Bioeletrogênese e sinapse

O impulso nervoso pode ser imaginado como um minusculo sinal de eletrecidade que percorre um neurônio em um nivel mais elementar, consiste em partículas químicas que se movimentam pela membrana da célula de um lado para o outro.

Bioeletrogênese:

A membrana plasmática é constituída por uma dupla camada de fosfolipídios, interrompida de espaço em espaço por moléculas de proteínas. Na face externa, aparecem ramificações de glicídios (polissacarídeos) presos à proteína ou ao lipídio.

A membrana facilita ou dificulta a passagem de certas substâncias (permeabilidade seletiva). Essa passagem se faz de duas maneiras: transporte passivo (sem gasto de energia) e transporte ativo (com gasto de energia). O transporte passivo se refere ao movimento cinético molecular de substâncias com ou sem auxílio de uma proteína carreadora específica. Sem gasto de energia, portanto a favor do gradiente de concentração. São exemplos de transporte passivo: difusão simples e difusão facilitada. Na difusão simples a substância passa através dos poros da membrana, a favor do gradiente de concentração sem gasto de energia. Um exemplo, disto, é a bomba de Na+_ K+. Na difusão facilitada a substância necessita de uma proteína carreadora específica para transportá-la. O transporte ativo é realizado com ajuda de uma proteína carreadora (como a difusão facilitada) só que contra o gradiente de concentração, havendo, portanto, gasto de energia (ATP). Um exemplo, disto, é a Bomba de Na+_ K+ ATPase.

Transporte ativo e passivo

A Bomba de Na+_ K+ ATPase explica a diferença de concentração desses íons dentro e fora da célula. A concentração de sódio (Na+) fora da célula é maior do que em seu interior, ocorrendo o oposto com o potássio (K+). O esperado é que, por difusão, esses íons se movam até que as concentrações se igualem, dentro e fora da célula. Mas isso não acontece porque as células estão constantemente gastando energia para bombear o Na+ e o K+ em sentido contrário à difusão. Uma das funções dessa bomba é criar uma diferença de cargas elétricas entre os dois lados da membrana, que então fica positiva na face externa e negativa na face interna. Essa diferença de cargas é importante para os fenômenos elétricos que ocorrem nas células nervosas e musculares.

O Potencial de Repouso (PR) devido à predominância de proteínas no interior da célula, o meio intracelular se mantém carregado negativamente em relação ao meio extracelular que se mantém carregado positivamente. Esta diferença de potencial é chamada de PR.

Podemos dizer que, a membrana está polarizada e ao ser estimulada, uma pequena região da membrana torna-se permeável ao Na+ (abertura dos canais de sódio). Como a concentração desse íon é maior fora do que dentro da célula, o Na+ atravessa a membrana no sentido do interior da célula. A entrada de Na+ é acompanhada pela pequena saída de K+. Esta inversão vai sendo transmitida ao longo do axônio, e todo esse processo é denominado onda de despolarização. Os impulsos nervosos ou potenciais de ação (PA) são causados pela despolarização da membrana além de um limiar (nível crítico de despolarização que deve ser alcançado para disparar o PA).

Os potenciais de ação assemelham-se em tamanho e duração e não diminuem na medida em que são conduzidos ao longo do axônio, ou seja, são de tamanho e duração fixos. A aplicação de uma despolarização crescente a um neurônio não tem qualquer efeito até que se cruze o limiar e, então, surja o potencial de ação. Por esta razão, diz-se que os potenciais de ação obedecem à "lei do tudo ou nada". Imediatamente após a onda de despolarização ter-se propagado ao longo da fibra nervosa, o interior da fibra torna-se carregado positivamente, porque um grande número de íons Na+ se difundiu para o interior. Essa positividade determina a parada do fluxo de íons Na+ para o interior da fibra, fazendo com que a membrana se torne novamente impermeável a esses íons. Por outro lado, a membrana torna-se ainda mais permeável ao K+. Devido à alta concentração desse íon no interior, muitos íons se difundem, então, para o lado de fora. Isso cria novamente eletronegatividade no interior da membrana e positividade no exterior – processo chamado repolarização, pelo qual se restabelece a polaridade normal da membrana. A repolarização normalmente se inicia no mesmo ponto onde se originou a despolarização, propagando-se ao longo da fibra. Após a repolarização, a Na+_ K+ ATPase bombeia novamente os íons Na+ para o exterior da membrana, criando um déficit extra de cargas positivas no interior da membrana, que se torna temporariamente mais negativo do que o normal. A eletronegatividade excessiva no interior atrai íons K+ de volta para o interior (por difusão e por transporte ativo). Assim, o processo traz as diferenças iônicas de volta aos seus níveis originais.

Para transferir informação de um ponto para outro no sistema nervoso, é necessário que o PA, uma vez gerado, seja conduzido ao longo do axônio. Um PA iniciado em uma extremidade de um axônio apenas se propaga em uma direção, não retornando pelo caminho já percorrido. Uma vez que a membrana axonal é excitável ao longo de toda sua extensão, o PA se propagará sem diminuir. A velocidade com a qual o potencial de ação se propaga ao longo do axônio depende de quão longe a despolarização é projetada à frente do PA, o que, por sua vez, depende de certas características físicas do axônio: a velocidade de condução do potencial de ação aumenta com o diâmetro axonal. Axônios com menor diâmetro necessitam de uma maior despolarização para alcançar o limiar do potencial de ação. Nesses axônios, a presença de bainha de mielina acelera a velocidade da condução do impulso nervoso. Nas regiões dos nódulos de Ranvier, a onda de despolarização "salta" diretamente de um nódulo para outro, não acontecendo em toda a extensão da região mielinizada (a mielina é isolante). Ocorre um movimento saltatório, e via de conseqüência, um aumento da velocidade do impulso nervoso. O percurso do impulso nervoso no neurônio é sempre no sentido dendrito ? corpo celular ? axônio.

Mudança de forma:

Um impulso nervoso sempre está baseado nas particulas químicas. A medida que passa por um dedrito ou axônio, movimenta os íons eletricamente carregados, mas, na sinapse, ele depende mais da forma estrutural do neurotransmissor químico.

Sinapse:

Os sinais levados de um neurônio a outro em junções especializadas chamamos de sinapse. A transmissão mais frequente é o terminal axonal de um neurônio com os dendritos de outro neurônio.

As estruturas envolvidas na sinapse são:

►Terminal pré–sináptico: Apresenta-se na forma de botão, contém numerosas vesículas com substâncias neurotransmissoras. Ex: Acetilcolina e Noradrenalina.

►Fenda sináptica: Situada entre o terminal pré-sináptico e a membrana pós–sináptica.

►Membrana pós-sináptica: Nestas existem receptores específicos de neurotransmisores.

Um terminal pré-sináptico está separado por uma fenda sináptica e contém mitocôndrias e vesículas preenchidas com neurotransmissor, um medidor químico que altera a permeabilidade da membrana. A chegada do impulso nervoso ao terminal pré-sináptico faz com que o Cálcio entre na célula fazendo com que as vesículas sinápticas se unam ao terminal pré-sinático (exocitose), levando a descarga do neurotransmissor para dentro da fenda sináptica. As vesículas dos botões pré-sinápticos que contém milhões de neurotransmissores podem exercer ações inibidoras ou excitadoras na membrana pós-sináptica. Além disso, não é raro que a ação de um determinado neurotransmissor seja excitadora em algumas sinapses e inibidora em outras.

Quando um determinado neurotransmissor passa por difusão através da sinapse, ele é ligado a uma proteína receptora presente na membrana pós-sináptica e desta combinação resulta a abertura de canais iônicos. Quando se abrem canais de Na+, este penetra na porção pós-sináptica e determina uma despolarizacão. Esta despolarização caracteriza o potencial Pós-Sináptico Excitatório (PPSE), que é um potencial local. A despolarização aproxima o potencial da membrana do seu limiar que poderá acompanhar o Potencial de Ação (PA). Pode ocorre também que o neurotransmissor aumente a permeabilidade do K+. Este sairá do interior da célula e fará com que este se torne mais negativo determinando uma hiperpolarização da membrana.

A hiperpolarização caracteriza um Potencial Pós-Sináptico Inibitório (PPSI) que, como o excitatório, também é potencial local. A hiperpolarização afasta a membrana de seu limiar diminuindo portanto a excitabilidade.

Esquema de uma sinapse

Sinapse na junção neuromuscular:

É um tipo de junção especializada, em que um neurônio faz contato com a membrana da célula muscular. Apresenta os três elementos estruturais, sendo que:

►O terminal pré-sináptico é o axônio de um neurônio;

►A membrana pós-sináptica pertence à célula muscular;

►A membrana pós-sináptica apresenta dobras que aumentam a área da fenda sináptica. Esse mecanismo faz com que o neurotransmissor (ACh) fique mais tempo na fenda;

Neurotransmissores:

Os neurotransmissores são substâncias químicas que permitem que os sinal passe de um neurônio para o outra célula. Há diversos grupos de moléculas neurotransmissoras. Abaixo a lista de alguns e seus efeitos:

► Endorfinas

Bloqueio da dor, ação analgésca.

► Serotonina

Regula o humor, sono, atividade sexual, apetite, ritmo circadiano, as funções neuroendócrinas, temperatura corporal, sensibilidade à dor, atividade motora e funções cognitivas. Atualmente vem sendo relacionada aos Transtornos de Humor. A maioria dos medicamentos antidepressivos agem produzindo um aumento desse substância na fenda sináptica.

► GABA

Conhecido como ácido gama-aminobutirico, é o principal neurotransmissor inibitório do SNC. Está envolvido com os processos de ansiedade. Seu efeito ansiolítico seria fruto de alterações provocadas em diversas estruturas do Sistema Límbico. A inibição ou o bloqueio resulta em estimulação intensa, gerando convulsões.

► Dopamina

Neurotransmissor inibitório derivado da tirosina. Produz sensações de satisfação e prazer. Os neurônios dopaminérgicos podem ser divididos em três subgruposcom diferentes funções. O primeiro grupo regula os movimentos: uma deficiência provoca a doença de Parkinson. O segundo grupo, o mesolímbico, funciona na regulação do comportamento emocional. O terceiro grupo, o mesocortical, projeta-se apenas para o córtex pré-frontal. Esta área do córtex está envolvida em várias funções cognitivas, memória, planejamento de comportamento e pensamento abstrato, assim como em aspectos emocionais, especialmente relacionados com o stress. Distúrbios nos dois últimos sistemas estão associados com a esquizofrenia.

► Glutamato

Principal neurotransmissor estimulador do SNC. A sua ativação aumenta a sensibilidade aos estímulos dos outros neurotransmissores.

► Acetilcolina

Neurotransmissor “estrela” da memória e do pensamento. Está particularmente concentrado no hipocampo. Também ajuda a executar muitas funções fora do cérebro. Ex. Ajuda as células nervosas nos músculos a ativar a ação motora.

► Noradrenalina

Torna o cérebro mais alerta. É vital para transferir informações da memória temporária do hipocampo para áreas permanentes no córtex. Quantidade excessiva pode impedir o armazenamento de novas memórias e interferir no raciocínio e nas tomadas de decisões. Ajuda a controlar o sono, porém o excesso gera a insônia. Ajuda a equilibrar os impulsos sexuais (se diminuir o neurotransmissor, diminui o libido). Está envolvida também no SNA.

Recaptação dos neurotransmissores:

Após interagir com os receptores, os neurotransmissores são removidos da fenda, por:

►Transportadores protéicos específicos;

►Glia (Astrócito) ou Glutamato;

►Degradação por enzimas: Ex.: ACo (Acetilcolina) pela ACoE (Acetilcolinesterase)

*Na junção neuromuscular a ininterrupta exposição em alta conc. de ACo conduz a dessensibilização (onde fecham-se os canais iônicos ). Ex. Gases de nervos.

Slides animação

Referências bibliográficas:

MORAES, Alberto Parahyba Quartim de - O Livro do cérebro. Vol 1. São Paulo. SP, Editora Duetto - 2009. Pag 72.

FRANCO S. Norma – Descomplicando as praticas de laboratório de neuroanatomia -2005

Imagens:

Membrana. URL: http://educacao.uol.com.br/planos-de-aula/medio/biologia-membranas-biologicas.htm. Acessado em 8 de agosto de 2013.