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? Como é uma sinapse?

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. Já falamos 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 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.

A Memória
O armazenamento de informação pelo cérebro é chamado de memória, sendo também função da sinapse. Cada vez que um determinado impulso sensorial particular passa através de uma sequência de sinapses, essas sinapses tornam-se mais capazes de transmitir o mesmo impulso da próxima vez, processo este conhecido como facilitação. Após o impulso sensorial ter passado através da sinapse um grande número de vezes, as sinapses tornam-se tão facilitadas que os impulsos gerados dentro do próprio encéfalo também podem causar transmissão de impulsos através da mesma sequência de sinapses, mesmo sem a entrada de estímulo sensorial. Isto dá a pessoa a sensação de experimentar a situação original, embora, na realidade, se trate apenas da memória daquela sensação.

O receptor químico da Felicidade

O que o chocolate, a maconha, ratos com amnésia e porcos felizes tem em comum?

A planta cannabis, mais precisamente o THC, possui um efeito sobre o sistema nervoso central peculiar. O chocolate, embora em menor intensidade, também apresenta efeitos semelhantes no SNC.


Ambos são capazes de aliviar a ansiedade e induzir a uma situação de tranquilidade e relaxamento. Pesquisadores do Neurosciences Institute de San Diego publicaram um artigo na revista Nature (Piomelli et al., Nature, 382, 677-8,1996), mostrando que as substâncias neuroativas presentes no chocolate se ligam, no SNC, aos mesmos receptores que o THC. Estas substâncias são chamadas de anandamidas, que são produzidas naturalmente no SNC, e se ligam ao receptor do prazer. O araquidonil etanolamida, mais tarde chamado de anandamidas, foi primeiramente isolado pelo químico israelense Raphael Mechoulam, em 1992.

Um artigo publicado na revista Science, por Derkinderen e colaboradores, (Science, v. 273, 5282, Sept 20 1996), apresentou evidências bioquímicas, em testes com ratos, de que as anandamidas estão associadas a "quebra" de certas sinapses, isto é, tem efeito negativo sobre o aprendizado e a memória. Um trabalho do departamento de agricultura dos EUA (USDA) indicou o uso de anandamida como sedativo natural para suínos: uma tentativa de aliviar a situação de stress para o porco, evitar lutas, aumentar o apetite e reduzir os movimentos do animal. Ratos desmemoriados e porcos felizes...

 

A membrana do neurônio
A membrana plasmática de um neurônio é semipermável: altamente permeável aos íons K⁺ e fracamente permeável aos íons Cl^- e íons Na⁺. No fluído extracelular, a eletroneutralidade é preservada por um balanço entre uma alta [Na⁺] e uma alta [Cl^-], assim como pequenas quantidade de íons como bicarbonato, fosfato, sulfato e outros. No citoplasma, onde a [K⁺] é alta, a [Cl^-] é muito menor daquela necessária para balancear a soma das cargas positivas. A eletroneutralidade é, então, mantida por proteínas negativamente carregadas que interagem com a membrana citoplasmática. Um balanço osmótico é mantido entre o citoplasma e o líquido extracelular.

Estas propriedades: a pressão osmótica, a eletroneutralidade de cada lado da membrana, semipermeabilidade, criam um potencial elétrico de equilíbrio no qual a parte interna da membrana é mais negativa que a parte externa, chamado de potencial de membrana, que varia entre -60 a -75 mV (o sinal negativo indica que a parte interior da membrana é negativa). Neste estado, o neurônio é dito estar polarizado. O neurônio pode ser hiperpolarizado (potencial mais negativo) ou despolarizado (potencial menos negativo).