Richiami di Fisiologia Cellulare

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Floriano Di Matteo
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1 Richiami di Fisiologia Cellulare

2 Alcuni dati fondamentali In tutte le cellule 1) vi è una membrana, di natura lipidica, che separa l ambiente interno da quello esterno; nella o sulla membrana sono abbondanti le proteine; 2) la concentrazione delle molecole, all interno ed all esterno, è quasi sempre differente (il Mg 2+ ed il bicarbonato hanno concentrazioni simili); 3) vi è una ΔV ( mv) tra l interno e l esterno. Ione C interna C esterna (mm) (mm) Na K Ca (10-4 ) 2 Cl HCO ATP 3-2 tracce Le proteine sono presenti nella cellula (membrana inclusa) e nel plasma e, al ph normale, (circa 7.4), sono cariche negativamente.

il potenziale V E che equilibra i flussi causati dalla ΔC?

3 La legge di Nerst Supponiamo di avere una cellula con un canale permeabile al K + K + =140 mm K + = 3 mm K + - Qual è il potenziale V E che equilibra i flussi causati dalla ΔC? - V E =RT/ZF*ln (C 1 /C 2 ); a 37 C, V E =(0.061/Z) x (log(c 1 /C 2 ))

4 Elettroneutralità I pochi ioni necessari per generare il Vm sono addossati alla membrana; le soluzioni intracellulari ed extracellulari sono neutre.

Trasporto di molecole Il doppio strato lipidico presenta permeabilità diverse alle varie molecole. - Le molecole idrofobiche possono attraversare autonomamente la membrana plasmatica.

5 Trasporto di molecole Il doppio strato lipidico presenta permeabilità diverse alle varie molecole. - Le molecole idrofobiche possono attraversare autonomamente la membrana plasmatica. - Le molecole polari attraversano la membrana con difficoltà; maggiore è la dimensione maggiore è la difficoltà di attreversare la membrana -Le molecole poco permeabili usano due tipi di proteine di membrana: 1. Proteine trasportatrici (carrier), che traslocano aminoacidi, zuccheri e ioni (anche contro il potenziale elettrochimico) 2. Proteine canale (channel), che consentono il passaggio di ioni lungo un poro acquoso (solo a favore di gradiente elettrochimico) I due tipi di proteine differiscono per la velocità di trasporto, molto maggiore nei canali ionici

6 I canali ionici I canali ionici sono proteine presenti nelle membrane che consentono il passaggio degli ioni. I canali ionici possono essere molto selettivi (i canali per il Na + fanno passare quasi esclusivamente solo il Na + ) o poco selettivi (i canali cationici fanno passare Na +, K+, Ca 2 ) I canali ionici, quando sono aperti, consentono il passaggio degli ioni, ma questi i si muovono secondo il potenziale elettrochimico. I canali ionici possono assumere tre conformazioni o stati: 1) Conformazione aperta: gli ioni possono passare 2) Conformazione chiusa: gli ioni non possono passare ma il canale può aprirsi 3) Conformazione inattivata: gli ioni non possono passare ma il canale non può aprirsi Quali stimoli aprono i canali? Il potenziale di membrana Molecole chimiche (l acetilcolina, per esempio) Stimoli meccanici

7 Il potenziale d'azione della fibra nervosa Nella fibra nervosa sono presenti canali al Na + (V) e canali al K + (V) delayed: se uno stimolo depolarizza la fibra oltre una certa soglia si genera segnale elettrico detto potenziale d azione (della fibra nervosa). Di fatto, la depolarizzazione apre una frazione dei canali al Na + (V) presenti sulla membrana cellulare, il Na + entra, depolarizza ulterirormente la fibra, si aprono altri canali al Na + (V). L ingresso di Na + aumenta sempre più, fino a quando tutti i canali al Na + (apribili) si aprono ed il PdM raggiunge circa 20 mv. I canali al Na + quindi si inattivano e cominciano ad aprirsi quelli al K + delayed. Esce K +, la cellula si ripolarizza, i canali al K + delayed si chiudono e quelli al Na + passano dallo stadio inattivato a quello chiuso. Siamo tornati a -80 mv (ms)

8 La soglia Per evocare il PdA è necessario depolarizzare fino ad un certo valore, detto soglia.

10 Le sinapsi (1) Andamento temporale di I e di VM Il mediatore interagisce con il recettore-canale: il canale si apre (aumenta fortemente la probabilità di stare nello stato aperto). Il mediatore si stacca: il canale si chiude (aumenta fortemente la probabilità di stare nello stato chiuso). Il ciclo si ripete; quando il mediatore scompare, il canale si chiude defiitivamente. Il flusso modifica Vm. Quando il flusso torna a zero, Vm tornaal valore di partenza, con una cinetica di tipo esponenziale. Servono circa 20 ms perchè, cessato il flusso, Vm torni al valore di partenza.

Le sinapsi (2) Sommazione spaziale e temporale. La sommazione spaziale avviene quando il mediatore chimico viene liberato quasi simultaneamente da due o più terminali presinaptici.

11 Le sinapsi (2) Sommazione spaziale e temporale. La sommazione spaziale avviene quando il mediatore chimico viene liberato quasi simultaneamente da due o più terminali presinaptici. I rispettivi potenziali postsinaptici si sommano. La sommazione temporale avviene quando il mediatore chimico viene liberato due o più volte dallo stesso terminale presinaptico, in rapida successione. Si ha effettivamente sommazione se viene liberato mediatore chimico prima che sia svanita la modificazione di Vm indotta della precedente liberazione di mediatore. Che cosa c'è che non va in questa figura?

12 Propagazione dei segnali neuronali I segnali elettrici si propagano passivamente, secondo la teoria del cavo, per brevi distanze (mm) o mediante i PdA, anche per lunghe distanze (m).

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