LEZIONE 3: POTENZIALE D AZIONE PROPRIETA PASSIVE DI MEMBRANA

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Barbara Barone
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1 LEZIONE 3: POTENZIALE D AZIONE PROPRIETA PASSIVE DI MEMBRANA 1

2 I tempi di risposta delle cellule sono determinati dai valori di R e C: = RC = costante di tempo della membrana = RC = 1 (k x cm 2 ) x 1 ( F/cm 2 ) = 1 ms 2

Il neurone genera un potenziale d azione se lo stimolo porta V m oltre un valore

3 Impulsi di corrente depolarizzanti di ampiezza moderata (s 1 -s 2 ) producono depolarizzazioni passive della membrana. Il neurone genera un potenziale d azione se lo stimolo porta V m oltre un valore soglia (s 3 ): questo può variare tra 50 e 30 mv Per questo motivo il PA è un fenomeno rigenerativo del tipo tutto o nulla. 3

4 Differenza tra risposte passive e risposte attive: - Nelle risposte PASSIVE la variazione di V m è direttamente proporzionale allo stimolo di corrente. - Nelle risposte ATTIVE la variazione di V m è maggiore di quella che ci si aspetta da una risposta passiva. - E una risposta tutto o niente (potenziale d azione), caratteristica delle cellule eccitabili, che si scatena quando V m supera un valore soglia (V s ). -Durante un potenziale d azione si aprono dei canali del Na + che depolarizzano ulteriormente la membrana e attivano in cascata altri canali del Na +. 4

IL POTENZIALE D AZIONE: GENERAZIONE motoneurone Cellula muscolare scheletrica Cellula miocardio ventricolare Potenziale trasmembrana (mv) PROPRIETÀ GENERALI generato nelle cellule eccitabili

5 IL POTENZIALE D AZIONE: GENERAZIONE motoneurone Cellula muscolare scheletrica Cellula miocardio ventricolare Potenziale trasmembrana (mv) PROPRIETÀ GENERALI generato nelle cellule eccitabili (neuroni, cellule muscolari, sensoriali) in risposta a stimolo adeguato insorge solo se lo stimolo supera un valore soglia si propaga con la stessa forma e la stessa ampiezza per tutta la fibra evento tutto o nulla elemento di comunicazione tra cellule nervose e cellule esterne al SN accompagnato da un periodo di refrattarietà, in cui l eccitabilità è dapprima soppressa, poi diminuita 5

6 L ampiezza del PA neuronale dipende dalla concentrazione extracellulare di sodio 6

7 Il PA neuronale è causato dall aumento sequenziale delle conduttanze al Na + e al K + 7

8 Attivazione e inattivazione dei canali del Na + 8

9 LE FASI DEL POTENZIALE D AZIONE a: a riposo i canali Na + sono quasi tutti chiusi. Vm è determinato dalla permeabilità al K. a-b: la capacità di membrana si carica, in conseguenza della corrente di stimolazione, fino a raggiungere il potenziale soglia (b), al quale si aprono i canali del Na +. Avvicinandosi alla soglia, g Na aumenta; al potenziale soglia l ingresso di Na + supera l efflusso di K + b-c: depolarizzazione autorigenerativa 9

10 c-d: avvicinandosi a E Na la f.e.m sul sodio diminuisce, fino ad arrivare all eccedenza (d): quando V m =E Na,lacorrentenettadiNa + si annulla. I K = g K (V m -E K ) V m : potenziale di membrana E K =potenziale di equilibrio del K Vm-Ek = forza elettromotrice d-e: i canali del Na + si inattivano e si aprono i canali del K +. L efflusso di K + ripolarizza la membrana. e: il potenziale di membrana V m raggiunge il valore del potenziale di equilibrio del potassio (V m = E K ). A questo valore di potenziale tutti i canali del K + sono aperti e-f: g K si riduce e V m torna al valore di riposo la pompa Na + /K + ripristina le concentrazioni di Na + e K + inizia il periodo refrattario che persiste per 10 ms circa, durante il quale il PA non può essere evocato. 10

11 11

12 Periodo refrattario assoluto e relativo 12

13 Struttura molecolare dei canali ionici voltaggio-dipendenti i canali del Na + (Nav) e del Ca 2+ (Cav) V-dipendenti hanno forti omologie (P.M kdalton) sono formati da più subunità (α1, α2-δ, β, γ) la subunità α1 è formata da 4 domini (I, II, III, IV) composti da sei segmenti transmembrana (α-eliche) (S1 S6) S4 è il sensore di potenziale: possiede gruppi carichi + (lisina e arginina) l ansa S5-S6 (P-loop) controlla la selettività del canale Trasporto passivo 13

I canali voltaggio-dipendenti del Na + presenti in tutti i tessuti eccitabili e responsabili della fase di depolarizzazione rapida del potenziale d azione attivazione ed inattivazione sono processi

14 I canali voltaggio-dipendenti del Na + presenti in tutti i tessuti eccitabili e responsabili della fase di depolarizzazione rapida del potenziale d azione attivazione ed inattivazione sono processi molto veloci e voltaggio-dipendenti bloccati reversibilmente e con alta affinità dalla tetrodotossina (TTX) esistono anche canali del Na + insensibili alla TTX l enzima pronasi rimuove irreversibilmente l inattivazione 14

15 15

log[x] e /[x] i 2 TM: primitive form, inward rectifiers (K entrance rather exit) 6TM: voltage dependent (Kv)/ calcium

16 Potassium channels Large diversity of channels (over 80 genes for mammalian subunits of K + channels) 4 alpha subunits surrounding the pore Negative equilibrium potential Helps cells in AP generation Remind Nernst equation Ex = 58 mv log[x] e /[x] i 2 TM: primitive form, inward rectifiers (K entrance rather exit) 6TM: voltage dependent (Kv)/ calcium dependent (Kca) and others 4 TM: w/o voltage dependence (leakage) Fast APs require high K+ permeability caused by Kv channels (6TM)

l inattivazione può essere molto veloce oppure inesistente bloccati da : TEA +, Cs +, TMA +,

17 I canali del K + esistono molti tipi di canali del K + : hanno la funzione di ripolarizzare la cellula e sono responsabili del potenziale di riposo cinetica di attivazione lenta oppure veloce; l inattivazione può essere molto veloce oppure inesistente bloccati da : TEA +, Cs +, TMA +, aminopiridine, caribdotossina possono essere attivati dal potenziale, dal Ca 2+, dall ATP e dall ACh 17

18 I canali del Ca 2+ 18

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