Concetti Chiave
- I canali ionici influenzano la differenza di potenziale della membrana plasmatica, essenziale per la generazione di fenomeni eccitabili come il potenziale d'azione.
- La membrana plasmatica presenta un comportamento elettrico simile a quello dei circuiti elettrici, facilitando la comprensione delle sue dinamiche.
- Il doppio strato lipidico della membrana funge da isolante elettrico, impedendo il passaggio di correnti ioniche tra i due lati.
- Le soluzioni elettrolitiche ai lati della membrana sono buoni conduttori, creando un sistema simile a un condensatore.
- La capacità specifica delle membrane biologiche è di circa 1 µF/cm², descrivendo il rapporto tra capacità elettrica e area del condensatore.
Comportamento dei canali ionici
Una volta chiarito in che modo si comportano i canali ionici, passiamo a descrivere il modo in cui i flussi di ioni che passano attraverso i canali cambiano la differenza di potenziale ai lati della membrana plasmatica, e sono quindi in grado di generare i fenomeni eccitabili, compreso il AP.
Analogie elettriche della membrana
A questo riguardo un grosso aiuto è stato dato dalla scoperta che la membrana plasmatica presenta un comportamento elettrico riconducibile a quello ben noto di alcuni circuiti elettrici. Utilizzando le leggi che descrivono il comportamento di questi circuiti, è quindi possibile capire il comportamento elettrico delle membrane biologiche.
Analogie tra un doppio strato lipidico ed un condensatore
Struttura e funzione del doppio strato
La membrana plasmatica è per lo più costituita da un doppio strato di fosfolipidi, ciascuno dei quali presenta delle code idrocarburiche rivolte verso l’interno della membrana, e delle teste polari posizionate sulla sua superficie.
A causa della presenza delle code idrocarburiche la membrana plasmatica non permette l’attraversamento degli ioni da una parte all’altra. In altri termini questa struttura rappresenta, da un punto di vista elettrico, un potente isolante, che impedisce il passaggio di correnti ioniche. Ai lati della membrana plasmatica sono invece presenti le soluzioni elettrolitiche, le quali sono invece, da un punto di vista elettrico, dei buoni conduttori. In definitiva questo sistema è costituito da due conduttori separati da un isolante, un dispositivo noto nel campo dei circuiti elettrici con il nome di condensatore, e schematizzato nel seguente modo:
Una proprietà che caratterizza i condensatori è la loro capacità di accumulare cariche elettriche se li si sottopone ad una differenza di potenziale. Il rapporto tra la carica elettrica accumulata e la differenza di potenziale applicata è una costante, nota con il nome di capacità elettrica C.
La capacità elettrica di un condensatore dipende dalla sua superficie, ovvero dalla superficie dei due conduttori separati dall’isolante. Per questa ragione, piuttosto che specificare la capacità elettrica, spesso si caratterizza un condensatore dando la sua capacità specifica, ovvero il rapporto tra C e l’area del condensatore stesso. Le membrane biologiche possiedono una capacità specifica di circa 1 µF/cm².
Domande da interrogazione
- In che modo i canali ionici influenzano la differenza di potenziale della membrana plasmatica?
- Qual è l'analogia elettrica tra la membrana plasmatica e i circuiti elettrici?
- Come si comporta il doppio strato lipidico della membrana plasmatica da un punto di vista elettrico?
I flussi di ioni che attraversano i canali ionici modificano la differenza di potenziale ai lati della membrana plasmatica, generando fenomeni eccitabili come il potenziale d'azione (AP).
La membrana plasmatica presenta un comportamento elettrico simile a quello di circuiti elettrici, permettendo di comprendere il suo comportamento elettrico attraverso le leggi dei circuiti.
Il doppio strato lipidico funge da potente isolante, impedendo il passaggio di correnti ioniche, mentre le soluzioni elettrolitiche ai lati della membrana agiscono come buoni conduttori, formando un sistema simile a un condensatore.
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