Una sinapsis eléctrica es una sinapsis mecánica y eléctricamente conductora , una unión funcional entre dos neuronas vecinas . La sinapsis se forma en un espacio estrecho entre las neuronas pre y postsinápticas conocido como unión comunicante . En las uniones en hendidura, estas células se acercan a una distancia de aproximadamente 3,8 nm entre sí, [1] una distancia mucho más corta que la distancia de 20 a 40 nanómetros que separa a las células en una sinapsis química . [2] En muchos animales [ especifique ] , los sistemas eléctricos basados en sinapsis coexisten con sinapsis químicas.
En comparación con las sinapsis químicas, las sinapsis eléctricas conducen los impulsos nerviosos más rápido, pero, a diferencia de las sinapsis químicas, carecen de ganancia : la señal en la neurona postsináptica es igual o menor que la de la neurona de origen. Las bases fundamentales para percibir las sinapsis eléctricas se reducen a las conexiones que se encuentran en la unión entre dos neuronas. Las sinapsis eléctricas se encuentran a menudo en sistemas neuronales que requieren la respuesta más rápida posible, como los reflejos defensivos. Una característica importante de las sinapsis eléctricas es que son en su mayoría bidireccionales, lo que permite la transmisión de impulsos en cualquier dirección. [3] [4]
Cada unión gap (a veces llamada nexo ) contiene numerosos canales de unión gap que cruzan las membranas plasmáticas de ambas células. [5] Con un diámetro luminal de aproximadamente 1,2 a 2,0 nm, [2] [6] el poro de un canal de unión hendidura es lo suficientemente ancho como para permitir que los iones e incluso moléculas de tamaño mediano, como las moléculas de señalización, fluyan de una célula a la siguiente. , [2] [7] conectando así el citoplasma de las dos células . Así, cuando el potencial de membrana de una célula cambia, los iones pueden pasar de una célula a la siguiente, llevando consigo carga positiva y despolarizando la célula postsináptica.
Los canales de unión gap están compuestos por dos hemicanales llamados conexiones en los vertebrados, uno aportado por cada célula en la sinapsis . [2] [6] [8] Las conexones están formadas por seis subunidades proteicas de cuatro pasos que atraviesan la membrana, de 7,5 nm de largo, llamadas conexinas , que pueden ser idénticas o ligeramente diferentes entre sí. [6]
Una autapsis es una sinapsis eléctrica (o química) que se forma cuando el axón de una neurona hace sinapsis con sus propias dendritas.
Aunque son una clara minoría, se encuentran en determinadas regiones del cuerpo humano, como el hipotálamo. La simplicidad de las sinapsis eléctricas da como resultado sinapsis que son rápidas, pero que solo pueden producir comportamientos simples en comparación con las sinapsis químicas más complejas . [9]
La velocidad relativa de las sinapsis eléctricas también permite que muchas neuronas se activen sincrónicamente. [5] [6] [11] Debido a la velocidad de transmisión, las sinapsis eléctricas se encuentran en mecanismos de escape y otros procesos que requieren respuestas rápidas, como la respuesta al peligro de la liebre marina Aplysia , que libera rápidamente grandes cantidades de tinta. para oscurecer la visión de los enemigos. [1]
Normalmente, la corriente transportada por iones podría viajar en cualquier dirección a través de este tipo de sinapsis. [2] Sin embargo, a veces las uniones son sinapsis rectificadoras, [2] que contienen canales iónicos dependientes de voltaje que se abren en respuesta a la despolarización de la membrana plasmática de un axón e impiden que la corriente viaje en una de las dos direcciones. [11] Algunos canales también pueden cerrarse en respuesta al aumento de calcio ( Ca2+
) o hidrógeno ( H+
) concentración de iones, para no propagar el daño de una célula a otra. [11]
También hay evidencia de plasticidad sináptica donde la conexión eléctrica establecida puede fortalecerse o debilitarse como resultado de la actividad o durante cambios en la concentración intracelular de magnesio. [12] [13]
Las sinapsis eléctricas están presentes en todo el sistema nervioso central y han sido estudiadas específicamente en la neocorteza , el hipocampo , el núcleo reticular talámico , el locus coeruleus , el núcleo olivar inferior , el núcleo mesencefálico del nervio trigémino , el bulbo olfatorio , la retina y la médula espinal de los vertebrados . [14] Otros ejemplos de uniones comunicantes funcionales detectadas in vivo se encuentran en el cuerpo estriado , el cerebelo y el núcleo supraquiasmático . [15] [16]
El modelo de una red reticular de células directamente interconectadas fue una de las primeras hipótesis sobre la organización del sistema nervioso a principios del siglo XX. Se consideró que esta hipótesis reticular entraba en conflicto directo con la doctrina neuronal ahora predominante , un modelo en el que neuronas individuales aisladas se envían señales químicas entre sí a través de espacios sinápticos. Estos dos modelos entraron en marcado contraste en la ceremonia de entrega del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1906 , en la que el premio recayó conjuntamente en Camillo Golgi , reticularista y biólogo celular ampliamente reconocido, y Santiago Ramón y Cajal , el defensor de la neurona. Doctrina y padre de la neurociencia moderna. Golgi fue el primero en pronunciar su conferencia Nobel, detallando en parte la evidencia de un modelo reticular del sistema nervioso. A continuación, Ramón y Cajal subió al podio y refutó las conclusiones de Golgi en su conferencia. Sin embargo, la comprensión moderna de la coexistencia de sinapsis químicas y eléctricas sugiere que ambos modelos son fisiológicamente significativos; se podría decir que el comité Nobel actuó con gran previsión al conceder el Premio de forma conjunta.
Hubo un debate sustancial sobre si la transmisión de información entre neuronas era química o eléctrica en las primeras décadas del siglo XX, pero la transmisión sináptica química se consideró como la única respuesta después de la demostración de Otto Loewi de la comunicación química entre las neuronas y el músculo cardíaco. Por tanto, el descubrimiento de la comunicación eléctrica fue sorprendente.
Las sinapsis eléctricas se demostraron por primera vez entre neuronas gigantes relacionadas con el escape en cangrejos de río a finales de la década de 1950, y más tarde se encontraron en vertebrados. [3]