Appunti di base di Fisiologia

ATP

glucosio che entra nella cellula viene utilizzato per generare ATP, che chiude il canale K normalmente aperto.

ATP

Dall’esterno, la sulfonilurea (antidiabetico) blocca lo stesso canale. Ne consegue una depolarizzazione della

2+

membrana che causa l’apertura del canale del Ca voltaggio-dipendente, che fa entrare gli ioni calcio che vanno a

stimolare il rilascio di insulina per esocitosi.

2+ 2+

I canali del Ca regolano l’ingresso del Ca nella cellula. La loro attivazione è voltaggio-dipendente, mentre la loro

2+

inattivazione è voltaggio/Ca -dipendente. La loro apertura causa depolarizzazioni prolungate, con PA che

2+ -3 -8

durano 10-400 ms. Il potenziale di Nernst del Ca è molto positivo: E = 58/2 mV • log[10 ]/[10 ] = +145 mV. A V

ca m

negativi, la fem è alta.

Questi canali controllano la contrazione del muscolo liscio e cardiaco, la trasmissione sinaptica

(neurosecrezione), l’autoritmicità dei PA, la secrezione ormonale, il differenziamento / la crescita / l’invecchiamento

cellulare e la trasmissione di segnali chimici intracellulari.

2+

Esistono due grandi famiglie di canali del Ca : i canali ad alta soglia HVA (Cav1, Cav2) e i canali a bassa soglia LVA

(Cav3). I HVA sono canali T, mentre i canali LVA possono essere canali L, N, P/Q e R.

La subunità α è la subunità principale del canale e costituisce il poro (è simile alla subunità principale del canale del

1

sodio). Il canale ha altre subunità (β, α -δ, γ) che sono accessorie. La subunità α (1,2) può essere combinata in

2 2

molti modi con la subunità δ (1,2,3,4), esistono 10 tipi di α (3 T-type, 4 L-type, 1 P/Q-type, 1 N-type, 1 R-type), 8 tipi

1

di γ e 4 tipi di β.

I canali L cardiaci ad alta soglia (Cav1) sono DHP-sensibili e controllano la durata del PA ventricolare e atriale e il

ritmo cardiaco. I canali T cardiaci a bassa soglia (Cav3) controllano solo il ritmo cardiaco e hanno quindi la

funzione di pacemaker. I canali L cardiaci (Cav1.2, Cav1.3) sono potenziati dalle catecolamine rilasciate durante

l’attività del sistema nervoso simpatico (stimolazione β-andrenergica); il potenziamento dei canali L aumenta la

forza e la frequenza di contrazione cardiaca.

I canali N e P/Q sono addensati nei terminali presinaptici e sono determinanti nel controllo della trasmissione

sinaptica. I canali L e T sono preferenzialmente somatici e perisomatici (postsinaptici), e implicati

nell’invecchiamento neuronale. I canali T sono distribuiti lungo i dendriti assieme ai canali P/Q.

Nelle sinapsi, il trasmettitore viene sintetizzato e poi immagazzinato nelle vescicole. Un PA invade la

terminazione presinaptica. La depolarizzazione della terminazione presinaptica provoca l’apertura dei canali del

2+ 2+ 2+

Ca con porta a potenziale, con conseguente ingresso di ioni Ca attraverso i canali. Gli ioni Ca portano alla

fusione delle vescicole con la membrana presinaptica: il trasmettitore viene liberato nella fessura sinaptica

mediante esocitosi e si lega alle molecole recettrici della membrana postsinaptica, causando l’apertura o la

chiusura dei canali postsinaptici. La corrente postsinaptica mette in moto un potenziale postsinaptico eccitatorio

o inibitorio che modifica l’eccitabilità della cellula postsinaptica. Infine avviene il recupero della membrana delle

vescicole da parte della membrana plasmatica. + 2+

Nelle cellule eccitabili a riposo (V = -60 mV), i canali del K voltaggio-dipendenti e Ca -dipendenti sono mantenuti

m

2+ +

chiusi dai bassi livelli di Ca . Con l’apertura dei canali del Na voltaggio-dipendenti, la cellula si depolarizza (V = +50

m

2+ + 2+

mV). Il conseguente aumento del Ca intracellulare apre i canali del K Ca -dipendenti e la cellula si ripolarizza più

+

velocemente, anche grazie all’apertura dei canali del K voltaggio-dipendenti.

+

Per quanto riguarda i canali del K ATP-dipendenti, nella cellula a riposo (-70 mV) gli alti livelli di ATP intracellulare li

mantengono chiusi e la cellula funziona regolarmente. Gli stati di ipossia o di intensa attività muscolare (basso O )

2

causano riduzione di ATP e blocco delle pompe ioniche, causando una depolarizzazione (-20 mV). La riduzione di

+

ATP intracellulare induce l’apertura dei canali del K ATP-dipendenti e la cellula si ripolarizza e rimane ripolarizzata

2+

fino a che non si ripristinano i livelli di ATP intracellulare. Con la ripolarizzazione il Ca intracellulare cessa di

aumentare.

I canali TRP (Transient Receptor Potential) sono canali attivati da molti stimoli differenti: dalla temperatura, da

stimoli meccanici, da stimoli chimici, dal pH e dal potenziale, al quale sono poco sensibili. Possono essere

multimodali, cioè possono rispondere a più di uno stimolo. Le subunità sono composte da sei segmenti

transmembrana (S1 - S6), un’ansa che unisce i segmenti S5 e S6 all’interno del poro e due terminali citoplasmatici N

e C di diversa lunghezza. I canali TRP nella membrana plasmatica hanno un tipico arrangiamento a forma di

tetramero.

LEZ. 7 - SINAPSI ELETTRICA E CHIMICA

La sinapsi elettrica è formata dai connessoni, strutture transmembranarie che si trovano sia nella cellula

presinaptica sia nella cellula postsinaptica e che si accoppiano a 2 a 2 nello spazio extracellulare che le separa (3,5

nm). I connessoni connettono quindi il citoplasma di due cellule contigue. Ogni emicanale è formato da 6

subunità proteiche, le connessine. L’apertura del poro dei due connessoni (2 nm) è regolata dal voltaggio, dal pH e

2+

dalla concentrazione di Ca . Le sinapsi elettriche sono diffuse nel SNC, nel muscolo liscio e nel muscolo cardiaco, e

trasmettono con la stessa efficacia i segnali in entrambe le direzioni e in molto rapidamente (0,1 ms). Permettono

infatti la sincronizzazione rapida dei segnali nervosi in cellule accoppiate elettricamente.

Per studiare la trasmissione del segnale attraverso le sinapsi elettriche si inserisce un elettrodo nella cellula

postsinaptica e due elettrodi nella cellula presinaptica, uno per iniettare I e l’altro per registrare V . La

m

depolarizzazione passiva si registra senza ritardo ma con ampiezza ridotta nella cellula postsinaptica. La trasmissione

elettrica avviene anche quando il segnale presinaptico è sotto soglia. La ΔV nella cellula postsinaptica è proporzionale

all’ampiezza e alla forma della ΔV nella cellula presinaptica.

La sinapsi chimica è più diffusa e si trova nel SNC, nel SNP, e nei motoneuroni del muscolo scheletrico. La

trasmissione attraverso lo spazio intersinaptico (20-40 nm) è mediata da sostanze chimiche contenute in

vescicole che si spostano in modo unidirezionale dalla cellula presinaptica alla cellula postsinaptica, inducendo un

ritardo sinaptico maggiore rispetto alla sinapsi elettrica (0,3-1,5 ms).

2+ 2+

Il Ca entra nel terminale presinaptico attraverso i canali del Ca voltaggio-dipendenti (Ca 2.1 e Ca 2.2). La

V v

2+ 2+ 2+

trasmissione sinaptica può essere bloccata sostituendo il Ca con Mg , utilizzando chelanti del Ca (EGTA, BAPTA:

2+ 2+

bloccano la risposta postsinaptica) o bloccanti dei canali (Cd e neurotossine). Il Ca presinaptico è misurato con

2+ 2+

tecniche di microscopia a fluorescenza utilizzando sonde fluorescenti sensibili al Ca . I canali del Ca

voltaggio-dipendenti sono localizzati nelle zone attive presinaptiche, allineati ai gruppi di recettori nAChR localizzati

sulla membrana postsinaptica.

1.​ Rilascio del neurotrasmettitore.

2.​ Legame con il recettore.

3.​ Apertura o chiusura dei canali ionici e modificazione della conduttanza che genera flussi ionici.

4.​ Alterazione del V postsinaptico ed eccitazione o inibizione delle cellule postsinaptiche.

m

5.​ Sommazione o eventuale generazione del PA. 2+

Le vescicole sinaptiche seguono un ciclo di esocitosi ed endocitosi. L’esocitosi è un processo Ca -dipendente e

2+

avviene in tre diverse fasi: ancoraggio (docking), preparazione (priming) e fusione (fusion). I canali del Ca sono

2+

colocalizzati ai siti di attacco della vescicola, che quando si ancora forma il complesso SNARE. Il Ca che entra

2+

attraverso i canali si lega alla sinaptotagmina, proteina della membrana vescicolare e sensore del Ca , che

interagisce con SNARE e catalizza la formazione del poro di fusione che dà inizio all’esocitosi. La membrana delle

vescicole fuse viene recuperata per endocitosi (clatrina e dinamina-dipendente), passa attraverso vari comparti

endocellulari ed è riutilizzata per un nuovo ciclo esocitorio. Le vescicole “riciclate”, vuote, vengono riempite da

molecole di neurotrasmettitore (pool di riserva), si ancorano alla membrana presinaptica e rimangono a disposizione

per partecipare ad una successiva esocitosi (pool di vescicole pronte per la fusione).

I neurotrasmettitori liberati per esocitosi dalla cellula presinaptica si legano ai recettori presenti sulla cellula

postsinaptica causando l’apertura o la chiusura dei canali ionici. I recettori devono riconoscere il neurotrasmettitore e

attivare i rispettivi effettori. Essi si dividono in ionotropi e metabotropi. I recettori ionotropi sono anche canali ionici e

hanno azione rapida (ms). Ne sono esempio il GABA , la glicina e il nAChR. I recettori metabotropi non sono canali,

A

ma attivano la proteina G che a sua volta attiva canali (che possono aprirsi o chiudersi) e/o messaggeri (enzimi

che producono altri messaggeri che attivano o chiudono canali). Hanno azione lenta (100 ms-s) e sono ad esempio

GABA , mAChR e dopamina.

B

Due patologie che agiscono sulla trasmissione dei segnali da parte del sistema nervoso sono il tetano e il botulino.

Il tetano si contrae attraverso le ferite e causa paralisi spastica. Il botulino si contrae per via alimentare e causa

paralisi flaccida. BoNT e TeNT sono proteasi che scindono il complesso. Quelle presenti nel sangue vengono

internalizzate per endocitosi nel terminale presinaptico del motoneurone: TeNT migra fino agli interneuroni inibitori

del midollo spinale e blocca la trasmissione delle loro sinapsi (paralisi spastica), mentre le BoNT bloccano il

rilascio di ACh dalla giunzione neuromuscolare (paralisi flaccida). Le BoNT sono utilizzate come agenti terapeutici

per la cura della distonia cervicale, del blefarospasmo e dell’emispasmo facciale. Il blefarospasmo è l’anormale

funzionamento dei gangli di base, strutture nervose alla base del cervello che controllano la coordinazione dei

movimenti, che causa l’aumentata attività sinaptica dei muscoli scheletrici delle palpebre e quindi spasmi. Dosi

minime di BoNT vengono iniettate con un ago sottilissimo nello spessore delle palpebre. I benefici compaiono dopo

1-14 giorni e rimangono per 2-4 mesi. L'emispasmo facciale è causato dall’irritazione del nervo facciale e dalla sua

paralisi periferica. Le cont