Si è ipotizzato che il potenziale di membrana fosse un potenziale di Equilibrio del K descritto dall eq. di Nerst : Em= -RT/ZF 2.3log [K]i / [K]o
Registrazione del potenziale di membrana
Potenziale di membrana in fibra muscolare di rana Liquido intracellulare mm Na 20 K 139 Cl 4 Pr Liquido extracellulare Em mm 120 ENa = 45 mv 2.5 EK = -102 mv 120 ECl = -88 mv - + 90 mv Perché non siamo di fronte a un equilibrio di Donnan? -il potenziale EK = 0.058 log 2.5/139 = -102 > Em -a basse[k]o Em non segue la legge di Nerst -Na non é impermeabile Il potenziale di membrana é un potenziale di diffusione allo stato stazionario: Em= -RT/ZF 2.3log [K]i+PNa [Na]i pk=1 pna=0.03 (cm/s) [K]o+PNa [Na]o
IL POTENZIALE DI MEMBRANA E UN POTENZIALE DI DIFFUSIONE ALLO STATO STAZIONARIO DESCRITTO DALL EQ. DI GOLDMAN HODGKIN E KATZ Il sodio entra nella cellula e il potassio esce + + RT P [K ]o + P [Na ]o + P [Cl ]i K Na Cl E = ln zf PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o P [ione] = flusso Al numeratore flussi che depolarizzano la membrana Al denominatore flussi che iperpolarizzano Le concentrazioni sono mantenute costanti dalla pompa Na+/K+-ATPase
I canali mettono in comunicazione gli ambienti separati dalla membrana e permettono il passaggio selettivo di ioni Possono essere: aperti chiusi o inattivati
Il canale voltaggio dipendente del potassio Mac Kinnon
Forza elettromotrice per Na, K e Cl a livello della membrana plasmatica Forza elettromotrice chimica e Na+ elettrica + membrana i Na+ i e i K+ Cl - - *PK = + membrana - *PNa = - membrana Cl Flusso netto + K+ e Forza elettromotrice netta _ * PCl = - _
Variazioni del potenziale di membrana sono segnali biologici Esistono due tipi di segnali elettrici: I segnali locali e graduali (potenziali postsinaptici, potenziali generatori dei recettori sensoriali) I potenziali d azione che sono di tipo tutto o nulla e propagati I
Il potenziale di membrana regola la secrezione di insulina Quando il glucosio ematico è basso non c è produzione di insulina Canali K che si aprono Quando cala l ATP
Quando il glucosio ematico è alto viene secreta insulina depolarizzazione
Il potenziale di membrana è particolarmente importante nella fisiologia Dei tessuti eccitabili costituiti da neuroni e fibre muscolari
1012 neuroni ciascuno con migliaia di sinapsi
Astrocita (verde) che avvolge un neurone
Funzioni delle cellule gliali
Misura del potenziale di membrana in una cellula eccitabile Microelettrodi, volmetro oscilloscopio Stimolo adeguato (stimolo elettrico depolarizzante) Si osserva la variazione del potenziale di membrana (mv) nel tempo (ms)
ms
Il potenziale d azione o impulso nervoso (spike) mv 0 ms
Che cosa determina la depolarizzazione iniziale? La sommatoria degli eventi sinaptici
Registrazione del potenziale d azione Microelettrodi, Voltmetro Oscilloscopio Variazione delle permeabilità ioniche
Il potenziale d azione si genera in seguito a una depolarizzazione grazie alla presenza di : - canali ionici voltaggio dipendenti nella membrana - gradienti elettrochimici di ioni tra cellula e ambiente extracellulare
Canale a cancello chiuso
Canale a cancello aperto
Il canale del Na voltaggio dipendente ha due cancelli: di attivazione E di inattivazione. Al potenziale di riposo il cancello di attivazione è chiuso
In seguito alla depolarizzazione il cancello di attivazione si apre, il Sodio entra nella cellula e depolarizza fino a invertire la polarità della membrana, il potenziale tende al valore del potenziale di equilibrio del Na
Il cancello di inattivazione si chiude. Un canale inattivato non può aprirsi.
L apertura di canali per il K determina fuoriuscita di potassio e La ripolarizzazione della membrana K
IL PA si sviluppa tra due valori limite: il potenziale di equilibrio del Na E il potenziale di equilibrio del K ENa EK
Il potenziale d azione è un processo a feed back positivo
S4: sensore voltaggio carico+ Ansa P conferisce selettività Canale del Na Voltaggio dipendente Subunità accessorie
Canali del sodio voltaggio-dipendenti Struttura Tridimensionale Della Subunità α
La tetrodotossina Veleno potentissimo Prodotto da batteri simbionti presente nel pesce palla Coevoluzione ospite-parassita Utile per la ricerca Possibili farmaci
Canali del sodio voltaggio-dipendenti
Canali Del Sodio Voltaggio-dipendenti
Canali del potassio voltaggio-dipendenti Come Si Muove Lo Ione K+ Attraverso Il Poro? FILTRO SELETTIVO
Lo ione è disidratato quando passa attraverso il filtro di selettività
IL POTENZIALE DI MEMBRANA E UN POTENZIALE DI DIFFUSIONE ALLO STATO STAZIONARIO DESCRITTO DALL EQ. DI GOLDMAN HODGKIN E KATZ + + RT P [K ]o + P [Na ]o + P [Cl ]i K Na Cl E = ln zf PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o Questa equazione descrive sia il potenziale di membrana a riposo che il Potenziale d azione. Durante il PA variano le perpeabilità ioniche
Il potenziale d azione si propaga rapidamente (100 m/s) E senza decremento lungo l assone
Le correnti locali si propagano con decremento
Le correnti locali depolarizzano la membrana Si genera un nuovo potenziale d azione L inattivazione dei canali del Na conferisce direzionalità al PA