Sinapsis química: qué son, cómo funcionan y tipos
Sinapsis química: descubre qué son, cómo funcionan y sus tipos. Aprende cómo los neurotransmisores transmiten señales y su papel clave en el cerebro.
Las sinapsis químicas son sinapsis que utilizan mensajeros químicos llamados neurotransmisores para transmitir señales. Se encuentran por todo el cuerpo. Especialmente en el sistema nervioso central y el cerebro.
Las neuronas utilizan señales eléctricas para transmitir información. Estas señales se denominan potenciales de acción. Se calcula que hay unos 86.000 millones de neuronas en el cerebro humano medio. Las neuronas no actúan solas. Necesitan conectarse con otras neuronas y pasar mensajes entre ellas. La señal eléctrica no puede pasar sola por el hueco entre las neuronas. Por eso se necesitan neurotransmisores para pasar las señales de una neurona a otra. En este sentido, se diferencian de las sinapsis eléctricas, que pasan las señales eléctricas directamente a la siguiente neurona. Las sinapsis químicas pueden clasificarse a su vez según su función y estructura.
Cómo funcionan las sinapsis químicas (visión general)
El proceso por el que una sinapsis química transmite información puede resumirse en pasos sencillos:
- Generación del potencial de acción: la neurona presináptica recibe o genera un potencial de acción que viaja por el axón hasta la terminal sináptica.
- Entrada de calcio: la despolarización abre canales de calcio dependientes de voltaje en la terminal presináptica; el Ca2+ entra y actúa como señal clave.
- Fusión de vesículas: el aumento de Ca2+ provoca que las vesículas sinápticas que contienen neurotransmisores se fusionen con la membrana presináptica (exocitosis) y liberen su contenido en la hendidura sináptica.
- Unión a receptores: los neurotransmisores difunden a través de la hendidura sináptica (unos 20–40 nm) y se unen a receptores en la membrana postsináptica.
- Respuesta postsináptica: según el tipo de receptor se generan cambios eléctricos en la neurona postsináptica (potenciales excitadores o inhibidores) o se modulan procesos intracelulares.
- Terminación de la señal: los neurotransmisores se eliminan mediante recaptación, degradación enzimática o difusión, para que la sinapsis pueda volver a activarse.
Mecanismo molecular y características importantes
- Vesículas sinápticas y zonas activas: las terminales presinápticas contienen vesículas con neurotransmisores y zonas activas donde ocurre la liberación.
- Proteínas SNARE y exocitosis: proteínas como SNAP-25, syntaxina y synaptobrevina median la fusión de vesículas; toxinas bacterianas (ej.: toxina botulínica) bloquean estas proteínas y paralizan la liberación.
- Retransmisión cuantizada: la liberación suele ocurrir en paquetes discretos llamados "cuantos", principio descrito por Bernard Katz.
- Retraso sináptico: la sinapsis química introduce un pequeño retraso (típicamente 0.5–5 ms) entre la llegada del potencial de acción y la respuesta postsináptica.
Tipos de sinapsis químicas
Las sinapsis pueden clasificarse según varios criterios:
- Por ubicación estructural: axo-dendríticas (axón → dendrita), axo-somáticas (axón → soma), axo-axónicas (axón → axón) y dendro-dendríticas. La ubicación influye en el efecto sobre la excitabilidad neuronal.
- Por efecto funcional: excitadoras (provocan un potencial postsináptico excitador, EPSP) e inhibidoras (provocan IPSP). También existen sinapsis moduladoras que ajustan la fuerza o duración de la señal más que producir un cambio inmediato fuerte.
- Por tipo de receptor:
- Ionotrópicos: receptores que son canales iónicos (respuesta rápida, p. ej. receptores AMPA para glutamato o receptores nicotínicos de acetilcolina).
- Metabotrópicos: receptores acoplados a proteínas G (GPCR) que modulan segundos mensajeros y respuestas más lentas y prolongadas (p. ej. receptores dopaminérgicos, muscarínicos).
Neurotransmisores comunes y sus roles
Algunos ejemplos y funciones típicas:
- Glutamato: principal neurotransmisor excitador en el cerebro; implicado en aprendizaje y memoria.
- GABA (ácido gamma-aminobutírico): principal neurotransmisor inhibidor; regula la excitabilidad neuronal.
- Acetilcolina: actúa en la unión neuromuscular, en el sistema nervioso periférico y en circuitos corticales; participa en atención y memoria.
- Dopamina, serotonina, noradrenalina: monoaminas con roles moduladores en ánimo, motivación, sueño y control motor.
Terminación de la señal sináptica
La señal se detiene por varios mecanismos:
- Recaptación: transportadores en la membrana presináptica recuperan neurotransmisor (p. ej. transportadores de serotonina que son blancos de los ISRS).
- Degradación enzimática: ej.: la acetilcolinesterasa hidroliza la acetilcolina en la hendidura sináptica.
- Difusión: el neurotransmisor se dispersa fuera de la hendidura y se diluye.
Plasticidad sináptica y aprendizaje
Las sinapsis químicas son altamente plásticas: su eficacia puede aumentar o disminuir según la actividad. Dos procesos clave:
- Potenciación a largo plazo (LTP): aumento duradero de la eficacia sináptica tras estimulación intensa, importante en la memoria.
- Depresión a largo plazo (LTD): disminución duradera de la eficacia sináptica tras patrones de actividad específicos.
Además, las sinapsis pueden formar nuevas conexiones o eliminar otras (poda sináptica), procesos esenciales durante el desarrollo y la adaptación.
Importancia clínica y farmacológica
Muchas enfermedades y fármacos actúan sobre sinapsis químicas:
- Enfermedades: Parkinson (pérdida de neuronas dopaminérgicas), Alzheimer (degeneración de circuitos colinérgicos y otros cambios sinápticos), depresión (alteraciones monoaminérgicas), esquizofrenia (hipótesis dopaminérgica y glutamatérgica).
- Fármacos y toxinas: ISRS (inhiben recaptación de serotonina), benzodiacepinas (potencian la acción de GABA-A), L-DOPA (aumenta dopamina en Parkinson), toxina botulínica (bloquea liberación de ACh), curare y antagonistas nicotínicos (bloquean receptores de ACh en la unión neuromuscular).
Diferencias con las sinapsis eléctricas
Aunque ambos tipos permiten comunicación entre células, las sinapsis químicas presentan:
- Unidireccionalidad: generalmente la señal va de la neurona presináptica a la postsináptica.
- Mayor versatilidad: pueden amplificar, modular o inhibir señales y permiten plasticidad compleja.
- Velocidad menor: introducen un pequeño retraso frente a la transmisión por sinapsis eléctricas (gap junctions), que es casi instantánea.
Resumen
Las sinapsis químicas son la base de la comunicación neuronal en la mayor parte del sistema nervioso. Mediante la liberación controlada de neurotransmisores y la activación de distintos tipos de receptores, permiten transmitir, modular y almacenar información. Su complejidad molecular y su plasticidad las convierten en piezas clave para el comportamiento, el aprendizaje y muchas enfermedades y tratamientos médicos.
Una sinapsis química típica
Estructura
La estructura de una sinapsis química típica consta de tres partes:
- La terminal presináptica suele estar en el axón. Libera neurotransmisores en la hendidura sináptica. La terminal presináptica es la primera parte de la transmisión sináptica y por eso lleva el prefijo "pre-".
- La membrana sináptica de la célula postsináptica suele estar en la dendrita de la siguiente neurona. Ésta absorbe los neurotransmisores hacia la neurona postsináptica (la neurona que recibe la señal). La célula postsináptica es la última parte del proceso de transmisión y por eso lleva el sufijo "post-".
- La hendidura sináptica es la parte que se encuentra en medio de las dos membranas. Este espacio está lleno de una matriz extracelular (extra- = fuera de. celular = célula viva.) de proteínas que actúa principalmente para mantener unidas las dos neuronas.
Dos tipos de sinapsis químicas
- Las sinapsis de tipo I son las sinapsis químicas más comunes en el cerebro humano. Estas sinapsis excitan (activan) la siguiente neurona. La siguiente neurona produce un potencial de acción cuando se produce esta transmisión sináptica. Estas sinapsis suelen encontrarse en las dendritas de la célula postsináptica. El terminal presináptico se encuentra en el axón de la neurona que envía la transmisión (célula presináptica). Las sinapsis de tipo I tienen una forma simétrica.
- Las sinapsis de tipo II son menos frecuentes en el cerebro humano. Estas sinapsis tienen una forma asimétrica. Inhiben. En lugar de provocar un potencial de acción en la siguiente neurona, estas sinapsis detienen un potencial de acción. Son menos comunes que las sinapsis de tipo I.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué son las sinapsis químicas?
R: Las sinapsis químicas son sinapsis que utilizan neurotransmisores para transmitir señales entre las neuronas.
P: ¿Dónde se encuentran las sinapsis químicas?
R: Las sinapsis químicas se encuentran por todo el cuerpo, especialmente en el sistema nervioso central y en el cerebro.
P: ¿Cómo transportan la información las neuronas?
R: Las neuronas transportan información a través de señales eléctricas denominadas potenciales de acción.
P: ¿Cuántas neuronas se estima que hay en el cerebro humano medio?
R: Se calcula que hay unos 86.000 millones de neuronas en el cerebro humano medio.
P: ¿Por qué las neuronas necesitan conectarse con otras neuronas?
R: Las neuronas necesitan conectarse con otras neuronas para transmitir mensajes entre ellas.
P: ¿Por qué se necesitan neurotransmisores en las sinapsis químicas?
R: Los neurotransmisores son necesarios en las sinapsis químicas para pasar señales de una neurona a la siguiente, ya que la señal eléctrica por sí sola no puede atravesar la brecha entre neuronas.
P: ¿En qué se diferencian las sinapsis químicas de las eléctricas?
R: Las sinapsis químicas utilizan neurotransmisores para pasar señales entre las neuronas, mientras que las sinapsis eléctricas pasan señales eléctricas directamente a la neurona siguiente.
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