Concetti Chiave
- I canali Ca voltaggio-dipendenti, presenti in molti neuroni, influenzano la forma del potenziale d'azione e regolano processi come contrazione muscolare e trasmissione sinaptica.
- Durante la depolarizzazione, l'apertura dei canali Ca²+ aumenta la concentrazione di Ca²+ nel citosol, attivando proteine Ca²+-dipendenti.
- I canali calcio HVA, presenti nei neuroni sensoriali, contribuiscono a potenziali d'azione più lunghi, fino a 5 ms, rispetto alla media di 1 ms.
- Nei neuroni sensoriali, l'ingresso di ioni Ca attiva enzimi intracellulari, aumentando la trascrizione genica e modulando l'espressione proteica.
- I canali Ca HVA di tipo N hanno una conduttanza di circa 20 pS e un potenziale di inversione di +100 mV, selettivi per gli ioni Ca.
Indice
Canali ionici nei neuroni
Oltre ai canali Na voltaggio-dipendenti ed ai canali DRK, molti neuroni possiedono anche altri tipi di canali ionici, la cui attività può influenzare in maniera determinante la forma del potenziale d’azione. Molti neuroni, ad esempio, esprimono elevate quantità di canali Ca voltaggio-dipendenti.
Ruolo dei canali Ca²+
Per certi aspetti i canali Ca²+ assumono una rilevanza peculiare nella fisiologia delle cellule.
In condizioni di riposo la concentrazione di Ca²+ intracellulare è mantenuta molto bassa (nell’ordine dei 100 nM) dalla continua attività di trasportatori che estrudono attivamente questo ione all’esterno. Quando, in seguito a una depolarizzazione della membrana o ad un segnale di tipo chimico, i canali Ca²+ presenti nella membrana plasmatica si aprono, la concentrazione di questo ione nel citosol aumenta sensibilmente, e ciò determina dei cambiamenti nel comportamento di numerose proteine Ca²+-dipendenti. In questo modo i canali Ca²+ regolano, oltre all’eccitabilità, numerosi altri processi Ca-dipendenti, quali la contrazione muscolare, la trasmissione sinaptica e l’espressione genica.Contributo dei canali HVA
Contributo delle correnti calcio HVA alla forma di un potenziale d’azione.
I canali calcio HVA sono presenti in molti tipi neuronali. Durante un potenziale d’azione essi si aprono, partecipando quindi, insieme ai canali Na voltaggio-dipendenti e DRK, a stabilire la dinamica del potenziale di membrana. Ad esempio una elevata espressione di canali HVA è stata osservata nei neuroni sensoriali che trasportano stimoli nocicettivi. Si è stabilito, sia con dati sperimentali che con simulazioni numeriche, che in questi neuroni i canali HVA contribuiscono a rendere il potenziale d’azione particolarmente lungo (nella maggior parte dei casi la durata del potenziale d’azione è di circa 1 ms; al contrario i potenziali d’azione dei neuroni sensoriali nocicettivi presentano una lunghezza che può raggiungere i 5 ms). L’entrata massiva degli ioni Ca che si verifica durante un potenziale d’azione in questi neuroni ha un ruolo funzionale estremamente importante: numerosi enzimi intracellulari calcio-dipendenti si attivano, e ciò porta in definitiva all’aumento della trascrizione di numerosi geni. Per questo motivo i neuroni sensoriali sono in grado di modulare l’espressione di varie proteine a seconda della loro attività.
Studio dei canali HVA
Al fine di studiare i meccanismi attraverso i quali i canali Ca HVA partecipano a stabilire la forma del potenziale d’azione, immetteremo nel modello matematico di eccitabilità che abbiamo costruito una corrente le cui proprietà corrispondono a quelle dei canali Ca HVA di tipo N, studiate in dettaglio nei neuroni sensoriali. Vedremo quindi in che modo l’attività di questi canali modifica la forma del potenziale d’azione, e cercheremo di capirne le ragioni.
I canali calcio HVA di tipo N hanno una conduttanza di singolo canale di circa 20 pS, ed un potenziale di inversione di circa +100 mV (la concentrazione del Ca intracellulare è estremamente bassa), a causa del fatto che essi sono estremamente selettivi per gli ioni Ca rispetto a tutti gli altri ioni fisiologici.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dei canali Ca²+ voltaggio-dipendenti nei neuroni?
- Come contribuiscono i canali calcio HVA alla forma del potenziale d'azione nei neuroni sensoriali?
- Quali sono le caratteristiche dei canali calcio HVA di tipo N?
- Come si studiano i meccanismi dei canali Ca HVA nel modello matematico di eccitabilità?
I canali Ca²+ voltaggio-dipendenti regolano l'eccitabilità neuronale e influenzano processi Ca-dipendenti come la contrazione muscolare, la trasmissione sinaptica e l'espressione genica.
Nei neuroni sensoriali, i canali HVA contribuiscono a rendere il potenziale d'azione particolarmente lungo, fino a 5 ms, attivando enzimi intracellulari calcio-dipendenti e modulando l'espressione genica.
I canali calcio HVA di tipo N hanno una conduttanza di singolo canale di circa 20 pS e un potenziale di inversione di circa +100 mV, essendo altamente selettivi per gli ioni Ca.
Si immette nel modello una corrente con proprietà corrispondenti ai canali Ca HVA di tipo N, per osservare come la loro attività modifica la forma del potenziale d'azione e comprenderne le ragioni.
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