SINAPSE E TRANSMISSÃO SINÁPTICA Prof. João M. Bernardes Uma vez que o sistema nervoso é composto por células distintas, torna-se necessário que os neurônios estejam conectados de alguma forma, a fim de que as informações possam ser transmitidas de uma célula a outra; Este local de conexão entre os neurônios é denominado sinapse; A transmissão de informações entre os neurônios, por sua vez, é chamada de transmissão sináptica; Em um pequeno número de casos a transmissão sináptica é caracterizada pela simples passagem do PA de um neurônio para outro; 1
Já, na maioria dos casos, a transmissão sináptica consiste em uma dupla conversão de códigos: A informação produzida pelo neurônio é veiculada eletricamente (PA) até os terminais axônicos, onde é convertida e veiculada quimicamente para o neurônio conectado; A seguir, essa informação química é captada pelo segundo neurônio e volta a ser veiculada eletricamente (PA). SINAPSE Tipos de sinapses Existem dois tipos diferentes de sinapses: Sinapses elétricas; Sinapses químicas. 2
Sinapses elétricas A sinapse elétrica, mais conhecida como junção comunicante, é uma região de aproximação entre duas células, onde as membranas ficam separadas por um espaço muito pequeno (3nm = 3 x10-9 m); A membrana dessa região possui canais iônicos especiais (conexons), os quais se acoplam e permitem o livre movimento de ións entre as células; Assim, quando uma das células produz um PA, a corrente iônica passa diretamente pelas junções comunicantes, para outra célula, provocando nesta um PA; Uma vez que, não há intermediários químicos, a transmissão, nas sinapses elétricas, é ultrarápida; 3
Apesar de sua velocidade, a transmissão de informações pelas junções comunicantes, não possibilita o processamento de informações, uma vez que os PA são todos transmitidos sem alterações; Assim sendo, as junções comunicantes são comuns nos animais invertebrados, cujos comportamentos são simples e estereotipados; No sistema nervoso dos seres humanos, por sua vez, as junções comunicantes são encontradas especialmente em neurônios imaturos, sendo úteis, particularmente, durante o desenvolvimento do sistema nervoso; Estruturas semelhantes as junções comunicantes são encontradas no coração, fígado e pele. Sinapses químicas A sinapse química é caracterizada por um espaço entre membranas bastante maior que o das junções comunicantes (20 a 50nm), conhecido como fenda sináptica; A fenda sináptica é margeada por dois elementos: Pré-sináptico: terminal axônico; Pós-sináptico: dendritos/corpos celulares; 4
Terminais pré-sinápticos A principal característica dos terminais présinápticos é a presença das vesículas sinápticas, os quais encontram-se próximas à membrana celular e possuem em seu interior substâncias químicas, denominadas, de forma genérica, transmissor sináptico. Transmissão sináptica nas sinapses químicas O PA é conduzido pelo axônio; No terminal pré-sináptico o PA causa a liberação dos transmissores sinápticos na fenda sináptica (conversão da informação elétrica em química); Um vez na fenda sináptica, o transmissor sináptico difunde-se até a membrana pós-sináptica; 5
A ação do transmissor sináptico altera o potencial de membrana da segunda célula (reconversão de informação química para elétrica), fenômeno conhecido como potencial pós-sináptico (PPS). 6
Essa dupla conversão de informação (elétrico para químico e vice-versa), permite que ocorra a modulação da transmissão sináptica, ou seja, a modificação do conteúdo de informação veiculado pelo primeiro neurônio; Essa capacidade de modular (alterar) a informação transmitida entre as células nervosas é o grande passo adaptativo possibilitado pelas sinapses químicas; Uma vez que, nas sinapses entre neurônios, na maioria das vezes, o que se quer é aumentar, diminuir ou até bloquear a atividade do neurônio pós-sináptico. Tipos de sinapses químicas As sinapses químicas podem ser divididas de acordo com sua função ou de acordo com sua morfologia. 7
Quanto à função, as sinapses químicas podem ser divididas em: Excitatórias: a transmissão sináptica resulta na redução do PR do segundo neurônio (PPS despolarizante), o que facilita a ocorrência de um PA. Inibitórias: a transmissão sináptica resulta no aumento do PR do segundo neurônio (PPS hiperpolarizante), o que dificulta a ocorrência de um PA. Já, quanto à morfologia, as sinapses químicas podem ser divididas em: Assimétricas: apresentam diferença de espessura entre as membranas pós e pré-sináptica. Simétricas: as duas membranas apresentam igual espessura. As sinapses assimétricas são funcionalmente excitatórias, e as sinapses simétricas são inibitórias. TRANSMISSÃO SINÁPTICA 8
A transmissão sináptica envolve a conversão do impulso nervoso, de natureza elétrica, em uma mensagem química, carreada pelos transmissores sinápticos, e depois novamente em impulsos elétricos já na célula póssináptica. Os eventos que ocasionam a transmissão sináptica podem ser resumidos da seguinte forma: Síntese, transporte e armazenamento do transmissor sináptico; Deflagração e controle da liberação do transmissor sináptico na fenda sináptica; Difusão e reconhecimento do transmissor sináptico pelo receptor pós-sináptico; Deflagração do PPS; Desativação do transmissor sináptico. 9
Transmissores sinápticos Os transmissores sinápticos podem ser divididos em dois grupos: Neurotransmissores; Neuromoduladores. Neurotransmissores Atuam diretamente sobre a membrana póssináptica, produzindo nela um potencial póssináptico (excitatório ou inibitório); Em geral, apresentam ação rápida; São produzidos no citosol dos terminais présinápticos e, em seguida, absorvidos pelas vesículas sinápticas; Cada neurônio libera apenas um tipo de neurotransmissor. 10
Neuromoduladores Atuam através da alteração metabólica da célula pós-sináptica; Em geral, apresentam ação lenta; São produzidas no retículo endoplasmático rugoso do corpo celular do neurônio, sendo armazenados em estruturas chamadas grânulos secretores no aparelho de Golgi e, em seguida, transportados para o terminal pré-sináptico; Cada neurônio pode liberar um ou mais neuromoduladores. Liberação dos transmissores sinápticos Os PAs despolarizam a membrana do terminal pré-sináptico; A membrana do terminal pré-sináptico, contém grande número de canais voltagemdependente de cálcio; A despolarização da membrana provoca a abertura destes canais, ocorrendo, assim, influxo de íons cálcio no interior do terminal; 11
O aumento da concentração intracelular de cálcio faz com que as membranas das vesículas sinápticas se fundam com a face interna da membrana do terminal sináptico (exocitose), em áreas denominadas zonas ativas, as quais facilitam essa fusão; Liberação do neurotransmissor na fenda sináptica; 12
Os grânulos secretores dos neuromoduladores, não se fundem nas zonas ativas; Portanto, é necessário uma maior número de PAs para elevar suficientemente os níveis de cálcio para que ocorra a exocitose dos grânulos e, consequentemente, a liberação dos neuromoduladores na fenda sináptica; O número de vesículas e grânulos liberados na fenda sináptica dependerá do número de PAs que chegarão ao terminal pré-sináptico. A membrana das vesículas e grânulos incorporadas à membrana plasmática dos terminais é devolvida ao citoplasma (endocitose), permitindo a reutilização destas estruturas. O que acontece em períodos de grande atividade do terminal sináptico? Esgotamento das vesículas sinápticas. Solução: utilização de vesículas reservas ; Esgotamento das vesículas reservas. Solução: terminal entra em fadiga e a transmissão é diminuída ou interrompida, até que sejam recompostas as reservas dos neurotransmissores e suas vesículas. 13
Receptores pós-sinápticos e deflagração do PPS Após sua liberação na fenda sináptica, os transmissores sinápticos se conectam com os receptores pós-sinápticos; Os receptores são proteínas, embutidas na membrana pós-sináptica, capazes de se ligar quimicamente com um neurotransmissor ou um neromodulador específico; A reação química entre o transmissor e o seu receptor é que provoca o PPS; Existem duas classes de receptores sinápticos: Ionotrópicos; Metabotrópicos. Receptores ionotrópicos São canais iônicos ligando-dependentes; Quando o transmissor sináptico se liga ao receptor ionotrófico, esse, através de uma reação química, muda de conformação tridimensional, abrindo o canal e permitindo a passagem de íons através da membrana; 14
Se o receptor permitir a entrada de sódio, ele é chamado de excitatório ou despolarizante; Uma vez que aproxima o potencial da membrana pós-sináptica do limiar para o desencadeamento de um PA; O PA correspondente é denominado potencial pós-sináptico excitatório (PPSE); Se o receptor permitir a entrada de cloreto e/ou a saída de potássio, ele é chamado de inibitório ou hiperpolarizante; Uma vez que afasta o potencial da membrana pós-sináptica do limiar para o disparo de um PA; O potencial hiperpolarizante é denominado potencial pós-sináptico inibitório (PPSI). Receptores metabotrópicos Não são canais iônicos; Esses receptores promovem uma cascata de reações químicas intracelulares, através das quais as informações são transmitidas; Na maioria dos casos as reações intracelulares são iniciadas por uma molécula ligada ao receptor pela face interna da membrana celular, chamada proteína G; 15
Quando ativada, a proteína G aciona uma outra proteína, chamada efetuadora; No caso dos neurotransmissores, a proteína efetuadora, acionada pela proteína G, é frequentemente um canal iônico, o qual se abre e ocasiona um PPS (excitatório ou inibitório); Já, no caso dos neuromoduladores, a proteína G não atua sobre um canal iônico, mas sobre uma enzima que se encontra na membrana pós-sináptica; Esta enzima, quando ativada, produz um mensageiro químico intermediário, chamado, segundo mensageiro; 16
O segundo mensageiro pode atuar de duas formas: Ativar uma cascata enzimática, envolvendo várias etapas, até se expressar como um PPS (excitatório ou inibitório); 17
Ativar uma cascata enzimática que produza alterações metabólicas intracelulares que nem cheguem a produzir PPS, mas produzam alterações no desempenho funcional do neurônio, como, por exemplo, através da produção de mais receptores para a membrana pós-sináptica. Qual a vantagem em usar segundos mensageiros? Ativação de um maior número de canais iônicos; Capacidade de alterar o metabolismo celular. Velocidade dos diferentes receptores: Ionotrópicos: menos de 1 milisegundo; Metabotrópicos sem segundo mensageiro: até 100 milisegudos; Metabotrópicos com segundo mensageiro: 1 segundo ou mais. 18
Desativação dos transmissores sinápticos A desativação dos transmissores sinápticos, ou seja, a interrupção da transmissão sináptica, ocorre por dois meios: Recaptação do transmissor; Degradação enzimática do transmissor. INTEGRAÇÃO SINÁPTICA Uma sinapse isolada é uma situação praticamente inexistente no sistema nervoso, principalmente nos seres humanos (no ser humano cada neurônio recebe em média 10 mil [!] sinapses); Assim sendo, o neurônio deve reunir e associar as diferentes informações vindas de cada sinapse, para, só então, elaborar uma resposta, fenômeno denominado integração sináptica; 19
A integração sináptica depende de 4 fatores: O tipo de estímulo: excitatório ou inibitório; A frequência de cada tipo de estímulo (somação temporal); O local em que cada tipo de estímulo ocorre (topografia sináptica); A quantidade de sinapses existentes nos locais em que cada tipo de estímulo ocorre (somação espacial). 20
BIBLIOGRAFIA GUYTON, A. C. Fisiologia humana. 6 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. GUYTON, A. C. Neurociência básica: anatomia e fisiologia. 2 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1993. LENT, R. Cem bilhões de neurônios: conceitos fundamentais de neurociência. São Paulo: Atheneu, 2001. 21