Concetti Chiave
- I canali ionici nella membrana plasmatica consentono il passaggio degli ioni, generando una corrente ionica sotto l'influenza di una differenza di potenziale.
- La conduttanza di un canale ionico si riflette nella relazione complessa tra corrente e voltaggio, differente rispetto a quella di un resistore.
- Una membrana biologica con canali ionici può essere modellata come un circuito RC, con un condensatore e un resistore disposti in parallelo.
- L'equazione differenziale che descrive il potenziale di membrana è analoga a quella di un circuito RC, evidenziando leggi fisiche condivise.
- La differenza tra il potenziale di membrana e il potenziale di inversione del canale è fondamentale per il corretto funzionamento dei canali ionici.
Funzione dei canali ionici
Nella membrana plasmatica delle cellule sono contenuti i canali ionici, i quali permettono il passaggio degli ioni da una parte all’altra della membrana. I canali ionici possono essere assimilati, da un punto di vista elettrico, a dei resistori. Se applichiamo una differenza di potenziale ΔV ai lati di un resistore, attraverso di esso passerà una corrente I. Il rapporto tra ΔV e I è una costante che prende il nome di resistenza elettrica (R).
Conduttanza e resistenza
La conduttanza di un resistore è invece definita come l’inverso della resistenza.
Analogamente, se sottoponiamo la membrana plasmatica ad una differenza di potenziale, attraverso i canali passeranno degli ioni, i quali produrranno una corrente ionica. Nel caso dei canali ionici, come abbiamo visto, la relazione tra corrente e voltaggio è leggermente più complicata rispetto a quella trovata per un resistore.
Ciò che è importante per un canale ionico è la differenza tra il potenziale di membrana ed il potenziale di inversione del canale stesso.
Circuito RC e membrana biologica
Analogie tra una membrana biologica ed un circuito RC
Se si considera una membrana biologica, all’interno della quale vi sono dei canali ionici, allora il circuito che ne descrive il comportamento dovrà contenere sia un condensatore, che rappresenta il doppio strato lipidico, sia un resistore, che rappresenta la resistenza a cui contribuiscono tutti i canali aperti che sono presenti in quella membrana. In particolare questi due elementi dovranno essere disposti in parallelo.
Equazione differenziale del potenziale
L’equazione differenziale che governa l’andamento temporale del potenziale di membrana
Da quanto detto in precedenza risulta chiaro che le leggi che governano i cambiamenti di potenziale ai lati di una membrana plasmatica sono le stesse che descrivono i cambiamenti di potenziale ai lati di un condensatore che è inserito in un circuito RC. Cerchiamo ora di arrivare alle relazioni matematiche che descrivono questo circuito. Consideriamo un circuito RC costituito da una resistenza ed un condensatore connessi in parallelo. Inoltre colleghiamo i capi di questo circuito ad un generatore di corrente, attraverso il quale è possibile applicare una corrente costante I. La corrente I, arrivata al circuito, potrà seguire due vie: potrà fluire lungo la resistenza oppure andare a caricare il condensatore. Chiamiamo queste due correnti rispettivamente ii e iC. Per il principio di conservazione della carica, noto da decenni nella fisica dei circuiti elettrici, la somma della corrente ionica e della corrente capacitiva dovrà essere uguale alla corrente che iniettiamo nel circuito.
Domande da interrogazione
- Qual è la funzione principale dei canali ionici nella membrana plasmatica?
- Come si relazionano conduttanza e resistenza nei canali ionici?
- In che modo una membrana biologica può essere paragonata a un circuito RC?
- Qual è l'importanza dell'equazione differenziale nel contesto del potenziale di membrana?
I canali ionici permettono il passaggio degli ioni da una parte all’altra della membrana, contribuendo alla generazione di una corrente ionica quando viene applicata una differenza di potenziale (ΔV).
La conduttanza di un canale ionico è l'inverso della resistenza; quindi, se la resistenza aumenta, la conduttanza diminuisce, influenzando il passaggio degli ioni attraverso la membrana.
Una membrana biologica può essere vista come un circuito RC, dove il doppio strato lipidico funge da condensatore e i canali ionici aperti agiscono come resistori, disposti in parallelo.
L'equazione differenziale descrive l'andamento temporale del potenziale di membrana, simile ai cambiamenti di potenziale in un circuito RC, evidenziando la relazione tra corrente ionica e corrente capacitiva.
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