V. Harold Córdova Del C. Médico Cirujano Maestría en Fisiología Doctorado en Neurociencias
• Movimiento voluntario
• Unión neuromuscular (UNM) • Desarrollo de la UNM • Acetilcolina (ACh) • Síntesis y liberación • Hidrólisis
• Exocitosis • RIM, Rab3A, Munc13 • SNARE y SM • Sinaptotagmina y complexina
• Receptor nicotínico (RnACh) • Tipos • Estructura • Mecanismo de acción
• Propagación del PA • Túbulo T y DHPR
El movimiento voluntario se inicia en la corteza motora, de la 5ª capa parte la 1ª neurona (vía piramidal o corticoespinal) que hace sinapsis en la médula espinal (asta anterior) con la 3ª neurona (motoneurona α ) la cual hace sinapsis con las células musculares (unión neuromuscular), produciendo así el movimiento muscular.
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Lugar donde se produce la sinapsis neuromuscular, comprende: Zona presináptica • Terminación de la motoneurona α • Canales de Ca 2+v
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Vesículas presinápticas con acetilcolina (ACh)
Hendidura sináptica (20 a 30 nm) • Acetilcolina (ACh) • Acetilcolinesterasa (AChE) Zona postsináptica • Membrana muscular (sarcolema) • Receptores nicotínicos (RnACh) • Canales de Na +v (amplificadores de señal)
• Miocitos y neuritas motoras se desarrollan simultáneamente. Las células miogénicas se originan en el mesodermo desde donde migran dividiéndose y fusionándose en fibras multinucleadas. • Los axones motores se extienden a lo largo de nervios perif éricos seguidos por las células de Schwann. • Conforme avanza a lo largo del nervio, se separan las fibras nerviosas y los axones de cada nervio se separan para inervar su fibras correspondientes. Miostatina
Miostatina
• La transmisión neuromuscular comienza minutos después de que el cono de crecimiento neural entre en contacto con los miocitos.
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Se forma en el citoplasma de la neurona a partir de acetilcoenzima A (acetyl-CoA o acetyl-SCoA) y colina (Ch), reacción catalizada por la colina acetiltransferasa.
• Gracias al transporte activo se acumula ACh en vesículas superosmóticas (300 mM) junto con ATP, proteoglicanos, H +, Mg2+ y Ca2+.
• Cada vesícula contiene 5 a 10 mil ACh y a esta cantidad se llama quantum.
AcetiC l oA
Colina
Acetilcolina Colina acetiltransferasa
Coenzima A
• La liberación es mediada por la activación de los Ca 2+v. También se encuentran canales de K+ activados por voltaje y por Ca2+. • Los canales de K + limitan la duración de despolarización de la neurona. •
El ATP es liberado junto con la ACh y es hidrolizado en adenosina, la cual se une a los purinoreceptores P1 presinápticos (GPCR) e inhibe los Ca 2+v. El ATP se une a purinoreceptores P2 con el mismo efecto.
• La ACh del espacio sináptico y del RnACh es rápidamente hidrolizada (aprox. 50%) por la AChE (enzima carboxilesterasa tipo B) y convertida a colina y acetato. • La colina es reciclada en la neurona, es el factor limitante de la síntesis de Ach. •
AChE se encuentra en la capa esponjosa de tejido conjuntivo en la lámina basal, formando 3 tetrámeros de subunidades catalíticas unidas covalentemente al colágeno.
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1ª etapa El resto de SER del centro activo de la AChE reacciona con la ACh, generándose un intermedio acetil-enzima y la liberación de la colina. ACh + enzima (AChE) ---- --> Colina + AChE acetilada
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2ª etapa Se produce la hidrólisis de la acetil-enzima, regenerándose la AChE y liberándose el acetato. AChE acetilada + H 2O ----- -> AChE + ácido acético
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La AChE degrada 25000 ACh por segundo, y posee 2 subsitios: Subsitio aniónico Acomoda la amina cuaternario positivo de la ACh. La unión no se debe a las cargas sino a la interacción con los 14 residuos
aromáticos, que guían la molécula hacia el sitio activo. Subsitio estereásico Produce la hidrólisis de la ACh en colina y ácido acético Contiene la triada catalítica: serina, histidina, glutamato.
Acetilcolina
Colina Acetilcolinesterasa
Acetil CoA
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Trafficking Transporte de las vesículas a la terminal axónica mediante la familia de proteínas de la cinesina.
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Loading: Introducción del neurotransmisor a la vesícula, utiliza ATPasa de bomba de protones.
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Docking: “Amarre a la zona activa” Consiste en un acercamiento espacial a las zonas donde se generan los microdominios de calcio en la zona activa.
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Priming: “Preparación de las vesículas” Permite el ensamblaje de complejos SNARE.
• La despolarización en el botón axónico activa los Ca permitiendo la entrada de Ca 2+ al intracelular.
2+ v
• El lugar en la zona presináptica donde se acumulan estos canales, es llamada zona activa.
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Las vesículas pueden estar unidas al citoe squeleto por la sinapsina formando un pool de reserva (la mayoría) o pueden estar libres formando un pool de ataque.
• Al aumentar el Ca 2+, la sinapsina 1 es fosforilada por la ciclina de adenosina y por la proteincinasa I y II, que es activada por el complejo Ca 2+-calmodulina; liberando así a las vesículas del citoesqueleto.
• Existen 4 proteínas crucialmente implicadas en el proceso de preparación de vesículas sinápticas, las proteínas RIM1, Munc13 y rab3 (o Rab27), y la proteína de la familia SM (del inglés Sec1/Munc18 like) Munc18. •
La unión GTP-Rab3 a RIM forma un complejo con el RIM/Munc13 que ancla físicamente la vesícula a la zona activa.
• La RIM1 es el determinante posicional que sitúa a las vesí culas junto a los sitios de entrada de Ca 2+ gracias a su interacción con canales Ca 2+ y con el rab3; y activa el Munc13. 2+
la activación de Munc13 por Ca y diacilglicerol, quey • Posteriormente, conlleva su translocación, aproxima la vesícula a su sitio final de fusión a continuación Munc18 (SM) iniciará la formación del complejo SNARE.
• Las proteínas SNARE y SM son esenciales para la fusión vesicular. •
Las proteínas SM permiten el ensamblaje adecuado de complejo SNARE; es decir, las proteínas SM actúan como catalizadores de la formación del complejo SNARE.
• La especificidad de unión con la membrana terminal se da gracias al complejo SNARE.
• SM: Sec1/Munc18 like Munc18 (mammalian uncoordinated-18)
• SNARE: Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor • Complejo cuaternario, formado por 3 proteínas Vesícula presináptica:
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1 sinaptobrevina o VAMP (transmembrana)
Membrana terminal
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1 sintaxina (transmembrana) 2 SNAP 25 (periférica)
• Clasificación (aminoácido de la capa isoeléctrica): • R: Sinaptobrevina (arginina) • Q: Sintaxina y SNAP 25 (glutamina)
La fusión tiene ∆G < 0; el NSF (ATPasa) necesita de 20 a 40 kcal/mol para romper el complejo SNARE
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La sinaptotagmina 1 es una proteína, con un dominio transmembrana en la vesícula presináptica y dos dominios C 2A y C2B a los que se les unen 3 y 2 Ca2+ respectivamente.
• Cuando las vesículas están unidas a la membrana presináptica; y el Ca 2+ se une a la sinaptotagmina, las cargas positivas disminuyen la repulsión electrostática, acercando aún más a la vesícula presináptica y permitiendo la entrada de la sinaptobrevina al complejo formado por la sintaxina y SNAP-25.
• Concomitantemente el Munc18 es desplazado de su unión con el complejo SNARE y las complexinas promueven el ensamblaje total del mencionado complejo, ya que orientan correctamente la interacción sintaxina-sinaptobrevina. • Este modelo asume que una vez que la sinaptobrevina de la membrana vesicular esté lo suficientemente cerca de un complejo SNARE preensamblado, acontecerá un evento exocitócico. • Se ha demostrado que complexina y sinaptotagmina interactúan aún en ausencia de los SNAREs. Por lo que, la complexina no solo estabilizaría este complejo sino que también reclutaría a sinaptotagmina
• La rab3A mantiene la reserva normal de vesículas, acelerando la exocitosis cuando el reciclaje de vesículas llega al máximo. •
La sinaptotagmina es el sensor de Ca 2+ y su activación inicia la fusión.
• El proceso dura 0,3 mseg y de las aproximadamente 300 000 vesículas por cada terminal se liberan de 20 a 200 por cada impulso nervioso. •
Las vesículas son recicladas gracias a la clatrina en aprox. 1 minuto.
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RnACh fetales
Están formados por 5 subunidades (2α, β, δ, γ). Tiempo de apertura en estado activo: 5 mseg +
+
2+
Permeable a iones: Na , K , Ca . Alta resistencia eléctrica (canales) Un solo quantum de Ach puede generar un potencial de acción. Las fibras musculares reciben aferencias de varios axones motores hacia un solo sitio sináptico. Densidad y tiempo de vida media menor que los RnACh maduros. Se pueden expresar en el músculo maduro denervado.
• RnACh adulto
Están formados por 5 subunidades (2α, β, δ, ε). Densidad de 10 000 por mm2. Tiempo de vida media (TVM): 1 a 10 días Duración de apertura < 5 mseg. Mayor conductancia al Na+, K+, Ca2+. Las fibras musculares reciben aferencias de un axón motor hacia un solo sitio sináptico.
fetal
adulto
•
Están formados por 5 subunidades (2α, β, δ, ε/γ).
• Los terminales N y C de cada subunidad sobresalen al extracelular. • Cada subunidad esta formado por 4 dominios de aproximadamente 20 aminoácidos y de tipo hélice (M1, M2, M3, M4). •
El poro está recubierto por los dominios M2.
• 2 ACh se une a las interfases N terminal entre las subunidades α δ y α ε.
• La subunidad ε/ γ estabiliza el estado cerrado del receptor. •
La unión de la ACh produce un cambio alostérico, que hace que la hélice α M2 gire 15 grados aperturando un poro de aproximadamente 0,7 nm.
• En reposo se forma un anillo interno hidrofóbico de 5 leucinas que cierra el poro y un anillo hidrofílico externo de 5 treoninas; cuando se activa el anillo hidrofílico se vuelve interno y deja el paso del Na+ hidratado.
El hidrofóbico y voluminoso lado de la cadena de Leu de M2 cierra el canal
La unión de 2 ACh provoca un giro de las hélices M2
Con los sitios receptores ocupados, M2 tiene pequeños residuos polares en el canal
2 Ach
Cerrado
Abierto
• La ACh (2) se une al RnACh, permitiendo el paso de Na +, la despolarización de la membrana y la apertura de Na+v. • La despolarización atraviesa la célula muscular por los túbulos transversos (T) en donde se encuentra el receptor de dihidropiridina (DHPR) que es un sensor de voltaje. • El túbulo T se encuentra relacionado con dos cisternas terminales del retículo sarcoplasmático, formando una triada.
•
La génesis del PA tubular es más lento que la del sarcolema; y es generado por una corriente rápida de sodio (INa+T).
• Este voltaje activa canales de Ca
2+
tipo L o receptores de
dihidropiridina (DHPR), lo cuales se unen en grupos de 4, formando tétradas; y funcionan como sensores de voltaje. •
La activación del RDHP produce: Entrada de Ca2+ a través de los poros de los 4 canales. Activación de los canales liberadores de Ca 2+ o receptor de rianodina (RyR).
• El DHPR y el RyR están unidos mecánicamente por las extensiones citoplasmáticas del DHPR (α1) y los pies de RyR.
• Algunos milisegundos después del aumento de la [Ca 2+] se desarrolla la fuerza muscular. • Tan pronto como aume nta la [Ca
2+
] este es bombeado al retículo
sarcoplasmático (SERCA2)
• El aumento de la [Ca 2+] extracelular no influye en la contracción. • El Ca 2+ intracelular que provienen del retículo sarcoplasmático, produce la salida de la Ca 2+: liberación de Ca2+ inducida por Ca2+.
Na+
Potencial de acción
Sarcolema
ACh Receptor nicotínico
Túbulo T
Ca2+ Ca2+ SERCA2
Ca2+
Retículo sarcoplasmático
Ca2+ Ca2+
Ca2+ Ca2+
Ca2+
Ca2+ Ca2+
DHP
DHP
Ca2+ RyR
Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+
Ca2+ Ca2+ Ca2+
SERCA2
Ca2+ Ca2+
• A medida que se cierran los Na +v se abren canales de Cl- y el sarcolema retorna a su potencial de reposo (-70 a -90 mV). • El PA tubular termina por la inactivación de los canal es de sodio y el +
aumento de gK .
•
El PA dura 1 a 5 ms; se propaga 3 a 5 m/s y es de 50 a 75 mV.
• La [Ca 2+] en el sarcoplasma incrementa de 10-7 a 2.10-4 M.
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