Genesi del Potenziale di Membrana. In tutte le cellule è possibile misurare una differenza di potenziale a cavallo del plasmalemma

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Gianpaolo Colombo
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1 Genesi del Potenziale di Membrana In tutte le cellule è possibile misurare una differenza di potenziale a cavallo del plasmalemma

2 Forze agenti sugli ioni Gradiente di Concentrazione Campo Elettrico Energia chimica è l energia contenuta in un gradiente di concentrazione Energia elettrica è l energia dovuta alle cariche in un campo elettrico

3 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? elettroneutralità nessuna differenza di potenziale elettroneutralità

4 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? un catione si muove dalla zona ad alta a quella a bassa concentrazione elettroneutralità nessuna differenza di potenziale elettroneutralità

5 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? Su entrambi i lati le cariche non sono più bilanciate - voltaggio eccesso di carica - eccesso di carica

6 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? l eccesso di cariche tende a respingere i cationi da questo lato - voltaggio eccesso di carica - eccesso di carica

7 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? viene raggiunto un equilibrio: la forza dovuta al gradiente di concentrazione uguaglia la forza dovuta al gradiente elettrico - voltaggio eccesso di carica - eccesso di carica

8 0 GENESI DI UN POTENZIALE D EQUILIBRIO Na Cl mm K K K Cl mm K K K - - Δ E Δ C Δ E Δ C Δ E Δ C All equilibrio: flusso dovuto al gradiente di conentrazione = flusso dovuto al potenziale elettrico

9 Il potenziale di equilibrio può essere calcolato dall Equazione di Nernst E = RT zf ' & [ C] ln$$ % [ C ] 1 2 #!! " K - K R= 8.3 J/mol o K =1.98 cal/mol o K (cost. dei gas) T = 293 o K (20 o C) z = 1 (per Na, K, H etc) z = -1 (per Cl - ) E z = 2 (per Ca 2 etc) F = 96,500 coulomb (costante di Faraday) = 58mV ' Log 10 & $ % [ C] [ C] 1 2 #! "

10 Un esempio pratico una cellula Supponendo che la membrana di una cellula sia permeabile solo al K, calcolare il potenziale di membrana E = 58mV ' Log 10 & [ C] $ % [ C] est int #! "

11 Un altro esempio una cellula Supponendo che la membrana di una cellula sia permeabile solo al Na, calcolare il potenziale di membrana E = 58mV ' Log 10 & [ C] $ % [ C] est int #! "

12 The Goldman-Hodgkin-KatzEquation Tiene conto di più specie ioniche con i proprio coefficienti di permeabilità Il potenziale di membrana circa -70 mv Molto vicino al potenziale di equilibrio del K (- 90 mv). Non lo raggiunge perché una piccola quantità di Na fluisce all interno della cellula rendendola meno negativa di quanto sarebbe se fosse completamente impermeabile al Na. Ulteriore Na che fluisce all interno viene pompato all esterno dalla Na-K- ATPasi. Contemporaneamente il K viene pompato all interno.

14 GENESI DI UN POTENZIALE DI DIFFUSIONE Si genera quando la membrana è permeabile in misura diversa alle varie specie ioniche Na Cl mm K Cl mm t K K Na Na t p K >p Na f K >f Na p K >p Na f K =f Na Il suo raggiungimento comporta: Equilibrio elettrico ma squilibrio elettrochimico Flusso netto non nullo delle varie specie ioniche Un potenziale di diffusione non si mantiene indefinitivamente

15 Confronto tra potenziale d equilibrio e di diffusione Potenziale di equilibrio: Le specie ioniche diffusibili sono all equilibrio elettrochimico (vale l equazione di Nernst) Il potenziale di membrana coincide con il potenziale di equilibrio di ciascuna specie ionica diffusibile (V m =E i ) Il potenziale di equilibrio si mantiene indefinitamente Potenziale di diffusione: Le specie ioniche diffusibili non sono all equilibrio elettrochimico (non vale l equazione di Nernst) Il potenziale di membrana non coincide con il potenziale di equilibrio di alcuna delle specie ioniche diffusibili (V m E i ) Il potenziale di diffusione non si mantiene indefinitamente

Cl - Pr - Na Riassumendo Il potenziale di membrana è una conseguenza di una permanente differenza di concentrazione ionica ai due capi della membrana Questa è

16 Cl - Pr - Na Riassumendo Il potenziale di membrana è una conseguenza di una permanente differenza di concentrazione ionica ai due capi della membrana Questa è prodotta da: una membrana selettivamente permeabile (potenziale di diffusione) la presenza di specie ioniche non permeanti un trasporto attivo degli ioni Na e K

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