CONSIDERAÇÕES SOBRE POTENCIAIS DE MEMBRANA A DINÂMICA DOS FUNCIONAMENTO DOS CANAIS ATIVADOS POR NEUROTRANSMISSORES

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1 CONSIDERAÇÕES SOBRE POTENCIAIS DE MEMBRANA A DINÂMICA DOS FUNCIONAMENTO DOS CANAIS ATIVADOS POR NEUROTRANSMISSORES

2 PEÇAS QUE DEFINEM OS POTENCIAIS DE MEMBRANA Canais vazantes de potássio K Canais Sódio dependentes de voltagem Na Canais Potássio dependentes de voltagem K Canais iônicos dependentes de ligante K Na K Bomba de sódio/potássio ATPase 3Na 2K Na FASE ASCENDENTE K POTENCIAL DE AÇÃO FASE DESCENDENTE K Cl Cl Na 3Na 2K POTENCIAL DE REPOUSO POTENCIAIS PÓS- SINÁPTICOS

3 Terminais pré-sinápticos Sinais de entrada compostos por diferentes neurrotransmissores Zona de disparo ou Zona do gatilho ou cone de implantação Potencial de Ação Axônio Potenciais Pós-Sinápticos Liberação de Neurotransmissores No terminal pré-sináptico Excitatórios= abertura de canais permeáveis a Na + e a Ca ++ que acabam levando o Potencial da membrana a valores mais positivos que o Potencial Limiar = que pode gerar um Potencial de Ação Inibitórios = abertura de canais permeáveis ao Cl - ou só ao K + que acabam levando o Potencial de Membrana a valores mais negativos que o Potencial limiar = que dificulta a geração de um Potencial de Ação

4 ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DA SINAPSE

5 SISTEMAS DE NEUROTRANSMISSÃO Um Neurotransmissor Clássico 6.1

6 CÉLULA PRÉ-SINÁPTICA CÉLULA PÓS-SINÁPTICA

7 Potencial de Ação chega ao terminal Pré-Sináptico Liberação dos Neurotransmissores dependente de PA e Cálcio

8 RECEPTORES METABOTRÓPICOS RECEPTORES IONOTRÓPICOS RECEPTORES ENZIMÁTICOS

9 OS MEDIADORES QUÍMICOS NO ESPAÇO SINAPTICO: Os neurotransmissores (NTs)

10 NEUROTRANSMISSORES PEQUENOS AMINOÁCIDOS ACETILCOLINA TAMATO Aminas biogênicas ASPARTATO DOPAMINA GABA NORADRENALINA GLICINA ADRENALINA PURINAS SEROTONINA ATP HISTAMINA

11 OPIÓIDES ENDÓGENOS AMINOÁCIDOS PEPTÍDEOS HIPOFISÁRIOS PEPTÍDEOS HIPOTÂMICOS NEUROPEPTÍDEOS (NEUROTRANSMISSORES GRANDES) OUTROS PEPTÍDEOS

12 DOMINAR O FUNCIONAMENTO DINÂMICO DAS SINAPSES QUÍMICAS SEJA NO SNC ou SNP

13 Receptores Ionotrópicos Pós-Sinápticos

14 Potenciais de membrana dos Neurônios Potenciais Graduados ou Potenciais pós-sinápticos Receptores Ionotrópicos

15 Receptores Ionotrópicos Pós-Sinápticos Receptores Excitatórios Receptor Nicotínico de Acetil Colina Receptores de Glutamato AMPA NMDA Kainato Receptor de Serotonina 5-HT3 receptor NEUROTRANSMISSOR Receptores Inibitórios (Canais de Cloreto) GABA A Glicina Canal iônico dependente de ligante

16 A Liberação do Neurotransmissor Excitatório Gera o potencial póssináptico excitatório (PPSE) Terminal pré-sináptico Terminal pós-sináptico Canais iônicos ativados por Neurotransmissores Permeáveis aos ìons Sódio

17 O PPSE promove despolarização da membrana. Essa despolarização tende a decair quando o fluxo iônico caminha pela membrana em direção a zona de disparo. -70 mv -65 mv -60 mv Zona de disparo Neurônio Pré-sináptico mv Neurônio Pós- Sináptico

18 TIPICOS NEUROTRANSMISSORES EXCITATÓRIOS TAMATO ACETILCOLINA ATIVAM CANAIS IÔNICOS PERMEÁVEIS A SÓDIO/CALCIO/POTASSIO QUE LEVAM A MEMBRANA A POTENCIAIS MAIS ELETROPOSITIVOS TIPICOS NEUROTRANSMISSORES MODULATÓRIOS SEROTONINA, NORADRENALINA, DOPAMINA, TAMATO e outros ATIVAM RECEPTORES METABOTROPICOS QUE LEVAM INDIRETAMENTE A ABERTURA DE CANAIS DE SÓDIO/C[ALC QUE LEVAM A MEMBRANA A POTENCIAIS MAIS ELETRONEGATIVOS

19 A Liberação do Neurotransmissor Inibitório Gera o Potencial Pós Sináptico Inibitório (PPSI) Terminal pré-sináptico Terminal pós-sináptico Canais iônicos ativados por Neurotransmissores Permeáveis aos íons Cloreto

20 O PPSI promove hiperpolarização da membrana. Essa hiperpolarização tende a retornar ao potencial de repouso quando o fluxo iônico caminha pela membrana em direção a zona de disparo. -70 mv -75 mv -80 mv Zona de disparo Neurônio Pré-sináptico mv Neurônio Pós- Sináptico

21 TIPICOS NEUROTRANSMISSORES INIBITÓRIOS GABA GLICINA ATIVAM CANAIS IÔNICOS PERMEÁVEIS A CLORO QUE LEVAM A MEMBRANA A POTENCIAIS MAIS ELETRONEGATIVOS Força do Gradiente elétrico -65 mv 7 Cl - 1 Cl - Força do Gradiente químico TIPICOS NEUROTRANSMISSORES MODULATÓRIOS SEROTONINA, NORADRENALINA, DOPAMINA, TAMATO e outros ATIVAM RECEPTORES METABOTROPICOS QUE LEVAM INDIRETAMENTE A ABERTURA DE CANAIS DE POTASSIO QUE LEVAM A MEMBRANA A POTENCIAIS MAIS ELETRONEGATIVOS

22 COMO AS SINAPSES FUNCIONAM NO CEREBRO?

23 Modulação Sináptica dentro do Sistema Nervoso Central Somações SOMAÇÃO TEMPORAL SOMAÇÃO ESPACIAL EXCITATÓRIOS COMBINAÇÃO DE ESTÍMULOS INIBITÓRIOS

24 Somação Temporal

25 mv Estimulação no Neurônio Pré-sináptico a Cada 20 msec msec

26 mv Estimulação no Neurônio Pré-sináptico a Cada 5 msec Somação Temporal msec

27 Somação Espacial

28 mv Estímulo em Apenas um Neurônio Pré-Sináptico msec

29 mv Estímulo em Dois Neurônios Somação Espacial msec

30 PPSI e Somação

31 mv Somação de PPSIs Somação de PPSIs torna Mais difícil a deflagração de Potenciais de Ação msec

32 Liberação do neurotransmissor Ligação do receptor Abertura ou fechamento de canais iônicos Mudança na condutância causa um fluxo de corrente Potencial de Ação Alteração do potencial póssináptico Potencial Repouso Potencial limiar Células pós sinápticas Excitadas ou Inibidas O somatório determina se um potencial de ação ocorre ou não

33 REDE NEURAL SIMPLIFICADA PIPS GABA + Glu PEPS + PEPS Glu DA + PIPS PEPS GABA PIPS PEPS + Ach Glu PA Glu + + PEPS Axônio Axônio Árvore Dendrítica e Corpo Celular Cone de Implantação ou Zona no gatilho

34 CONECTANDO O CEREBRO!

35 OS NEURÔNIOS RESPONDEM A ESTIMULOS QUÍMICOS E ELETRICOS!! ESSAS ESTÍMULOS INTERFEREM NA FORMAÇÃO OU DEFORMAÇÃO DE SINAPSES O ENCÉFALO ESTÁ EM UM EQUILIBRIO DINÂMICO E SOFRE ALTERAÇÕES MORFOQUÍMICAS O TEMPO TODO ESSE PROCESSO CONHECIDO COMO PLASCIDADE NEURAL

36 DINAMICA DO PROCESSO DE PLASTICIDADE NEURAL Neurônios precisam: Se multiplicar Migrar Crescer Sobreviver Diferenciar Morrer Reconectar

37 DINAMICA DO PROCESSO DE PLASTICIDADE NEURAL sobrevivência diferenciação morte migração crescimento proliferação Conexão crescimento sobrevivência morte

38 Proliferação neural Induzido por fatores pró-mitóticos

39 Proliferação neural Migração neural Morte

40 Crescimento neural na periferia Figura 5.1. Quando um axônio do SNP é cortado ( A), pode ocorrer regeneração. Neste caso, o coto distal e a mielina degeneram, mas o coto proximal sobrevive, embora ocorram sinais de sofrimento do corpo celular ( B). Células do sangue invadem o tecido e provocam a proliferação de novas células de Schwann ( C). Com a produção de matriz extracelular favorável ao crescimento axônico, forma-se um cone de crescimento no coto distal, que se move em direção ao alvo, restabelecendo a conexão ( D). O novo axônio é então remielinizado pelas novas células de Schwann. Modificado de M. Bähr e F. Bonhoeffer (1994) Trends in Neuroscience 17:

41 Crescimento neural no centro Figura 5.3. Quando um axônio do SNC é cortado ( A), o neurônio pode morrer. No entanto, mesmo se sobreviver após um período de cromatólise ( B), a regeneração axônica não é bem sucedida porque os cones de crescimento encontram detritos celulares e de mielina, bem como diferentes células reativas que, em conjunto, criam um ambiente impróprio para o movimento do cone em direção ao neurônio-alvo. Modificado de M. Bähr e F. Bonhoeffer

42 Crescimento neural Conexão

43 Crescimento neural

44 Crescimento neural Conexão Migração

45 Crescimento neural Migração Sobrevivência Conexão

46 Diferenciação neural Conexão

47 Conexão Diferenciação neural

48 Conexão Sobrevivência Morte

49 QUAIS SÃO AS BASES MOLECULARES E CELULARES DA MEMÓRIA E DO APRENDIZADO?

50 REARRANJO SINÁPTICO Drogas, traumas, percepções sensoriais podem induzir uma RECONFIGURAÇÃO DOS CIRCUITOS NEURAIS PLASTICIDADE NEURAL POTENCIAÇÃO SINÁPTICA DE LONGO PERÍODO LTP DEPRESSÃO SINÁPTICA DE LONGO PERÍODO LTD

51 Modelo antigo de representação da sinapse Modelo novo de representação da sinapse Inclusão das células gliais

52 O que acontece com as sinapses centrais após os estímulos químicos?

53 PRÉ-SINÁPTICO PÓS-SINÁPTICO TAMATO Receptor MNDA Diversos estímulos podem interferir nas atividades sinápticas MUSICA xadrez TRAUMAS ALIMENTOS Receptor AMPA DROGAS ATIVAÇÃO DE SINAPSES TAMATÉRGICAS (RECEPTORES AMPA) Estabelecem uma interferência direta no balanço neuroquímico do cérebro

54 PRÉ-SINÁPTICO PÓS-SINÁPTICO PRÉ-SINÁPTICO PÓS-SINÁPTICO TAMATO ANTES ESTIMULOS REPETITIVOS DEPOIS FORTALECIMENTO SINÁPTICO LTP (LONG-TERM POTENTIATION)

55 ESTIMULAÇÃO REPETIDA DAS SINAPSES TAMATÉRGICAS PRÉ-SINÁPTICO PÓS-SINÁPTICO Desencadeia o processo de LTP em várias regiões do cérebro Aumento da atividade neurofisiológica Aumento dos níveis de TAMATO LIBERADO E POR CONSEQUENCIA OUTROS NEUROTRANSMISSORES TAMBÉM SÃO LIBERADOS MODIFICAÇÃO NA MORFOLOGIA DA PROJEÇÕES NEURAIS e dos CIRCUITOS NEURAIS FORTALECIMENTO DAS SINAPSES AUMENTO NO TRÁFEGO DE INFORMAÇÕES

56 PRÉ-SINÁPTICO PÓS-SINÁPTICO PRÉ-SINÁPTICO PÓS-SINÁPTICO TAMATO ANTES DIMINUIÇÃO DA ATIVIDADE SINÁPTICA DEPOIS ENFRAQUECIMENTO SINÁPTICO LTD (LONG-TERM DEPRESSION)

57 LTP POTENCIAÇÃO SINÁPTICA DE LONGO PERÍODO LTD DEPRESSÃO SINÁPTICA DE LONGO PERÍODO MODIFICA OS CIRCUITOS SINAPTICOS PROCESSO CELULAR RELACIONADO A FORMAÇÃO DE MEMÓRIA LEMBRANÇAS ESQUECIMENTO PROCESSOS CELULARES RELACIONADOS A DISORDENS NEUROPSIQUIATRICAS

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61 DINAMICA DO LTP POTENCIAÇÃO SINAPTICA DE LONGO PERÍODO Synaptic plasticity and addiction Julie A. Kauer & Robert C. Malenka Nature Reviews Neuroscience 8, (November 2007)

62 DINAMICA DO LTD DEPRESSÃO SINAPTICA DE LONGO PERÍODO Synaptic plasticity and addiction Julie A. Kauer & Robert C. Malenka Nature Reviews Neuroscience 8, (November 2007)

63 Figura 5.1. Quando um axônio do SNP é cortado ( A), pode ocorrer regeneração. Neste caso, o coto distal e a mielina degeneram, mas o coto proximal sobrevive, embora ocorram sinais de sofrimento do corpo celular ( B). Células do sangue invadem o tecido e provocam a proliferação de novas células de Schwann ( C). Com a produção de matriz extracelular favorável ao crescimento axônico, forma-se um cone de crescimento no coto distal, que se move em direção ao alvo, restabelecendo a conexão ( D). O novo axônio é então remielinizado pelas novas células de Schwann. Modificado de M. Bähr e F. Bonhoeffer (1994) Trends in Neuroscience 17: