home
sabelotodo
logo
entrar
comentario
colaborar


Neurotransmisores y sus receptores

Este artículo es la tercera parte del tema Fisiología del tejido nervioso. La segunda parte aquí.

Neurotransmisores

La vía principal por la que las neuronas "conversan" para ponerse de acuerdo y tomar decisiones, es el uso de sustancias químicas que funcionan como mensajeros de información entre ellas. Estas sustancias denominadas neurotransmisores, en conjunto con las señales eléctricas, resultan ser los elementos de comunicación interna del sistema nervioso y a la vez, la vía por la que este sistema envía y recibe mensajes del resto del cuerpo. Estas sustancias están presentes conectando las neuronas que manejan cada una de nuestras sensaciones y actos sin excepción.

Se han identificado unas 50 sustancias que tienen, o podrían tener actividad neurotransmisora. Aunque algunas neuronas producen y liberan un solo tipo de neurotransmisor, la mayoría fabrican dos o más y pueden liberar cualquiera de ellos o todos. Al parecer, en la mayor parte de los casos, la liberación de los diferentes neurotransmisores está gobernada por la frecuencia de la estimulación, lo que sirve como método selectivo de acción y así evitar que se produzca un revoltijo de mensajes sin sentido. La presencia de más de un neurotransmisor en una neurona individual le da la posibilidad a esa célula de ejercer diferentes influencias en lugar de solo una.

Los neurotransmisores se pueden clasificar de acuerdo a dos características: (1) su estructura química y (2) su función.

Clasificación de acuerdo a su estructura química

De acuerdo a su estructura molecular se colocan en varias clases químicas:

1.- Acetilcolina (ACh):
Este neurotransmisor, muy probablemente el mejor conocido y el primero identificado, ha podido ser estudiado mejor ya que es el que se libera en las uniones neuromusculares que están mucho más "a la mano" comparado con las sinapsis que se desarrollan "sepultadas" dentro del sistema nervioso central. La acetilcolina se sintetiza y encierra en las vesículas sinápticas  de las terminales del axón en una reacción catalizada por la enzima colina acetiltransferasa. El proceso es como sigue: se enlaza ácido acético con la coenzima A (CoA) para formar acetil-CoA y esta última se combina con colina y se libera la coenzima.

Una vez que la acetilcolina se libera por la terminal presináptica se enlaza con el receptor postsináptico brevemente. A continuación el neurotransmisor se libera y degrada a ácido acético y colina por la enzima acetilcolinesterasa (AChE) presente en la hendidura sináptica y en la membrana postsináptica. La colina liberada se reabsorbe por la terminal presináptica y se vuelve a usar para producir más ACh.

2.- Aminas biogénicas: En este grupo están las catecolaminas como la dopamina, la norepinefrina (NE), y la epinefrina; así como las indolaminas que incluyen a la serotonina, y la histamina. Las catecolaminas: dopamina, norepinefrina y epinefrina se sintetizan partiendo del amino ácido tiroxina utilizando una ruta química común. La síntesis de la dopamina y la norepinefrina se lleva acabo en los terminales axonales de las neuronas que liberan esos neurotransmisores y su producción depende de la presencia de las enzimas en la célula. Al parecer, las neuronas contienen solo las enzimas que necesitan para producir los neurotransmisores propios. Por lo tanto, la secuencia de reacciones se detiene en la dopamina en aquellas neuronas que liberan ese neurotransmisor, pero continua hasta la norepinefrina en las neuronas cuyo neurotransmisor es este último (figura 2).

figura 2
Figura 2.
Ruta común para la síntesis de la dopamina, la norepinefrina y la epinefrina.



La misma ruta se utiliza por las neuronas que liberan epinefrina en el cerebro y por la médula suprarrenal. Como la epinefrina producida por la médula suprarrenal se vierte a la sangre, resulta una hormona además de neurotransmisor. Por su parte, la serotonina se sintetiza partiendo del amino ácido triptófano, mientras que la histamina se produce partiendo del amino ácido histidina.

Las catecolaminas, especialmente la NE, se usan por algunas neuronas motoras del sistema nervioso autónomo. En general los neurotransmisores del grupo de las aminas biogénicas se encuentran ampliamente distribuidas en el cerebro donde juegan un rol en el comportamiento emocional.

Amino ácidos

Los aminoácidos están por todas partes en el cuerpo y no solo en las neuronas como la acetilcolina y las aminas biogénicas, debido a que son importantes en muchas reacciones biológicas, de modo que resulta difícil demostrar que pueden servir como neurotransmisores, no obstante, entre los aminoácidos a los que se les ha demostrado un rol neurotransmisor están: el ácido ganma-aminobutírico (GABA), la glicina, el aspartato, y el glutamato, aunque hay otros. Los amino ácidos como neurotransmisores, hasta ahora han sido encontrados solamente en el sistema nervioso central.

Péptidos

Lo neuropéptidos, que son esencialmente cadenas de amino ácidos, incluyen una amplia gama de moléculas con efectos diversos, así tenemos que el neuropéptido conocido como sustancia P es un mediador importante en las señales de dolor. A diferencia, las endorfinas como la betaendorfina, la dinorfina, y las encefalinas funcionan como opiáseos naturales reduciendo la percepción del dolor bajo ciertas circunstancias estresantes.

Otros neurotransmisores

Es conocido que el ATP, la forma universal de energía celular se ha almacenado en las vesículas de sinapsis, pero se pensó que su función era la de promover la síntesis y la reabsorción de otros neurotransmisores. Ahora, el ATP está reconocido como un neurotransmisor importante, tanto en el sistema nervioso central como en el sistema nervioso periférico. Funciona produciendo una rápida respuesta excitatoria en ciertos receptores.

Por último solo mencionaremos a dos pequeñas y omnipresentes moléculas a las que se les ha asignado un papel de neurotransmisor, el inestable monóxido de nitrógeno u óxido nítrico (NO) y el monóxido de carbono (CO), ambos  son gases en condiciones normales y además tóxicos. Aparecen en diferentes regiones del cerebro.

Clasificación de acuerdo a su función

Es virtualmente interminable la lista de funciones que median los neurotransmisores, por eso nos limitaremos a clasificarlos de acuerdo a dos cuestiones generales: (1) por el efecto que producen, y (2) por el mecanismo de acción.

Clasificación por el efecto: Se puede resumir esta clasificación de forma esquemática diciendo que de acuerdo al efecto que producen se pueden separar en tres grupos: (1) los excitatorios, es decir, los que causan despolarización; (2) los inhibitorios, esto es, causan hiperpolarización; y (3) los que pueden producir los dos efectos anteriores en dependencia del receptor específico con el que interactúan. Para ejemplificar lo que decimos, tenemos que los amino ácidos GABA y glicina son generalmente inhibitorios, mientras que el glutamato es típicamente excitatorio. Por otro lado, la acetilcolina y la norepinefrina son neurotransmisores que se pueden enlazar al menos con dos tipos de receptores que causan efectos contrarios.

Clasificación por el mecanismo de acción: Los neurotransmisores que abren canales se les conoce como de acción directa y provocan repuestas rápidas en la célula postsináptica ya que promueven cambios en el potencial de membrana. En este grupo están la acetilcolina y los amino ácidos. El otro grupo de neurotransmisores son los de acción indirecta, los que promueven un efecto más amplio y su actuación se hace a través de moléculas intracelulares que funcionan como un segundos mensajeros. De esta forma su mecanismo de acción es similar al de muchas hormonas. A esta categoría pertenecen las aminas biogénicas y los péptidos.

Receptores

Los receptores que se ligan a neurotransmisores, en su mayor parte son de dos tipos: (1) receptores vinculados a canales y (2) receptores vinculados a la proteína G.

Funcionamiento de los receptores vinculados a canales

Los receptores vinculados a canales o receptores ionotrópicos están compuestos por un grupo de sub-unidades proteicas embebidas en la membrana que están colocadas formando un manojo alrededor de un poro central. Cuando el ligando (neurotransmisor)  se une a una o más de las proteínas, la sub-unidad cambia rápidamente de forma. El cambio abre el canal central y permite el paso de los iones alterando el potencial de la membrana de la célula diana. Los receptores vinculados a canales están siempre ubicados con precisión en sitios opuestos a donde se liberan los neurotransmisores y el canal se abre instantáneamente a la unión del ligando, permaneciendo abierto sobre 1 ms o menos mientras el ligando está unido. Los receptores vinculados a canales que responden a GABA y glicina permiten el paso de K+ o Cl mediando una rápida hiperpolarización, por su parte, los sitios con receptores excitatorios, como los nicotínicos de acetilcolina, y los receptores de glutamato, aspartato y ATP, permiten la entrada de cationes pequeños como Na+,K+, y Ca2+ pero el mayor impulso es para el Na+.

Funcionamiento de los receptores vinculados a proteína G

De la descripción de los receptores vinculados a canales se puede deducir que su respuesta es inmediata, simple, breve y altamente localizada en una célula postsináptica individual. Contrariamente, la respuesta de los receptores vinculados a la proteína G es indirecta, mucho más lenta, compleja, prolongada y a menudo difusa. Los receptores que caen en esta clasificación son complejos de proteínas transmembranales (que cruzan la membrana) e incluye a los receptores muscarínicos de la acetilcolina, y aquellos que se ligan a aminas biogénicas, y neuropéptidos.

figura 1
Figura 3. Receptores acoplados a proteína G

Esta clase de receptores superficiales es una familia de proteínas caracterizada por su interacción con el nucleótido guanosin trifosfato (GTP), las que abren canales a iones o actúan como enzimas en el citoplasma a través de la asistencia de la proteína conocida como proteína G, de esta forma, esta categoría de receptores usan la proteína G como segundo mensajero para que la señal recibida en el exterior de la membrana pase al citoplasma. La proteína G funciona como un interruptor molecular y su actividad está regulada por factores que controlan su habilidad para unirse e hidrolizar al guanosín trifosfato (GTP) y así generar guanosín difosfato (GDP). Los receptores acoplados a proteína G forman un "puente" de corta duración entre los receptores de la superficie de la célula y la ruta que sigue la señal dentro del citoplasma. Cuando el neurotransmisor llega, encuentra la proteína G "acurrucada" en el lado citoplasmático del receptor. Al producirse la unión neurotransmisor-receptor este cambia de forma, lo que tuerce la proteína G y conduce a su unión con el GTP activándola. El complejo formado entre la proteína G y el GTP puede ahora moverse difundiendo dentro del citoplasma e iniciar un determinado número de eventos. Sin embargo, esta activación dura poco tiempo ya que el GTP tiene una vida corta antes de descomponerse en GDP + Pi (grupo fosfato inorgánico). Este modo de operar permite que las señales tengan solamente una respuesta relativamente breve, lo que es conveniente en muchos procesos celulares. Para obtener una respuesta de larga duración o continua resultará necesario el arribo constante de moléculas neurotransmisoras a la superficie de la célula diana, pero cuando este bombardeo de señales cesa la respuesta se detiene. En la figura 3 se muestra un esquema animado de como podría ser el trabajo de un receptor acoplado a proteína G, observe que cuando llega la molécula señalizadora (verde) se une al receptor (azul) y activa el complejo proteína G-GTP (se torna rojo), luego difunde por el citoplasma para iniciar la activación de un evento representado aquí por el cambio de gris a rojo de una enzima embebida en la membrana plasmática de la célula. Los eventos intracelularaes mediados por la proteína G pueden ser: activar o desactivar por fosforilación (agregar grupos fosfato inorgánico) otras proteínas, incluyendo las proteínas que forman los canales; interactuar con proteínas nucleares que activan genes para que se sinteticen nuevas proteínas, y otros. Como los efectos producidos traen cambios metabólicos amplios, a estos receptores comúnmente se les llama receptores metabotrópicos.

Para continuar el tema de la fisiología de tejido nervioso, lea la cuarta y última parte, Conceptos básicos de integración nerviosa.



Otros temas de anatomía y fisiología humanas aquí.
Para ir al índice general del portal aquí.