Sinapsis química para niños
Las sinapsis químicas son conexiones especiales entre las neuronas, que son las células de nuestro sistema nervioso. En estas conexiones, las señales se transmiten usando unas moléculas llamadas neurotransmisores. Estas señales pueden ir de una neurona a otra, o de una neurona a otras células, como las de los músculos o las glándulas.
Las sinapsis químicas son muy importantes porque permiten que las neuronas formen circuitos complejos en el sistema nervioso. Son esenciales para procesos como la percepción (cómo vemos y oímos el mundo) y el pensamiento. También permiten que nuestro sistema nervioso se conecte y controle otras partes del cuerpo.
En una sinapsis química, una neurona libera neurotransmisores en un espacio muy pequeño llamado hendidura sináptica. Los neurotransmisores se guardan en pequeños "sacos" llamados vesículas. Cuando llega una señal, estas vesículas liberan los neurotransmisores en la hendidura. Luego, estas moléculas se unen a receptores en la neurona siguiente (la célula postsináptica). Después de hacer su trabajo, los neurotransmisores deben ser eliminados de la sinapsis, ya sea por enzimas que los descomponen o por ser reabsorbidos por la neurona que los liberó.
Se calcula que el encéfalo humano adulto tiene muchísimas sinapsis, ¡entre 100 y 500 billones! Cada milímetro cúbico de la corteza cerebral (la parte externa del cerebro) contiene aproximadamente mil millones de sinapsis.
La palabra "sinapsis" viene del griego "synaptein", que significa "unir" o "abrazar juntos". Fue un término acuñado por Charles Scott Sherrington y sus colegas.
Contenido
- ¿Cómo se Estructuran las Sinapsis Químicas?
- ¿Cómo se Transmite la Señal en una Sinapsis Química?
- Fuerza de la Sinapsis
- Desensibilización del Receptor
- Plasticidad Sináptica
- Integración de Señales Sinápticas
- Transmisión de Volumen
- Diferencia con las Sinapsis Eléctricas
- Efecto de Ciertas Sustancias
- Historia de la Investigación
- Véase también
¿Cómo se Estructuran las Sinapsis Químicas?
Las sinapsis son como "puntos de encuentro" donde las neuronas se comunican entre sí, o donde las neuronas se comunican con otros tipos de células. Una neurona típica puede formar miles de sinapsis, aunque algunas forman menos.
En una sinapsis química, la información siempre viaja en una dirección: de una neurona "presináptica" (la que envía la señal) a una célula "postsináptica" (la que recibe la señal). Por eso, las sinapsis tienen una estructura y una función asimétricas.
La mayoría de las sinapsis conectan los axones (partes largas de las neuronas que transmiten señales) con las dendritas (partes que reciben señales). Pero también hay otras conexiones, como axón a cuerpo celular o axón a otro axón.
Partes Pequeñas de la Sinapsis (Ultraestructura)
Las sinapsis son tan pequeñas que no se pueden ver bien con un microscopio de luz. Solo se ven como puntos donde las membranas de dos células parecen tocarse. Para ver sus detalles, se necesita un microscopio electrónico.
Para entender su estructura, la sinapsis química se divide en tres partes principales:
Parte Presináptica
La parte presináptica es el final del axón de la neurona que envía la señal. En las sinapsis químicas, esta área contiene pequeñas esferas llamadas vesículas sinápticas. Estas vesículas están organizadas en "zonas activas", muy cerca de la membrana de la neurona presináptica.
Las vesículas sinápticas tienen una membrana doble y guardan en su interior las moléculas de neurotransmisores. El botón presináptico también tiene otras estructuras que lo ayudan a funcionar, como mitocondrias (que producen energía) y retículo endoplasmático.
Espacio Sináptico
La hendidura sináptica es un espacio muy estrecho entre la membrana de la neurona presináptica y la membrana de la célula postsináptica. En las sinapsis químicas, mide aproximadamente entre 20 y 30 nanómetros de ancho. Este espacio tan pequeño permite que la concentración de neurotransmisores suba y baje muy rápido.
Parte Postsináptica
Esta parte se encuentra en la célula que recibe la señal, justo al lado del espacio sináptico. Contiene un grupo complejo de proteínas interconectadas llamado "Densidad Postsináptica" (PSD, por sus siglas en inglés).
Las proteínas de la PSD ayudan a mover y anclar los receptores de neurotransmisores, y también a controlar cómo funcionan estos receptores. Los receptores y la PSD suelen encontrarse en unas pequeñas protuberancias de las dendritas llamadas espinas dendríticas.
Cuando se observa con un microscopio electrónico, las sinapsis que son asimétricas suelen tener vesículas redondeadas en la neurona presináptica y una PSD muy visible. Estas sinapsis asimétricas suelen ser excitatorias (es decir, tienden a activar la neurona siguiente). Las sinapsis simétricas, en cambio, tienen vesículas más planas o alargadas y no tienen una PSD tan prominente. Estas sinapsis simétricas suelen ser inhibitorias (es decir, tienden a calmar o detener la actividad de la neurona siguiente).
¿Cómo se Transmite la Señal en una Sinapsis Química?
Aquí te explicamos los pasos de cómo se transmite una señal de una neurona a otra en una sinapsis química. La mayoría de estos pasos ocurren muy rápido, en solo unos pocos cientos de microsegundos en las sinapsis más rápidas.
- El proceso empieza con una señal eléctrica llamada potencial de acción, que viaja por la membrana de la neurona hasta el botón presináptico de la sinapsis.
- Cuando esta señal eléctrica llega a la sinapsis, hace que se abran unos canales especiales que permiten el paso de iones de calcio (Ca2+).
- Los iones de calcio entran rápidamente en la neurona presináptica, aumentando su concentración dentro de ella.
- Esta alta concentración de calcio activa unas proteínas sensibles al calcio que están unidas a las vesículas sinápticas. Estas vesículas contienen los neurotransmisores.
- Las proteínas cambian de forma, haciendo que las membranas de algunas vesículas se unan con la membrana de la neurona presináptica. Esto abre las vesículas y libera su contenido de neurotransmisores en la hendidura sináptica, el pequeño espacio entre las neuronas.
- Los neurotransmisores se esparcen por el espacio sináptico. Algunas de estas moléculas se unen a receptores especiales en la membrana de la célula postsináptica.
- Cuando un neurotransmisor se une a un receptor, el receptor se activa. Esta activación es el paso clave que cambia el comportamiento de la célula postsináptica.
- Debido al movimiento natural de las moléculas, los neurotransmisores finalmente se sueltan de los receptores y se alejan.
- Finalmente, el neurotransmisor es reabsorbido por la neurona presináptica para ser usado de nuevo, o es descompuesto por enzimas para terminar su acción.
Liberación de Neurotransmisores
La liberación de un neurotransmisor ocurre cuando llega un impulso nervioso (el potencial de acción). Este es un proceso muy rápido. Dentro del terminal nervioso (el botón sináptico), las vesículas con neurotransmisores están cerca de la membrana presináptica.
El conjunto de proteínas que ayuda a que las vesículas se unan y liberen su contenido se llama "Zona activa". Cuando llega el potencial de acción, provoca la entrada de iones de calcio (Ca2+) a través de canales especiales. Estos iones de calcio se unen a unas proteínas llamadas sinaptotagmina en la membrana de las vesículas sinápticas, permitiendo que las vesículas se fusionen con la membrana presináptica. La membrana que se añade por esta fusión se recupera después y se recicla para formar nuevas vesículas.
Unión a los Receptores
Los receptores en la célula postsináptica se unen a las moléculas de neurotransmisores. Los receptores pueden responder de dos maneras principales:
La primera forma es que los receptores pueden abrir directamente canales iónicos en la membrana postsináptica. Esto permite que los iones entren o salgan de la célula, cambiando el voltaje local de la membrana. Este cambio de voltaje se llama potencial postsináptico. Si el cambio hace que la neurona sea más fácil de activar, es excitatorio. Si la hace más difícil de activar, es inhibitorio. Si una sinapsis es excitatoria o inhibitoria depende del tipo de canales iónicos que se abran, lo cual a su vez depende del tipo de receptores y neurotransmisores.
La segunda forma en que un receptor puede afectar la neurona es modulando la producción de mensajeros químicos dentro de la neurona postsináptica. Estos "segundos mensajeros" pueden amplificar la respuesta excitatoria o inhibitoria a los neurotransmisores.
Terminación de la Señal
Después de que un neurotransmisor se une a un receptor, debe ser eliminado para que la neurona postsináptica pueda recibir nuevas señales. Esto puede ocurrir de varias maneras:
- El neurotransmisor puede simplemente alejarse del receptor y del espacio sináptico debido al movimiento de las moléculas. Luego puede ser descompuesto o reabsorbido.
- Enzimas especiales en la membrana postsináptica pueden inactivar o descomponer el neurotransmisor.
- Unas "bombas" especiales pueden bombear activamente el neurotransmisor de vuelta al terminal presináptico para que sea reprocesado y liberado de nuevo más tarde.
Fuerza de la Sinapsis
La fuerza de una sinapsis se refiere a qué tan fuerte es la señal que se transmite. Esta fuerza puede cambiar. Por ejemplo, puede ser modulada por otras sustancias o cambiar debido a la actividad anterior. Los cambios en la fuerza sináptica pueden ser de corta duración (segundos a minutos) o de larga duración (horas). Se cree que el aprendizaje y la memoria son el resultado de cambios a largo plazo en la fuerza sináptica, un proceso conocido como plasticidad sináptica.
Desensibilización del Receptor
La desensibilización de los receptores postsinápticos significa que la respuesta a la misma señal de neurotransmisor disminuye con el tiempo. Esto quiere decir que la fuerza de una sinapsis puede disminuir si llegan muchas señales muy rápido. El sistema nervioso usa esta propiedad para sus cálculos y puede ajustar sus sinapsis.
Plasticidad Sináptica
La forma en que se transmiten las señales en una sinapsis puede cambiar debido a la actividad anterior. Estos cambios se llaman plasticidad sináptica. Pueden hacer que la sinapsis sea menos efectiva (depresión) o más efectiva (potenciación). Estos cambios pueden ser a corto o largo plazo. Ejemplos de plasticidad a corto plazo incluyen la fatiga sináptica, y de largo plazo, la potenciación a largo plazo. La plasticidad sináptica puede ocurrir en una sola sinapsis (homosináptica) o en varias sinapsis (heterosináptica).
Plasticidad Homosináptica
La plasticidad homosináptica es un cambio en la fuerza de una sinapsis específica que ocurre debido a la actividad previa de esa misma sinapsis. Esto puede deberse a cambios en el calcio presináptico o a la retroalimentación en los receptores presinápticos. Puede afectar cuántas vesículas se liberan o la relación entre el calcio y la liberación de vesículas. También puede ocurrir en la parte postsináptica. Puede aumentar o disminuir la fuerza de la sinapsis.
Un ejemplo es el de las neuronas del sistema nervioso simpático, que liberan noradrenalina. Esta sustancia no solo afecta a los receptores postsinápticos, sino también a los receptores presinápticos, lo que inhibe la liberación de más noradrenalina.
Plasticidad Heterosináptica
La plasticidad heterosináptica es un cambio en la fuerza de una sinapsis que ocurre debido a la actividad de otras neuronas. Al igual que la homosináptica, puede alterar el número de vesículas, su tasa de reposición o la relación entre el calcio y la liberación de vesículas. También puede afectar directamente la entrada de calcio o la sensibilidad del receptor en la parte postsináptica. Un ejemplo es cuando las neuronas del sistema nervioso simpático liberan noradrenalina, lo que también puede tener un efecto inhibitorio en las terminales presinápticas de las neuronas del sistema nervioso parasimpático.
Integración de Señales Sinápticas
En general, si una sinapsis excitatoria es lo suficientemente fuerte, una señal en la neurona presináptica puede activar una señal en la célula postsináptica. Sin embargo, muchas veces, la señal excitatoria (llamada EPSP) no es suficiente por sí sola para activar la neurona. Cuando las señales de varias neuronas presinápticas llegan al mismo tiempo, o si una sola neurona envía señales muy rápido, los EPSP pueden sumarse. Si se suman suficientes EPSP, la señal combinada puede ser lo bastante fuerte para activar la neurona. Este proceso se llama suma.
Por otro lado, una neurona presináptica que libera un neurotransmisor inhibidor, como el GABA, puede causar una señal inhibitoria (llamada IPSP) en la neurona postsináptica. Esto hace que sea más difícil para la neurona activarse. Si un IPSP se superpone con un EPSP, el IPSP puede, en muchos casos, evitar que la neurona se active. De esta manera, la actividad de una neurona puede depender de las señales de muchas neuronas diferentes, cada una con un grado de influencia distinto, según la fuerza y el tipo de sinapsis. John Carew Eccles hizo experimentos importantes sobre cómo se integran las señales sinápticas, por lo que recibió el Premio Nobel en 1963.
Transmisión de Volumen
Cuando un neurotransmisor se libera en una sinapsis, su concentración es más alta en el estrecho espacio de la hendidura sináptica. Pero una parte de él puede difundirse y alejarse antes de ser reabsorbido o descompuesto. La actividad de un neurotransmisor fuera de la sinapsis se conoce como transmisión de volumen. Se sabe que esto ocurre, pero su importancia funcional ha sido un tema de debate.
Estudios recientes sugieren que la transmisión de volumen podría ser la forma principal de comunicación para algunos tipos específicos de neuronas. Por ejemplo, en la corteza cerebral de los mamíferos, un tipo de neuronas llamadas células neurogliaformes pueden inhibir otras neuronas cercanas liberando el neurotransmisor GABA en el espacio fuera de las células. Aproximadamente el 78% de las terminaciones de las células neurogliaformes no forman sinapsis clásicas. Esto podría ser un ejemplo de neuronas que se comunican químicamente sin tener sinapsis clásicas.
Diferencia con las Sinapsis Eléctricas
Una sinapsis eléctrica es una conexión que conduce electricidad directamente entre dos neuronas que están muy cerca, en un espacio llamado unión de hendidura. En estas uniones, las células están a unos 3.5 nanómetros de distancia, mucho más cerca que los 20 a 40 nanómetros de las sinapsis químicas. A diferencia de las sinapsis químicas, en las sinapsis eléctricas la señal no es causada por neurotransmisores, sino por una conexión eléctrica directa entre las neuronas. Las sinapsis eléctricas son más rápidas que las químicas. Se encuentran en varias partes del sistema nervioso, como la retina, el tálamo, la corteza cerebral y el hipocampo. Mientras que las sinapsis químicas pueden ser excitatorias o inhibitorias, las eléctricas suelen encontrarse entre neuronas inhibitorias más pequeñas. Pueden existir entre dos axones, dos dendritas, o entre un axón y una dendrita.
Efecto de Ciertas Sustancias
Las sinapsis químicas son un lugar importante donde actúan muchas sustancias que afectan el cerebro. Ciertas sustancias pueden tener diferentes efectos en la función sináptica, y a menudo se dirigen a sinapsis que usan un neurotransmisor específico. Por ejemplo, el curare es un veneno que impide que la acetilcolina active la membrana postsináptica, lo que causa parálisis. La estricnina bloquea los efectos inhibitorios del neurotransmisor glicina, lo que hace que el cuerpo reaccione a estímulos que normalmente ignoraría, causando espasmos musculares. Algunas sustancias pueden actuar sobre sinapsis que usan neurotransmisores como las endorfinas, o aumentar los efectos inhibitorios del neurotransmisor GABA. Otras pueden interferir con las sinapsis que usan el neurotransmisor serotonina, o bloquear la reabsorción de dopamina, aumentando sus efectos.
Historia de la Investigación
En la década de 1950, Bernard Katz y Paul Fatt observaron pequeñas corrientes sinápticas espontáneas en la unión entre un nervio y un músculo de rana. Basándose en estas observaciones, desarrollaron la "hipótesis cuántica", que es la base de nuestra comprensión actual de cómo se liberan los neurotransmisores. Por esto, recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1970. A finales de los años 60, Ricardo Miledi y Katz propusieron que la entrada de iones de calcio es lo que desencadena la liberación de neurotransmisores.
Véase también
En inglés: Chemical synapse Facts for Kids
- Neuropilo
- Sinapsis colinérgica
- Botón sináptico
- Porosoma
