Neurônios

O cérebro é composto por bilhões de células nervosas denominadas neurônios. O neurônio é o componente básico do sistema nervoso central (SNC) e cada neurônio compartilha estruturas comuns e características funcionais.

Tipicamente, um neurônio contém três importantes partes:

um corpo central celular que contém o núcleo e direciona todas as atividades do neurônio;
os dendritos, fibras curtas que se estendem do corpo celular. Local de recebimento de mensagens de outros neurônios;
o axônio, uma fibra longa simples que transmite mensagens do corpo celular para os dendritos de outros neurônios ou tecidos do corpo como os músculos.

Apesar da maioria dos neurônios conterem todas as três partes, há uma variedade de tamanhos e formas dos neurônios, assim como seus axônios e dendritos. Por exemplo: o comprimento de um axônio pode variar de poucos milímetros a metros, como aqueles pertencentes a neurônios motores que saem da medula espinhal até os músculos que eles enervam.

O axônio transmite impulsos elétricos ( na forma de potencial de ação) do corpo celular para outros neurônios ou músculos, órgãos ou glândulas do corpo. A transferência de uma mensagem de um axônio de um neurônio para o dendrito de outro é conhecida como neurotransmissão. Apesar dos axônios e dendritos estarem localizados extremamente próximos uns dos outros, a transmissão de uma mensagem não ocorre através de contato direto. A comunicação entre células nervosas ocorre principalmente através da liberação de substâncias químicas no espaço entre os axônios e dendritos. Este espaço é conhecido como sinapse.. Quando um neurônio se comunica, uma mensagem, encaminhada como impulso elétrico, move-se pelo axônio na direção da sinapse. Na sinapse, há uma liberação de moléculas, chamadas neurotransmissores, pelo axônio.

Os neurotransmissores, então, difundem-se na sinapse e se ligam em moléculas especiais, denominadas receptores, que estão localizadas nas membranas celulares dos dendritos da célula nervosa adjacente. Estes, por sua vez, estimulam ou inibem uma resposta elétrica do neurônio receptor. Portanto, os neurotransmissores agem como mensageiros químicos, levando informações de um neurônio a outro.

Há diferentes tipos de neurotransmissores; cada um tem um papel preciso no funcionamento do cérebro. Geralmente, cada neurotransmissor liga-se somente a um receptor específico. Portanto, quando um neurotransmissor acopla-se a um receptor, é como se fosse “chave na fechadura”. Este acoplamento dispara uma cascata de eventos na superfície do dendrito do neurônio receptor e dentro da célula. Desta maneira, a mensagem levada pelo neurotransmissor é recebida e processada pela célula nervosa receptora. Uma vez que isso ocorreu, o neurotransmissor pode ser inativado por um dos dois modos: ele pode ser quebrado por uma enzima ou reabsorvido pela célula nervosa que o havia liberado. A reabsorção é realizada por moléculas transportadoras. As moléculas transportadoras residem nas membranas celulares dos axônios que liberaram os neurotransmissores. Eles recolhem os neurotransmissores na sinapse, atravessando a membrana celular no interior do axônio. Os neurotransmissores ficam então disponíveis para serem reutilizados.

Os axônios de muitos neurônios são cobertos por uma estrutura lipídica denominada barra de mielina. A barra de mielina tem várias funções. Uma das mais importantes funções é aumentar a velocidade com que o impulso nervoso percorre o axônio. A velocidade de condução de um impulso nervoso de um axônio altamente mielinizado pode ser tão rápida como 120m/s. Em contraste, um impulso nervoso de um axônio sem barra de mielina pode percorrer menos de 2m/s.

NEUROTRANSMISSORES Acetilcolina

A acetilcolina foi primeiramente identificada como transmissor químico no sistema periférico nervoso e no cérebro; deficiências na secreção desse neurotransmissor são associadas com disfunções no aprendizado e memória, como aquelas vistas na doença de Alzheimer. Após exercerem seu efeito na membrana dendrítica pós-sináptica, sua ação é terminada pela enzima acetilcolinesterase, que degrada o neurotransmissor.

A acetilcolina é altamente distribuída por todo o cérebro, particularmente nas regiões do córtex cerebral, hipocampo, diencéfalo, ponte e cerebelo. Sugere-se que a acetilcolina possa estar envolvida em circuitos que modulam dor e outras recepções sensoriais e em mecanismos relacionados à estimulação, atenção, humor e sono.

Catecolaminas (dopamina e noradrenalina)

O termo catecolamina se refere a compostos contendo um núcleo catecol (um anel benzeno com dois grupos hidroxila) a qual se liga um grupo amino. No sistema nervoso central (SNC) o termo se refere aos neurotransmissores dopamina e noradrenalina.

Após a liberação, a dopamina e a noradrenalina exercem seus efeitos ligando-se a receptores específicos pós-sinápticos. A inativação dos neurotransmissores ocorre primeiramente pela recaptação dos mesmos através de moléculas transportadoras existentes nos terminais dos nervos pré-sinápticos. Dentro dos terminais nervosos, as catecolaminas podem ser inativadas por enzimas, como a monoamino-oxidase (MAO).

Os corpos celulares de neurônios noradrenérgicos estão localizados no tronco encefálico. Desta região, axônios se projetam amplamente pelo cérebro a terminais nervosos no córtex cerebral, sistema límbico, hipotálamo e cerebelo. Projeções dos axônios também vão para a medula espinhal, onde ele exerce ações analgésicas. A liberação de noradrenalina produz aumento no estado de alerta, sentimentos positivos de recompensa e analgesia. A liberação de noradrenalina pode também estar envolvida em comportamentos instintivos básicos como fome, sede, emoções e sexo.

Quanto aos neurônios dopaminérgicos, três circuitos foram descritos. No primeiro, corpos celulares existentes no hipotálamo enviam axônios para a glândula pituitária, regulando certos hormônios. No segundo, corpos celulares do tronco encefálico projetam seus axônios ao gânglio basal, desempenhando importante papel na regulação dos movimentos. No terceiro, corpos celulares do cérebro médio projetam seus axônios até o córtex cerebral (especialmente o córtex frontal) e o sistema límbico.

Serotonina

O neurotransmissor serotonina está relacionado à depressão, sono, sexo e à regulação da temperatura corpórea. Significantes quantidades de serotonina são encontradas na região superior do tronco encefálico. Projeções do tronco encefálico terminam difusamente através do córtex cerebral, hipocampo, hipotálamo e sistema límbico.

Glutamato (ácido glutâmico)

O glutamato parece ser o neurotransmissor excitatório primário do cérebro; seus receptores podem ser encontrados na superfície de virtualmente todos os neurônios. Curiosamente, o glutamato é também o precursor do maior neurotransmissor inibitório, o GABA. O glutamato desempenha um importante papel nas funções cognitivas (hipocampo e córtex), funções motoras, funções do cerebelo e funções sensoriais.

GABA (ácido gama-amino butírico)

O GABA é o maior neurotransmissor inibitório e é encontrado em altas concentrações no cérebro e na medula espinhal. Dois tipos de receptores GABA são encontrados: GABA-A e GABA-B. Receptores GABA-A são encontrados no córtex cerebral, hipocampo e cerebelo. A ativação dos receptores GABA-B na amídala é associada com a desestabilização da membrana.

Peptídeos opióides

Peptídeos opióides produzem analgesia atuando em receptores específicos existentes no cérebro. Receptores opióides são encontrados no tronco encefálico, tálamo e medula espinhal. Os receptores existentes no tronco encefálico também estão envolvidos na mediação da tosse, náuseas, vômitos, manutenção da pressão sangüínea e controle das secreções estomacais.

As maiores concentrações de receptores opióides no sistema nervoso central estão localizadas no sistema límbico. Apesar dos opióides não exercerem ações analgésicas nessa região, eles provavelmente afetam o comportamento emocional. Poucos receptores opióides são encontrados no córtex crebral e nenhum encontrado no cerebelo.

Em 1976, três tipos de receptores opióides foram identificados: mu, kappa e sigma. Em 1981 um quarto tipo foi adicionado: o receptor delta. Mais recentemente, subtipos desses receptores foram identificados e a existência do receptor sigma foi questionada.

Receptores mu estão localizados no tronco encefálico e no tálamo; mediam a analgesia induzida pela morfina e a depressão respiratória. Receptores kappa localizados na medula espinhal mediam a analgesia e no tronco encefálico estes receptores mediam a sedação e a miose. Receptores delta estão envolvidos em alterações no comportamento afetivo e euforia.Neuroquímica

Uma das áreas de pesquisa da química é a neuroquímica: a ciência que estuda a relação entre a estrutura química de certas moléculas e suas atividades no Sistema Nervoso Central (SNC). Como são transmitidos os impulsos nervosos? Como a informação é armazenada? O que são os neurotransmissores?

O sistema nervoso, juntamente com o sistema endócrino, é responsável pela maioria das funções do controle do organismo. O SNC pode ser comparado a um supercomputador, capaz de processar um número enorme de bits de informação, provenientes de diferentes órgãos sensoriais e, então, determinar a resposta a ser executada pelo organismo. O modo de transmissão entre os neurônios, no cérebro, não é elétrico, e sim carreado por neurotransmissores, substâncias químicas neuroativas liberadas no lado pré-sináptico da junção entre dois neurônios, a sinapse.

De toda a informação enviada pelos órgãos sensoriais, apenas 1% produz uma resposta do organismo: uma das principais funções do SNC é filtrar as informações que chegam - na verdade, 99% são simplesmente descartadas.

A sinapse é o ponto de contato entre um neurônio e o seu vizinho - um local próprio para a transmissão de sinais. Na sinapse, um neurônio (o pré-sináptico) libera neurotransmissores, que viajam pelo meio intercelular, até os receptores sinápticos do neurônio seguinte (o pós-sináptico), desencadeando um potencial de ação no segundo neurônio. Os receptores são, na verdade, proteínas situadas na membrana celular do neurônio, que interagem com o neurotransmissor, provocando uma alteração conformacional em algumas regiões da membrana (como canais de sódio ou cloro). Isto produz uma polarização ou despolarização da membrana celular deste neurônio - é o impulso elétrico gerado por uma sinapse química!

A fenda sináptica tem, em geral, cerca de 250 angstrons. Os terminais pré-sinápticos são regiões do neurônio ricas em duas estruturas internas importantes: as mitocôndrias e as vesículas sinápticas. As vesículas são pequenas "bolsas" que carregam os neurotransmissores. Um estímulo químico ou elétrico pode causar a migração das vesículas para a membrana e consequente liberação dos neurotransmissores na fendas sináptica.

O transmissor tem de ser sintetizado com extrema rapidez, porque a quantidade armazenada pelas vesículas só é suficiente para durar alguns minutos! A produção de neurotransmissores a partir de seus precursores torna-se possível pela presença de enzimas específicas, a custa de um dispêndio de energia, fornecida pelo ATP. Daí a importância das mitocôndrias, responsáveis pela produção do ATP!

Chave & Fechadura

Uma vez na fenda sináptica, as moléculas do neutotransmissor têm acesso aos sítios receptores, situados em moléculas da membrana pós-sináptica e também da pré-sináptica. Tais sítios têm uma estrutura molecular particular que lhe permite reconhecer a molécula do transmissor, assim como uma fechadura reconhece sua chave (o modelo é chamado de lock and key). A combinação do neurotransmissor com os receptores da membrana pós-sináptica produz uma alteração de sua configuração espacial ou deformação do receptor.

Essa alteração conformacional faz com que o receptor abra canais iônicos específicos, modificando rapidamente a polaridade elétrica da membrana; alternativamente, ativam enzimas formadoras de mensageiros químicos no citoplasma do neurônio pós-sináptico, que por sua vez provocam alterações mais lentas e persistentes das propriedades elétricas da membrana neuronal ou, ainda, modificam a velocidade de reações químicas no citoplasma desse neurônio, alterando o seu funcionamento.

Drogas psicotrópicas

Algumas drogas com ação no SNC possuem uma estrutura química semelhante a de um neurotransmissor, podendo, então, se ligar ao sítio receptor. Na animação, note como todas as moléculas possuem alguns grupos "chaves" para a associação com o receptor.

O sistema nervoso, juntamente com o sistema endócrino, é responsável pela maioria das funções do controle do organismo. O SNC pode ser comparado a um supercomputador, capaz de processar um número enorme de bits de informação, provenientes de diferentes órgãos sensoriais e, então, determinar a resposta a ser executada pelo organismo. (O QMCWEB já falou sobre os receptores sensoriais, no artigo sobre os quimiossensores) O modo de transmissão entre os neurônios, no cérebro, não é elétrico, e sim carreado por neurotransmissores, substâncias químicas neuroativas liberadas no lado pré-sináptico da junção entre dois neurônios, a sinapse.

De toda a informação enviada pelos órgãos sensoriais, apenas 1% produz uma resposta do organismo: uma das principais funções do SNC é filtraras informações que chegam - na verdade, 99% são simplesmente descartadas.

Quimiosensores

Em menos de um segundo somos capazes de detectar, no ar, a presença de substâncias em concetrações tão baixas que nenhuma máquina construída pelo homem detectaria.

O olfato é o mais antigo - e um dos mais intrigantes - sentidos desenvolvidos pelo homem. Nesta edição do QMCWEB você vai saber um pouco mais sobre o olfato, quimiossensores e a relação entre a estrutura da molécula e o odor experimentado

O olfato depende de receptores sensoriais que respondem à presença de certas moléculas na atmosfera. Nos humanos, estes quimiorreceptores estão localizado no epitélio oftactatório - um pedaço de tecido do tamanho de um selo postal, localizado na cavidade nasal.

Este tecido é recoberto de cílios e uma camada de muco. As moléculas gasosas são dissolvidas no muco e, então, interagem com os receptores. Isto ativa uma enzima, a adenilil ciclase, que cataliza a conversão de ATP ao AMP cíclico (cAMP). O cAMP ativa um canal de Na+, gerando um potencial de despolarização ao longo da membrana. Este impulso é transmitido pelos nervos olfactatórios até o cérebro, que, computando outros estímulos sensoriais, interpreta o impulso como um odor - muitas vezes acionando áreas da memória que relacionam o particular odor com algo já experimentado antes.

A substância odorante precisa ter certas propriedades para ser capaz de provocar alterações sensoriais: deve apresentar alguma solubilidade em água, pressão de vapor considerável, lipofilicidade, e massa molar não muito elevalda (em um artigo de 1967, Demole e Wuest, na Helv. Chem. Acta., garantem não existir nenhuma molécula odorante com massa molar maior do que 294 g/mol). Existem cerca de 50 milhões de células receptoras em cada uma das duas cavidades nasais. O ser humano é capaz de distinguir mais de 10.000 espécies químicas diferentes, baseado apenas em sua estrutura molecular.

Uma comparação das estruturas das moléculas com seus odores revela algumas similaridades: por exemplo, substâncias com odor de peixes geralmente contém um átomo de nitrogênio ligado a 3 átomos, com um par eletrônico não-ligante: são aminas primárias, secundárias ou terciárias, tal como dietilamina, bC–NH–Cb e etilamina, H2N–CH2Cb.

A indústria alimentícia tem particular interesse em substâncias odorantes. Os grupos mais utilizados comercialmente são os ésteres e as gama e delta lactonas.

Diversos grupos de pesquisa no Brasil estudam compostos que apresentam odores ou aromas. Este é um campo promissor, pois a indústria alimentícia depende de nós, químicos, para a obtenção de compostos que confiram aos seus produtos os sabores desejados.

Fonte: www.qmc.ufsc.br