Hispanopedia WikiLa inducción de la potenciación a largo plazo (LTP) dependiente del receptor NMDA en las sinapsis químicas del cerebro ocurre a través de un mecanismo bastante sencillo. [ 1 ] [ 2 ] Un aumento sustancial y rápido en la concentración de iones de calcio dentro de la célula postsináptica (o más específicamente, dentro de la espina dendrítica ) es probablemente todo lo que se requiere para inducir la LTP. Sin embargo, el mecanismo de suministro de calcio a la célula postsináptica para inducir la LTP es más complejo.
El papel del receptor AMPA
El receptor AMPA (AMPAR) es el motor que impulsa los potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP). Si bien algunas formas del AMPAR pueden conducir calcio, la mayoría de los AMPAR que se encuentran en la neocorteza no lo hacen. Al unirse a dos moléculas de glutamato , el AMPAR experimenta un cambio conformacional similar a la apertura de una concha. Este cambio conformacional abre un canal iónico dentro de la estructura proteica del AMPAR que permite que los iones de sodio fluyan hacia el interior de la célula y los iones de potasio fluyan hacia el exterior (es decir, es un canal mixto conductor de cationes). Las permeabilidades de Na + y K + del canal AMPAR son aproximadamente iguales, por lo que cuando este canal está abierto, el cambio resultante en el potencial de membrana tiende a cero (un poco más de la mitad entre los potenciales de equilibrio E K y E Na ). Este punto de equilibrio se alcanza alrededor de 0 mV (es decir, el potencial de inversión de la corriente EPSP es aproximadamente 0 mV). Sin embargo, el potencial de membrana postsináptica no cambiará más de unos pocos milivoltios con respecto al potencial de reposo tras una única liberación presináptica de glutamato, debido a que no se abren muchos canales AMPAR. La vida media del glutamato en la hendidura sináptica es demasiado corta para permitir más que una breve apertura del canal AMPAR, lo que provoca solo una pequeña despolarización . A menudo se considera que el canal AMPAR abierto no es permeable al calcio, pero esto es solo una aproximación, ya que los AMPAR con ciertas composiciones de subunidades permiten el paso del calcio, aunque a diferentes niveles y frecuencias que los NMDAR.
Históricamente, el método experimental más utilizado para inducir la LTP ha sido la estimulación tetánica del axón presináptico de una sinapsis o grupo de sinapsis. La frecuencia de este tétano suele ser de 100 Hz y su duración, de 1 s. Un potencial postsináptico excitatorio (EPSP) mediado por receptores AMPA tiene un tiempo de ascenso hasta el pico de aproximadamente 2-5 ms y una duración de aproximadamente 30 ms. Si se estimula una sinapsis a 100 Hz, la neurona presináptica intentará liberar glutamato cada 10 ms. Un EPSP que se produzca tan solo 10 ms después de un EPSP anterior llegará cuando este último alcance su amplitud máxima. Por lo tanto, durante una serie de estímulos a 100 Hz, cada EPSP se suma a la despolarización de la membrana causada por los EPSP anteriores. Esta suma sináptica impulsa el potencial de membrana hacia valores que no podrían alcanzarse con estímulos sinápticos individuales. A medida que se suman los EPSP, superarán el umbral de pico.
El papel del receptor NMDA
En condiciones de potencial de membrana en reposo o cercano al reposo, el receptor NMDA (NMDAR) no contribuye significativamente a la corriente del EPSP. Tras la liberación presináptica del glutamato, que se une al AMPAR y lo abre, el NMDAR también se une a este glutamato y se abre. Sin embargo, la corriente no fluye a través del canal iónico del NMDAR porque este se bloquea instantáneamente por un ion magnesio (Mg²⁺ ) que se une a un sitio "dentro" del poro abierto del canal del NMDAR. El magnesio solo tiene acceso a este sitio de unión cuando el canal del NMDAR se abre por la unión del glutamato, un fenómeno conocido como bloqueo de canal abierto .
Bloqueo de magnesio
Lo que hace que este bloqueo del canal NMDAR por magnesio sea particularmente significativo en términos de inducción de LTP es que el bloqueo depende del voltaje de la membrana. La base de esta dependencia del voltaje es relativamente sencilla. El canal NMDAR es una proteína transmembrana ; es decir, atraviesa la membrana celular. Como tal, también atraviesa el campo eléctrico generado por el potencial de membrana. El sitio de unión del magnesio dentro del canal NMDAR se encuentra físicamente dentro de este campo eléctrico. Los iones de magnesio con doble carga positiva pueden ser afectados por el campo. Cuando la célula está hiperpolarizada, el magnesio se estabiliza dentro del canal (es decir, las dos cargas positivas del ion magnesio son atraídas hacia el polo negativo del campo eléctrico, que apunta hacia el interior de la célula). A medida que la célula se despolariza, el efecto del campo sobre el ion magnesio se debilita y el tiempo de permanencia de los iones de magnesio dentro del canal disminuye. Por lo tanto, la cinética de la reacción de unión entre el magnesio y el canal NMDAR es tal que el magnesio se disocia periódicamente y abandona el canal, para ser reemplazado por otro ion magnesio. Durante el breve lapso en que el magnesio está ausente del canal abierto, otros iones (como el sodio y el calcio) pueden fluir a través de él. Sin embargo, cuando la célula está más hiperpolarizada, el magnesio se estabiliza y abandona el canal con menos frecuencia y durante un período más corto (en promedio). Cuando la célula está menos hiperpolarizada, el magnesio abandona el canal con mayor frecuencia y permanece ausente durante más tiempo (en promedio). Por lo tanto, el bloqueo del canal NMDAR abierto por el magnesio depende del voltaje de la membrana.
Si bien el canal NMDAR en sí mismo muestra poca o ninguna dependencia del voltaje (su curva I/V de canal abierto es más o menos lineal), la dependencia del voltaje del bloqueo de magnesio confiere efectivamente, aunque indirectamente, dependencia del voltaje a este canal. Por lo tanto, en efecto, el canal NMDAR es a la vez un canal regulado por ligando y un canal regulado por voltaje . [ 3 ] Este hecho es fundamental para la función del NMDAR como detector de coincidencia hebbiano . Hablando más estrictamente, la corriente catiónica de entrada (sodio o calcio) a través del NMDAR abierto y no bloqueado disminuye con la despolarización (debido a la disminución de la "fuerza impulsora" electroquímica), pero el desbloqueo dependiente del voltaje parece compensar esta disminución de la fuerza impulsora, por lo que el influjo de calcio en la espina causado por un par de espigas pre y postsinápticas sincronizadas adecuadamente supera significativamente la suma de los influjos debidos a las espigas individuales por sí solas. Esta entrada de calcio adicional, o "no lineal", desencadena el cambio de fuerza.
Referencias
- ↑ Siegelbaum, Steven A.; Kandel, Eric R. (1991-06-01). "Plasticidad sináptica relacionada con el aprendizaje: LTP y LTD". Current Opinion in Neurobiology . 1 (1): 113– 120. doi : 10.1016/0959-4388(91)90018-3 . PMID 1822291 . S2CID 27798921 .
- ↑ Bliss, TVP; Lømo, T. (1973-07-01). "Potenciación de larga duración de la transmisión sináptica en el área dentada del conejo anestesiado tras la estimulación de la vía perforante" . The Journal of Physiology . 232 (2): 331– 356. doi : 10.1113/jphysiol.1973.sp010273 . ISSN 1469-7793 . PMC 1350458. PMID 4727084 .
- ↑ Enabera I. Flatman JA. Lambert JDC (1979). "Las acciones de los aminoácidos excitatorios sobre las motoneuronas en la médula espinal felina" . Journal of Physiology . 288 : 227–261 . PMC 1281424. PMID 224166 .
- Neuroquímica
- Neuroplasticidad