La Química del Cerebro

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LA 
Las reacciones que rigen nuestros pensamientos 
CIENCIA& 
CEREBRO 
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C.V. Av. Patriotismo 229, piso 8, Col. San Pedro de los Pinos, CP 03800, 
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01 
02 
03 
04 
Introducción 
La química del funcionamiento cerebral 
Procesos de la neuronal 
Los neurotransmisores, los reguladores de 
la conducta humana 
Equilibrar la química cerebral 
Lecturas recomendadas 
Índice 
7 
13 
39 
71 
111 
139 
141 
n la Universidad de Glasgow (Reino Unido), químico Lee ero-
nin dirige un equipo de cincuenta investigadores dedicados a un 
ambicioso proyecto: crear una computadora química programable; 
en otras palabras, un cerebro químico. Cronin aspira a explicar las 
facultades superiores del cerebro humano, incluida la conciencia, a 
través de reacciones moleculares. Frente a la corriente más ,.,ü~,.,, ... .u 
da en la investigación actual sobre inteligencia artificial, que busca 
recrear el cerebro humano en soportes electrónicos, Cronin sostie-
ne que el avance en la miniaturización y la capacidad de procesa-
miento de los microchips está llegando a su límite, y que en cambio 
el futuro de la computación está en la química: una gotita agua 
de solo una milésima de mililitro, dice, contiene más de treinta y 
tres trillones de moléculas; para igualar esta capacidad procesa-
miento con los sistemas informáticos actuales se requerirían miles 
de millones de microprocesadores. 
La fortaleza de la idea de Cronin radica en que es precisamente 
la fina e inmensa complejidad química del cerebro 
confiere a este órgano su vasta capacidad de procesamiento. Suele 
1 7 
8 1 
citarse el dato de que hay tantas neuronas en el cerebro, más de mil 
millones, como estrellas en la Vía Láctea. El intenso tráfico eléctri-
co en esta gran red de redes ha captado el interés y la dedicación de 
los científicos desde que en el siglo xvm el italiano Luigi Galvani 
demostró por primera vez la participación de la electricidad en el 
control nervioso de los músculos. Sin embargo, el componente quí-
mico de la actividad cerebral fue prácticamente ignorado durante 
siglos, debido a que ni siquiera se consideraba su existencia: hasta 
finales del siglo XIX e incluso ya entrado el xx triunfaba la teoría re-
ticular enunciada en 1871 por el alemán Joseph von Gerlach, según 
la cual el sistema nervioso estaba formado por células conectadas y 
fusionadas entre sí, de modo que la corriente eléctrica se propagaba 
ininterrumpidamente por los nervios como en un cable conductor. 
Aquella visión cambió gracias a los descubrimientos del español 
Santiago Ramón y Cajal, quien propuso que las neuronas no eran 
continuas, sino contiguas; es decir, que entre ellas existía una mi-
núscula separación física que el impulso nervioso debía salvar de 
algún modo. Esta doctrina neuronal de Ramón y Cajal no explicaba 
cómo la corriente eléctrica podía salvar ese diminuto hueco, que 
en 1897 el electrofisiólogo Charles Sherrington denominó sinapsis; 
sin embargo, esta ruptura del circuito eléctrico en unidades fun-
cionales discretas sí implicaba que el impulso nervioso discurría 
en un único sentido, a diferencia de la idea del cable conductor de 
los reticularistas. Según la doctrina de polarización dinámica, la 
neurona está polarizada, es decir, posee dendritas receptoras, un 
cuerpo celular y axones mediante los cuales establece contactos 
funcionales con otras neuronas. De acuerdo con este principio, la 
señal eléctrica en los circuitos neuronales es unidireccional, pro-
pagándose desde las dendritas y a través del cuerpo celular hacia el 
axón y hasta el terminal axónico. 
La teoría de Ramón y Cajal no se demostraría directamente has-
ta el desarrollo de la microscopía electrónica en la década de 1950, 
pero desde décadas anteriores comenzaron a surgir evidencias acer-
ca de la naturaleza química de la comunicación sináptica. En los 
primeros años del siglo xx, el abordaje multidisciplinar de la neuro-
ciencia desde la anatomía, la fisiología, la farmacología y la química 
fue revelando que la neurotransmisión dependía de la intervención 
de factores químicos, una idea que condujo finalmente a la iden-
tificación de la acetilcolina, el primer neurotransmisor. Posterior-
mente llegarían muchos otros, pero al mismo tiempo comenzaba 
a comprenderse que la propia corriente eléctrica en los axones era 
también el producto de procesos químicos, mediante los cuales 
ciertos iones de carga positiva o negativa se transportan al interior 
o al exterior de las neuronas. Este concepto, más tarde denomina-
do hipótesis iónica de la transmisión nerviosa, y que implica movi-
mientos de cationes de sodio a través de la membrana celular en la 
producción del impulso nervioso, representó para la neurociencia 
lo que la estructura del ADN supuso para el resto de la biología. A su 
vez, el conocimiento de este mecanismo reveló que la transmisión 
sináptica química representa realmente una extensión de la hipóte-
sis iónica; es decir, que el tráfico de iones responsable del impulso 
eléctrico es también el que desencadena la liberación de los neuro-
transmisores a la sinapsis. 
Así, los neurotransmisores, los principales agentes químicos de 
la transmisión nerviosa, pasaron a convertirse en los verdaderos 
protagonistas de la función cerebral. Si no fuera por ellos, la versa-
tilidad de los mensajes neuronales sería muy pobre, ya que el im-
pulso eléctrico en los axones es una señal de todo o nada; por el 
contrario, el repertorio de neurotransmisores y de sus receptores 
en las neuronas permite a estas integrar las distintas señales reci-
bidas, excitadoras o inhibidoras, para generar una respuesta final 
que es el resultado de un auténtico proceso de computación. En las 
décadas de 1950 y 1960 se desveló el mecanismo iónico que permite 
a las neuronas motoras integrar las señales que reciben. 
Hoy se conocen más de un centenar de mensajeros químicos 
cerebrales, junto con sus numerosos receptores celulares específi-
1 9 
10 1 
cos y los procesos moleculares que estos dirigen en el interior de 
las neuronas, organizados en cascadas de señalización que gene-
ran las respuestas neuronales a la acción de los neurotransmisores. 
Aunque aún estamos lejos de conocer todos los secretos de la quími-
ca cerebral, el sólido conocimiento disponible en la actualidad ha 
permitido dilucidar el papel clave de los neurotransmisores tanto 
en la salud como en la enfermedad, desde el desarrollo embrionario 
hasta el adulto. Los mecanismos biológicos involucrados en la co-municación electroquímica neuronal sustentan todas las funciones 
cerebrales, desde la actividad mental hasta el control del movimien-
to, y explican también la patología de enfermedades del comporta-
miento como la depresión, esquizofrenia, autismo, trastorno bipo-
lar o trastorno por déficit de atención e hiperactividad, así como de 
las enfermedades neurológicas como el párkinson, el alzhéimer, el 
ictus, la epilepsia o el cáncer cerebral. Dado que bienestar físico y 
mental depende en gran medida de un estricto funcionamiento de 
la comunicación cerebral a nivel de los circuitos neuronales, un ma-
yor conocimiento de la química del cerebro nos acerca a la fisiopa-
tología de las enfermedades neurológicas con el objetivo primordial 
de diseñar medicamentos más eficaces para el tratamiento de los 
trastornos cerebrales. 
En definitiva, la investigación neuroquímica es actualmente 
una línea esencial de la neurociencia, un campo científico 
disciplinar que recibe aportaciones de la biología, la ingeniería, las 
matemáticas, la computación, la psicología o la medicina, y que en 
las últimas décadas ha sido objeto de avances espectaculares. En 
el siglo XXI, calificado por numerosos científicos como el siglo del 
cerebro, la neuroquímica se presenta como una de las áreas prio-
ritarias de la investigación científica, por su alta probabilidad de 
rendir beneficios prácticos a corto y medio plazo. La lucha contra 
las enfermedades neurológicas y mentales ahora incurables es el 
frente de ataque más urgente e inmediato, por sus implicaciones 
en la mejora de la calidad de vida, pero del progreso en el cono-
cimiento de la química cerebral se beneficiará también nuestra 
comprensión del funcionamiento de la mente humana. Y con ello 
estaremos más cerca también de crear sistemas de inteligencia ar-
tificial cada vez más semejantes al cerebro humano, que a su vez 
nos ayudarán a profundizar en los mecanismos químicos y bioló-
gicos que sustentan las distintas funciones cerebrales. Es posible 
que el cerebro químico artificial aún sea una meta lejana, pero sin 
duda el camino hacia objetivos tan audaces irá revelando muchas 
de las claves necesarias para responder a las grandes incógnitas 
sobre el cerebro; como afirma Cronin, «todas las preguntas intere-
santes están en la química». 
1 11 
transmisión del impulso nervioso 
depende críticamente de los 
mecanismos químicos de las neuronas, 
que sostienen la actividad eléctrica 
cerebral. Conocer las bases químicas 
de la función neuronal es esencial para 
comprender cómo el cerebro almacena 
y maneja la información. 
La idea de que la química es el soporte imprescindible de los pro-cesos cerebrales hoy puede resultamos evidente, pero cuando 
en 1719 el alemán Johannes Thomas Hensing mostró por primera 
vez que el cerebro contenía un elemento químico concreto, el fós-
foro, aquello resultaba muy avanzado para su época: ¿cómo pue-
de la química ser la sede de los pensamientos? El propio Hensing 
afirmaba que había elegido estudiar el cerebro porque este órgano 
es «el trono del alma y la morada de la sabiduría», y por tanto re-
ducirlo a sustancias químicas parecía una propuesta demasiado 
audaz. Hoy sabemos que, de hecho, el hallazgo de Hensing no fue 
ni mucho menos algo anecdótico: por su composición celular, el 
cerebro está hecho sobre todo de grasa, y estas grasas son prin-
cipalmente fosfolípidos, lípidos que contienen fósforo. Pero en 
su día el estudio de Hensing dio origen a otra especulación tan 
curiosa como errónea: algunos vieron en las propiedades lumi-
nosas del fósforo (fosforescencia) una relación con el pensamien-
to, como en esa imagen popular de la bombilla que se enciende 
cuando tenemos una idea. Y aunque obviamente no es así como 
La química del funcionamiento cerebral 1 15 
funciona, no es menos cierto que los pensamientos son química 
cerebral en acción. 
Sin embargo, el estudio de la neuroquímica se demoraría hasta 
bien avanzado el progreso en las neurociencias. Antes de eso, a fi-
nales del siglo XIX y principios del xx, comenzaba a conocerse en 
detalle la trama celular que componía el tejido nervioso. Las células 
más importantes del cerebro, las neuronas, fueron identificadas en 
los primeros años del siglo pasado por Santiago Ramón y Cajal, con-
siderado el padre de la neurociencia moderna. Durante las décadas 
posteriores, los investigadores iniciaron el estudio de la propagación 
de la corriente eléctrica en las neuronas. Pero quedaba un gran esco-
llo por superar: Ramón y Cajal había descubierto que las neuronas 
no estaban en contacto unas con otras, sino que existía entre ellas 
una brecha a través de la cual no podía transmitirse el impulso eléc-
trico. Hacía falta otro mecanismo que explicara cómo la electricidad 
podía saltar de una neurona a otra, y en los primeros tiempos de la 
neurociencia moderna este proceso aún era un misterio. 
En 1914 el fisiólogo británico Henry Hallett Dale descubrió la ace-
tilcolina, una sustancia que actuaba sobre el tejido cardíaco. Siete 
años más tarde, el alemán Otto Loewi comprobó que la acetilcolina 
era un mensajero químico que transmitía el impulso nervioso, sol-
ventando así el misterio de Ramón y Cajal: la brecha entre dos neuro-
nas o sinapsis, se salvaba gracias a la acción de compuestos químicos 
o neurotransmisores. Al mismo tiempo los experimentos electrofi-
siológicos, en los que se medía el potencial eléctrico en las neuronas, 
empezaban a revelar que la electricidad neuronal dependía tam-
bién de un proceso químico, el trasiego de iones a ambos lados de 
la membrana celular. A partir de la década de 1950, la neuroquímica 
comenzó a despuntar con la identificación de nuevos neurotransmi-
sores y sus mecanismos de acción, y en años posteriores empezaron 
a conocerse los procesos de señalización química. 
Estas investigaciones facilitaron grandes avances en el conoci-
miento de la estructura del cerebro. A pesar de ello, aún son muchas 
16 1 La química del funcionamiento cerebral 
las incógnitas pendientes de resolución para llegar a comprender 
en su totalidad aquello que desconcertaba a los contemporáneos 
de Hensing en el siglo XVIII: cómo los procesos fisiológicos cerebra-
les dan forma a los pensamientos, las emociones, la memoria, las 
funciones cognitivas o la conducta. Y naturalmente, en el progre-
so de la neurociencia aún está presente el objetivo de desvelar en 
profundidad cuáles son los rasgos del cerebro humano que lo hace 
diferente al de otras especies animales. 
Hoy sabemos que las neuronas se conectan entre sí y con otras 
células acompañantes formando circuitos, que a su vez se organi-
zan en las grandes redes que forman sistema nervioso. A grandes 
rasgos ha podido establecerse una relación entre ciertas estructuras 
cerebrales y funciones específicas, como la actividad motora, la me-
moria, las emociones, el razonamiento o la voluntad. Asimismo, se 
han descubierto las relaciones de estas estructuras y funciones con 
ciertos mediadores químicos que intervienen en estos procesos, y 
cuyo déficit o exceso están ligados a enfermedades neurológicas. 
Así, en el terreno de los neurotransmisores, la acetilcolina tiene un 
papel excitador en la comunicación entre las neuronas, mientras 
que el GABA tiene actividad inhibitoria y la dopamina está relacio-
nada con el control de los movimientos y la química de la adicción. 
Por otra parte, se han revelado también los mecanismos de ac-
ción de los neurotransmisores en las sinapsis, tanto los procesos 
que llevan a su liberación al espacio sináptico como su acción en 
las neuronas que reciben la señal, donde estos compuestos dispa-
ran una serie de reacciones moleculares en cascada. La "''-''"'°'"""M 
relación existente entre esta anatomía microscópica del cerebro y 
su composición química constituye la base de su normal funcio-
namiento, por lo que cualquier anomalía en esta neuroquímica ce-
rebral puede dar origen a diversos trastornos. En consecuencia, la 
profundización en el conocimientode estos mecanismos químicos 
que sustentan la actividad cerebral guarda la clave para poder tra-
tar las enfermedades neurológicas. 
La química del funcionamiento cerebral 1 17 
LAS CÉLULAS NERVIOSAS: NEURONAS 
Y CÉLULAS DE LA GLÍA 
Cuando pensamos en las células propias del cerebro, nos suelen ve-
nir a la mente las neuronas. Sin embargo, estas células nerviosas 
por sí mismas no pueden formar un cerebro funcional, sino que ne-
cesitan de la acción de otros tipos de células. 
Una neurona típica tiene cuatro partes o regiones distintas: el 
cuerpo celular, las dendritas, el axón y las terminales del axón (fig.1). 
El cuerpo celular (citoplasma o soma) es el centro de control meta-
bólico de la neurona y su planta de fabricación y reciclaje. El cuerpo 
celular contiene el núcleo de la neurona y los principales orgánu-
los, que son el retículo endoplásmico, los ribosomas (para sintetizar 
proteínas) y la mitocondria (para producir energía). Es en el cuerpo 
celular donde se sintetizan muchas de las proteínas neuronales. La 
segunda y tercera regiones de la neurona son las dendritas y el axón, 
que son estructuras que se extienden lejos del cuerpo celular de la 
neurona, por lo que son prolongaciones neuronales. En términos 
generales, la función de una prolongación neuronal es ser un con-
ducto a través del cual las señales fluyen hacia o desde el cuerpo 
de la neurona. Una neurona puede tener múltiples dendritas, pero 
solo tiene un axón, de longitud mucho mayor que las dendritas. 
Por lo general, una neurona recibe señales entrantes procedentes 
de otras neuronas a través de las dendritas de la neurona, mientras 
que la señal de salida hacia otras neuronas fluye a lo largo de su úni-
co axón. Al final del axón se encuentra la cuarta parte diferenciada 
de una neurona: los terminales del axón o terminales axónicos. Se 
trata de estructuras con vesículas (bolsas de fluido) que almacenan 
unos compuestos químicos claves para el funcionamiento del cere-
bro: los neurotransmisores, también conocidos como mediadores 
químicos. Un axón generalmente se ramifica en multitud de termi-
nales axónicos y dichos terminales establecen contactos, denomi-
nados sinapsis, con otras células cerebrales. De hecho, la función 
18 1 La química del funcionamiento cerebral 
r F1G. 1 -------------------------..... 
Retículo 
endoplasmático liso 
Neurona con sus principales regiones: cuerpo celular, dendritas, axón y 
terminales axónicos. 
primordial de la neurona es integrar la información que le llega por 
los contactos sinápticos y emitir moléculas químicas que sirven de 
señales a otras neuronas y a efectores ( células musculares y de ór-
ganos de secreción). 
Para que las señales eléctricas de las neuronas viajen el 
de manera mucho más eficiente y rápida, algunos axones están re-
cubiertos por una capa de mielina. Asimismo, las neuronas U~H~,. 
un citoesqueleto (esqueleto de la célula) de estructura de tipo fibri-
lar formado por una red de filamentos proteicos. El citoesqueleto 
neuronal consiste en un sistema polímeros altamente organi-
zados que proporcionan soporte arquitectónico para los axones y 
las dendritas, así como vías para el transporte de varias clases de 
La química del funcionamiento cerebral 1 19 
constituyentes citoplasmáticos y de las vesículas sinápticas. En el 
citoesqueleto se distinguen tres polímeros principales: microtúbu-
los (tubulina), filamentos intermedios y filamentos de actina. Ade-
más de intervenir en el mantenimiento de la estructura (forma) de 
las dendritas y axones, el citoesqueleto desempeña un papel fun-
damental en el desarrollo de las neuritas (neuritogénesis) y en el 
transporte a través del axón, por lo que ejerce un papel fundamen-
tal en la comunicación neuronal. 
Pero las neuronas por sí mismas no pueden formar un cerebro 
funcional, sino que necesitan de la acción de otros tipos de células, 
como las que forman los capilares sanguíneos del sistema vascular 
del cerebro, para el adecuado aporte de oxígeno y nutrientes, y las 
células de la glía, que comprenden diversos tipos de células de fun-
ción muy compleja. En general, coadyuvan al sostenimiento del 
sistema nervioso al servir, proteger y apoyar a otras células. Cola-
boran con las neuronas en la coordinación de nuestras actividades 
cotidianas, como caminar, hablar o comer. Hay muchos subtipos 
de células gliales que desempeñan funciones diferentes. Por ejem-
plo, un tipo de ellas forman la mielina y otros tipos suministran 
nutrientes a las neuronas, incluido el oxígeno, destruyen patóge-
nos, o proporcionan una estructura de apoyo general en la que las 
neuronas pueden establecerse. Los tipos celulares gliales en el ce-
rebro adulto son los astrocitos, los oligodendrocitos, la microglía y 
las células ependimarias (fig. 2). 
Los astrocitos son células gliales en forma de estrella y son res-
ponsables de numerosas funciones importantes en el sistema ner-
vioso central. Unas diminutas prolongaciones del astrocito se diri-
gen a los capilares sanguíneos cooperando con el endotelio vascular 
para formar la barrera hematoencefálica, la cual ayuda a evitar que 
sustancias indeseables entren al cerebro a través de los vasos san-
guíneos. Además, los astrocitos son responsables de la provisión de 
nutrientes para las neuronas, dan soporte estructural para células 
nerviosas, intervienen en la liberación y absorción de iones y neu-
20 1 La química del funcionamiento cerebral 
r FiG.2 
Célula 
Oligodendrocitos 
ependimaria 
Principales tipos de células gliales. 
rotransmisores para mejorar la modulación de la comunicación cé-
lula a célula entre las neuronas, y en los procesos de reparación del 
sistema nervioso, y también pueden participar de forma directa en 
la comunicación neuronal, entre muchas otras funciones. 
Los oligodendrocitos son un tipo de células gliales que crean vai-
nas de mielina alrededor de los axones de las neuronas del sistema 
nervioso central. No deben confundirse con las células de Schwann, 
las cuales crean también mielina para los axones neuronales, pero 
solo en el sistema nervioso periférico. Por su parte, las células epen-
dimarias son un tipo de células de soporte neuronal que forman el 
revestimiento epitelial de los ventrículos (cavidades o espacios va-
cíos) en el cerebro y el canal central de la médula espinal. Las células 
La química del funcionamiento cerebral 1 21 
ependimarias también dan lugar a la capa epitelial que rodea el ple-
xo coroideo, una red de vasos sanguíneos ubicados en las paredes 
de los ventrículos laterales (los dos más grandes, que están como un 
Gran parte de la 
comunicac1on 
de información 
biológica se 
transmite mediante 
par en los hemisferios cerebrales). 
En cuanto a la glía radial, se trata de 
un tipo de células detectadas funda-
mentalmente durante la fase neurogé-
nica (nacimiento de nuevas neuronas) 
del desarrollo del sistema nervioso en 
compuestos todos los animales vertebrados. Duran-
químicos naturales. te el desarrollo, estas células, que son 
M.R. RosENZWEIG v A.I. LEIMAN morfológica, bioquímica y funcional-
mente distintas a las neuronas, abar-
can radialmente todo el ancho de la pared cerebral que se extiende 
desde la cavidad ventricular hasta la superficie pial. Desempeñan 
varios papeles fundamentales en la producción y colocación de 
neuronas durante el desarrollo del cerebro de los vertebrados. Cada 
célula tiene una forma bipolar con un núcleo ovalado, una prolon-
gación interna (apical) más corta que termina en la superficie ven-
tricular y otra prolongación externa (basal) mucho más larga que 
termina en la superficie cerebral. 
Como ocurre en otros órganos, los distintos tipos de células del 
cerebro están unidas estrechamente mediante un tipo especial 
de proteínas (glicoproteínas), llamadas moléculas de adhesión ce-
lular. Son moléculas muy especializadas, cuya característica más 
importante es que sirven de sostén para dar estabilidad a los con-
tactos que se establecen entre células, particularmentelos contac-
tos entre axones y neuronas. Estas sustancias químicas median en 
la adhesión célula a célula o la adhesión de la célula con la matriz 
extracelular. Son moléculas complejas de diferente tipo, las más 
importantes de las cuales son la neuroligina, la latrofilina, la teneu-
rina y la neurexina, particularmente involucradas en la sostenibili-
dad física de la sinapsis ( conexión entre células nerviosas). Además 
22 1 La química del funcionamiento cerebral 
de la función anatómica de estas moléculas, se ha demostrado su 
posible involucración en procesos como el déficit de atención, el 
autismo, la bipolaridad y la esquizofrenia. Las moléculas de adhe-
sión realizan también funciones complejas, ya sea intervenir en la 
formación de redes de neuronas o participar en los procesos de for-
mación de la memoria o de almacenamiento de información que 
pueden servir en el aprendizaje. 
Circuitos o redes neuronales 
Las neuronas, las células de la glía y los capilares sanguíneos cons-
tituyen la unidad neurovascular. Y las funciones del sistema ner-
vioso central, que es todo lo que tiene que ver con nuestra mente 
y cómo movemos nuestro cuerpo o cómo nos relacionamos con el 
mundo exterior, no serían posibles sin una perfecta coordinación 
de esta unidad neurovascular. Las neuronas y las células gliales 
(fundamentalmente astrocitos y oligodendrocitos) se agrupan for-
mando redes neuronales o circuitos neuronales, a distintos niveles. 
Los circuitos neuronales están constituidos para transmitir una 
determinada información que es necesaria para el mantenimiento 
de las funciones superiores, como el pensamiento, aprendizaje 
y la memoria, así como de otras funciones vitales para el organis-
mo y sus relaciones con el medio ambiente. Por ejemplo, grupos de 
neuronas que se conectan en microcircuitos nos ayudan a procesar 
información sobre lo que vemos, olemos, saboreamos o tocamos. 
Los circuitos o redes neuronales pueden ser convergentes, si mu-
chas neuronas conectan con unas pocas; divergentes, cuando una 
misma neurona conecta con un número elevado de ellas; o bien re-
verberantes, si se trata de circuitos locales. 
Existen hasta 10 000 tipos específicos de neuronas en el sistema 
nervioso humano, pero en términos generales, podemos .~.,u., ... 
car tres tipos de neuronas según la función de los circuitos neu-
La química del funcionamiento cerebral 1 23 
ronales en los que se integran. Las neuronas sensitivas son las en-
cargadas de traducir y transmitir sensaciones externas al cerebro, 
las neuronas motoras son las involucradas en los movimientos de 
los músculos y las interneuronas son, en general, las responsables 
del aprendizaje, del recuerdo o de la planificación y de la toma de 
decisiones. Las neuronas también pueden clasificarse según la di-
rección del flujo de información. Así, las neuronas aferentes son 
las que transportan información hacia el sistema nervioso central 
(o más centralmente dentro de la médula espinal y el cerebro), las 
neuronas eferentes son las que transportan información fuera del 
cerebro o la médula espinal (o fuera del circuito en cuestión), y las 
interneuronas (o neuronas de circuito local) solo participan en los 
aspectos locales de un circuito neuronal. Junto con las células de la 
neuroglía, las neuronas aferentes, las neuronas eferentes y las in-
terneuronas son los constituyentes básicos de todos los circuitos 
neuronales. 
U na neurona aislada no puede cumplir su función de procesar la 
información que recibe y transmitirla si no está conectada a otras 
neuronas y células gliales en una red o circuito neuronal. Ahora 
bien, ¿cómo se conectan todas estas células entre sí? 
COMUNICACIÓN ENTRE NEURONAS: LA SINAPSIS 
La disposición de los circuitos neuronales varía mucho según su 
función, sin embargo, hay características comunes a todos ellos. 
Las conexiones de las células que forman un circuito neuronal 
se hacen típicamente mediante una densa maraña de dendritas, 
terminales de los axones y prolongaciones de células gliales que 
juntos constituyen el llamado neuropilo. Este, dispuesto entre los 
cuerpos de las células nerviosas, es la región donde se produce la 
mayor parte de las conexiones entre células nerviosas. Como se 
apuntó anteriormente, estas conexiones se denominan sinapsis o 
24 1 La química del funcionamiento cerebral 
- Arriba, ilustración de la complejidad de las conexiones neuronales en el hipocampo 
[izquierda). y de una red de neuronas colinérgicas [derecha). Abajo a la izquierda, un 
grupo de astrocitos. A la derecha, sinapsis [flecha negra gruesa! y algunas vesículas 
sinápticas del terminal marcadas con flechas negras más finas. 
La química del funcionamiento cerebral 1 25 
conexiones sinápticas y es mediante ellas que las células nervio-
sas se comunican entre sí. De hecho, el término sinapsis designa 
tanto el espacio próximo entre células como el proceso de comu-
nicación entre ellas. Las sinapsis intervienen para regular el tras-
paso de información de una célula a otra y, por tanto, el paso del 
impulso nervioso. 
Según su mecanismo, se distinguen dos tipos de sinapsis en la 
comunicación intercelular: la química y la eléctrica. De ellas, la si-
napsis química es la más habitual. Por sus conexiones, las sinapsis 
pueden clasificarse en axodendrítica, sinapsis de un axón con la 
dendrita de otra neurona; axosomática, sinapsis de un axón con el 
cuerpo o soma de otra neurona; y axoaxónica, un terminal axónico 
presináptico entra en contacto con el axón de otra neurona en la 
porción inicial del nacimiento del axón (axón inicial) o cerca de su 
propia terminación, generalmente inhibiendo el funcionamiento 
del terminal con el que contacta (inhibición presináptica). Un gru-
po muy numeroso de sinapsis son axodendríticas, es decir, se dan 
entre el axón y la dendrita de neuronas adyacentes. 
La inmensa mayoría de las neuronas no se tocan entre sí, es de-
cir, no están en contacto físico directo, por lo que la sinapsis química 
es el mecanismo que tienen para conectarse entre ellas. La sinapsis 
química (fig. 3A) se realiza mediante el movimiento de sustancias 
químicas desde la neurona presináptica (su axón) hasta la neurona 
postsináptica (generalmente, la dendrita o el cuerpo celular de la si-
guiente neurona de la cadena). Las sustancias químicas transferidas 
en sinapsis química son los ya citados neurotransmisores, es decir, 
sustancias químicas que las neuronas utilizan como señal para en-
viar mensajes. Los neurotransmisores se hallan almacenados en las 
vesículas de los terminales axónicos de las neuronas y son los men-
sajeros químicos a través de los cuales las señales fluyen de una neu-
rona a la siguiente en las sinapsis químicas. 
Las sinapsis químicas se dan mayoritariamente entre neuronas, 
pero también tienen lugar en la neuroglía, que, a través de las 
26 1 La química del funcionamiento cerebral 
madas sinapsis tripartitas, influencian la transmisión de informa-
ción en los circuitos neuronales, tal como han demostrado recien-
temente investigadores españoles del Instituto Cajal (CSIC). 
Aunque son una minoría, las conexiones neuronales también 
se puede producir mediante sinapsis 
eléctricas (fig. 3B). Una sinapsis eléc- Somos lo que 
trica se compone de las membranas 
de dos neuronas que están en contacto 
físico por medio de una estructura in-
tercelular especializada llamada unión 
estrecha. Las uniones estrechas contie-
nen canales (estructuras de proteínas) 
emparejados y alineados con precisión 
somos porque 
nuestros cerebros 
son básicamente 
máquinas químicas, 
más que eléctricas. 
RICHARD F. THOMPSON 
en la membrana de las neuronas presináptica y postsinápticas. Cada 
canal del par pertenece a una de las neuronas y juntos forman un 
poro. Este tipo de poro es mucho más grande que los poros de los 
canales iónicos dependientes de voltaje característicos de las mem-
branas celulares. Como resultado, una variedad de sustancias puede 
simplemente difundirse entre el citoplasmade las neuronas presi-
náptica y postsináptica. Entre las dos neuronas se transfieren iones, 
pero también moléculas de elevado peso molecular como el ATP 
(adenosín trifosfato, una molécula de almacenaje de energía celular) 
y otros metabolitos intracelulares importantes como los denomina-
dos segundos mensajeros. Las sinapsis eléctricas funcionan permi-
tiendo que la corriente iónica fluya de manera pasiva a través de los 
poros de la unión estrecha de una neurona a otra. La fuente habitual 
de esta corriente es la diferencia de potencial eléctrico generada lo-
calmente por el llamado potencial de acción (un tipo de impulso eléc-
trico). En general, la transmisión puede ser bidireccional; es decir, 
la corriente puede fluir en cualquier sentido a través de la unión es-
trecha, dependiendo de qué miembro del par acoplado es alcanzado 
por un potencial de acción; no obstante, en algunos tipos de uniones 
estrechas su transmisión es unidireccional. En la sinapsis eléctrica 
La química del funcionamiento cerebral 1 27 
Í FIG.3 
0 SINAPSIS QUÍMICA 
NEURONA 
POSTSINÁPTICA 
[[j SINAPSIS ELÉCTRICA 
Neurotransmisores 
Receptores 
NEURONA PRESINÁPTICA )~ /J\~ Mkra<Ob•los 
Mitocondrias ~-·"7.,,., \ :oplasma 
NEUR!NA ~H~~j.> (~~!~V c. 
POSTSINAPTICA ~ 
Unión estrecha 
MEMBRANA 
PRESINÁPTICA 
MEMBRANA 
POSTSINÁPTICA 
Canales de la 
unión estrecha 
Arriba, ejemplo de sinapsis química, la forma más habitual de conexión entre 
dos neuronas; abajo, una sinapsis eléctrica que tiene lugar entre células muy 
próximas entre las que se ha formado la denominada unión estrecha. 
28 1 La química del funcionamiento cerebral 
la transmisión es extraordinariamente rápida en comparación con 
las sinapsis químicas, puesto que el flujo de corriente pasiva a través 
de la unión estrecha es prácticamente instantáneo. Las sinapsis eléc-
tricas permiten sincronizar la actividad eléctrica entre poblaciones 
de neuronas, al activar estas los potenciales de acción casi al mismo 
tiempo, y son frecuentes en el cerebelo. Asimismo, las sinapsis eléc-
tricas coordinan la señalización intracelular (cadena de reacciones 
químicas tras la recepción de sustancias en la célula postsináptica) y 
el metabolismo de las neuronas acopladas. 
Las sinapsis, sean del tipo que sean, son una parte fundamental 
del mecanismo de transmisión de las señales nerviosas, esto es, el 
conjunto de señales químicas y eléctricas que son la forma de co-
municación del sistema nervioso. 
LA TRANSMISIÓN DE LAS SEÑALES NERVIOSAS 
Como ya hemos avanzado, la función de una neurona es recibir la 
entrada de información procedente de otras neuronas, o de recep-
tores sensoriales, procesar esta información (integración) como lo 
haría un ordenador muy sofisticado, para luego enviar su respuesta 
que procesa como salida que afecta a otras neuronas, o a células 
no neuronales como las musculares o glandulares. Para cumplir 
su función, tanto las neuronas del sistema periférico como las del 
cerebro y resto del sistema central tienen que ser capaces de trans-
mitir el impulso. Para ello utilizan un mecanismo de tipo electro-
químico altamente especializado, basado en la conducción de im-
pulsos eléctricos y en las sinapsis. 
En los organismos vivos, el proceso de comunicación entre cé-
lulas, denominado señalización química, consta de varias etapas. A 
grandes rasgos, el proceso se inicia cuando la célula emisora libera 
señales de tipo químico (átomos, iones o moléculas), denominados 
ligandos, los cuales son reconocidos por receptores específicos para 
La química del funcionamiento cerebral 1 29 
ellos localizados generalmente en la superficie (membrana) de la 
célula receptora. Los ligandos y sus receptores se acoplan según un 
esquema análogo al de una llave y un ojo de cerradura. La unión 
ligando-receptor da lugar a la formación de un complejo químico 
(molécula química específica) que, a su vez, desencadena la trans-
misión de una señal (transducción) al interior de la célula receptora. 
Tras la recepción de la señal química, la célula receptora pone 
en marcha un mecanismo de autorregulación intercambiando ma-
teria y energía con el exterior manteniendo el medio extracelular 
estable. En el citoplasma de la célula receptora o efectora, la elabo-
ración de la respuesta a la señal recibida es mediada por reacciones 
químicas y la alteración de moléculas intracelulares: los ya citados 
segundos mensajeros. Estas moléculas, además de influir sobre su 
metabolismo celular, pueden llegar a afectar a la actividad de los 
genes contenidos en el núcleo de la célula (activación o inhibición 
de genes) y también causar cambios en el citoesqueleto (regulando 
el transporte de proteínas e incluso la división celular). Y, dado que 
los genes regulan la síntesis de proteínas, el resultado de la trans-
ducción de la señal gestionada por el núcleo produce respuestas 
muy controladas, en forma de señal química intracelular, coheren-
tes con el estímulo recibido por la célula desde el entorno celular o 
medio ambiente. 
El proceso de la señalización química es un fenómeno fmamen-
te autorregulado mediante un proceso de retroalimentación en el 
cual el sistema responde en una dirección a favor u opuesta a la 
señal. Este proceso evita excesos o deficiencias, pues un desequili-
brio de señales químicas implica alteraciones funcionales. 
Etapas de la comunicación neuronal 
Como ya se indicó anteriormente, una neurona contribuye a la trans-
misión de las señales nerviosas si, cuando recibe una señal o cuando 
30 1 La química del funcionamiento cerebral 
> 
Aunque podamos pensar 
en la sinapsis neuronal 
como un sofisticado pro-
ceso exclusivo del sistema 
nervioso, en realidad es 
solo un caso particular de 
señalización química, un 
proceso tan básico para la 
vida que de él ha dependi-
do la aparición de organis-
mos complejos. Los seres 
terrestres más antiguos 
y simples, las bacterias, 
se comunican entre ellas 
mediante señales quími-
cas que les permiten sin-
cronizarse en respuesta 
a los diversos estímulos 
- Las esponjas son los animales más primitivos, 
en los que existe una señalización química 
comparable a la de otros seres más complejos. 
ambientales y actuar casi como un organismo coordinado. Con la apari-
ción de las células complejas comenzaron a surgir los seres multicelulares 
más sencillos y primitivos, como las esponjas, que carecen de tejidos dife-
renciados. Sin embargo, ciertos estudios han mostrado que las esponjas 
comparten con el resto de los animales una multitud de genes implicados 
en la señalización química y que incluso emplean algunos neurotransmiso-
res cerebrales, pese a que obviamente no tienen neuronas ni mucho menos 
un cerebro. Estos resultados indican que los principales mecanismos de 
señalización celular, incluyendo algunos de los implicados en las sinapsis 
neuronales, impulsaron el desarrollo de los animales desde un momento 
muy temprano de la evolución, antes de que las esponjas y otros seres más 
complejos separaran sus caminos. 
31 
es estimulada por un neurotransmisor procedente de otra neurona 
es capaz de disparar un impulso. Este proceso comienza cuando las 
moléculas neurotransmisoras que han atravesado el espacio sináp-
tico actúan como ligandos que entran en contacto con las moléculas 
receptoras de la membrana de la neurona. La unión neurotransmi-
sor-receptor inicia los procesos de la señalización intracelular que 
culmina con la elaboración de la respuesta por la neurona. 
Para una rápida transmisión a larga distancia de la respuesta 
elaborada por la neurona tras recibir un estímulo, las neuronas han 
desarrollado un mecanismo muy eficiente para enviar señales eléc-
tricas llamado potenciales de acción a lo largo de su axón. poten-
cial de acción solo se genera si las señales que recibe una neurona 
exceden un mínimo de intensidad (valor umbral). Se trata de un 
mecanismo de conducción eléctrica que permite al cuerpo celular 
de una neurona comunicarse consus propios terminales a través 
del axón. Y cuando el potencial de acción llega a los terminales axó-
nicos provoca la liberación de los neurotransmisores en la sinapsis 
para que, de esta forma, la señal pase a otras neuronas y así asegu-
rar la transmisión del impulso nervioso. 
La membrana celular o plasmática es la barrera física entre los 
contenidos internos de la célula y el medio externo. Pero la comu-
nicación entre ambos espacios es posible por varios mecanismos 
que se constituyen en señales biológicas, el más extendido de los 
cuales es la transferencia de cargas eléctricas, principalmente io-
nes. Además de albergar en su cara externa a los receptores de neu-
rotransmisores, la membrana plasmática las neuronas contiene 
proteínas transportadoras, denominadas canales, que constituyen 
vías para que las moléculas se muevan a través de ellas. Como en 
otros tipos de célula, la membrana de las neuronas es una barre-
ra biológica semipermeable constituida fundamentalmente por 
fosfolípidos, proteínas estructurales y azúcares, pero, además, 
presenta un importante número de canales iónicos. La membra-
na plasmática de la neurona es muy permeable a los iones potasio 
32 1 La química del funcionamiento cerebral 
(K+) y ligeramente permeable a los iones cloro (el-) y sodio (Na+). 
En citoplasma concentración de K+ es alta, mientras la 
concentración de c1- es muy inferior 
a necesaria para equilibrar la suma 
de las cargas eléctricas positivas, con 
lo cual hay un desequilibrio eléctrico. 
En cambio, el equilibrio osmótico se 
mantiene entre el líquido extracelular 
y el citoplasma gracias al paso de agua 
a través de la membrana plasmática 
para igualar la concentración total de 
partículas en sus dos lados. Las neuro-
nas utilizan diversas bombas de iones 
y canales iónicos para transportar io-
nes entre ambos lados de la membrana 
La comunicación 
entre las 
neuronas en el 
sistema nervioso 
humano se logra 
primordialmente 
por la liberación de 
neurotransmisores 
en las sinapsis 
, . 
qu1m1cas. 
s. GILMAN y S.W. NEWMAN 
y mantener separados varios iones de cargas eléctricas contrarias 
(hay un gradiente iónico transmembrana), es decir, para polarizar 
eléctricamente la membrana. De este modo, la bicapa lipídica de la 
membrana de la neurona puede considerarse un condensador eléc-
trico que almacena una energía potencial eléctrica. movimiento 
de cargas eléctricas a través de la membrana plasmática de la neu-
rona es un fenómeno definible bajo las leyes de la física y da lugar a 
un voltaje o diferencia de potencial eléctrico entre las dos caras de 
la membrana. La membrana exhibe un valor de potencial de reposo 
de -70 mV (milivoltios). El potencial eléctrico de reposo dentro de 
la neurona es negativo respecto al del exterior porque el interior 
de la célula contiene más iones negativos que el exterior. Su valor 
depende de la permeabilidad relativa de la membrana celular a las 
distintas especies iónicas presentes y, por tanto, del gradiente ióni-
co transmembrana. La bomba de sodio/potasio (Na+/K+), mediante 
un proceso metabólico de transporte que consume energía en for-
ma de ATP, mantiene el gradiente de concentración iónica y contri-
buye al potencial de membrana en reposo. 
La química del funcionamiento cerebral 1 33 
Las propiedades eléctricas de las membranas confieren a las 
neuronas sus características de excitabilidad. Al permitir que la 
tensión transmembrana aumente a través de los canales iónicos, se 
puede formar una corriente eléctrica, que luego se propaga por el 
axón de una neurona. No es una corriente de electrones, sino una 
corriente de desplazamiento de iones. Cuando el voltaje transmem-
brana se vuelve más negativo que el potencial de reposo, se dice 
que la membrana se hiperpolariza, mientras que cuando se vuelve 
más positivo que el potencial de reposo, se dice que se despolariza. 
Para iniciar un potencial de acción, se requiere un estímulo para 
alcanzar el nivel de umbral de un canal iónico controlado por vol-
taje. Este estímulo provoca cambios en los canales iónicos permi-
tiendo que más iones Na+ entren a la célula, lo cual despolariza un 
segmento de la membrana del axón. Esta despolarización se trans-
mite al siguiente segmento y permite la propagación del potencial 
de acción a través del axón. Una vez ha transmitido la corriente, 
un segmento despolarizado vuelve a polarizarse y a recuperar su 
potencial de reposo gracias a la salida de iones K+ (fig. 4). Este tipo 
de actividad eléctrica de membrana es la base de lo que se conoce 
como respuestas activas. 
A la llegada del potencial de acción al terminal axónico se liberan 
los neurotransmisores en la sinapsis, los cuales provocan la produc-
ción de potenciales postsinápticos (cambio temporal en el potencial 
de membrana de la célula postsináptica) en la célula receptora. Un 
potencial postsináptico (o PSP) puede ser excitatorio o inhibitorio y 
se caracteriza por ser un cambio temporal en el potencial de mem-
brana de la célula postsináptica. Un PSP se dice que es un potencial 
excitatorio postsináptico si despolariza la membrana y aumenta 
la probabilidad de que se produzca un potencial de acción; por el 
contrario, es un potencial inhibitorio postsináptico si la disminuye, 
manteniendo la neurona polarizada. Los potenciales postsinápti-
cos, a diferencia de los potenciales de acción, tienen una duración 
relativamente larga y no son fenómenos de todo o nada. Estas ca-
34 1 La química del funcionamiento cerebral 
Í FIG.4 
Canal de iones K+ 
Interior de la célula 
I(+ 
OmV 
i 
Potencial 
de reposo 
! 
-70 mV 
Terminal 
Paso 1 
En situación de reposo, una neurona 
tiene carga negativa en el interior de 
su mémbrana respecto al exterior, 
debido a la expulsión de cargas 
positivas por los canales de potasio. 
Paso 2 
Cuando llega un impulso nervioso 
al axón se abren canales de sodio 
que introducen cargas positivas en 
su interior, y esa zona del axón 
queda despolarizada. 
Paso 3 
La despolarización induce la 
apertura de los canales de sodio en 
el segmento adyacente, lo que 
propaga el impulso. El segmento 
antes despolarizado vuelve al reposo 
gracias a los canales de potasio. 
Paso 4 
El proceso se repite en el segmento 
siguiente y el impulso va avanzando 
a lo largo del axón hasta llegar al 
terminal sináptico, donde inducirá la 
liberación de neurotransmisores. 
Mecanismo de propagación del potencial de acción a lo largo del axón de una 
neurona gracias a la apertura de canales iónicos. 
La química del funcionamiento cerebral 1 35 
racterísticas permiten la integración sináptica, el proceso mediante 
el cual una neurona individual procesa sus entradas sinápticas y las 
convierte en una señal de salida. La integración sináptica es el tér-
mino usado para describir cómo las neuronas suman estas entradas 
antes de la generación de un impulso nervioso o potencial de ac-
ción. Se produce sumación de diferentes señales tanto excitatorias 
como inhibitorias en la célula, de forma que en última instancia po-
dría producirse o evitarse la generación de un potencial de acción 
enel axón. 
En último término, esta transmisión e integración de señales 
neuronales es la que mueve toda nuestra actividad cerebral, desde 
la orden de mover un músculo hasta los pensamientos o los recuer-
dos. Pero si todo lo almacenado en nuestro cerebro se graba en for-
ma de sinapsis y se manifiesta por la actividad de las neuronas que 
participan en ellas, tiene que existir un mecanismo capaz de ir re-
modelando estas conexiones y su tráfico nervioso en función tanto 
del aprendizaje y la experiencia como del olvido. Es lo que se cono-
ce como plasticidad neural, la capacidad del cerebro de remode-
larse hasta cierto grado modificando sus conexiones sinápticas. La 
plasticidad neural media la adquisición de conocimientos y habili-
dades, así como la reparación del cerebro después de una lesión. La 
plasticidad también puede llevar a percepciones erróneas y dolor, y 
a trastornos adaptativos,por lo que una mejor comprensión de sus 
mecanismos podría ayudarnos a promoverla y controlarla, según 
los casos. La hipótesis de plasticidad neuronal y memoria sináptica 
afirma que la plasticidad dependiente de la actividad se induce en 
las sinapsis apropiadas durante la formación de la memoria. Nues-
tra comprensión actual de los mecanismos de la memoria se basa 
en los cambios que se producen en la eficacia de las sinapsis por la 
coincidencia en las actividades pre y postsináptica. La potencia-
ción a largo plazo es un fortalecimiento persistente de las sinapsis 
basado en patrones recientes de actividad sináptica que producen 
un aumento duradero en la transmisión de señales entre dos neu-
36 1 La química del funcionamiento cerebral 
ranas. Décadas de estudios de la potenciación sináptica a largo 
plazo han demostrado que, con mucha probabilidad, esta forma 
de plasticidad contribuye en el aprendizaje y la memoria. En otras 
palabras, la adquisición de recuerdos o de habilidades se produce 
mediante la formación de nuevas sinapsis que se fortalecen con el 
uso, mientras que el desuso produce el efecto contrario, podando 
aquellas conexiones que no se utilizan. 
Los mecanismos de transmisión del impulso nervioso y los aso-
ciados con la memoria tienen en común su carácter eminentemen-
te químico, puesto que en ellos intervienen sustancias específicas. 
Y ambos tienen en común también el lugar primordial donde opera 
esta química: la sinapsis, que como veremos a continuación, es el 
principal centro de procesamiento del componente químico de la 
comunicación neuronal. 
La química del funcionamiento cerebral 1 37 
1T 
PROCESOS QUIMICOS DE LA 
COMUNICACIÓN NEURONAL 
La química cerebral engloba una gran 
variedad de sustancias y de procesos 
químicos que tienen que estar perfectamente 
coordinados. Solo así es posible transportar 
información dentro de las células 
nerviosas y salvar el espacio vacío que hay 
entre neuronas vecinas para lograr una 
comunicación neuronal efectiva. 
1 fenómeno más importante y característico del sistema nervio-
so, que hace posible que sus células puedan hablar entre ellas, 
es el de la neurotransmisión. Se trata de un proceso activo, puntual 
e irreversible que comienza cuando la onda eléctrica que se origina 
por despolarización de la membrana celular de la neurona llega a 
su terminal axónico. Allí, para que el impulso nervioso pase a la si-
guiente neurona, se requiere la presencia de un mediador químico: 
el neurotransmisor. 
El estudio de los mecanismos químicos que modulan la neuro-
transmisión entre las células nerviosas no responde solo a la cu-
riosidad científica, sino que muchas sustancias de utilidad tera-
péutica se han desarrollado a partir del análisis de estos complejos 
sistemas de señalización celular. La investigación actual se centra 
en comprender cómo se realiza el procesamiento químico de la in-
formación que subyace en la sinapsis. El cada vez más amplio co-
nocimiento de la fisiología de la neurotransmisión nos está permi-
tiendo abordar patologías neurodegenerativas y neurosiquiátricas, 
al tiempo que nos proporciona pistas sobre cómo se desarrollan los 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 41 
procesos de memoria y aprendizaje. El objetivo último de estos es-
tudios es comprender con mayor detalle química del cerebro y 
la aplicabilidad de los resultados a la mejora de la calidad de vida. 
Un sistema específico de neurotransmisión está compuesto de 
numerosos elementos. Por un lado están los elementos estructu-
rales que engloban los componentes o delimitan los espacios: son 
las membranas pre y postsinápticas, las vesículas sinápticas que 
contienen los mediadores químicos de la neurotransmisión y es-
pacio sináptico. Además, hay una serie de enzimas encargadas de 
la síntesis y catabolismo de las sustancias químicas neurotransmi-
soras que son clave para la neurotransmisión. Por último, hay un 
amplio rango de macromoléculas en las membranas celulares pre 
y postsinápticas, los receptores de las membranas, especializadas 
en identificar neurotransmisores de forma muy selectiva y que han 
servido para definir los diferentes tipos funcionales de sinapsis. 
Precisamente el estudio de los receptores es de gran interés en la 
actual investigación de nuevos medicamentos para el tratamiento 
de enfermedades relacionadas con alteraciones en el mecanismo 
químico de la neurotransmisión sináptica. 
La transmisión sináptica requiere de un control muy ajustado 
del proceso, fundamentalmente de la concentración de neuro-
transmisores dentro de la hendidura sináptica. Con este objetivo, 
las neuronas han desarrollado una capacidad extremadamente so-
fisticada para regular la síntesis, el empaquetamiento, la liberación 
y la degradación o recaptación de neurotransmisores en el termi-
axónico. En general, cada uno de los componentes de estos pro-
cesos es específico del neurotransmisor involucrado. 
Las regiones pre y postsinápticas llevan a cabo funciones muy 
especializadas, con cierto grado de autonomía que varía según el 
tipo de neurotransmisión en el que se impliquen, aunque siempre 
están subordinadas a las neuronas de las que dependen. Así, las 
neuronas proveen a esas regiones de vesículas, enzimas y macro-
moléculas que sintetizan en su soma. El centro trófico (zona de sín-
42 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
- Imágenes de sinapsis al microscopio electrónico. Arriba, la célula presináptica 
con las vesículas sinápticas, acumulándose en el extremo de la sinapsis. Abajo, un 
terminal axónico abierto para mostrar las vesículas sinápticas. 
Procesos químicos de la comunicación neuronal j 43 
tesis de nutrientes) de las neuronas está situado en su soma, donde 
hay orgánulos especializados en la síntesis de proteínas y péptidos 
(enzimas, neurotransmisores, macromoléculas, etc.). Desde allí los 
productos procesados se trasladan a las prolongaciones nerviosas, 
esto es, a las dendritas, el axón y los botones terminales (terminales 
axónicos). 
La transmisión del impulso nervioso también requiere del sis-
tema enzimático, involucrado en la síntesis y degradación de cada 
uno de los componentes del sistema de neurotransmisión (inclui-
dos los neurotransmisores y receptores) y de los sistemas involu-
crados en la transducción de señales a nivel de la neurona recep-
tora. La transducción de señales a nivel celular es el conjunto de 
procesos químicos que se producen en la célula postsináptica y 
que, en última instancia, resulta en una respuesta por parte de la 
neurona receptora. 
La ejecución de dicha respuesta es uno de los últimos eslabones 
un proceso de extraordinaria complejidad y que tiene su inicio 
con la síntesis, empaquetamiento y liberación de neurotransmiso-
res, tal como veremos a continuación. 
PR 
su 
DO NEUROTRANSMISORES PARA 
IÓN: SÍNTESIS Y EMPAQU IE 
Para conseguir una transmisión efectiva del impulso nervioso en la 
sinapsis debe haber niveles de neurotransmisores adecuados. Los 
pasos previos para lograr estos niveles de moléculas transmisoras 
en la sinapsis son la síntesis y el empaquetamiento de los neuro-
transmisores. Como ya se apuntó anteriormente, los neurotrans-
misores son mensajeros químicos producidos por las neuronas que 
son dirigidos hacia otras neuronas, o a células de músculos o glán-
dulas para estimular o inhibir su actividad. En la comunicación 
entre neuronas, los neurotransmisores son liberados en las sinap-
44 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
sis químicas y pueden ser de naturaleza química diversa. Se dis-
tinguen dos grandes grupos de neurotransmisores: los de molécula 
pequeña y los neuropéptidos. 
Los neurotransmisores de molécu-
la pequeña son compuestos orgánicos 
de bajo peso molecular entre los que 
destacan la acetilcolina, los aminoáci-
La sinapsis es 
esencial para la vida. 
MENDELL RIMER 
dos neurotransmisores (glutamato, ácido gamma-aminobutírico o 
GABA, aspartato, glicina, D-serina), las aminas biógenaso monoa-
minas (adrenalina, dopamina, norepinefrina o noradrenalina, epi-
nefrina, serotonina e histamina), las cuales se sintetizan a partir de 
precursores de aminoácidos, y los neurotransmisores purinérgicos 
adenosina y ATP (este último, además de almacenar energía, puede 
actuar como neurotransmisor). 
En general los neurotransmisores de molécula pequeña se sin-
tetizan localmente dentro del terminal presináptico, es decir, en 
la terminación del axón de la neurona. Algunos de los precursores 
(componentes) necesarios para la síntesis de estas moléculas son 
captados de forma selectiva por proteínas transportadoras loca-
lizadas en la membrana celular del terminal presináptico (axóni-
co). Otros son subproductos de procesos celulares que tienen lu-
gar dentro de la propia neurona y, por lo tanto, están fácilmente 
disponibles. Para catalizar la interacción entre estos precursores y, 
así, generar el neurotransmisor se requieren enzimas que suelen 
generarse en soma. Estas enzimas son transportadas al terminal 
nervioso (presináptico) mediante un tipo de transporte denomina-
do axonal lento, a una velocidad de 0,5 a 5 milímetros por día. En el 
terminal axónico las enzimas sintetizan los neurotransmisores de 
molécula pequeña, los cuales, mediante un sistema de transporte 
de proteínas a través la membrana vesicular, se cargan en las 
vesículas sinápticas (fig. 1). Y en el caso de algunos neurotransmi-
sores de molécula pequeña, los pasos finales de su síntesis tienen 
lugar dentro de las propias vesículas sinápticas. 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 45 
r FIG.1 
Retículo 
encloplasmático rugoso 
Aparato de Golgi 
TRANSPORTE 
OEPRECURSORES ----, 
AL TERMINAL 
SÍNTESIS DE 
ENZIMAS EN El 
CUERPO CELULAR 
Enzimas 
SÍNTESIS Y 
----- ALMACENAMIENTO 
RÁPIDOS DEL 
NEUROTRANSMISOR 
Figura que ilustra la síntesis y transporte de neurotransmisores de molécula 
pequeña. Como puede observarse, la síntesis tiene lugar en el terminal axónico y 
requiere de precursores y enzimas. 
La segunda categoría de neurotransmisores son los neuropép-
tidos o neurotransmisores peptídicos. Los neuropéptidos gene-
ralmente están formados por una cadena de 3 a 36 aminoácidos y 
son más grandes que los transmisores de molécula pequeña. Hay 
muchos neuropéptidos diferentes: las endorfmas y las encefali-
nas (que inhiben el dolor), la sustancia P (que transporta señales 
de dolor), la somatostatina, la oxitocina y el neuropéptido Y (que 
estimula la alimentación y puede actuar para prevenir las convul-
siones), entre otras. La síntesis de los neuropéptidos requiere de la 
formación de unos enlaces químicos denominados peptídicos, por 
46 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
lo que estos neurotransmisores deben fabricarse en el cuerpo ce-
lular. Se trata de un proceso químicamente más complejo que las 
simples reacciones enzimáticas involucradas en fabricación 
neurotransmisores más pequeños. Asimismo, los mecanismos res-
ponsables del empaquetamiento de los neurotransmisores peptídi-
cos son fundamentalmente diferentes de los asociados a los neuro-
transmisores de molécula pequeña. 
Generalmente, las neuronas productoras de neuropéptidos fa-
brican estos compuestos a partir de polipéptidos -largas cadenas 
peptídicas- que actúan como precursores. Una vez sintetizados 
en el interior de la célula, estos precursores pasarán por un 
samiento consistente en fragmentaciones y modificaciones para 
dar lugar a los neuropéptidos finales que se liberarán a la sinapsis. 
La síntesis de estos precursores, denominados prepropéptidos, se 
lleva a cabo como la de cualquier otra proteína de la célula, en un 
compartimento celular llamado retículo endoplasmático rugoso. 
El prefijo «pre» hace referencia a que estas moléculas van marca-
das con una etiqueta, una cola de aminoácidos con una secuencia 
específica que las dirigirá hacia la vía secretora; una vez eliminada 
esta marca, el prepropéptido se transforma en un propéptido. Este 
se introduce en el aparato de Golgi, un orgánulo celular donde tie-
ne lugar el procesamiento final para la obtención de los neuropép-
tidos. el propéptido se fragmenta y se somete a ciertas modi-
ficaciones enzimáticas, que pueden incluir la glicosilación (unión 
de moléculas de azúcares), la fosforilación (adición fosfatos) 
o la formación de enlaces químicos disulfuro. A un 
co precursor inicial pueden obtenerse diversos neuropéptidos en 
función de las modificaciones concretas que se apliquen en cada 
caso, del mismo modo que una planta de fabricación 
puede producir varios modelos de un producto a partir de los mis-
mos componentes. Por ejemplo, el diferente procesamiento de tres 
precursores distintos da lugar a un amplio repertorio de opiáceos 
endógenos, una gran familia de neuropéptidos que actúan como 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 47 
analgésicos naturales. Finalmente y una vez obtenidos los neuro-
péptidos en su forma madura, se empaquetan en vesículas forma-
das en el aparato de Golgi. 
Las vesículas del aparato de Golgi llenas de péptidos se transpor-
tan a lo largo del axón hasta el terminal sináptico. El mecanismo 
responsable de dicho movimiento, conocido como transporte axo-
nal rápido, transporta vesículas a velocidades de hasta cuatrocien-
tos milímetros por día a lo largo de microtúbulos, filamentos largos 
y cilíndricos de veinticinco nanómetros de diámetro, presentes en 
todas las neuronas y otras células. Las vesículas con los péptidos se 
mueven a lo largo de estas pistas de microtúbulos mediante proteí-
nas motoras, como la kinesina, que requieren de la energía del ATP 
para ejercer su función (fig. 2). 
Una vez sintetizados los neurotransmisores, tanto los de mo-
lécula pequeña como los neuropéptidos, estos se almacenan en 
vesículas dentro del terminal del axón hasta la llegada de un po-
tencial de acción que provoque su liberación. Cada vesícula den-
tro de un botón sináptico almacena hasta 10 000 moléculas de 
neurotransmisores. La mayoría de los neurotransmisores de mo-
lécula pequeña se almacenan en pequeñas vesículas que varían 
de 40 a 60 nanómetros de diámetro mientras que las vesículas 
que almacenan neuropéptidos son más grandes, con un diámetro 
de 90 a 250 nanómetros. 
En reposo, las vesículas que contienen neurotransmisores se 
almacenan en el terminal de la neurona. Un pequeño número de 
vesículas se aloja a largo de membrana presináptica en luga-
res llamados zonas activas, que es donde se produce la liberación 
de neurotransmisores. En cambio, la mayoría de las vesículas se 
mantienen cerca de estas zonas, pero más alejadas de la membra-
na hasta que son necesarias o requeridas para la neurotransmi-
sión. Estas vesículas se mantienen en su lugar gracias a las pro-
teínas de la membrana de vesícula sensibles al ion de calcio, Ca2+, 
llamadas VAMP (vesicle associated membrane protein,), las cuales 
48 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
Í FIG. 2 
Retículo 
Aparato de Golgi 
SÍNTESIS DE 
PRECURSORES DEL 
NEUROTRANSMISOR 
Y ENZIMAS 
TRANSPORTE 
DE ENZIMAS Y 
PRECURSORES 
PEPTÍDICOS 
LAS ENZIMAS 
MODIFICAN Al 
PÉPTIDO PARA 
GENERAR El 
NEUROTRANSMISOR 
Síntesis y transporte de neuropéptidos, que se inicia en el aparato de Golgi de la 
célula y finaliza en su terminal axónica. 
se unen a los filamentos de actina, microtúbulos y otros elementos 
del citoesqueleto. 
Liberación de neurotransmisores 
Las vesículas necesarias para liberar neurotransmisores son ancla-
das a la membrana presináptica de las zonas activas del terminal 
presináptico. Allí se inicia la liberación de neurotransmisores, pro-
ceso que consta de cuatro pasos: la despolarización de la membrana 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 49 
del terminal axónico con la llegada del impulso nervioso (potencial 
de acción); la activación de los canales de Ca2+ regulados por voltaje 
situados en la membrana presináptica y la apertura de estos; la en-
trada de Ca2+ que lleva a un cambio en la conformaciónde proteínas 
de acoplamiento a la membrana presináptica; y, por último, la fu-
sión de la vesícula a la membrana plasmática, con liberación pos-
terior de miles de moléculas del neurotransmisor desde la vesícula 
hasta la hendidura sináptica. 
Para que las vesículas que contienen neurotransmisores puedan 
fusionarse a la membrana celular presináptica, primero deben rom-
per los enlaces químicos que las sostienen al citoesqueleto. Así, son 
libres de trasladarse a las zonas activas, donde tiene lugar el aco-
plamiento, proceso mediante el cual la vesícula y la membrana pre-
sináptica se alinean en una posición que les permitirá fusionarse 
fácilmente. En la fusión, las dos membranas (la de la vesícula y la 
presináptica) se conectan para formar una pequeña abertura, un 
poro, que conecta el lumen (el interior) de la vesícula con la hendi-
dura sináptica. Este poro crece más y más hasta que la membrana 
de la vesícula se colapsa en la membrana presináptica y libera su 
contenido en la hendidura sináptica, proceso conocido como exo-
citosis. Después de la exocitosis, la membrana vesicular forma una 
especie de hoyo y se incorpora en la terminal presináptica para for-
mar una nueva vesícula vacía (fig. 3). Esta vesícula se recicla poste-
riormente y se rellena con más neurotransmisores, o bien se envía 
al cuerpo celular, donde se descompone y se procesa en una nueva 
vesícula. El ciclo de vida de la vesícula se completa cuando la nue-
va vesícula se transporta a la terminal presináptica, donde luego se 
puede llenar de nuevo de neurotransmisores. 
Al llegar el impulso nervioso a la sinapsis, los mecanismos de sín-
tesis, transporte, almacenaje y liberación de neurotransmisores son 
los primeros pasos en el engranaje de la comunicación neuronal. Los 
pasos que siguen se inician tras la liberación de los neurotransmiso-
res en las sinapsis. 
50 j Procesos químicos de la comunicación neuronal 
Í FIG. 3------------------------~ 
Vesícula sináptica 
no andada 
1 
:~]' itJ~~~\{t ◄····················· ......... ¡ 
"<'~f~2m~~~~~5' Grupo de proteínas : 
•·. _ ·' · de la membrana de la L ...... . 
Grupo de i,: vesícula sináptica 
proteínas ele la _ 
membrana Vesícula 
presimíptita ,¡, sináptica 
andada 
Membrana 
presináptica 
._~; /l!·~: . \;i . . --: .. {/ 
~~.: (º•' ~ • •••► (t\j\(½;: ....... ;, :.s·:f0~~ ..... ••••••. 
0
° O :.~••~:N~O 
•.,\~ ~C"r •• ¿? ,,; ••• •o- •O•• .• .. o 
; ilil-.!J; ,i¡,;,>,t, t ~' ', l;~~Qr·~ =•1: ~:~1;,flJ~!;✓~l:(:·e8 :e• ... ;,;~J~, !lf;i, '_, y::::®•:·-:~ ~;,.r;D 
W · - · - · W- , W" · ~ - • • 1 . , ti tJ - • • - ~ 
La entrada de El poro de fusión se ensancha Del botón terminal • : •: ;1 •: • • 
calcio abre el y la membrana de la vesícula empiezan a salir ' • 
poro de fusión sináptica se fusiona con la moléculas de 
membrana presináptica neurotransmisor 
Exocilosis 
Proceso de liberación de neurotransmisores en el terminal presináptico. 
LA UNIÓN NEUROTRANSMISOR-RECEPTOR 
Una vez que los neurotransmisores han sido liberados por una neu-
rona en la hendidura sináptica, se difunden hasta que alcanzan la 
membrana postsináptica de la siguiente célula (llamada célula diana 
o receptora) y llegan a sus receptores específicos. Corno ya se indicó, 
los receptores son grupos químicos o moléculas proteicas situadas 
en la superficie de la célula diana o en su interior, que tienen afini-
dad por un grupo químico específico de molécula señalizadora. 
La unión (acoplamiento molecular) del neurotransmisor con 
su receptor se lleva a cabo según una complementariedad tipo lla-
ve-cerradura (los neurotransmisores actúan corno una llave y sus 
receptores como una cerradura), de forma que la unión de ambos 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 51 
es, como regla general, muy específica. Este tipo de interacción 
molecular está causada por fuerzas intermoleculares, y da origen a 
un cambio conformacional del receptor. 
El efecto de un neurotransmisor depende de su receptor, es de-
cir, que la respuesta originada por un neurotransmisor determinado 
está mediada por su receptor complementario a nivel postsináptico 
y sus canales asociados. Para cada tipo de neurotransmisor existe 
más de un tipo de receptor. Así, para el neurotransmisor acetilco-
lina se distinguen receptores muscarínicos (mAChRs) y nicotínicos 
(nAChRs); para la adrenalina, alfa y beta receptores, etc. Así, un neu-
rotransmisor puede tener un efecto excitador o inhibitorio, según el 
receptor. Es el caso, por ejemplo, de la acetilcolina (ACh), que puede 
ejercer un efecto excitador o inhibidor dependiendo del tipo de re-
ceptor para este neurotransmisor con el que interactúa en la sinap-
sis. El efecto de la ACh será excitador cuando interacciona con su 
receptor nicotínico, o con los subtipos muscarínicos Ml, M3 y MS. 
Realiza, en cambio, una acción inhibitoria cuando interacciona con 
sus receptores muscarínicos M2 y M4. 
Los receptores que intervienen en la comunicación neuronal no 
solo están localizados en la membrana postsináptica, lugar en que 
median la transducción neuro-neuronal (de neurona a neurona) de 
la señal que transmite un neurotransmisor, sino que también pue-
den localizarse en la membrana presináptica. La localización de los 
receptores distinta a la región postsináptica es indicativa de exis-
tencia de un sistema complejo de regulación de la función sináptica 
y la base de fenómenos relacionados con la llamada «inhibición pre-
sináptica», o con procesos de recaptación del neurotransmisor. 
Las tres grandes familias de receptores neuronales 
Los receptores pueden ser de distintos tipos: receptores directa-
mente relacionados con la transmisión del impulso nervioso (io-
52 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
notrópicos y metabotrópicos) -que tienen diferentes efectos en el 
comportamiento sináptico-, receptores integrales de la membra-
na plasmática con actividad enzimática propia y receptores intra-
celulares. En el primer grupo destacan los receptores ionotrópicos 
(o canales iónicos activados por ligando) y los receptores metabo-
trópicos. Se diferencian entre sí en que los ionotrópicos contienen 
canales iónicos, mientras que los receptores metabotrópicos son 
estructuras químicas separadas de los canales iónicos. No obstan-
te, ambos tipos de receptores, de forma más o menos directa, ac-
túan abriendo y cerrando canales de iones, con lo que dan lugar a 
un potencial de acción postsináptico. Estos potenciales postsináp-
ticos tienen escalas de tiempo muy diferentes, produciendo accio-
nes postsinápticas que van desde menos de un milisegundo hasta 
minutos, horas o incluso días. 
Los receptores ionotrópicos son proteínas transmembrana (in-
sertadas en la membrana celular) que pueden abrir o cerrar un 
canal para permitir que partículas pequeñas, iones, viajen hacia 
dentro y fuera de la célula. Estos receptores combinan funciones 
de receptor y canal, ya que cuando un ligando o neurotransmisor 
se une a este tipo de receptor, el canal cambia de conformación de 
manera que es más o menos permeable a uno o más iones, fenóme-
no denominado apertura de canal. En este mecanismo, el recep-
tor informa directamente a la célula diana, no requiriéndose pasos 
metabólicos intermedios. Tan pronto como el ligando se une al re-
ceptor, la proteína que conforma el canal cambia de forma y, al ha-
cerlo, crea una pequeña abertura lo suficientemente grande como 
para que los iones viajen a través de ella (fig. 4). 
El resultado de esta interacción ligando-receptor puede tener 
un efecto excitatorio o inhibitorio, dependiendo de los iones que 
puedan pasar a través del canal y sus concentraciones dentro y fue-
ra de la célula. Los receptores ionotrópicos contienen dos dominios 
(porción estructuralmente compacta de una molécula de proteína) 
funcionales: un sitio extracelular que se une a los neurotransmi-
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 53 
• 
r F1G. 4 
Los neurotransmisores 
se unen a los canales 
Neurotransmisor [I] El canal 
O I se abre9 o ··• .. o o¡ ♦••• :! 
Interior 
de la célula 
r 
[I] Los iones traspasan 
la membrana 
r~~ 
... 
G 
Esquema del mecanismo de acción de un receptor ionotrópico. El neurotransmisor 
actúa de ligando que, al unirse al receptor, activa la apertura del canal iónico. 
sores y un dominio de membrana que forma un canal iónico. Los 
receptores ionotrópicos no se abren o cierran permanentemente, 
sino que, por lo general, se cierran hasta que otra molécula peque-
ña (ligando) se une al receptor. Por lo tanto, los receptores ionotró-
picos son canales iónicos transmembrana activados por ligando. 
Los iones que pueden viajar a través de los receptores ionotrópicos 
están generalmente limitados a iones de potasio (I<+), sodio (Na+), 
cloro (el-) y calcio (Ca2+). Estos movimientos de iones producen 
cambios en el potencial eléctrico de las células que, a su vez, propa-
gan la señal a lo largo de la célula. 
Los canales iónicos activados por ligando incluyen los recepto-
res nicotínicos de la acetilcolina, así como muchos de los recep-
54 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
tores para los aminoácidos neurotransmisores como glutamato, 
glicina y GABA. Uno de los receptores de serotonina es también 
un canal iónico activado por ligando, 
al igual que algunos receptores para 
neurotransmisores purinérgicos. Los 
canales de los receptores ionotrópicos 
se abren y se cierran rápidamente, y 
sus constantes de tiempo (tiempo ne-
cesario para que una variable que varía 
exponencialmente alcance el 63 % de 
su valor final) son de aproximadamen-
te 0,5 ms. Así, por ejemplo, los recepto-
res AMPA, que son receptores ionotró-
picos del glutamato, son mucho más 
rápidos que los receptores mGLUR, 
receptores metabotrópicos del mismo 
Creemos que las 
neuronas en el 
circuito pueden 
liberar más 
neurotransmisores o 
poner más receptores 
para que la 
transmisión sináptica 
se potencie y sea más 
eficiente a medida 
que aprendemos algo 
nuevo y formamos 
nuevos recuerdos. 
neurotransmisor. MENDELL R1MER 
Los receptores ionotrópicos gene-
ralmente median rápidos efectos postsinápticos. Algunos ejemplos 
son el potencial postsináptico de la placa terminal (EPP, end-plate 
potential) producido en las sinapsis neuromusculares por acetilco-
lina; el potencial postsináptico excitador (EPSP), que hace que la 
neurona postsináptica sea más propensa a disparar potenciales de 
acción producidos en ciertas sinapsis en las que interviene el glu-
tamato, usualmente como resultado de apertura de canales de Na+; 
y el potencial postsináptico inhibidor (IPSP), producido en ciertas 
sinapsis en las que interviene el GABA y generado por la apertura 
de canales de c1- y K+ ( entran por un lado aniones el-y salen catio-
nes K + con lo que el interior se hace más negativo que el potencial 
de reposo). En los tres casos, los potenciales postsinápticos surgen 
en uno o dos milisegundos de un potencial de acción que invade el 
terminal presináptico y duran solo unas pocas decenas de milise-
gundos o menos. 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 55 
La segunda familia de receptores de neurotransmisores son los 
receptores metabotrópicos, llamados así porque el movimiento even-
de iones a través de un canal depende de uno o más pasos me-
tabólicos. Su descubrimiento permitió explicar cómo la información 
en las señales químicas es transducida por las células diana al unirse 
las señales químicas (ligandos) a sus respectivos receptores. 
Los receptores metabotrópicos son proteínas rnonoméricas 
(moléculas que pueden combinarse con otras para formar un polí-
mero) con un dominio extracelular que contiene un sitio de unión 
al neurotransmisor y un dominio intracelular que se une a las pro-
teínas G (proteínas de unión e hidrólisis de guanina, o GTP). Dichas 
proteínas, además de la transducción de señales, median el trans-
porte de proteínas, la regulación del crecimiento y el alargamiento 
de la cadena polipeptídica. Los receptores metabotrópicos pertene-
cen a la superfarnilia de receptores acoplados a proteína G (desig-
nadas corno GPCR por sus siglas en inglés). Algunos receptores de 
esta clase son los receptores adrenérgicos, los receptores odorantes 
y ciertos receptores hormonales, por ejemplo, glucagón, angioten-
sina, vasopresina y bradiquinina, presentes en distintos tipos de 
células. Hay una creciente evidencia clínica, farmacológica y ge-
nética de que esta superfamilia de receptores desempeña un papel 
fundamental en enfermedades psiquiátricas como la depresión, el 
trastorno bipolar y la esquizofrenia, así corno en su tratamiento. 
Ejemplos de receptores acoplados a proteína G son el receptor que 
reconoce al neurotransmisor de molécula pequeña doparnina (DA), 
glutarnato (mGluR), GABA (GABAB), acetilcolina (muscarínico) y 
el receptor cannabinoide 2, el cual media los efectos de la señaliza-
ción de cannabinoides endógenos. 
Una vez producida la unión del ligando (que puede ser un neuro-
transmisor o una hormona) y el receptor, la señalización intracelu-
lar a través de los receptores metabotrópicos depende de la activa-
ción de varias moléculas dentro de la célula y, a menudo, implica la 
puesta en marcha de un segundo mensajero. Aunque estos recepto-
56 1 Procesos químicos de la comunicación neuronal 
res no tienen canales iónicos como parte de su estructura, sí afectan 
a canales tras la activación de las proteínas G. Una vez activadas, 
las proteínas G se disocian del receptor e interactúan directamente 
con los canales iónicos o se unen a otras proteínas efectoras, como 
enzimas, que hacen que los mensajeros intracelulares abran o cie-
rren los canales iónicos (fig. 5). Por lo tanto, las proteínas G pueden 
considerarse como transductores de señales que acoplan la unión 
de los neurotransmisores a la regulación de los canales iónicos post-
sinápticos. Y, al igual que en los receptores ionotrópicos, los movi-
mientos de iones en los canales contribuyen a la propagación del 
impulso nervioso a lo largo de la célula. 
La señalización a través de receptores metabotrópicos (sinapsis 
lenta) es mucho más lenta que la señalización a través de canales 
iónicos activados por ligando (sinapsis rápida). Las respuestas pro-
rFIG.5 
Neurotransmisor 
•♦ ,,,• 
Canal d~e iones .•• .1" r::.~j 
r: 
jL~ 
,,,,~ \ 
♦,;, •♦ 
,., ... ♦ ♦ •• 
Señal celular 
Tras la unión del neurotransmisor con el receptor metabotrópico, este controla la 
apertura y cierre de un canal iónico de forma indirecta. 
Procesos químicos de la comunicación neuronal 1 57 
ducidas por la activación de los receptores metabotrópicos general-
mente van desde cientos de milisegundos hasta minutos o incluso 
más tiempo. La lentitud comparativa de las acciones del receptor 
metabotrópico con respecto al ionotrópico refleja el hecho de que 
múltiples proteínas deben unirse entre sí de forma secuencial para 
producir la respuesta fisiológica final. Es importante tener en cuen-
ta que la señalización metabotrópica, aunque es más lenta que la 
ionotrópica, produce efectos más duraderos que los efectos conse-
guidos por los receptores ionotrópicos. Así, las sinapsis metabotró-
picas son más apropiadas para los efectos que duran más tiempo, 
como los del sentido del gusto, la emoción y el dolor. 
Los tipos de neurotransmisores que activan los receptores me-
tabotrópicos exclusivamente incluyen dopamina, norepinefrina, 
serotonina y neuropéptidos, entre otros. En cambio, neurotrans-
misores como por ejemplo acetilcolina, glutamato y GABA pueden 
ejercer su acción a través de receptores tanto ionotrópicos (nico-
tínicos, AMPA y GABAA, respectivamente) como metabotrópicos 
(muscarínicos, mGluR y GAB~, respectivamente). Cuando uno de 
estos neurotransmisores se une al receptor metabotrópico, provoca 
la activación de la proteína Gen el otro lado de la membrana, lo que 
produce una regulación positiva de su respectivo segundo mensa-
jero, como el AMPc. El resultado es la activación de una cascada de 
señalización química y la consiguiente