BIOQUÍMICA - Potencial, sinapse e síntese de neurotransmissores

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BIOQUÍMICA – ATP E POTENCIAL 
TRANSMEMBRÂNICO EM 
NEURÔNIOS 
Adriely Panetto – 82A 
PROPRIEDADES DA MEMBRANA 
NEURONAL 
Bicamada lipídica. 
Forma barreira para proteínas e íons do fluido intra e 
extracelular. 
Seletivamente permeável (Na, K, Cl) de maneira 
variável, de acordo com uma gradiente de 
concentração. 
A diferença de potencial é responsável pelo potencial 
de repouso da membrana. 
POTENCIAL DE REPOUSO EM NEURÔNIOS 
No estado de repouso, um gradiente elétrico é 
mantido através da membrana neuronal criando um 
potencial de repouso na membrana. 
Neurônios têm um potencial de repouso de -70 mV. 
No repouso, os íons entram e saem por meio de 
canais de vazamento permanentemente abertos 
(poros). O gradiente de concentração é mantido pela 
bomba Na+/K+. 
Canais de sódio e canais de potássio dependentes de 
voltagem ficam fechados no repouso. 
Alta permeabilidade ao K+ e pouco permeável ao Na+. 
Impermeável a íons intracelulares. 
Presença de trocador Na+/K+ ATPase que bombeia 3 
Na+ pra fora e joga 2K+ pra dentro. Contém uma 
enzima de membrana que requer Na+ e K+ para 
catalisar a hidrólise de ATP (Na+/K+ -ATPase). O ATP é 
necessário para gerar a força de transporte da bomba 
(trocador). 
O gradiente químico direciona os íons Na+ e o Ca2+ 
para dentro produzindo despolarização e o K+ para 
fora produzindo hiperpolarização. Além de 
direcionarem o Cl- para fora, produzindo 
despolarização. 
K+ tendência a sair da célula na direção do seu 
gradiente de concentração. 
A mudança de conformação dos canais de voltagem 
dependente abre o canal quando a diferença de 
potencial elétrico através da membrana decresce 
(menos negativo em relação ao valor basal). 
A geração de um impulso potencial em um neurônio 
requer a inicialização de um evento que irá afetar a 
despolarização da membrana de forma que ela atinja 
aproximadamente +20 a +30mV. 
Para atingir um potencial de +20 a +30 mV os canais 
de Na se abrem e permitem o influxo de Na para 
reverter a polaridade da membrana de 90mV a 
100mV. 
Etapas do potencial de ação: 
 Repouso 
 Despolarização 
 Repolarização 
 Hiperpolarização 
 Repouso 
Neurotransmissores: pequenas moléculas ou 
peptídeos possuem mecanismos e locais de síntese 
diferentes. 
Quando Na+ diminui seu gradiente de concentração 
nos neurônios através dos canais de voltagem. 
Isto é acompanhado pelo movimento de K+ para fora 
da célula. ATPase restaura o potencial de repouso. 
Um impulso elétrico é gerado e propagado para baixo 
no axonio por um processo de despolarização de 
canais de voltagem através dos quais Na+ entra na 
célula. 
A despolarização localizada causa mudança 
conformacional na vizinhança → os canais abrem 
momentaneamente → permite o processo prosseguir 
ao longo do axônio. 
A polarização e despolarização progressiva ao longo 
do axônio permite o impulso ser propagado sem 
diminuir sua amplitude. 
A transmissão do impulso elétrico é um processo 
contínuo no tecido nervoso e é a energia do ATP 
gerado no metabolismo da glicose que mantém o 
sistema operando. 
 
INTERAÇÃO NEURÔNIO-NEURÔNIO 
 Neurônios interagem entre si via sinapse elétrica ou 
química. 
SINAPSE ELÉTRICA 
É formada no espaço entre o neurônio pré-sináptico e 
o pós-sináptico (junta). 
Coexistem com as sinapses químicas. 
O transporte das cargas é feito por meio de proteínas 
de membrana (canais iônicos). 
 
Com a vinda do impulso elétrico, a despolarização 
causa abertura de canais de Cálcio, causando influxo 
de íons Ca++. 
SINAPSE QUÍMICA 
Existem dois tipos de sinapse química: 
1- O neurotransmissor é liberado na fenda 
sináptica → liga-se diretamente a um canal de 
íons → causa sua “abertura” ou “fechamento” 
por mudança conformacional; 
2- O neurotransmissor liga-se a um receptor que 
libera ou leva a geração de um segundo 
mensageiro → poderá reagir com um canal de 
íons → levando este se abrir ou fechar. 
Obs.: Há casos que a proteína de membrana é um 
receptor que perpassa 7 vezes a membrana e está 
acoplado a proteína G (metabotrópico). 
 
Etapas da sinapse química 
1. Síntese do neurotransmissor; 
2. Estocagem do neurotransmissor; 
3. Liberação do neurotransmissor; 
4. Ativação de receptores pós-sinápticos dos 
neurotransmissores; 
5. Inativação de neurotransmissores. 
Todos esses estágios, ao final, precisam parar. Isso 
ocorre na etapa 5, com a sensibilização do 
neurotransmissor(inativação). 
Há vários tipos de neurônios que podem produzir 
proporções e quantidades diferentes de vários 
neurotransmissores. Ex.: glutametérgicos, colinérgicos 
etc. 
Propriedades funcionais dos receptores 
químicos 
1. Encontram-se no terminal axonal pré-sináptico 
estocadas em vesículas; 
2. As enzimas necessárias a sua síntese estão 
presentes no neurônio pré-sináptico; 
3. A estimulação sob condições fisiológicas resultam 
em sua liberação; 
4. Existência de mecanismo para o término de sua 
ação na fenda sináptica. 
SÍNTESE DE NEUROTRANSMISSORES 
Mais de 100 substâncias neurotransmissoras são 
sintetizadas. Essas substâncias são divididas em três 
categorias: 
 Aminas biogênicas 
 Aminoácidos 
 Peptídeos (ex: substância P) 
Exemplos de neurotransmissores: 
 1. Excitatórios: acetilcolina, aspartato, 
dopamina, histamina, norepinefrina, 
epinefrina, glutamato, serotonina. Todas elas 
apresentam nitrogênio em sua estrutura. 
 
 2. Inibitórios: GABA e glicina. 
Classe de moléculas neurotransmissoras 
1. Moléculas pequenas: acetilcolina, aminas 
biogênicas, dopamina, norepinefrina, epinefrina, 
serotonina e histamina. 
2. Aminoácidos: GABA, glutamato e glicina. 
3. Peptídeos: muitos 
4. Não convencionais: óxido nítrico, monóxido de 
carbono, fatores de crescimento. 
Síntese de pequenas moléculas 
neurotransmissoras 
São sintetizadas em qualquer parte do neurônio: no 
citoplasma próximo ao núcleo ou no axônio próximo 
ao terminal sináptico. 
 
Síntese de acetilcolina 
 
A síntese de acetilcolina ocorre dentro do terminal 
nervoso e é catalisada pela enzima colina 
acetiltransferase. 
A acetilcolina é sintetizada a partir de colina e acetato, 
e é encontrada em vários pontos do SNC e Periférico e 
em todas as junções neuromusculares. 
Síntese serotonina 
A serotonina é sintetizada a partir do triptofano. 
Sofre hidroxilação (Triptofano à 5- Hidroxitriptofano), 
com a reação catalisada pela enzima Triptofano 
Hidroxilase. Depois, sofre descarboxilação (5- 
Hidroxitriptofano à Serotonina), catalisada pela 
enzima Hidroxitriptofano Descarboxilase. 
Essa serotonina é sintetizada no SNC e nas células 
cromafins. 
 
Síntese de catecolaminas 
As catecolaminas são sintetizadas a partir da tirosina. 
Primeiro ocorre hidroxilação: tirosina → DOPA 
(catalisada pela enzima Tirosina Hidroxilase). Depois 
ocorre a descarboxilação: DOPA → dopamina 
(catalisada pela enzima DOPA Descarboxilase). 
Obs.: Nas células que usam dopamina como 
neurotransmissor, a reação para nesta etapa. 
Depois a dopamina sofre uma nova hidroxilação: 
dopamina → norepinefrina, água e desidroascorbato 
(catalisada pela enzima Dopamina β-Hidroxilase). Esta 
reação é irreversível. 
Finalmente, ocorre uma metilação: norepinefrina → 
epinefrina e S-adenosil homocisteina (catalisada pela 
enzima Feniletanolamina N-metiltransferase). 
 
Síntese de peptídeos neurotransmissores 
Ocorre no corpo da célula e exige transcrição gênica 
(no núcleo) e translação (no ribossomo). 
 O neuropeptídio é processado no reticulo 
endoplasmático → enovelado (conformação) no 
aparelho de Golgi → estocado em vesículas no 
terminal axonal → liberado na fenda sináptica. 
Vários peptídeos são derivados do peptídeo pre-
opiomelanocortina (POMC). 
Os neuropeptídios são responsáveis por mediarem 
respostas sensoriais e emocionais (fome, sede, desejo 
sexual, prazer e dor). 
ESTOCAGEM DE NEUROTRANSMISSORES 
Ocorreem vesículas no terminal pré-sináptico. 
1. Vesículas sinápticas (VS) pequenas: estão livres ou 
ligadas a proteínas do citoesqueleto (actina). 
2. Vesículas sinápticas (VS) grandes: contem 
pequenas moléculas neurotransmissoras, peptídeos e 
enzimas (algumas também contem enzimas para 
sintetizar norepinefrina a partir da dopamina). 
Biogênese das vesículas sinápticas 
Diverge da secreção constitutiva. 
As proteínas constituintes da membrana vesicular 
sináptica são sintetizadas no Retículo Endoplasmático 
Granular (REG) e carreadas em vesículas do Complexo 
de Golgi para o terminal pré-sináptico, mediante 
proteínas motoras (cinesina e dineína citoplasmática) 
ao longo de microtúbulos ou miosinas ao longo de 
filamentos de actina. 
LIBERAÇÃO DE NEUROTRANSMISSORES 
1. Entrada de cálcio (via canal de voltagem); 
2. Mobilização das vesículas sinápticas; 
3. Ligação das vesículas a membrana, fusão e 
exocitose; 
4. Reciclagem das vesículas. 
Mobilização de vesículas sinápticas: O potencial de 
ação no nervo pré-sináptico abre o canal de voltagem 
de Ca2+, permitindo a entrada de Ca2+ no citoplasma. 
Quando Ca2+ entra, ativa Ca2+ -CaMquinases I e II. Esta 
última fosforila a proteína regulatória Sinapsina. Isto 
previne que as vesículas sinápticas se liguem a 
proteínas do citoesqueleto, resultando em um 
aumento da quantidade de vesículas livres. 
A calmodulina (proteína do citoesqueleto) pode se 
ligar a Sinapsina e impedir competitivamente sua 
interação com a Actina. 
As vesículas entram na zona ativa no terminal pré-
sináptico. 
 
 
 
 
 
Proteínas especializadas 
Proteínas especializadas atuam na fixação das 
vesículas à membrana. Estas proteínas se localizam na 
membrana das vesículas, outras na membrana pré-
sináptica e algumas no citoplasma entre as 
membranas. A interação destas proteínas traz a 
vesícula para junto da membrana pré-sináptica. 
1. Sinaptofisina: proteína da membrana da vesícula. 
Contribui para formação de um canal da vesícula para 
a membrana pré-sináptica que permite a liberação das 
moléculas neurotransmissoras para a fenda sináptica. 
2. Sinaptotagmina: proteína da membrana da 
vesícula que interage via Ca2+ dependência com 
proteínas da membrana pré-sináptica. Envolvida na 
fixação da vesícula à membrana. 
3. Sintaxina: proteína da membrana plasmática pré-
sináptica. A Sintaxina liga-se a Sinaptotagmina e media 
sua interação com os canais de Ca2+ no lado de 
liberação das moléculas neurotransmissoras. Também 
parece estar envolvida na exocitose. 
4. Sinaptobrevina/VAMP (proteína de membrana 
associada a vesícula): envolvida no transporte e 
exocitose das vesículas. Tetanus e toxinas botulinum 
ligam-se a VAMP e causam uma vagarosa e irreversível 
inibição da liberação das moléculas 
neurotransmissoras. 
5. Rab3: Proteínas ligadas a GTP. Especificas para 
vesículas sinápticas e estão envolvidas na fixação e no 
processo de fusão da exocitose. 
6. SV-2: proteína de membrana. 
Síndrome Miastenica de Lambert-Eaton 
Doença autoimune na qual são produzidos 
anticorpos 
Quando os anticorpos reagem com os 
VGCC 
 
http://web.indstate.edu/thcme/mwking/peptide-hormones.html
7. Bomba de prótons vacuolar: ATPase de membrana 
envolvida no transporte de neurotransmissores. 
 
Reciclagem das vesículas sinápticas 
Após a fusão das vesículas com a membrana celular, a 
membrana vesicular se afasta e forma uma película 
constituída de proteína Clatrina que a separa da 
membrana pré-sináptica. A seguir, a película de 
Clatrina é removida e ocorre a reconstituição da 
vesícula. 
Células de Renshaw: Grupo de interneurônios 
inibitórios no chifre ventral (ventral horn) da medula 
espinhal. 
 
Neurotoxinas 
Neurotoxinas botulínica e tetânica são as mais 
potentes toxinas proteicas bacterianas. 
Quando estas proteínas entram na circulação, ligam-se 
com alta especificidade a superfície dos terminais 
nervosos periferais e, por endocitose, entram na célula 
neural. 
Toxina Butolínica 
Atua localmente e bloqueia a liberação de 
neurotransmissores das vesículas. 
Ela se liga respectivamente a proteína SV2 e a 
sinaptotagmina, sendo internalizada por endocitose 
nas vesículas cobertas com clatrina. 
As vesículas endocitóticas acidificam e permitem a 
entrada por inserção, via membrana da cadeia B da 
toxina, e por inversão a cadeia A. Esta entra no 
citoplasma da célula neuronal e cliva SNAP-25, 
enquanto a cadeia B da neurotoxina rompe a cadeia 
da sinaptobrevina. 
A ruptura das proteínas SNARE interferem com a 
formação do complexo SNARE (proteínas específicas 
de ancoragem e fusão na zona ativa) estável que é 
necessário para a fusão exocítica das vesículas 
sinápticas. 
Pequenas doses de neurotoxina botulínica 
(especialmente tipo A) injetadas no músculo, 
desenvolvem um bloqueio neuromuscular local de 
longa duração. Isto é devido ao bloqueio da liberação 
de acetilcolina que engatilha a contração 
neuromuscular. Este efeito tem sido empregado para 
liberar espasmos musculares e remover rugas por 
paralisia muscular local. 
Toxina Tetânica 
É transportada ao longo dos axônios até a medula 
espinhal. Lá, atravessa a fenda sináptica e inibe os 
terminais dos interneuronios glicinérgicos. Como 
resultado, não ocorre regulação da inibição por 
feedback resultando na superexcitação do neurônio e 
na contração muscular. 
ATIVAÇÃO DE RECEPTORES PÓS-SINÁPTICOS 
POR NEUROTRANSMISSORES 
Receptores ionotrópicos estão relacionados com os 
canais de íons. Possuem comunicação direta e rápida. 
Podem ser excitatórios ou inibitórios. 
Receptores metabotrópicos: formam um canal direto, 
com ação lenta. Podem ser inibitórios ou excitatórios, 
modulando vários processos fisiológicos. Composto de 
uma proteína transmembrânica constituída de 7 
hélices que se conecta diretamente com a proteína G, 
que se conecta à uma terceira proteína que se liga a 
uma variedade de sinais intracelulares. 
INATIVAÇÃO DE RECEPTORES PÓS-
SINÁPTICOS POR NEUROTRANSMISSORES 
1. Proteínas Transportadoras: proteínas 
transportadoras na membrana pré-sináptica 
transportam as moléculas neurotransmissoras de volta 
para a célula pré-sináptica, onde esta será novamente 
estocada ou sofrerá uma reação enzimática de ruptura 
da molécula. Ex: serotonina é reciclada desta maneira. 
Inibidores de reciclagem de serotonina são utilizados 
no tratamento da depressão. 
2. Difusão: Neuropeptídeos rapidamente se 
difundem no meio circundante, se afastando dos 
receptores. 
3. Inativação Enzimática: Um exemplo é a 
acetilcolinesterase, uma enzima presente em todas as 
sinapses colinérgicas, que degrada a acetilcolina. 
A ligação da molécula de GABA à proteína receptora 
(canal) causa uma mudança conformacional desta para 
uma forma mais aberta que permite um influxo de 
íons cloro (Cl-). 
Este influxo de ânions causa hiperpolarização da 
célula, inibindo a ação potencial.