Fisiologia cellulare

COMUNICAZIONE ELETTRICA

Il neurone ha: - Corpo cellulare che contiene gli organuli - Dendriti - Assone mielinizzato o no che termina in ramificazioni. Le cellule chiave della comunicazione elettrica sono i neuroni, i messaggi chiave, ovvero i segnali elettrici, responsabili della comunicazione elettrica si chiamano potenziali d'azione. Quindi la comunicazione elettrica si avvale della comunicazione tra neuroni che avviene attraverso i potenziali d'azione. Il potenziale d'azione è un rapido e transitorio cambiamento o variazione del potenziale di membrana in un neurone. Si può graficare il potenziale. Se la variazione è nel tempo lo posso rappresentare in un sistema di asse cartesiano mettendo sull'asse X il tempo in ms mentre sull'asse delle ordinate il valore di potenziale in mV. Rapido e transitorio cambiamento del potenziale di membrana cosa significa? Parto da un potenziale di membrana stabile nel tempo, a un certo punto cambia diventando positivo.

per poi ritornare negativo e raggiungere il valore da cui è partito. Essenzialmente c'è una variazione del potenziale di membrana verso valori positivi e poi un ritorno ai valori negativi di partenza, significa variazione transitoria del potenziale di membrana.

Nei neuroni i potenziali d'azione durano 1 ms. Nei neuroni che comunicano, il potenziale di membrana per 1 ms diventa positivo per poi ritornare ai valori iniziali, un segnale estremamente rapido e transitorio, non è un segnale irreversibile.

Potremmo immaginare che la via nervosa (rossa in questo caso), costituita da tre neuroni messi in fila, sia come 3 lampadine comunicanti. Se questi neuroni comunicassero tra di loro, la prima lampadina si accenderebbe per 1 ms per poi spegnersi, poi si accenderebbe la lampadina due (il secondo neurone) per 1 ms per poi spegnersi e infine la lampadina tre sempre per 1 ms per poi spegnersi.

Il segnale elettrico/il potenziale d'azione (o

lampadine) sarebbe generato dal neurone uno, poi dal neurone due e infine dal neurone tre. Nell'insieme esiste un segnale elettrico che parte dal primo punto e raggiunge un punto molto lontano alla fine della via nervosa di interesse. Ciascuno dei seguenti neuroni genera un potenziale d'azione al tempo giusto: prima il neurone 1, poi il 2 e infine il 3. NOMENCLATURA DEL POTENZIALE D'AZIONE: - la fase del potenziale d'azione che va dai valori negativi di partenza (-80mV) fino al picco (+20mV), si chiama depolarizzazione, il neurone depolarizza quindi perde la polarità negativa. - ripolarizzazione, processo opposto alla depolarizzazione, dal picco si torna ai valori negativi di partenza, il neurone tende ad avvicinarsi ai valori negativi di partenza. - In alcuni neuroni, non tutti ma molti, alla fine della ripolarizzazione, c'è una fase in cui il potenziale di membrana diventa più negativa del solito (-90mV) = iperpolarizzazione o potenzialetornare al valore di -80mV. Questo cambiamento nel potenziale di membrana è fondamentale per la trasmissione dell'impulso nervoso. Il valore soglia, o threshold, rappresenta il punto critico a cui il potenziale di membrana deve arrivare affinché si generi un impulso nervoso. Ogni neurone ha il suo valore soglia specifico, rappresentato da una linea continua che parte dall'asse delle y. Quando il potenziale di membrana raggiunge questo valore, si verifica un'apertura dei canali ionici e si genera un potenziale d'azione. Il potenziale di membrana di riposo, o potenziale di membrana a riposo, indica il valore di -80mV che il neurone mantiene quando non è coinvolto nella trasmissione dell'impulso nervoso. Questo valore di riposo è importante perché permette al neurone di essere pronto a ricevere e trasmettere segnali in modo efficiente. Durante la comunicazione neuronale, quando il neurone riceve uno stimolo, il potenziale di membrana cambia rapidamente e transitoriamente. La cellula si depolarizza, cioè perde la polarità, e successivamente si ripolarizza, tornando al suo stato di polarità normale. In alcuni casi, come nel caso specifico menzionato, la cellula può anche iperpolarizzarsi per un breve periodo di tempo. Queste variazioni nel potenziale di membrana sono fondamentali per la trasmissione dell'impulso nervoso da un neurone all'altro.

Raggiungere di nuovo il valore di potenziale di membrana a riposo. Da -80mV passo a +20mV passando attraverso il valore soglia, arrivando magari a -90mV per tornare su a -80mV. Valore di potenziale a membrana a riposo -80mV, depolarizzazione la fase che mi porta al picco di +20mV, ripolarizzazione da +20mV fino a -80mV, se però ho la fase di iperpolarizzazione vado nella fase più negativa per poi ritornare a -80mV, valore di membrana a riposo.

In condizioni di riposo, la membrana della cellula non è a riposo assoluto, ma ci sono correnti di fondo e la pompa sodio/potassio che mantiene il valore -80mV di potenziale di membrana.

AV FM FSA.A. 2019-2020 20 marzo 2020

RIASSUNTO LEZIONE PRECEDENTE:

Si sta discutendo delle modalità di comunicazione elettrica fra le cellule e in particolare alla comunicazione elettrica lungo le vie nervose. Queste ultime si dividono in afferenti e in efferenti. Il loro compito è quello di condurre i segnali elettrici da un punto A ad un altro.

punto B coprendo una distanza cospicua in un breve periodo di tempo, così che per la comunicazione chimica potrebbe essere un problema.

Le cellule di cui parliamo sono i neuroni perché parliamo di vie nervose.

I segnali elettrici si chiamano potenziali d'Azione. I neuroni generano i segnali elettrici, ma non sono le uniche cellule in grado di farlo. Qualsiasi cellula in grado di generare un potenziale d'azione viene definita cellula eccitabile. Le cellule eccitabili comprendono, oltre le cellule nervose, le seguenti cellule (vedi immagine):

Il segnale elettrico o potenziale d'azione (PDA) è la variazione del potenziale di membrana (di un neurone in questo caso) molto rapida nel tempo e transitoria. Nel momento in cui in un neurone sta generando il PDA, il suo potenziale di membrana cambia molto velocemente.

Ci sono 3 diverse fasi del potenziale d'azione che possono essere graficate in un sistema di assi cartesiani dove sull'asse delle

X è indicato il tempo e sull'asse delle Y è indicato il potenziale di membrana della cellula che stiamo considerando. Si parte da un potenziale di membrana a riposo e nel momento in cui la cellula neuronale genera il potenziale d'azione, vi è una modificazione del potenziale di membrana verso valori positivi. Nel caso del grafico si arriva a +20 mV questa fase del cambiamento di potenziale di membrana da valori negativi verso valori positivi intracellulari si chiama depolarizzazione. A questa fase segue una fase opposta, la cellula ritorna verso i valori di potenziale di membrana a riposo. Siamo nella fase di ripolarizzazione. Questa fase, talvolta, può essere seguita da una fase in cui la stessa cellula che sta generando il PDA diventa più negativa (ha un potenziale di membrana più negativo) rispetto al potenziale di membrana di partenza, fase di iperpolarizzazione (non è sempre presente!). Quindi, per capire, si parte

Da un potenziale di membrana a riposo, nel momento in cui il neurone deve comunicare, depolarizza, ripolarizza ed eventualmente iperpolarizza per poi ritornare silente dal punto di vista della comunicazione cellulare.

AV FM FSA.A. 2019-2020

THRESHOLD o VALORE SOGLIA DEL NEURONE

Tutte le cellule eccitabili (anche le muscolari) sono caratterizzate da un valore soglia per il fatto di essere eccitabili. Una cellula eccitabile è in grado di generale un PDA. Ogni cellula eccitabile ha un valore soglia. Il valore soglia corrisponde a un preciso valore di potenziale di membrana di quella cellula. Non è detto che sia sempre uguale in tutte le cellule eccitabili che considero. Ad esempio, potrei misurare il Threshold di una cellula della corteccia cerebrale e vedere che il suo valore soglia è -60mV, mentre una cellula muscolare cardiaca ha un threshold di -40mV. Il valore soglia dipende dalla cellula che considero, un po' come il potenziale di membrana. Tutte le cellule, infatti,

sono caratterizzate da un potenziale di membrana, ma non è sempre uguale. È sempre negativo il valore del potenziale di membrana, ma il valore assoluto può essere diverso. Anche il threshold può variare: il valore assoluto può essere diverso, ma è sempre un valore più positivo rispetto al potenziale di membrana. Ad es. una cellula ha un potenziale di membrana = -80 mV (come nel caso del grafico) e un valore soglia = -60 mV. Se, invece, una cellula a riposo ha un potenziale di membrana a riposo = -60 mV, questa cellula avrà un threshold = -40 mV. Tutte le cellule eccitabili, quindi, hanno un Threshold, il valore numerico può cambiare, ma è sempre un valore più positivo rispetto al potenziale di membrana a riposo. Il valore soglia è importante perché ci fa capire quali sono le basi ioniche quindi il meccanismo su cui si basa la generazione del potenziale d'azione. il fatto di avere

Identificato nelle cellule eccitabili il Threshold ha consentito ai biofisici di capire il meccanismo attraverso il quale la cellula eccitabile può generare un PDA.

Le cellule eccitabili sono in grado di generare PDA perché possiedono canali voltaggio-dipendenti. Se una cellula ha canali voltaggio-dipendenti, quella cellula è eccitabile ed è una cellula in grado di generare un PDA e quindi è una cellula di comunicare elettricamente.

CANALE VOLTAGGIO-DIPENDENTE

Un canale voltaggio-dipendente (canale V-D) è un canale che ha almeno due stati: uno chiuso (sx= C1) e uno aperto (dx=C2). Nello stato chiuso il poro ionico non è pervio, la conformazione della proteina è tale che il poro ionico non consente il passaggio di ioni, mentre la configurazione aperta è uno stato della proteina nel quale il poro ionico è pervio, può consentire l'entrata e l'uscita di ioni attraverso il poro ionico.

stesso.Il canale V-D si chiama così perché la transizione dallo stato chiuso allo stato aperto del canale è dipendente dalla variazione del potenziale di membrana. Quindi le proteine canale sono proteine transmembrana come tutti i canali, ma possiedono la capacità di misurare la distribuzione di carica a livello della membrana plasmatica e di capire se la distribuzione di carica cambia canali V-D sono come dei sensori di un campo elettrico generato da una membrana plasmatica o dal PDA e quindi dalla diversa distribuzione degli ioni ai due lati della membrana plasmatica.Supponiamo che in C1 (canale chiuso) perché il potenziale di membrana è il potenziale di membrana a riposo e corrisponde a -80 mV, nel momento in cui in potenziale di membrana cambia, il canale può passare dalla configurazione chiusa