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La tirosina se transporta en la varicosidades presinápticas y es convertida a DOPA por la enzima tirosina hidroxilasa (TH); éste es un paso que limita la velocidad de la reacción en la biosíntesis de catecolaminas. Más tarde, la DOPA es convertida en dopamina por acción de la descarboxilasa de L-aminoácidos aromáticos (AAADC). La dopamina se transporta en las vesículas por el transportador 2 de monoaminas vesiculares (VMAT-2). El mismo transportador es causante de la captación de otras monoaminas citoplásmicas en las vesículas, lo que incluye la noradrenalina, adrenalina y serotonina. Una vez en el interior de las vesículas, la dopamina (DA) se convierte a noradrenalina (NE) por la enzima dopamina-hidroxilasa (DH). La noradrenalina se almacena en las vesículas junto con los cotransmisores, neuropéptido Y (NPY) y trifosfato de adenosina (ATP). Diferentes vesículas pueden almacenar diferentes proporciones de cotransmisores, lo que depende de la sinapsis neuroefectora en particular.
Con la despolarización de la membrana de la célula presináptica hay liberación de noradrenalina y de los cotransmisores, lo que ocasiona la abertura de los conductos de calcio dependientes de voltaje y la entrada rápida de Ca2+ hacia el citoplasma. El aumento en las concentraciones de Ca2+ citoplásmicas en la terminal nerviosa desencadena la fusión de vesículas sinápticas con las membranas celulares a través de la interacción de las proteínas de membrana relacionadas con vesículas (VAMP) con proteínas relacionadas con el sinaptosoma (SNAP). La fusión de vesículas con la membrana celular causa la exocitosis y liberación de noradrenalina y de cotransmisores en la hendidura sináptica. Una vez en la sinapsis, la noradrenalina puede interactuar con los receptores adrenérgicos en la membrana de la célula efectora postsináptica, dando origen a la respuesta característica en la célula efectora y a la disminución o incremento de la liberación subsiguiente de noradrenalina y de los cotransmisores.
El mecanismo principal por el cual la noradrenalina (NE) se elimina de la sinapsis es a través de la recaptación por un transportador de captación neuronal sensible a la cocaína. Una vez en el citosol, la noradrenalina puede almacenarse nuevamente en las vesículas o sufrir desdoblamiento por la monoaminooxidasa (MAO) mitocondrial. Los efectos de la liberación de neuropéptido Y (NPY) son mediados a través de la activación de los receptores Y en las células efectoras y en el espacio presináptico. La activación de los receptores Y2 presinápticos inhibe la liberación de vesículas que contienen NPY y de los otros transmisores. El NPY es eliminado de la sinapsis a través de la acción de peptidasas. El ATP produce sus efectos en la sinapsis al activar los receptores purinérgicos P2X y P2Y. Los receptores P2X son conductos iónicos controlados por ligando mientras que los receptores P2Y son receptores acoplados a proteínas G (GPCR). El ATP también puede actuar en el espacio presináptico para inhibir la liberación de vesículas por la activación de receptores de ATP o de receptores de P1 por adenosina, la cual es un producto del desdoblamiento del ATP. El ATP se elimina de la sinapsis por la acción de nucleotidasas liberadas (rNTPasas) y por ectonucleotidasas fijas a las células.
La reserpina es un fármaco que actúa principalmente al inhibir el trasporte de monoaminas al interior de las vesículas de almacenamiento en la terminal nerviosa presináptica. Esto causa agotamiento de las catecolaminas como dopamina y noradrenalina en las terminales nerviosas simpáticas y en las neuronas noradrenérgicas en el encéfalo.
La cocaína actúa en la sinapsis neuroefectora adrenérgica al inhibir los transportadores de captación neuronal específica, el transportador de noradrenalina (NET) y transportador de dopamina (DAT). El transportador de noradrenalina es el causante de la eliminación de la mayor parte de noradrenalina que se libera hacia la sinapsis y por lo tanto los efectos a corto plazo de la cocaína consisten en incrementar las concentraciones de noradrenalina en la sinapsis, lo que produce un incremento del efecto adrenérgico. Sin embargo, el antagonismo continuo de los transportadores de captación neuronal finalmente ocasiona agotamiento de la dopamina y noradrenalina en las vesículas de almacenamiento presináptico.