Concetti Chiave
- I canali SK riducono l'eccitabilità neuronale, prolungando l'iperpolarizzazione postuma e rendendo difficile la rieccitazione del neurone.
- Nei neuroni corticali, il malfunzionamento dei canali SK può causare epilessia a causa dell'eccessiva eccitabilità corticale.
- Un modello matematico è necessario per comprendere il ruolo dei canali SK nel modellare il potenziale d'azione, richiedendo uno schema cinetico e un'equazione differenziale.
- Lo schema cinetico suggerisce che i canali SK si aprono solo quando legano 2 o 3 ioni Ca, influenzati dalla concentrazione di Ca.
- A basse concentrazioni di Ca, i canali SK tendono a rimanere chiusi, ma si aprono quando la concentrazione aumenta dopo un potenziale d'azione.
Ruolo dei canali SK
L’espressione dei canali KCa tende a ridurre l’eccitabilità di un neurone. Più in particolare si è sperimentalmente osservato che i neuroni che esprimono i canali SK presentano una iperpolarizzazione postuma temporalmente molto più lunga rispetto ai neuroni che non esprimono questi canali. Questo stato prolungato di iperpolarizzazione renderà più difficile rieccitare un neurone in seguito ad un potenziale d’azione, e quindi ciò determinerà una maggiore difficoltà da parte del neurone ad essere stimolato più volte a tempi ravvicinati. Questo ruolo dei canali SK è particolarmente rilevante, ad esempio, per i neuroni corticali. Infatti è stato scoperto che il mancato funzionamento dei canali SK in questi neuroni (a causa ad esempio di mutazioni geniche) determina fenomeni di epilessia, dovuti appunto ad una eccessiva eccitabilità corticale.
Modello matematico dei canali SK
Passiamo ora a creare un modello matematico che ci faccia capire meglio il ruolo dei canali SK nel determinare la forma del potenziale d’azione. Per far questo occorre affrontare due problemi: 1) trovare uno schema cinetico che descriva in maniera attendibile i canali SK; 2) trovare una equazione differenziale che descriva il modo in cui la concentrazione di Ca cambia all’interno del neurone, e come questa concentrazione aumenta in seguito all’apertura dei canali HVA.
Schema cinetico dei canali SK
Schema cinetico dei canali SK
Alcuni studi condotti sui canali SK suggeriscono che il loro comportamento può essere descritto dal seguente schema cinetico:
Dove le costanti di transizione per gli step che indicano il legame degli ioni Ca al sito sono espressi in s-1µMs-1. Da notare che:
questo schema prevede il legame al canale SK di ben 3 diversi ioni Ca (tre infatti sono le costanti di transizione moltiplicate per la [Ca], e che quindi rappresentato legami).
Il canale può entrare nello stato aperto solo quando ad esso sono legati 2 o 3 ioni Ca.
Da ciò se ne deduce che a basse [Ca], corrispondenti allo stato di riposo di una cellula, i canali occuperanno preferenzialmente i primi due stati chiusi, e quindi la loro apertura non sarà possibile. Quando, in seguito ad un potenziale d’azione e all’apertura dei canali HVA la [Ca] sale, gli ultimi due stati chiusi verranno ad essere occupati, e da qui il canale potrà passare ad uno dei due stati aperti.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dei canali SK nell'eccitabilità neuronale?
- Quali sono le conseguenze del malfunzionamento dei canali SK nei neuroni corticali?
- Come viene descritto il comportamento dei canali SK nel modello matematico?
I canali SK riducono l'eccitabilità neuronale prolungando l'iperpolarizzazione postuma, rendendo più difficile la rieccitazione del neurone dopo un potenziale d'azione.
Il malfunzionamento dei canali SK nei neuroni corticali può portare a fenomeni di epilessia a causa di un'eccessiva eccitabilità corticale.
Il comportamento dei canali SK è descritto da uno schema cinetico che prevede il legame di 3 ioni Ca, con il canale che può aprirsi solo quando sono legati 2 o 3 ioni Ca.
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