Concetti Chiave
- I canali SK riducono l'eccitabilità neuronale prolungando l'iperpolarizzazione postuma, rendendo più difficile la stimolazione del neurone dopo un potenziale d'azione.
- Il malfunzionamento dei canali SK nei neuroni corticali può causare epilessia a causa dell'eccessiva eccitabilità corticale.
- Un modello matematico è necessario per comprendere il ruolo dei canali SK nella forma del potenziale d'azione e nella variazione della concentrazione di Ca.
- Il comportamento dei canali SK è descritto da uno schema cinetico che prevede il legame di 3 ioni Ca, necessari per l'apertura del canale.
- A basse concentrazioni di Ca, i canali SK rimangono chiusi, mentre l'apertura avviene solo 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 i due problemi principali per creare un modello matematico dei canali SK?
- Come funziona lo schema cinetico dei canali SK in relazione agli ioni Ca?
I canali SK riducono l'eccitabilità di un neurone, causando un'iperpolarizzazione postuma più lunga, rendendo difficile la rieccitazione del neurone dopo un potenziale d'azione, specialmente nei neuroni corticali, dove il loro malfunzionamento può portare a epilessia.
I due problemi principali sono: 1) trovare uno schema cinetico attendibile per i canali SK e 2) sviluppare un'equazione differenziale che descriva come cambia la concentrazione di Ca all'interno del neurone in seguito all'apertura dei canali HVA.
Lo schema cinetico prevede che i canali SK possano legare fino a 3 ioni Ca, e possono aprirsi solo quando sono legati 2 o 3 ioni. A basse concentrazioni di Ca, i canali rimangono chiusi, mentre un aumento della [Ca] dopo un potenziale d'azione consente l'apertura dei canali.
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