de grabación y el ruido. Sin embargo, existe una tendencia a que los grupos con mayor correlación cruzada también tengan mayores tasas de despido. Normalizamos la correlación cruzada al producto de los números de los picos, de modo que el valor de correlación sea independiente de los niveles absolutos de actividad. Aún se observaron cambios en la correlación cruzada inducidos por VME. Por lo tanto, el cambio en la correlación no es causado por el cambio en las tasas de disparo. La pregunta es si es cierto lo contrario, que el acoplamiento mejorado conduce a niveles elevados de actividad. Debido a la naturaleza del acoplamiento eléctrico, una red de neuronas con un acoplamiento homólogo mejorado entre ellas tiene el potencial de mostrar un mayor nivel de actividad. Se necesita un estudio más detallado utilizando bloqueadores de uniones gap o animales knockout de proteínas de uniones gap para responder definitivamente a esta pregunta.

Por qué V-DSGC, movimiento ascendente y no otros

En la corteza visual, la plasticidad dependiente de la experiencia adquiere una forma ligeramente diferente. El entrenamiento de movimiento utilizando cualquier dirección de movimiento puede inducir la aparición rápida de columnas DS para la dirección entrenada [33]. De manera similar, la experiencia temprana con cualquier orientación restringida da como resultado una representación excesiva de esa orientación en V1 [34]. No parece haber un sesgo para que las neuronas que prefieren ciertas direcciones u orientaciones se vean afectadas con más fuerza que las otras, mientras que a partir de los resultados de este informe, solo se ven afectadas las conexiones de unión gap entre V-DSGC. Para las uniones gap en los otros subtipos de ooDSGC, todavía están presentes al comienzo del entrenamiento de VME, pero desaparecen después de abrir los ojos, con o sin entrenamiento de VME. Por lo tanto, la expresión regulada por el desarrollo de uniones gap en estos otros ooDSGC no se ve afectada, solo la fuerza de la conexión de uniones gap entre V-DSGC se ve afectada por VME. Sin embargo, vale la pena señalar que las neuronas corticales también difieren en su sensibilidad a la experiencia visual temprana: en el hurón V1, el SD puede ser rápidamente inducido por la experiencia del movimiento, pero la selectividad de la orientación (OS) sólo muestra una mejora mucho más débil [33]. En la corteza visual del ratón, la SG es plástica a los cambios inducidos por la experiencia visual alterada, mientras que la DS ya está madura en la apertura de los ojos [34,35]. Una explicación obvia de tales diferencias es que los procesos de desarrollo de los circuitos neuronales correspondientes no están completamente sincronizados y la experiencia visual puede tener un impacto más fuerte en aquellos circuitos que se desarrollan a un ritmo más lento y, por lo tanto, más plásticos durante las etapas posteriores del desarrollo.

Nuestros resultados demostraron una estrecha correlación entre el nivel de actividad correlacionada durante el entrenamiento y el cambio en la fuerza de conexión de la unión gap. Cuanto más fuerte sea la correlación durante el entrenamiento, más potenciación. Por el contrario, si el entrenamiento descorrelaciona los V-DSGC, entonces las conexiones de la unión gap se debilitan. Esto sugiere fuertemente que la actividad correlacionada en las V-DSGC conectadas conduce directamente a cambios en la conexión de la unión gap. El examen directo de las conexiones de unión de espacios en V-DSGC alrededor de la apertura de los ojos debería proporcionar más información sobre este tipo de plasticidad. Incluso si respondemos a la pregunta de "cómo", la pregunta de "por qué" permanece: ¿Por qué V-DSGC es el único subtipo de ooDSGC que mantiene conexiones de unión de brecha entre ellos? Estas conexiones pueden incluso ser moduladas por la experiencia visual durante el desarrollo temprano, lo que implica un nivel de importancia funcional. ¿Existe una razón funcional o etológica por la que los ratones tratan el movimiento hacia arriba, prefiriendo ooDSGC, o el movimiento hacia arriba en las entradas visuales, de manera diferente a los demás? Ésta es una cuestión que también merece atención.

Implicaciones potenciales

Las conexiones de la unión de espacios entre las neuronas juegan un papel crítico durante el desarrollo. Estas conexiones son prominentes antes de P12 en el cerebro del ratón, pero disminuyen después con la aparición de sinapsis químicas [36]. Se propone que las conexiones tempranas de la unión gap entre las neuronas podrían ayudar a establecer un modelo de desarrollo, afectando la formación de los circuitos neuronales maduros [37]. Nuestro trabajo presentado aquí es un ejemplo de cómo las sinapsis eléctricas, a través de la regulación del disparo sincronizado entre neuronas, pueden influir en los circuitos neuronales que albergan estas sinapsis, potencialmente también ejercer impactos en las sinapsis químicas dentro de los circuitos y, en consecuencia, modular las funciones del circuito.

Las sinapsis eléctricas exhiben una gran plasticidad, y la retina de los vertebrados es un lugar popular para estudiarla [38,39]. En este trabajo, presentamos otro ejemplo de plasticidad de uniones gap. La actividad a través de las conexiones de unión gap entre ooDSGC juega un papel importante en la inducción de cambios en el circuito ooDSGC. Al mismo tiempo, estas conexiones de unión gap en sí mismas también son potenciadas o deprimidas por el proceso. Estos cambios son estables y duraderos. También probamos si el cambio inducido por VME ocurrió en animales maduros, y la respuesta es no. Para las madres lactantes que se han colocado en el mismo entorno de formación, no se han encontrado cambios en sus ooDSGCs (S6 Fig). Nuestros resultados implican la participación de la unión gap en la causa y el efecto de la plasticidad dependiente de la experiencia en la retina, lo que puede proporcionar un nuevo ángulo para estudiar la plasticidad neuronal durante el desarrollo del sistema visual.


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