Tema 2. NEUROBIOLOGÍA CELULAR

1. Células del Sistema Nervioso1.1. NeuronaHay en torno a 100 millones de neuronas en un cerebro adulto. Estas establecen miles de contactos (alrededor de 100 billones de sinapsis o contactos nerviosos diferentes). Cada neurona comunica con una gran multitud de neuronas diferentes. Son las células más especializadas del SN y se encargan de la comunicación en éste. Son las encargadas de recibir y transmitir información, además de procesar información (más importante). Para llevar a cabo estas tres funciones, en las neuronas se producen una serie de cambios bioquímicos y bioeléctricos que requieren un gran coste energético (el cerebro es el mayor consumidor de glucosa y oxígeno).

NeuroglíaDurante mucho tiempo fueron consideradas células del SN no especializadas y se encargan del mantenimiento del medio interno. Entre las principales funciones se encontrarían: la función estructural que es el soporte o sostén de la neurona y la función de almacenamiento de sustancias nutritivas que reciben de los vasos sanguíneos y transfiere a las neuronas. Otra función más conocida es que pueden servir como guías para las neuronas o células en desarrollo. Mantiene el medio electroquímico y eliminan sustancias de desecho.

Estructura de la neuronaCuerpo celular o soma y neuritas (prolongaciones del soma) que se dividen en dendritas y axón. Las dendritas se encargarán de recibir la información. Esa información se transmite al soma. La información se procesa y será enviada a través del axón a otra neurona. Axón y dendritas = fibras nerviosas.

1.2 Tipos de neuronas

En función de la de la forma:

1

Láminas 2.1, 2.2, 2.3, 2.6, 7.5 y 7.6

Neuronas monoporales cuyo soma es redondeado del cual emerge una única neurita, corta y gruesa, que se ramifica en la proximidad del soma y se divide en dos ramas diferentes. Se encuentra fundamentalmente en los ganglios sensoriales (en la raíz posterior de la médula espinal). Una que va hacia los receptores sensoriales periféricos y otra que va a la médula espinal.

Neuronas bipolares tiene un cuerpo o soma ovalado o redondeado y de cada uno de los extremos del soma emerge una neurita. Se localizan en el sistema sensorial (retina, sistema vestibular y auditivo, y olfatorio)

Neuronas multipolares tienen múltiples neuritas. El soma puede adoptar diferentes formas (por lo general poligonales), del cual emergen multitud de dendritas. Y tiene un único axón. Son las más abundantes del SN.

En función del tamaño:

GOLGI TIPO I (neuronas muy largas):a) Piramidales se localiza en la corteza cerebral con forma de pirámide.b) Motoras son las que pueden ser más larga y llega a la médula espinal.c) Purkinje muy largas pero no tanto como motoras y se localiza en el

cerebelo. GOLGI TIPO II (las más cortas del cerebro):

a) Estrelladab) Granulares

1.3 Estructura de la neurona

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Muy abundantes y se localizan en la corteza cerebral y corteza cerebelosa.

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La neurona es recubierta por una membrana celular (membrana plasmática) que separa el medio interno del externo. En el interior del soma se encuentra el citoplasma1. Dentro del citoplasma se encuentra el núcleo de la neurona y gránulos. En el núcleo se encuentran los cromosomas y los genes2. Aquí es donde se produce la copia de los genes. En el soma es donde se encuentra el mayor número de mitocondrias (energía). El núcleo es redondeado, esférico, situado en la zona central del soma. También tiene incluido un único nucléolo que se encarga de la síntesis de ARN (fundamental para la síntesis de proteínas 3). El centro ejecutivo es el núcleo del soma: sus principales funciones son almacenar los genes y los proyectos que se tienen que ejecutar. También lee los genes, sintetiza ARN mensajero y una vez sintetizado pasa a la sustancia de Nissl. Aquí va a sintetizarse los aminoácidos que darán lugar a las proteínas. La Nissl son gránulos y se distribuye en el citoplasma del soma de la neurona. Forma parte del retículo endoplasmático rugoso. En caso de lesión o fatiga celular, la sustancia Nissl se pega a la membrana plasmática4 (fenómeno de cromatolisis). Tras la sintetización a proteína, pasa al cuerpo o aparato de Golgi5. Sus funciones son:

Almacena las proteínas de forma transitoria. En cada cisterna, las proteínas pueden sufrir una reacción enzimática distinta. Sintetiza lisosomas (contienen vesículas enzimas que degradan los desechos). Sintetiza vesículas sinápticas6.

Hay otros orgánulos como los microtúbulos, microfilamentos y neurofibrillas: soporte para mantener la forma de la neurona y facilitar el transporte a través de la neurona.

Membrana plasmática

1 Se encuentran una serie de orgánulos que ayudan a crear sustancias que se usan para el funcionamiento de la neurona.2 Contenidos en los cromosomas.3 Para llevar a cabo las neuronas su funcionamiento.4 Parece como si hubiera desaparecido.5 Cisternas aplanadas formadas por retículos endoplasmático liso.6 Contienen al neurotrasmisor para que no sea degradada por enzimas.

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Aísla y sirve de comunicación con el medio exterior de la neurona. Lugar de iniciación y conducción del impulso nervioso. Se pueden diferenciar tres bandas: dos oscuras y una más ancha de color claro. Es una membrana bilipílica7. Los lípidos están formados por una cabeza y dos colas (cadena lipílica). Las cabezas (grosor = 2.5 nanómetros) son hidrofílicas y las colas (grosor = 3 nanómetros) hidrofóbicas. Su grosor total es de 8 nanómetros. Es una capa semipermeable gracias a que es atravesada por una serie de proteínas que hacen de compuerta de entrada.

Proteínas de membrana

1. Estructurales dan forma o hacen de sostén de la membrana plasmática.2. Enzimas median reacciones químicas para crear o destruir.3. Canales iónicos puerta de entrada. Permite entrar iones del exterior al interior y

viceversa. Pueden ser canales de acceso controlado por: Ligandos asociado a un ligando, que es una proteína que puede abrir o

cerrar el canal. Si la proteína se activa abre el canal y si no se activa o se inhibe se cierra.

Voltaje dependen de la concentración interior y exterior de iones.4. Receptores hay dos tipos:

Ionotrópicos receptores acoplados a un canal iónico. Metabotrópicos se activan y no están acoplados a un canal. Al llegar un

neurotransmisor se activan unas enzimas, abriéndose y dejando pasar unos iones al canal.

5. Bombas de transporte transporte activo y necesita un gasto de energía.

7 Dos capas de lípidos enfrentadas entre sí.5

Principales estructuras en el cuerpo de una célula nerviosaEstructura Forma Aspecto Localización FunciónNúcleo Grande, redondeado Pálido, cromatina

ampliamente espactida; nucléolo prominente único; cuerpo de Barr presente en la mujer

Ubicación central; desplazado hacia la periferia en caso de lesión celular

Controla la actividad celular

Orgánulos citoplasmáticosSustancia de Nissl Gránulos de retículo

endoplasmático rugosoCisternas anchas; los ribosomas son basófilos

En todo el citoplasma la parte proximal de las dendritas; ausente en el cono axónico y el axón; la fatiga y la lesión producen concentración en la periferia

Sintetiza proteínas

Aparato de Golgi Hebras onduladas; grupos de cisternas aplanadas y vesículas pequeñas

Retrículo endoplasmático liso Cerca del núcleo Agrega hidratos de carbono a las moléculas proteicas; almacena productos para el transporte hasta las terminaciones nerviosas; forma las membranas celulares

Mitocondrias Esféricas, con forma de bastón

Doble membrana con crestas Dispersas Forman energía química

Neurofibrillas Fibrillas lineales Discurren paralelas entre sí; están compuestas por haces de microfilamentos, cada uno de 10 nm de diámetro

Discurren desde las dendritas a través del cuerpo celular hasta el axón

Determinan la forma de la neurona

Microfilamentos Fibrillas lineales finas Filamentos de 3-5 nm de diámetro

Forman una red densa por debajo de la membrana plasmática

Desempeñan un papel en la formación y en la retracción de las prolongaciones celulares y en el transporte celular

Microtúbulos Tubos lineales Discurren entre las neurofibrillas, 25 nm de diámetro

Discurren desde las dendritas a través del cuerpo celular hasta el axón

Transporte celular

Lisosomas Vesículas 8 nm de diámetro; tres formas: primarios, secundarios y cuerpos residuales

En toda la célula “Basureros” de la célula

1.4 Prolongaciones de las neuronas

Dendritas prolongaciones que emergen del soma. La parte más proximal son gruesas y conforme se alejan se van ramificando. La forma más distal son mucho más finas. Se forman unos abultamientos (espiras dendríticas). Sirven para incrementar la superficie de contacto. Su citoplasma es similar al del soma: sustancia Nissl, mitocondrias, microtúbulos, microfilamentos, COMPLETAR POWER POINT

Axón Emerge del soma a través del cono axónico8. Su citoplasma es muy diferente al del soma y se llama axoplasma: no contiene sustancia Nissl, ni aparato de Golgi, ni ribosomas. La supervivencia del axón depende del transporte de sustancias desde los cuerpos celulares. A su membrana se le conoce como axolema.

1.5. Transporte en la neurona

8 No confundir con el cono de crecimiento.6

Anterógrado (soma-axón) rápido (500 mm/día). Neurotransmisores o vesículas sinápticas que contienen neurotransmisores. Mediado por una proteína transportadora (cinesina). Recogen la sustancia a transportar y avanza a través de los microtúbulos como un gusano. También existe un transporte lento (1 mm/día) encargado de llevar proteínas más pesadas.

Retrógrado (axón-soma) rápido (200-250 mm/día). Ejemplos: la proteína transportadora (dineína) recupera la vesícula tras liberar neurotransmisores hacia el soma. Virus de la rabia: tras la mordedura, el virus pasa al tejido muscular donde hay terminales axónicas que captan esa información vírica. De estas terminales, es transportada al soma, replicándose el virus. Se libera al exterior y captado por otras neuronas. El virus se va difundiendo de forma retrógrada.

Sinapsis (comunicación entre neuronas)

Ejemplo de sinapsis química: para que se produzca es necesario que tengamos una neurona que quiere decir algo (presináptica) y otra neurona quiera captar el mensaje (postsináptica). Entre ambas neuronas existe el espacio sináptico o hendidura sináptica (donde se da comunicación entre las dos neuronas).

Tipos de sinapsis químicas:

Axodendríticas pre- envía mensaje por el axón y post- lo capta por la dendrita. Axosomática pre- envía mensaje por el axón y la post- lo capta por el soma. Axoaxónica pre- envía mensaje por el axón y la post- lo capta por el axón.

2. Células de la neuroglia

Diferencias con la neurona: no propagan potencial de acción; sus prolongaciones no están especializadas para recibir y transmitir señales eléctricas; proporcionan el soporte estructural a las neuronas y mantienen el ambiente adecuado (facilita comunicación entre neuronas). Sus células provienen del neuroectodermo (astrocitos y oligodendrocitos) y del mesodermo (microglía).

Tipos de células neurogliales del SNC

1. Astrocitos funciones: marco de sostén (envuelve a la neurona); aislantes eléctricos; envuelven las sinapsis protegiendo la comunicación de las neuronas; absorben exceso de iones de potasio; limitan el exceso de neurotransmisores –captándolo-; almacena glucógeno [que se libera en forma de ___] que puede ser recuperado por la neurona y convertirlo en glucosa; función fagocítica (se alimenta de desechos en caso de lesión neuronal); ocupan el lugar de neuronas muertas (proliferan), formando una cicatriz glial; producen sustancias tróficas que facilitan el crecimiento de la neurona y en el caso de neuronas en desarrollo, actúan como guías. Envuelven los capilares cerebrales (los capilares sanguíneos están cubiertos de pies de astrocitos –pies perivasculares-). Tipos de astrocitos:

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Fibrosos pequeños cuerpos celulares; prolongaciones delgadas y larga, y con muchos filamentos citoplasmáticos; pies perivasculares. Se encuentran en la sustancia blanca (que son las fibras).

Protoplasmáticos pequeños cuerpos celulares; prolongaciones gruesas y cortas, muchas ramas con algunos filamentos citoplasmáticos; pies perivasculares. Se encuentran en la sustancia gris.

2. Oligodendrocitos forman la mielina en los axones del SNC. Cada uno tendrá diferentes prolongaciones que van a formar vainas de mielina en varias neuronas a la vez.

3. Microglía las más pequeñas. Dispersas por todo el SNC. Permanecen inactivas hasta que ocurra una lesión cerebral (activándose y fagotiza los elementos de desechos originados por la lesión cerebral).

4. Epéndimo se encuentran en el sistema ventricular y pueden ser ependimocitos, tanicitos y células epiteliales coroideas. Segregan, absorben y transportan líquidocefaloraquídeo.

Células de soporte del SNP Células satélite (parecidas a los astrocitos del SNC): rodean con somas de las

neuronas de los ganglios sensitivos y autónomos. Células Schwann : envuelven a los axones en los nervios periféricos y forman la vaina

de mielina (parecidas en función a los oligodendrocitos del SNC).Se sienten muy atraídas por los axones de la neurona. Cada célula envuelve un segmento del axón (de los nervios periféricos) formando una vaina de mielina.

Diferencias de las neuroglias del SNC y SNP Regeneración : En SNP es complicado pero posible. Las células de Schwann sueltan

factores de crecimiento y moléculas de adhesión que ayuda a la regeneración. Una neurona del SNC en el SNP si se regenera (es por el medio que le rodea –neuroglía-). En SNC casi inexistente. Las células neuroglia impiden la regeneración. Los astrocitos liberan factores que inhiben el crecimiento. Forman cicatriz gliar que hace de barrera de crecimiento de los axones.

Tipo de mielina : son diferentes en cuanto a composición y en SNC es atacada por esclerosis múltiples, mientras que en SNP no.

Oligodendrocitos mielinizan varios axones a la vez, mientras que las células de Schwann forman un segmento de mielina de un único axón.

3. Degeneración y regeneración en el SNCuando se produce una lesión en una neurona, se producen unos procesos de degeneración que pueden implicar al axón de la neurona o incluso afectan al soma de la neurona (lo normal es que la neurona muera e incluso afecta a otras conectadas).

Tipo de degeneración en SNC1. Axotomía lesión o corte en un axón de neurona. Puede dar lugar a varios tipos de

degeneración:

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Anterógrada o walleriana cuando se degenera la parte más distal de la neurona (desde el corte hasta los botones terminales).

Retrógrada una vez anterógrada se puede degenerar la parte más proximal. La degeneración es más lenta por que existen nutrientes en el soma.

2. Cromatolisis degeneración que afecta al soma. Hinchazón de la neurona, se llena de líquido. La sustancia de Nissl se pega a la membrana de la neurona y el núcleo se desplaza hacia la periferia de la neurona. Posteriormente muere. Además, puede ocurrir la degeneración transversal: muerte de neuronas cercanas que establecían sinapsis con ella.

Tipo de regeneración en SNP en axones dañados1. Si hay lesión débil en axones (aplastamiento), los axones regeneran y vuelven a

contactar con su destino sin problemas.2. Si una sección o corte en el axón, pero los extremos del axón lesionado están

ligeramente separados (no muy lejos). Las células de Schawann van a liberar factores de crecimiento y moléculas de adhesión que van a permitir que el axón se regenere, pero no es fácil. Lo que ocurre la mayoría de las veces es que regenera pero van hacia lugares equivocados.

3. Si hay una separación muy grande entre segmentos seccionados, no se produce una regeneración funcional, sino que crecen de manera enmarañada (no establece conexiones).

En el SNC y SNP más que hablar de regeneración hablamos de reorganización: el crecimiento de nuevos brotes axónicos de neuronas funcionales (neuronas no lesionados) cercanas a la neurona muerta.

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