FUNZIONE, REGOLAZIONE, NATURA CHIMICA, TIPO DI RECETTORE

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1 Elena, Serena, Francesca, Valentina, Elisa, Lucrezia, Elisa Lezione 7 1. Asse Ipotalamo-ipofisi-surrene: CRH ACTH - Cortisolo 2. Asse Ipotalamo-ipofisi-ghiandole sessuali: GdRH e gonadotropine ipofisarie: FSH e LH 3. Ruolo delle gonadotropine nell uomo 4. Il testosterone 5. Il ciclo mestruale 6. Estrogeni e Progesterone RICORDARE FUNZIONE, REGOLAZIONE, NATURA CHIMICA, TIPO DI RECETTORE

2 Il sistema nervoso: una visione di insieme

3 Il sistema nervoso: lo stimolo può essere viscerale o somatico

4 Il sistema nervoso: una visione di insieme

5 Il sistema nervoso: Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana Qualunque sia lo stimolo, la sua elaborazione e la sua traduzione in una risposta fisiologica, la cellula nervosa utilizza segnali elettrici per condurre informazioni rapidamente e a lunga distanza che spesso sono tradotte in un luogo della cellula lontano dalla loro insorgenza La genesi e la conduzione di questi messaggi dipendono dalla variazione della differenza di potenziale esistente ai capi della plasma membrana. Queste variazioni dipendono dal flusso di correnti (IONICHE) attraverso la membrana stessa.

6 Il sistema nervoso: metodi sperimentali per lo studio del potenziale di membrana

7 Il sistema nervoso: metodi sperimentali per lo studio del potenziale di membrana Il potenziale di membrana (VM) è determinato dalla separazione di cariche elettriche di segno opposto ai lati della membrana plasmatica. Il valore di VM di una cellula eccitabile non stimolata (potenziale di membrana a riposo) varia da -60 mv a -95 mv (interno / esterno +)

8 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula L esistenza di una ΔP tra i due capi della membrana IN UNA CELLULA A RIPOSO è dovuta a: UNA MAGGIORE CONCENTRAZIONE DI ANIONI ORGANICI ALL INTERNO DELLA CELLULA

9 Il sistema nervoso: modelli teorici per lo studio del potenziale di membrana Un circuito equivalente E Na = + 68 mv E k = - 91 mv Circuito elettrico: serie di elementi elettrici interconnessi in un percorso chiuso nel quale la corrente possa fluire con continuità

10 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula Le proprietà capacitativa della membrana fa si che essa si comporti come un condensatore ad alta efficienza che permette cioè la separazione delle cariche e la generazione di un differenza di potenziale tra i suoi due piatti

11 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula L esistenza di una ΔP tra i due capi della membrana IN UNA CELLULA A RIPOSO è dovuta a: DIVERSA DISTRIBUZIONE DELLE SPECIE IONICHE DIVERSA PERMEABILITA DELLA MEMBRANA Concentration (mm) Ion Intracellular Extracellular Squid neuron Potassium (K+) Sodium (Na+) Chloride (Cl-) Calcium (Ca2+) Mammalian neuron Potassium (K+) Sodium (Na+) Chloride (Cl-) Calcium (Ca2+)

12 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula Se nel sistema la membrana fosse permeabile solo ad uno ione, il potenziale tra i due capi della membrana (Vm) sarebbe uguale al potenziale di equilibrio (Ex) dello ione.

13 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula Quando un solo ione contribuisce al potenziale che si genera tra due comparti separati da una membrana, il potenziale di membrana corrisponde al potenziale di equilibrio (Ex) di quello ione. Vm = E A riposo la cellula nervosa è permeabile solo allo ione K, che può transitare liberamente attraverso dei canali sempre aperti.

14 Il sistema nervoso: modelli teorici per lo studio del potenziale di membrana Un circuito equivalente E Na = + 68 mv E k = - 91 mv Circuito elettrico: serie di elementi elettrici interconnessi in un percorso chiuso nel quale la corrente possa fluire con continuità

15 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula Anche gli altri ioni presenti nella cellula e nel liquido extracellulare posseggono un loro teorico potenziale di equilibrio (Ex) Mammalian neuron Int Ext K E k = 61 log 148 / 4.5 = - 91 mv Na E Na = 61 log 10/145 = + 68 mv

16 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula Nella cellula, il potenziale di membrana è il risultato del contributo di almeno tre ioni: K +, Na +, and Cl -. Ognuno di questi ioni tende a stabilizzare il potenziale di membrana (Vm) verso il proprio potenziale di equilibrio (Ex). Il singolo contributo sarà quindi funzione della permeabilità della membrana ad ogni ione. Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz

17 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula 1. Ogni ione tende a stabilizzare il potenziale di membrana (Vm) a valori uguali al suo potenziale di equilibrio (E X ) 2. La membrana permette il passaggio degli ioni in modo selettivo 3. Solamente gli ioni a cui la membrana è permeabile contribuiscono al potenziale di membrana. 4. La membrana di una cellula a riposo è permeabile quasi esclusivamente al K+ 5. Variazione di permeabilità ad uno ione inducono variazioni nel potenziale di membrana Quindi in un cellula a riposo E K corrisponde a circa Vm

18 Il sistema nervoso: i circuiti equivalenti Una cellula eccitabile è equiparabile ad un circuito elettrico equivalente nel quale: La conduttanza alle correnti è determinata dall esistenza di resistenze variabili in parallelo (Canali) in serie con pile che generano un potenziale elettrochimico determinato dalla diversa concentrazione di K e Na tra l esterno e l interno della cellula e in parallelo con un condensatore che separa in modo efficiente le cariche tra i due lati della membrana (doppio strato lipidico)

19 Il sistema nervoso: il potenziale di riposo di una cellula I VALORI TEORICI NON CORRISPONDONO PERFETTAMENTE AI VALORI SPERIMENTALI DEL POTENZIALE DI MEMBRANA?

20 Il potenziale di riposo di alcune cellule Cell types Resting potential Skeletal muscle cells 95 mv Smooth muscle cells 60 mv Astroglia 80 to 90 mv Neurons 60 to 70 mv Erythrocytes 9 mv

21 Il sistema nervoso: canali ionici il patch clamp

22 Il sistema nervoso: canali ionici il patch clamp

23 Il sistema nervoso: canali ionici il patch clamp

24 PATCH CLAMP Il patch clamp ci ha permesso di studiare la cinetica di apertura/ chiusura dei canali. Le principali informazioni sui canali voltaggiodipendenti che si sono ottenute attraverso questa tecnica sono: 1. I canali hanno solo due conformazioni: aperta e chiusa. 2. Una volta che il canale è aperto il numero di ioni che vi transita per l unità di tempo (corrente) è costante. 3. La variazione di Vm aumenta il tempo di apertura dei canali. 4. Non esistono canali aperti o chiusi ma solo statisticamente aperti o chiusi OVVERO anche nel neurone a riposo i canali del Na + vanno incontro a periodi di apertura del ma in modo statisticamente meno frequente rispetto a quelli delk +

25 Il sistema nervoso: la trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana

26 Il sistema nervoso: la trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana La variazione di permeabilità ad uno ione = la diminuzione della resistenza = l apertura di un canale indurrà il passaggio di corrente e la conseguente variazione del Vm.

27 Il sistema nervoso: la trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana Sarà quindi la apertura o la chiusura dei canali a determinare la variazioni della permeabilità della membrana agli ioni e quindi il passaggio di correnti in entrata o in uscita: queste correnti determineranno a loro volta variazioni della Vm. In base ai flussi ionici che si determinano in seguito ad uno stimolo, una cellula viene definita: a riposo, depolarizzata o iperpolarizzata Resistenza = Permeabilità = Canali ionici

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