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? Tudo isso, no QMCWEB.
 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 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!
No curso de química, estudamos equilíbrio em soluções iônicas, mobilidade de íons, surfactantes em solução e proteínas; se olhássemos de perto o que acontece em uma sinapse, veríamos exemplos práticos de todos estes conceitos assimilados em sala de aula.
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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 umafechadura 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.
Neurotransmissores
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São substâncias liberadas quando o terminal do axônio de um neurônio pré-sináptico é excitado. Estas substâncias, então, viajam pela sinapse até a célula alvo, inibindo-a ou excitando-a. Existem cerca de 30 neurotransmissores conhecidos, que se dividem em 4 classes:
Classe 1: Acetilcolina 
Acetilcolina é um éster, e é o único neurotransmissor desta classe. ACh foi primeiramente isolada em 1914 por Otto Loewi, um fisiologista alemão, que ganhou o Nobel em 1936. Loewi demonstrou que ACh é a substância liberada quando o nervo vago é estimulada, causando a diminuição dos batimentos cardíacos. É um neurotransmissor em muitos vertebrados, e, nos humanos, está associado como os processos de memória e aprendizagem.
Classe 2: Aminas
Norepinefrina
Adrenalina (ver artigo no qmcweb)
Dopamina Além de ser um precursor para a síntese da norepinefrina, atua como um neurotransmissor em certas sinapses, regulando canais de potássio e cálcio na membrana pós-sináptica. Distúrbios nestas sinapses estão relacionados com o Mal de Parkinson e a esquizofrenia.
Serotonina
(5-hidroxitriptamina, 5HT) Parece ser um dos mais importantes neurotransmissores: alterações no nível de 5-HT estão relacionadas com variações no padrão de comportamento, como o sono, os impulsos sexuais, humor, entre outros. Além do cérebro, está presente em vários órgãos no corpo humano, e é um potente vasoconstrictor.
Classe 3: Aminoácidos
Vários aminoácidos existem em grandes concentrações no cérebro. Como muitos são precursores e/ou metabólitos de muitas reações no cérebro, fica difícil saber se são ou não neurotrasmissores. Alguns, entretanto, comprovadamente possuem neuroatividade, inibindo ou excitando a membrana pós-sináptica. Entre eles, os exemplos abaixo:
Gama-aminobutírico (GABA)
Glicina
Glutamato
Classe 4: Peptídeos
Alguns peptídeos (macromoléculas formadas por uma dada sequência de aminoácidos) são, também, neurotransmissores. Entre estes
a Insulina, que além de ser um hormônio também é um neurotransmissor.
E outros peptídeos, como a endorfina e a oxitocina. |
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 damemória 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 doNeurosciences 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 revistaScience, 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 neu rônio é semipermável: altamente permeável aos íons K+ e fracamente permeável aos íons Cl- e íons Na+. No fluído extracelular, aeletroneutralidade 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. Umbalanço 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).
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