4. IL SISTEMA ENDOCRINO: GENERALITA

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1 4. IL SISTEMA ENDOCRINO: GENERALITA 1. Ghiandole endocrine e ormoni 2. Il tessuto bersaglio 3. Rilascio degli ormoni 4. Il concetto della regolazione retroattiva negativa 5. Un esempio di regolazione ormonale: l asse ipotalamico-ipofisario 6. Il ciclo mestruale

2 Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana

3 Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana I segnali elettrici sono utilizzati dalla cellula 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.

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5 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 +) e dipende fondamentalmente da tre fattori: 1. Diversa distribuzione delle specie ioniche tra i due capi della MP 2. Diversa permeabilità della MP alle diversi specie ioniche 3. La presenza sulla membrana di pompe elettrogeniche

6 L esistenza di una ΔP tra i due capi della membrana è dovuta a: La distribuzione differente delle specie ioniche tra l interno e l esterno della cellula: anioni e cationi

7 Come è mantenuta omeostaticamente il potenziale di membrana a riposo? Grazie al fatto che il K + è venti volte più concentrato all esterno rispetto all interno della cellula e tende a equilibrarsi secondo il suo gradiente elettrochimico portando (mantenendo) il valore di Vm vicino al suo E K E K = RT/ZF ln (K + )e/(k + )i E k = 61 log 148 / 4.5 = - 91 mv

8 E x = RT/ZF ln [X]e/[X)]i E k = 61 log 148 / 4.5 = - 91 mv E Na = 61 log 10/145 = + 68 mv P (K + )e+ P(Na + )e+p(cl - )e V M = RT/ZF log P (K + )i+ P(Na + )i+p(cl - )i

9 L esistenza di una ΔP tra i due capi della membrana è dovuta a: La differente permeabilità della membrana alle differenti specie ioniche Goldman introduce il parametro permeabilità degli ioni P (K + )e+ P(Na + )e+p(cl - )e V M = RT/ZF log P (K + )i+ P(Na + )i+p(cl - )i V M = gk (E k ) + gna (E Na ) + gca (E Ca ) +.. E k = 61 log 148 / 4.5 = - 91 mv E Cl = 61 log 4/103 = - 85 mv E Na = 61 log 10/145 = + 68 mv La membrana di una cellula a riposo è permeabile principalmente agli ioni K +, sarà quindi E k il principale fattore a determinare la Vm della cellula a RIPOSO Risolvendo Goldman per i valori dati si ottiene una Vm pari a circa - 60 mv con l interno negativo e l esterno positivo un valore simile ottenuto sperimentalmente

10 L esistenza di una ΔP tra i due capi della membrana è dovuta a: La differente permeabilità della membrana alle differenti specie ioniche 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 in modo sostanziale al K+ Quindi in un cellula a riposo E K corrisponde a circa Vm

11 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)

12 Permeabilità di membrana, resistenze e canali ionici

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15 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 + 5. Il canale del Na + oltre ad una conformazione aperta e una chiusa ne possiede una chiusa inattivata

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17 Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana

18 Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana

19 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

20 5. IL POTENZIALE DI MEMBRANA 1. Correnti e Variazione di Potenziale come elementi trasduttivi. 2. Il Potenziale di Membrana a Riposo: dati sperimentali e metodi di studio 3. Fattori che determinano la generazione del PdM 4. Differente Distribuzione ionica ai due capi della membrana e conseguenze elettriche (Nerst) 5. Differente Permeabilità della membrana agli ioni e conseguenze elettriche (Goldman) 6. CENNI SULLA TEORIA DEI CIRCUITI: Corrispondenze tra elementi della membrana e elementi di un circuito (resistenze, pile, condensatori e generatori). 7. Elettroneutralità e Potenziali: Ruolo della matrice lipidica come dielettrico di un condensatore 8. Concetti di depolarizzazione, ripolarizzazione, iperpolarizzazione

21 5bis. I CANALI IONICI 1. Natura chimica di un canale ionico e interazione con la membrana plasmatica 2. Principi basici del funzionamento: concetto di selettività e velocità di trasporto 3. Tipologie di Canali: cancelli elettrici, chimici, meccanici 4. Corrispondenza tra flusso ionico e correnti elettriche 5. Metodi di studio dei Canali ionici: il Patch Clamp 6. Cinetiche dei canali: Apertura, Chiusura e Inattivazione

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