Ioni fosfato e proteine (anioni) sono prevalenti nella cellula

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1 Equilibrio osmotico tra liquido intracellulare e liquido extracellulare (e plasma) mm Na + K + Cl - HCO 3 - grandi anioni proteine Liquido intracellulare Liquido extracellulare Ma non c è equilibrio chimico!!!! E le cariche elettriche? COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA CELLULA K + è lo ione (catione) prevalente nella cellula Na + è lo ione (catione) prevalente nel liquido extracellulare Cl - è lo ione (anione) prevalente nel liquido extracellulare Ioni fosfato e proteine (anioni) sono prevalenti nella cellula SQUILIBRIO ELETTRICO TRA cellula e liquido extracellulare 1

2 Potenziale di membrana a riposo L equilibrio osmotico NON richiede che le specie ioniche nel liquido intra/extra siano uguali. La presenza nelle membrane cellulari di canali ionici selettivii non regolati induce una ineguale distribuzione degli ioni tra liquido intracellulare ed extracellulare. Questa differenza di composizione è mantenuta attraverso l attività di pompe ioniche proteiche (Na + -K + -ATPasi) ESEMPI: Fibra muscolare: -90 mv Globulo rosso: -10 mv Adipociti: -40 mv Cellule gliali: -75 mv La membrana cellulare (isolante) consente la separazione di cariche Doppio strato lipidico Presente una pompa Equilibrio osmotico, elettrico e chimico Si forma un gradiente elettro-chimico e si mantiene l equilibrio osmotico Conduttore: materiale in cui le cariche positive e negative possono muoversi liberamente Isolante: materiale in cui le cariche non possono muoversi 2

3 La presenza di canali conferisce permeabilità selettiva alla membrana La permeabilità selettiva delle membrane biologiche dà origine a compartimenti (intracellulare e extracellulare) chimicamente e elettricamente differenti (disequilibrio elettro-chimico), ma con la stessa concentrazione totale di soluti. mm Liquido intracellulare Liquido extracellulare Na K Cl HCO grandi anioni proteine Le cellule viventi utilizzano energia per mantenere il disequilibrio ellettro-chimico, ma sono in equilibrio osmotico (cioè l acqua è distribuita omogeneamente) 3

4 Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio Cellule nervose e muscolari: da -40 a -90 mv Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio Potenziale elettrochimico K + intra = 150mM K + extra = 5mM E K = -90mV Equazione di Nerst 4

5 Potenziale elettrochimico Energia potenziale posseduta da una mole (6,02X10 23 atomi, ioni o molecole) di ioni in funzione della loro concentrazione e del potenziale elettrico Permette di confrontare il contributo relativo del: gradiente chimico (concentrazione dello ione) e del gradiente ellettrico (carica dello ione) Potenziale di equilibrio del sodio Na + intra = 15mM Na + extra = 150mM E Na = +60mV Cellula permeabile a più ioni 5

6 Condizioni da rispettare 1. Legge di conservazione della carica elettrica (l organismo è elettricamente neutro). 2. Cariche opposte si attraggono, mentre cariche dello stesso tipo si respingono. 3. La separazione delle cariche richiede energia. 4. La concentrazione osmotica degli ioni e delle molecole l in soluzione nel citoplasma deve essere uguale a quella del liquido extracellulare Variazioni di permeabilità ionica modificano il potenziale di membrana 6

7 Na + /K + -ATPasi Le variazioni del potenziale di membrana sono dovute a flussi ionici dovuti all apertura apertura di canali regolati selettivi che provocano variazioni nelle condizioni di equilibrio. Il ripristino delle condizioni iniziali è dovuto all attività della pompa Na/K ATPasi che presenta un attività continua. Questa attività costa energia (ATP). Questa pompa è definita elettrogenica, in quanto trasporta 3 ioni sodio dal citoplasma al liquido extracellulare e 2ioni potassio nella direzione opposta. Membrane eccitabili Capaci di sviluppare variazioni del potenziale di riposo (segnali) grazie alla presenza di canali selettivi regolati. Tali segnali elettrici possono essere di due tipi, a seconda della distribuzione e del tipo di canale regolato presente in membrana: Potenziali locali (= graduati): richiedono la presenza di canali chemo-dipendenti (esempio: recettore dell acetilcolina) Potenziali propagati (= d azione): richiedono la presenza di canali voltaggio-dipendenti selettivi (sodio, potassio, calcio) 7

8 Potenziali locali Canale chemio-dipendente Canale regolato indirettamente Potenziali locali: decadono di intensità 8

9 Potenziali locali: sono sommmabili Potenziali d azione 9

10 Potenziali locali Potenziali propagati Si trasmettono con decadimento di segnale Sono graduati La loro durata è comparabile a quella degli stimoli che li generano Sono caratterizzati da un elevata velocità di propagazione Hanno intensità (ampiezza) costante Sono segnali transitori Sono sommabili Non sono sommabili Non presentano refrattarietà Presentano refrattarietà, ma sono caratterizzati da una frequenza di scarica 10