Sinapses Curso de Neurofisiologia/Neurociências Graduação

Transcrição

1 André Ricardo Massensini, Ph.D. Bruno Rezende de Souza, Ph.D. Grace Schenatto Pereira, Ph.D. Juliana Carvalho Tavares, Ph.D. Márcio Flávio Dutra Moraes, Ph.D. Núcleo de Neurociências Departamento de Fisiologia e Biofísica Instituto de Ciências Biológicas UFMG

2 Potenciais Geradores e Sinapses

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7 Neurônio pré-sináptico Neurônio pós-sináptico sinapse local de contato entre neurônios.

8 SINAPSE NERVOSA Sinapses

9 TIPOS DE SINAPSE Sinapses a) Sinapse Elétrica b) Sinapse Química Sem mediadores químicos Nenhuma modulação Rápida Presença de mediadores químicos Controle e modulação da transmissão Lenta

10 1 e 1 axo-dendritica 2 axo-axonica 3 dendro-dendrítica 4 axo-somática Um neurônio faz sinapse com muitos neurônios Tipos de Sinapse Nervosas

11 Chegada do Impulso nervoso no terminal do neurônio 1 Neurotransmissâ o Geração de impulso nervoso no neurônio 2

12 MECANISMO DA NEUROTRANSMISSÃO QUÍMICA 1. Chegada do impulso nervoso ao terminal 2. Abertura de Canais de Ca Voltagem dependentes 3. Influxo de Ca (2o mensageiro) 4. Exocitose dos NT 5. Interação NT- receptor póssinaptico causando abertura de canais iônicos NT dependentes 6. Os NT são degradados por enzimas (6)

13 Sinapses

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15 Os NT causam excitação (estimulação) ou inibição (desestimulação) nas membranas pós-sinápticas. NEURÔNIOS EXCITATÓRIOS: NT excitatórios NEURÔNIOS INIBITÓRIOS: NT inibitórios

16 NEUROTRANSMISSORES NEUROMODULADORES Aminoácidos -Acido-gama-amino-butirico (GABA) -Glutamato (Glu) -Glicina (Gly) -Aspartato (Asp) Aminas - Acetilcolina (Ach) - Adrenalina - Noradrenalina - Dopamina (DA) - Serotonina (5-HT) - Histamina Purinas - Adenosina - Trifosfato de adenosina (ATP) Peptideos a) gastrinas: gastrina colecistocinina b) Hormônios da neurohipofise: vasopressina ocitocina c) Opioides d) Secretinas e) Somatostatinas f) Taquicininas g) Insulinas Gases NO CO

17 MECANISMOS DE AÇAO DOS NT Há dois tipos de receptores pós-sinápticos 1) Receptor Ionotrópico O NT abre o canal iônico DIRETAMENTE Efeito rápido 2) Receptor Metabotrópico O NT abre o canal iônico INDIRETAMENTE - freqüentemente, presença de 2º mensageiro para modificar a excitabilidade do neurônio pós-sináptico Efeito mais demorado

18 Receptores acoplados a Proteína G A Proteína G é uma proteína complexa formada de três subunidades (α, β e γ) e que funciona como um transdutor de sinais. Em repouso, a subunidade α está ligada a uma molécula de GDP. Quando o NT se liga ao receptor o GDP é trocada pelo GTP e a proteína G se torna ativa. A proteína G ativa age sobre uma molécula efetora, neste caso, um canal iônico, cuja condutância será indiretamente modificada.

19 COMUNICAÇAO VIA 2º MENSAGEIRO Exemplo Fenda sináptica Membrana Pós-sináptica NT Receptor pós-sináptico Proteina G / Adenilciclase Abertura/ Fechamento Canais iônicos Citoplasma camp Quinases

20 Versatilidade dos receptores metabotrópicos

21 Coração Prot G, Adenilciclase e camp Receptor metabotrópico β noradrenérgico MECANISMO A Noradrenalina liga-se ao receptor do tipo β ativando a adenilciclase que hidrolisa o ATP em camp produzindo o 2 o mensageiro. O camp difunde-se até o citosol e ativa a enzima quinase A (PKA). A PKA age fosforilando canais de Ca modificando a sua condutância. RESULTADO: abertura de canais de Ca ++ e aumento de excitabilidade da membrana pós-sináptica. Estimula a contração do coração.

22 Vasos sanguineos A Prot G, Adenilciclase e camp Receptor metabotrópico α 2 noradrenérgico MECANISMO O NT liga-se ao receptor e ativa uma proteína G que age inibindo a adenilciclase. A de camp atividade das PKAs. A fosforilação não ocorre nos canais iônicos de K. RESULTADO: o fechamento dos canais de K + aumenta a excitabilidade da membrana póssináptica.

23 5-HT Outros 2o mensageiros A Prot G, Fosfolipase C, IP3 e DAG Receptor metabotrópico MECANISMO O NT estimula, através da proteína G, a Fosfolipase C (PLC) enzima que hidrolisa o inositol fosfolipídio em IP3 e DAG. O DAG ativa a proteína quinase C (PKC) e o IP3 abre canais de Ca do reticulo endoplasmático. RESULTADO: o aumento de Ca ++ intracelular altera não só o metabolismo do neurônio póssináptico como também da sua excitabilidade.

24 Qual é a vantagem da comunicação por meio de 2º Mensageiro? - Amplificação do sinal inicial - Modulação da excitabilidade neuronal - regulação da atividade intracelular

25 Sistemas de 2o. Mensageiro mediados pela proteína G

26 Potencial pós-sinaptico NT PA O NT pode causar na membrana pós: POTENCIAL PÓS-SINAPTICO EXCITATÓRIO a) Despolarização entrada de cátions POTENCIAL PÓS-SINAPTICO INIBITORIO a) Hiperpolarizaçâo entrada de ânions saída de cátions

27 A) PEPS O NT é EXCITATÓRIO Causa despolarização na membrana póssináptica (p.e.entrada de Na) b) PIPS O NT é INIBITÓRIO Causa hiperpolarização na membrana póssináptica (p.e. entrada de Cl ou saída de K)

28 PEPS PA Os PEPS e PIPS são gerados apenas nos dendritos e no corpo celular que se propagam em direção a zona de gatilho do PA. Se o PEPS atingir o valor limiar haverá PA; se o PEPS for mais intenso que o limiar, haverá mais de um PA gerado pela zona de gatilho.

29 A freqüência do PA determina a quantidade de NT liberado PEPS PA Liberação de NT A amplitude do PEPS é diretamente proporcional a intensidade do estimulo e à freqüência dos PA A quantidade de NT liberado depende da freqüência do PA Fadiga sináptica: esgotamento de NT para serem liberados.

30 Para que servem os PEPS E PIPS? Como um neurônio que recebe milhares de sinais excitatórios e inibitórios processam esses sinais antes de gerar PA? A membrana dos dendritos e do soma computam algebricamente os PEPS e PIPS. O resultado dessas combinações determinarão se haverá ou não PA e com que freqüência.

31 SOMAÇAO DE PEPS O mecanismo de combinação (ou integração) dos sinais elétricos na membrana pós-sináptica chama-se SOMAÇÃO.

32 Inibição pós-sináptica Neurônio excitatório: ATIVO Neurônio inibitório: inativo A excitação se propagou do dendrito até o cone de implantação. Neurônio excitatório: ATIVO Neurônio inibitório: ATIVO A excitação causada pelo neurônio excitatório foi totalmente bloqueada pelo neurônio inibitório

33 Inibição pré-sináptica Inibição pós-sináptica Estimulação pós-sináptica

34 Axo-dentrítica Condução eletrotônica Somação espacial e temporal Axo-somática Axo-axônica

35 CIRCUITOS NEURAIS Um neurônio sozinho de nada vale. As células nervosas são capazes de interpretar estímulos sensoriais ou produzir comandos motores porque vários neurônios funcionalmente relacionados estabelecem circuitos neurais. CIRCUITOS NEURAIS: redes de neurônios funcionalmente relacionados. Rede monossinaptica Rede polissinaptica

36 Tipos de circuitos neurais Distribuição do sinal Concentração do sinal Neurônio excitatório

37 Reverberação do sinal Modulação do sinal Neurônio inibitório Neurônio excitatório

38 Neurônio inibitório Neurônio excitatório Aumento da descriminação do estimulo

39 interneurônio inibitório Liberação ou facilitação do sinal interneurônio inibitório interneurônios excitatórios PEPS PIPS Modulação do sinal Músculo Neurônio motor Neurônio inibitório Neurônio excitatório

40 Circuito Facilitatório Zona de descarga Zona de descarga Orla subliminar

41 Propriedades das transmissões sinapticas Facilitação Fadiga Potenciação pós-tetânica LTP Conudução unidirecional

42 JUNÇOES NEURO-MUSCULARES: sinapses entre o neurônio e a célula muscular Esquelética

43 As sinapses neuromusculares são diferentes das sinapses nervosas. NT SINAPSE NERVOSA Vários excitatórios e inibitórios JUNÇÃO NEUROMUSCULAR Ùnico excitatório (acetilcolina), No de vesículas 1 PA: 1vesicula 1 PA: 200 vesículas PPS 0,1mV 50mV Excitabilidade É necessário vários PA para liberar muitas vesículas e somações Um único PA causa a resposta motora

44 Lisa Sinapses

45 MECANISMOS DE AÇAO DOS NEUROTRANSMISSORES

46 A maquinaria neuronal realiza suas funções metabólicas e sintetiza substâncias químicas especificas = neurotransmissores, que são armazenadas em vesículas. As vesículas são transportadas e armazenadas nos terminais nervosos de onde são secretadas. NT de baixo PM: sintetizados e armazenados nos terminais nervosos NT de alto PM: sintetizados no corpo celular, transportados para os terminais onde são armazenados

47 Secreção Recaptaçâo

48 Acetil CoA Colina Onde as drogas podem agir? Transportador de ACh ACh Etapas da biossíntese e degradação enzimática do NT Transportador de colina Liberação do NT Sítios receptores pré e pós-sinápticos AChE Colina + Acetato Receptor pós-sinaptico

49 Modos de ação AGONISTAS: mimetizam o efeito do NT ANTAGONISTAS: inibem a ação do NT Princípios de Neurofarmacologia Muitas substancias exógenas afetam a neurotransmissâo:

50 Neurotransmissor Receptores Agonistas Antagonistas Acetilcolina Muscarínico Nicotínico Muscarina Nicotina Atropina Curare Receptor Nicotínico Ionotrópico Fibras musculares esqueléticas Abertura de canais de Na (despolarização) Receptor Muscarínico Metabotrópico Fibras musculares cardíacas - abertura de canais de K (hiperpolarizaçâo) Fibras musculares lisas

51 IMPORTANCIA CLINICA DAS SINAPSES COLINÉRGICAS Venenos de Cobra (alfa-toxinas): ligam-se a receptores nicotínicos e causam bloqueio da neurotransmissâo. Paralisia muscular (morte por parada respiratória). Curare: extraída de uma planta tem o mesmo efeito. Usado farmacologicamente como relaxante muscular. Miastenia grave: uma doença auto-imune em que o corpo produz anti-corpos contra os receptores de Ach. Paralisia muscular Doença de Alzheimer: degeneração de neurônios colinérgicos do SNC (encéfalo)

52 Acetilcolina: possui 2 tipos de receptores SNMS SNA PS SNA PS Músculo Esquelético Receptor nicotínico da Contração Músculo Cardíaco Receptor muscarínico da contração Músculo Liso Receptor muscarínico da contração da contração

53 Ach O canal foi diretamente aberto pela Ach Receptor nicotínico e ionotrópico O canal foi indiretamente aberto pela Ach Receptor muscarínico e metabotrópico

54 AMINAS BIOGÊNICAS Noradrenalina (Nor) Adrenalina (Adr) Dopamina (DA) Catecolaminas: compartilham a mesma via de biossíntese que começa com a tirosina. Serotonina (5-HT)

55 Neurotransmissor Receptores Agonistas Antagonistas Noradrenalina Receptor α Receptor β Fenilefrina Isoproterenol Fenoxibenzoamina Propanolol Receptores METABOTRÓPICOS Receptores α Excitatório (abre canais de Ca ++ ) Receptores β Excitatório (fecha canais de K + )

56 Neurotransmissor Receptores Agonistas Antagonistas Dopamina D1, D2...D5 Todos os receptores são metabotrópicos, acoplados a proteína G, cujo aumento de camp causa PEPS Doença de Parkinson: degeneração dos neurônios dopaminergicos Tremores e paralisia espástica. Psicose: hiperatividade dos neurônios dopaminergicos

57 Neurotransmissor Receptores Serotonina 5 HT 1A, 5 HT 1B, 5 HT 1C, 5 HT 1D, 5HT 2, 5HT 3 e 5HT 4 A 5-HT participa na regulação da temperatura, percepção sensorial, indução do sono e na regulação dos níveis de humor Drogas como o Prozac são utilizados como anti-depressivos. Agem inibindo a recaptaçâo do NT, prolongando os efeitos do 5HT

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59 Dopamina Bomba de Recaptaçâo Receptor dopaminérgico

60 Dopamina Sinapses

61 O que a cocaína faz? Impede a recaptaçâo da dopamina e prolonga a sua ação pós-sináptica

62 Positron emission tomography (PET) scan Vermelho: elevada taxa de utilização de glicose (metabolismo elevado) Amarelo e azul: pouca ou nenhuma

63 Neurotransmissor Receptores Agonistas Antagonistas Glutamato AMPA NMDA Kainato AMPA NMDA CNQX AP5 IONOTRÓFICO Receptores não-nmda (ou AMPA) Excitatório (rápido) Abrem canais de Na e K Receptores NMDA Excitatório (lento) Abrem canais de Ca, Na e K METABOTRÓFICO Receptores Kainato

64 Mecanismo de ação do Glutamato Na membrana pós-sináptica há receptores AMPA e NMDA para o glutamato. 1) O Glu abre os canais iônicos com receptores AMPA; 2) a despolarização abre os canais com receptores NMDA O canal NMDA em repouso está obstruído pelo Mg ++. Mesmo com o Glu em seu receptor, o Mg ++ só será removido depois que o canal AMPA tenha despolarizou parcialmente a membrana. O canal NMDA só se abrirá na presença de um co-transmissor, a Glicina.

65 Neurotransmissor Receptor Agonista Antagonista GABA GABA A GABA B Muscimol Baclofen Bicuculina Faclofen Ambos são inibitórios GABA A : ionotrópico Abrem canais de Cl diretamente Causam hiperpolarizaçâo GABA B : metabotrópico Abrem canais de K indiretamente Causam hiperpolarizaçâo Benzodiazepinicos e os Barbituricos são potentes agonistas que agem nos receptores GABA A (exacerbam o efeito inibitorio)

66 Neurotransmissor Receptores Agonistas Antagonistas Glicina Glicina: NT inibitório dos neurônios motores Estricnina: inibe os receptores da glicina e causa rigidez muscular generalizada.

67 Os gases são sintetizados quando receptores do tipo NMDA são acionados. Quando sintetizados difunde-se em todas as direções e por isso não estão contidas em vesículas. a) Ação pré-sináptica: causa facilitação do NT que estimulou a sua sintese (feedback positivo) b) Endotélio de capilares cerebrais causando vasodilatação Oxido nítrico

68 NEUROPEPTÍDEOS GASTRINAS gastrina, CCK HORMÔNIOS DA NEURO-HIPÓFISE vasopressina (ADH), ocotocina INSULINAS OPIOIDES encefalinas (Enk), beta endorfinas SECRETINAS secretina, glucagon, VIP SOMATOSTATINAS TAQUICININAS sub P, sub K

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70 1 2 3

71 Opiate Estimula indiretamente a produção de 2o mensageiro

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73 Ultra-estrutura de uma sinapse química

74 Sinapses Sinapses Elétricas GAP JUNCTIONS

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