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Las sustancias psicoactivas pueden producir efectos inmediatos sobre la liberación de neurotransmisores o sistemas de segundos mensajeros, aunque también es posible que se presenten muchos cambios que ocurren a nivel celular, tanto a corto como a largo plazo, luego del uso único o repetido de una sustancia. Los principales lugares de acción de la mayoría de las sustancias psicoactivas son los receptores de membranas celulares y su sucesión asociada de procesos de transducción de señales. Los efectos a largo plazo producidos durante el proceso de la dependencia de las sustancias son generalmente mediados por alteraciones en la transcripción genética, lo que produce una expresión genética alterada, con sus consiguientes cambios en las proteínas sintetizadas. Puesto que estas proteínas afectan la función de las neuronas, tales modificaciones se manifiestan, en última instancia, en las alteraciones del comportamiento de un individuo. Uno de los cambios moleculares mejor establecidos luego del uso crónico de una sustancia consiste en superactivar o favorecer de manera compensatoria la ruta del AMP cíclico (AMPc). El AMP cíclico es un segundo mensajero intracelular que puede iniciar una amplia variedad de cambios en la célula postsináptica.