Che materia stai cercando?

Appunti di fisiologia Generale I completi

Appunti di fisiologia generale sul trasporto cellulare, potenziale membrana, trasmissione sinaptica, sistema somatosensoriale, cellule muscolari, muscolo cardiaco, attività elettrica cuore, domande esame, dell'università degli Studi di Parma - Unipr.

Esame di Fisiologia generale docente Prof. D. Stilli

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

Fisiologia Generale I

elettrochimico. Poichè tale funzione richiede energia, i processi di trasporto attivo devono essere accoppiati

al metabolismo energatico. I sistemi di trasporto attivo possono utilizzare direttamente l’ATP o possono

essere legati al metabolismo in modo più indiretto. Poichè sono dipendenti dal metabolismo, i processi di

trasporto attivo possono essere inibiti da qualsiasi sostanza che interferisca con il metabolismo energetico.

Trasporto attivo primario processo di trasporto attivo direttamente legato al metabolismo cellulare (ad

esempio utilizzando ATP per alimentare il trasporto). La Na /K ATPasi è un esempio di trasportatore attivo

+ +

primario. Questa pompa utilizza direttamente ATP per trasportare gli ioni sodio fuori dalla cellula e gli ioni

potassio all’interno. Nel citoplasma di gran parte delle cellule animali la concetrazione del sodio e quella del

potassio sono, rispettivamente, inferiore e superiore alla concentrazione nel liquido extracellulare. Questa

situazione dipende dal fatto che la pompa trasferisce 3 ioni sodio fuori dalla cellula e 2 ioni potassio

all’interno per ogni molecola di ATP idrolizzato. La Na /K ATPasi trasporta Na e K mediante un processo

+ + + +

che è stato definito “peristalsi molecolare”. La fosforilazione e defosforilazione ciclica consentono alla

proteina di alternarsi in due conformazioni: E1 ed E2. Nella conformazione E1 i siti di legame per gli ioni

hanno alta affinità per Na e bassa affinità per K e sono rivolti verso il citoplasma, mentre nella

+ +

conformazione E2 i siti di legame sono rivolti verso il liquido extracellulare e la loro affinità è invertita. In

questo modo viene fissato sodio e dissociato potassio (E1) nel citosol, e fissato potassio e dissociato sodio

(E2) nel liquido extracellulare.

Trasporto attivo secondario occorre energia per creare un gradiente di concentrazione di una sostanza

trasportata. Una volta creato, il gradiente di concentrazione costituisce una riserva di energia chimica

potenziale che può essere utilizzata per eseguire lavoro. In molti tipi di cellule, il gradiente di concentrazione

del sodio generato dalla Na /K ATPasi è utilizzato per trasportare attivamente altri soluri dentro la cellula.

+ +

Molte cellule assumono gli aminoacidi idrofilici neutri per mezzo di una proteina trasportatrice di membrana

che accoppia l'ingresso di Na nella cellula, promosso dal gradiente di potenziale elettrochimico di questo

+

ione, con il trasporto degli aminoacidi contro il loro gradiente di con-centrazione. Il trasporto degli aminoacidi

dentro la cellula non richiede l'impiego di energia fornita direttamente dall'ATP, o da altri metaboliti ad alta

energia, ma solo un impiego indiretto in quanto questo tipo di trasporto si avvale del gradiente del sodio, che

viene invece trasportato attivamente. Gli aminoacidi sono quindi trasportati mediante un meccanismo

definito trasporto attivo secondario. In questo tipo di trasporto sia la velocità di trasporto degli amino acidi sia

il loro accumulo intracellulare dipendono dal gradiente del potenziale elettrochimico del sodio.

Le ATPasi per il trasporto degli ioni sono fondamentali per la vita di tutte le cellule. Esistono tre diverse

classi: ATPasi di tipo P, ATPasi di tipo V e ATPasi di tipo F.

Le ATPasi di tipo P sono cosi chiamate perché il loro ciclo di trasporto prevede un intermedie fosforilato. La

Na /K ATPasi delle membrane plasmatiche delle cellule animali, è una ATPasi di tipo P. Dello stesso tipo

+ +

sono le Ca ATPasi della membrana plasmatica, del reticolo sarcoplasmatico e del reticolo

2+

endoplasmatico,e la H /K ATPasi delle cellule parietali gastriche responsabili della secrezione acida dello

+ +

stomaco, delle cellule intercalate del rene e delle cellule epiteliali del colon. Le ATPasi di tipo P sono

frequentemente denominare ATPasi E1-E2, in quanto il loro ciclo di trasporto prevede due distinti stati

confonnazionali: l’interconversione tra gli stati E1 ed E2 è promossa dalla fosforilazione (l’ATP è un donatore

di fosfato) e defosforilazione del trasportatore.

Le membrane di vari organelli intracellulari (lisosomi, endosomi, vescicole secretorie e granuli di deposito)

contengono ATPasi di tipo V. Queste ATPasi sono delle H ATPasi che accumulano ioni idrogeno all'interno

+

degli organelli. L'acidificazione del lume delle vescicole è essenziale per la funzione dei lisosomi e per

l'accumulo di alcuni neurotrasmettitori nelle vescicole sinaptiche.

La membrana mitocondriale interna contiene una ATPasi di tipo F, nota anche come ATP sintasi. Mentre la

normale funzione delle ATPasi di tipo P e V è di utilizzare l’energia derivata dall’idrolisi dell’ATP per creare un

gradiente di concentrazione ionica, la ATP sintasi di norma sintetizza ATP utilizzando l’energia del gradiente

idrogenionico stabilito per trasportare elettroni attraverso la membrana mitocondriale interna. 6

Fisiologia Generale I

Trasporto di calcio in molte circostanze la concentrazione di Ca nel citosol è mantenuta a livelli piuttosto

2+

bassi (inferiori a 10 M), mentre la concentrazione di questo ione nel liquido extracellulare è dell’ordine di

-7

10 M. Poichè il calcio è un importante secondo messaggero, i livelli citoplasmatici di questo ione sono

-3

sottoposti a una complessa regolazione. Tra le proteine membranarie di trasporto che partecipano alla

regolazione dei livelli del calcio nel citosol ci sono le Ca ATPasi e proteine scambiatrici Na /Ca .

2+ + 2+

La Ca ATPasi della membrana plasmatica è regolata dalla calmodulina. In presenta di quantita micromolari

2+

di ioni calcio, il complesso Ca -calmodulina si lega a un sito specifico della Ca ATPasi della membrana

2+ 2+

plasmatica. Questo legame provoca la dissociazione di un peptide autoinibitorio dal sito di legame con l’ATP,

di conseguenza la Ca ATPasi si attiva. Inoltre, molte cellule immagazzinano ioni calcio nel reticolo

2+

endoplasmatico o in altre vescicole citoplasmatiche, come il reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari.

Il calcio viene immagazzinato in queste vescicole da Ca ATPasi chiamate SERCA (sarcoplasmic and

2+

endoplasmic reticulum Ca ATPasi).

2+

Molte cellule eccitabili (ad esempio cellule cardiache) possiedono un meccanismo aggiuntivo per controllare

il livello intracellulare di calcio. La proteina per lo scambio sodio/calcio utilizza l’energia del gradiente del Na

+

per espellere Ca dalla cellula. Lo scambiatore Na /Ca è stimolato da livelli micromolari di Ca a seguito

2+ + 2+ 2+

del fissaggio del complesso Ca -calmodulina a uno specifico sito della proteina scambiatrice. In molte

2+

cellule, la velocità d'ingresso del Ca è bassa, quindi è basso anche il costo energetico per mano tenere

2+

bassi i livelli intracellulari del calcio. Questo basso costo energetico contrasta con quello elevato del

pompaggio del Na e del K . L’attività della pompa sodio/potassio rappresenta la principale spesa energetica

+ +

di molte cellule. →

Scambio Na /H molte cellule contengono una proteina che media lo scambio “uno a uno” di ioni sodio e

+ +

ioni idrogeno attraverso la membrana plasmatica. Questa proteina di scambio impedisce l’acidificazione del

citosol. Quando il pH del citosol è circa neutro, lo scambiatore Na /H mostra un’affinità molto bassa per gli

+ +

ioni idrogeno ed è quindi praticamente inattivo. L’acidificazione del citoplasma aumenta l’affinità della

proteina per gli ioni idrogeno, di conseguenza il sodio entra nella cellula scambiandosi con l’idrogeno e il pH

della cellula risale verso la neutralità.

Cotrasporto Na , K , Cl molte cellule contengono una proteina che media il trasporto simultaneo di ioni

+ + -

sodio, potassio e cloro dal liquido extracellulare al citosol. La stechiometria è 1Na : 1K : 2Cl, pertanto il

trasporto è elettroneutro. L’ingresso di ioni sodio nella cellula, promosso dal gradiente del suo potenziale

elettrochimico, fornisce l’energia per la captazione attiva di ioni potassio e ioni cloro. Questo tipo di

cotrasporto svolge un ruolo importante nella regolazione del volume cellulare e viene stimolato dal

raggrinzimento cellulare. Questa stimolazione promuove l’ingresso nella cellula di tutti e tre gli ioni,

generando così una forza osmotica atta a ristabilire il normale volume cellulare.

Trasporto facilitato del glucosio i globuli rossi, gli epatocidi, gli adipociti e le cellule muscolari possiedono

trasportatori di glucosio. Negli adipociti e nelle cellule muscolari il trasporto di glucosio attraverso membrana

è aumentato dall’insulina. L’insulina incrementa il trasporto di glucosio promuovendo l’inserzione nella

membrana plasmatica delle proteine trasportatrici del glucosio. Nei globuli rossi e nelle cellule nervose la

riduzione dei livelli di ATP e l’incremento dei livelli di ADP e AMP stimolano il trasporto di glucosio.

Trasporto degli amminoacidi nelle membrane plasmatiche sono presenti diversi tipi di proteine di trasporto

per gli amminoacidi (tre distinte classi di trasportatori): trasportatori per amminoacidi neutri, trasportatori per

amminoacidi basici e trasportatori per amminoacidi acidi. Alcuni tipi questi trasportatori sono presenti in tutte

le cellule, altri si trovano solo in particolari tipi di cellule epiteliali.

Trasporti transmembranali e trasporti transepiteliali 7

Fisiologia Generale I

I tessuti epiteliali (o epiteli) sono formati da cellule fenotipicamente simili, sono poveri di sostanza

intracellulare (le cellule che li compongono sono a stretto contatto) e svolgono funzioni di protezione,

assorbimento e secrezione. Si dividono in diversi gruppi: epiteli protettivi ed epiteli di scambio. Gli epiteli di

scambio permettono trasporti attraverso le membrane di cellule ravvicinate e intimamente connesse tra loro.

Negli epiteli assorbenti vi è polarizzazione morfo-funzionale delle cellule: il polo apicale è adibito

all’assorbimento dal mezzo esterno mentre il polo basale alla secrezione nel mezzo interno. In questo caso

la membrana baso-laterale presenta molti tipi di giunzioni, ha una funzione strutturale, funge da barriera per i

soluti ed è molto importante per la comunicazione intercellulare.

Le giunzioni ancoranti (desmosomi) hanno funzione strutturale e possono essere situate tra due cellule

adiacenti (membrana laterale) oppure possono fungere da giunzione tra cellule e matrice extracellulare (polo

basale).

Le giunzioni occludenti (giunzioni strette) hanno funzione strutturale e di barriera. Sono proteine intrinseche

(occludine) che comportano la completa adesione delle membrane di cellule adiacenti (fanno da barriera tra

lume in comunicazione con ambiente esterno e liquido interstiziale).

Le giunzioni comunicanti (giunzioni Gap) sono strutture cilindriche (emicanali o connessoni) appartenenti

ciascuna ad una cellula. Ogni emicanale è costituito da sei unità proteiche con funzione di connessione, due

emicanali giustapposti costituiscono la giunzione intercellulare. Il poro di questo canale è di 1.5 nm.

Se si prende come esempio un lume del condotto in comunicazione con l’ambiente esterno a scelta, si nota

che le sostanze possono percorrere vie transcellulari o paracellulari per attraversare un epitelio. Le sostanze

che percorrono la via transcellulare devono superare sia la membrana plasmatica apicale che la membrana

plasmatica basolaterale, mentre le sostanze che seguono una via paracellulare devono riuscire ad

attraversare la fascia di giunzioni occludenti. In molti epiteli questo è possibile solo per molecole

piccolissime, e questa via rimane riservata a loro.

Attraverso le membrane multicellulari (epiteli) le molecole organiche passano attraverso trasporti attivi

secondari e diffusione facilitata mentre gli ioni (come ad esempio ione cloro e ione sodio) passano grazie alla

formazione di un gradiente elettrico tran-epiteliale. Gli ioni cloro (Cl ) attraversano l’epitelio per via

-

paracellulare tramite diffusione libera per migrazione in campo elettrico mentre gli ioni sodio (Na ) lo

+

attraversano per via transcellulare.

Il trasporto dell’acqua attraverso membrane multicellulari può avvenire per effetto osmotico o per flusso di

massa. In caso di effetto osmotico, grazie alla differenza di pressione osmotica, l’acqua viene richiamata

nello spazio ipertonico intercellulare dal lato basale. In caso di flusso di massa, il passaggio di acqua e soluti

dall’ambiente intercellulare al liquido interstiziale sottoepiteliale avviente grazie a differenze di pressione

idrostatica.

Esistono due diverse vie per il trasporto attraverso gli epiteli: la via transcellulare (attraverso la cellula) e la

via paracellulare (tra cellule contigue).

Equilibri ionici e potenziali transmembranari di riposo

Attraverso la membrana plasmatica di gran parte delle cellule animali esiste una differenza di potenziale

(voltaggio). Normalmente il citoplasma è elettronegativo rispetto al mezzo extracellulare. La differenza di

potenziale attraverso le membrane plasmatiche delle cellule a riposo è chiamato potenziale

transmembranario di riposo. Il potenziale di riposo ha un ruolo chiave nell’eccitabilità delle cellule muscolari

e nervose e in tanti altri tipi di cellule.

Poniamo una membrana che separa una soluzione acquosa in due compartimenti A e B. Lo ione X è più

+

concentrato nel compartimento A che in quello B. Se non ci fosse alcuna differenza di potenziale elettrico tra

A e B, lo ione tenderebbe a diffondere da A a B (comportandosi come una molecola priva di carica elettrica).

Se invece il compartimento A è elettronegativo rispetto a B rimane la tendenza di X a diffondere da A a B

+

sotto la spinta del suo gradiente chimico, ma compare in questo caso anche la tendenza di X a muoversi

+ 8

Fisiologia Generale I

nella direzione opposta (da B ad A) a causa della differenza di potenziale elettrico tra i due lati della

membrana. La direzione del flusso netto dello ione dipende da quale dei due gradienti (chimico o elettrico) è

più forte. Dal confronro quantitativo di queste due forze si può prevedere la direzione del flusso netto di X .

+

La grandezza che ci permette di confrontare i contributi relativi della concentrazione ionica e del potenziale

elettrico viene definita potenziale elettrochimico (μ) di uno ione. La differenza di potenziale elettrochimico

(espressa in energia/mole) di X attraverso la membrana è definito come:

+

Δμ = μ (X ) - μ (X ) = RT ln([X ] / [X ] ) + zF(E - E )

+ + + +

X A B A B A B

Δμ = differenza del potenziale elettrochimico dello ione tra il lato A e il lato B della membrana

X

[X ] = concentrazione dello ione X al lato A della membrana

+ A

[X ] = concentrazione dello ione X al lato B della membrana

+ B

z = numero di cariche dello ione

F = costante di Faraday

E - E = differenza di potenziale elettrico attraverso la membrana

A B

Il termine RT ln([X ] / [X ] ) indica la tendenza dello ione a muoversi da A a B a causa del graziente di

+ +

A B

concentrazione, esprime la differenza di energia potenziale che si stabilisce tra una mole di ioni X nel

compartimento A e una mole di ioni X nel compartimento B in funzione della differenza di concentrazione. Il

termine zF(E - E ) rappresenta la tendenza dello ione a muoversi da A a B a causa del gradiente elettrico,

A B

esprime la differenza di energia potenziale che si stabilisce tra una mole di ioni X nel compartimento A e una

mole di ioni X nel compartimento B in funzione della differenza di potenziale elettrico. Pertanto, Δμ

X

(differenza di potenziale elettrochimico) descrive la differenza di energia potenziale tra una mole di ioni X in A

e una mole di ioni X in B, risultante dalla differenza di concentrazione e di potenziale elettrico. Gli ioni X si

muoveranno spontaneamente dal compartimento con potenziale elettrochimco più alto al compartimento con

potenziale elettrochimico più basso. Quando gli ioni fluiscono da A a B viene dissipata energia.

Quando la forza generata dal gradiente di concentrazione e la forza generata dalla differenza di potenziale

elettrico sono uguali ed opposte, allora Δμ = 0 non viene esercitata alcuna forza netta sullo ione. Di

conseguenza non vi sarà alcun movimento netto dello ione e si dirà che lo ione si trova in uno stato di

equilibrio elettrochimico attraverso la membrana.

RT ln([X ] / [X ] ) + zF(E - E ) = 0

+ +

A B A B

Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz

Risolvendo per E - E si trova l’equazione di Nerst (valida solo nel caso di ioni che si trovino nello stato di

A B

equilibrio): L’equazione di GOLDMAN-HODGKIN-KATZ permette di

E - E = RT/zF ln([X ] / [X ] )

+ +

A B A B

calcolare Vm (potenziale di membrana a riposo) per una

cellula permeabile a tre specie ioniche: Na , K , Cl , ciascuna

+ + -

Potenziale di membrana

con un suo coefficiente di permeabilità Px.

L’equazione di Goldman-Hodgkin-Kats (GHK) definisce in termini quantitativi il contributo dei diversi ioni

diffusibili al Vm (potenziale di membrana). -

+ +

P [K ] + P [Na ] + P [Cl ]

RT e e i

K Na Cl

= ln

V

m -

+ +

F P [K ] + P [Na ] + P [Cl ]

i i e

K Na Cl

Un esempio di applicazione dell’equazione di GHK:

Dove P è la permeabilità della membrana per lo ione. Il valore di Vm è più vicino al potenziale dello ione

diffusibile per il quale la membrana ha maggiore permeabilità.

= =

P 0 P / P 0.01

Cl Na K

Esiste un equilibrio elettrico, per il quale il numero di cariche positive entranti è uguale al numero di cariche

+ +

1

[

K

]

+

0

.

0

1

[

N

a

]

positive uscenti, ma non esiste un equilibrio chimico. Vi sono infatti flussi netti uscenti di ioni potassio (K ) e

+

R

T e e

= l

n

V

m

flussi netti entranti di ioni sodio (Na ) con progressiva dissipazione dei gradienti di concentrazione.

+ + +

F

1

[

K

]

+

0

.

0

1

[

N

a

]

i i

I flussi passivi non sarebbero in grado di mantenere costante il potenziale di membrana, in quanto si

o:

sostituend

andrebbe incontro a progressivo annullamento del potenziale di diffusione.

= 2.5 mM = 120 mM

[ + +

K ] [Na ]

o o

I trasporti attivi primari, come la pompa Na/K, mantengono dei gradienti per entrambi gli ioni creando flussi

= 140 mM = 10 mM

+ +

[K ] [Na ]

opposti ai flussi passivi. La pompa di scambio Na/K mantiene quindi Vm ad un valore costante evitanto la

i i 9

2.5 + 0.01 120

x

= log

58 mV

V = -92 mV

m 140 + 0.01 10

x Fisiologia Generale I

dissipazione dei gradienti di concentrazione degli ioni. Inoltre è elettrogenica, cioè genera attivamente il

5/10% del potenziale di membrana pompando attivamente 2 K dentro e 3 Na fuori.

+ +

Il potenziale di membrana è quindi da considerarsi come un potenziale di diffusione e viene mantenuto dal

trasporto attivo degli ioni Na e K in direzione opposta ai flussi passivi. Il potenziale di membrana (Vm) può

+ +

variare se varia la permeabilità (Pm) per una specie ionica.

Quando un certo numero di ioni diversi si distribuisce ai lati di una membrana, e tutti sono lontani dal loro

equilibrio elettrochimico, ciascuno tenderà a spostare il potenziale di membrana verso il proprio potenziale di

equilibrio (calcolato in base all’equazione di Nerst. Più permeabile è la membrana a un determinato ione,

maggiore è la forza con cui quello ione tende a portare il potenziale di membrana verso il proprio potenziale

di equilibrio. Potenziale di membrana e segnali elettrici

I segnali elettrici (messaggi) causano variazioni transitorie del potenziale di membrana. Come detto

precedentemente, l’equazione GHK definisce in termini quantitativi il contributo dei diversi ioni diffusibili al

potenziale di membrana e quest’ultimo può variare se varia la permeabilità della membrana (Pm) per una

specie ionica. Vi possono essere diversi stimoli capaci di indurre modificazioni di Vm: possono avvenire

grazie a molecole di segnalazione che agiscono su proteine canale di membrana determinando l’apertura

del canale ionico (canali chemo-dipendenti) oppure grazie a forze meccaniche capaci di modificare lo stato

di canali ionici (canali meccano-sensibili).

Per resistenza della membrana si intende l’inverso della conduttanza elettrica (gm = 1/Rm) e dipende dalla

densità e dalla pervietà dei canali ionici.

Per capacità della membrana si intende il potere del doppio strato fosfolipidico di accumolare cariche ai due

versanti della membrana. Potenziale locale

I potenziali locali sono tipici di ogni cellula, hanno ampiezza modesta, sono graduali (variabili in ampiezza e

durata) e si propagano con decremento solo a breve distanza (1/2 mm).

La variazione del potenziale di membrana è un messaggio elettrico ricco di informazioni che describe

caratteristiche di intensità e persistenza dello stimolo o perturbazioni ambientali.

Il potenziale locale è graduale, cioè può variare in ampiezza e durata. L’ampiezza del potenziale locale è

proporzionale all’intensità dello stimolo. Ad esempio, se cambia il numero i canali chemo/meccano-sensibili

che si aprono si ha una minore o maggiore variazione di Pm. Anche la durata del potenziale locale è

variabile: la perturbazione elettrica persiste fino a quando è presente lo stimolo che ha determinato il

cambiamento di permeabilità della membrana (finchè è presente la molecola di segnalazione, lo stimolo

meccanico eccetera).

La variazione del potenziale cresce linearmente con l’aumentare dell’intensità di corrente che fluisce

attraverso i canali (vie di conduttanza), coerentemente con la legge di Ohm (V = I x R). La resistenza nella

PROPRIETA’ ELETTRICHE PASSIVE

membrana (Rm) dipende dalla densità dei canali ionici pervi.

della MEMBRANA

La conduttanza (1/R) della membrana, cioè la densità dei canali pervi,

determina la pendenza della retta.

L’ampiezza della variazione di potenziale si riduce con l’aumentare della

distanza dal punto di applicazione dello stimolo, la perturbazione si

legge di Ohm: V = I*R

propaga quindi con decremento e per questo motivo il potenziale locale

trasmette informazioni su brevi distanze ed è più utile per la comunicazione

intracellulare.

La conduttanza (1/R) della membrana 10

(densità dei canali pervi) determina la

pendenza della retta Fisiologia Generale I

La membrana plasmatica funge da isolante imperfetto mentre il citoplasma da conduttore, per questo parte

della corrente passa attraverso le vie a bassa resistenza (canali) con riduzione progressiva dell’intensità di

corrente (sempre per la legge di Ohm, riducendo l’intensità si riduce anche il potenziale di membrana).

La costante di spazio (λ = 1/2 mm) definisce le proprietà di membrana come conduttore: è la distanza alla

quale la differenza di potenziale di membrana decade al 37% del valore misurato nel punto di iniezione della

corrente.

PROPRIETA’ ELETTRICHE PASSIVE della

Maggiore è il rapporto Rm/Rin minore è la perdita di corrente attraverso la membrana e maggiore è la

MEMBRANA :COSTANTE di SPAZIO

costante di spazio. La membrana è assimilabile ad un conduttore elettrico imperfetto le cui

λ definisce le proprietà

caratteristiche dipendono dai suoi elementi costitutivi: dal doppio strato

della membrana come conduttore

fosfolipidico dipende la capacità, mentre dai canali ionici la resistenza. Le

CELLULE ECCITABILI e SEGNALI ELETTRICI

proprietà passive Rm e Cm determinano la velocità di insorgenza della

∆ Vm

Distanza alla quale decade

variazione del potenziale di membrana e la propagazione del potenziale

37%

al del valore misurato nel

locale per via elettrotonica. Insorgenza, evoluzione e propagazione della

punto di iniezione della corrente

perturbazione elettrica dipendono da queste proprietà elettriche passive

Quando la membrana depolarizza

della membrana.

oltre un certo valore si ha una

Potenziale d’azione

brusca variazione di conduttanza

Il potenziale d’azione è tipico di cellule eccitabili come le cellule nervose e le cellule muscolari.

Anche in questo caso la risposta cresce linearmente con l’intensità dello stimolo, ma solo per basse intensità

di corrente, seguendo la legge di Ohm (V = I x R). Quando la membrana depolarizza oltre ad un certo valore

si ha una brusca variazione di conduttanza. λ = 1 - 2 mm

In questo caso il potenziale dipende dalle proprietà attive delle cellule eccitabili,

ad esempio dai canali ionici voltaggio dipendenti il cui stato di apertura dipende

dal valore del potenziale trans-membranario.

Per soglia si intende il valore di Vm che è necessario raggiungere poichè insorga un potenziale d’azione.

Superata la soglia si ha una rapida inversione del potenziale di membrana (depolarizzazione, fase di salita),

simile nei diversi tipi di potenziale d’azione. La risposta è indipendente dall’intensità e durata dello stimolo (in

termini di ampiezza e durata “tutto o nulla”) e per ogni tipo di cellula eccitabile il potenziale d’azione ha

sempre la stessa ampiezza e durata. Successivamente si ha la fase di ripolarizzazione, nella quale il

potenziale di membrana ritorna più o meno verso il valore di riposo e poi si ha una breve iperpolarizzazione

prima che il potenziale di membrana torni al valore di riposo (potenziale postumo).

Nel periodo refrattario assoluto la cellula non risponde qualunque sia l’intensità dello stimolo, mentre nel

periodo refrattario relativo la cellula dipende se viene usato uno stimolo molto intenso. La refrattarietà,

assoluta o relativa, è correlata con la durata della ripolarizzazione.

Nelle cellule eccitabili il potenziale di membrana a riposo segue l’equazione di GHK.

Nelle cellule nervose l’eccitabilità è solo elettrica e il potenziale d’azione è un messaggio contenente

informazioni da trasmettere (trasmissione intra/intercellulare). Nelle cellule muscolari invece l’eccitabilità è

sia elettrica che meccanica e in questo caso il potenziale d’azione è un messaggio elettrico che innesca

l’evento contrattile. 11

Fisiologia Generale I

Potenziale locale Potenziale d’azione

dipende dalle proprietà passive della membrana cellulare dipende dalle proprietà attive della membrana cellulare

(Cm e Rm) (canali ionici voltaggio-dipendenti)

ampiezza modesta ampiezza elevata

risposta graduale (durata e ampiezza proporzionali allo risposta “tutto o nulla” (durata e ampiezza indipendenti

stimolo che li ha generati) dallo stimolo)

propagazione con decremento su brevi distanze propagazione senza decremento

comune a tutte le cellule comune solo a cellule eccitabili (nervose/muscolari)

Trasmissione sinaptica

Le cellule eccitabili sono quelle cellule capaci di generare potenziali d’azione (variazioni rapide del

potenziale elettrico della membrana cellulare). Le cellule eccitabili, come le cellule nervose e muscolari,

comunicano trasmettendo segnali elettrici. La sinapsi è la regione attraverso la quale un impulso nervoso si

trasmette da una cellula all’altra. Esistono due tipi di sinapsi: le sinapsi elettriche e le sinapsi chimiche. Nella

sinapsi elettrica due cellule eccitabili comunicano per passaggio diretto di corrente elettrica (trasmissione

elettrotonica). Le cellule accoppiate elettricamente sono tra loro unite da giunzioni comunicanti (gap

junction), ritenute vie di bassa resistenza per le correnti che fluiscono direttamente tra una cellula e l’altra. Le

cellule eccitabili trasmettono segnali elettrici attraverso le sinapsi chimiche. Nella sinapsi chimica un

potenziale d’azone provoca la liberazione di un trasmettitore chimico da parte del neurone pre-sinaptico. Il

trasmettitore diffonde nello spazio sinaptico e si lega ad appositi recettori della membrana del neurone post-

sinaptico. Le sinapsi chimiche comportano un ritardo sinaptico, dovuto al tempo necessario al compiersi

degli eventi descritti. Giunzione neuromuscolare

Le sinapsi tra gli assoni dei motoneuroni e le fibre muscolari scheletriche vengono chiamate giunzioni

neuromuscolari o mioneurali (oppure placche motrici). In prossimità della giunzione neuromuscolare, la fibra

motrice perde il suo rivestimento di mielina e si divide in sottili ramificazioni terminali che si adagiano lungo

una doccia sinaptica sulla superficie del sarcolemma. La membrana plasmatica della fibra muscolare che

forma la doccia sinaptica è ulteriormente invaginata e forma numerose pliche giunzionali. I terminali assonici

contengono molte vescicole sinaptiche, contenenti acetilcolina (neurotrasmettitore). Il terminale assonico e la

cellula muscolare sono separate dal vallo (o spazio) sinaptico, riempito di un materiale amorfo ricco di

carboidrati. Le molecole recettrici per l’acetilcolina sono concentrate in prossimità delle aperture delle pliche

giunzionali. Le vescicole sinaptiche dei terminali nervosi e i siti specializzati di rilascio (zone attive) della

membrana pregiunzionale sono concentrati in corrispondenza delle aperture delle pieghe giunzionali.

L’aceticolinesterasi (enzima che scinde acetilcolina in colina e acetato) è distribuita sulla superficie esterna

del sarcolemma.

Il potenziale d’azione si propaga lungo la fibra motrice fino al terminale presinaptico. La depolarizzazione

della membrana plasmatica al terminale provoca l’apertura transitoria dei canali voltaggio-dipendenti del

calcio. Gli ioni calcio entrano nei terminali seguendo il loro gradiente di potenziale elettrochimico.

L’aumentata concentrazione di ioni calcio nel terminale provoca la fusione delle vescicole sinaptiche con la

membrana plasmatica e lo svuotamento, per esocitosi, del loro contenuto di acetilcolina nel vallo sinaptico.

L’acetilcolina diffonde nel vallo sinaptico e si lega con specifici recettori proteici situati sulla superficie esterna

delle membrane del sarcolemma della placca motrice. Il legame dell’acetilcolina con il suo recettore proteico

provoca un aumento transitorio della conduttanza della membrana postsinaptica al Na e al K . Le correnti

+ +

ioniche (trasportate dagli ioni sodio e potassio) provocano la depolarizzazione transitoria della regione della

placca (potenziale di placca, EPP). Il potenziale di placca è transitorio perchè l’acetilcolina viene idrolizzati in

colina e acetato. La membrana plasmatica della regione postgiunzionale, anche se viene depolarizzata, non

è elettricamente eccitabile e non può quindi generare un potenziale d’azione. Dopo la depolarizzazione della

12

Fisiologia Generale I

membrana postgiunzionale la depolarizzazione si propafa per conduzione elettronica alle regioni contigue al

sarcolemma. Quando il potenziale di queste regioni raggiunge il valore soglia, allora nasce il potenziale

d’azione che si propaga rapidamente lungo la fibra muscolare, dando inizio ad una serie di eventi che

portano alla contrazione muscolare. →

Quindi, in sintesi: arrivo del potenziale d’azione al terminale presinaptico della fibra motrice aumento della

permeabilità al calcio e ingresso di ioni calcio nel terminale assonico liberazione di Ach sulla membrana

→ →

post-giunzionale diffusione di Ach alla membrana post-giunzionale combinazione di Ach con recettori

specifici della membrana post-giunzionale aumento della permeabilità della membrana post-giunzionale a

→ →

sodio e potassio genesi di EPP depolarizzazione delle zone della membrana muscolare contigue alla

regione di placca nascita del potenziale d’azione.

Sinapsi interneuroniche

Sinapsi elettrica in una sinapsi elettrica, una variazione del potenziale di membrana viene trasmessa a

un’altra cellula per flusso diretto di corrente. Poichè la corrente fluisce direttamente tra due cellule che

formano una sinapsi elettrica, non si verifica ritado sinaptico. In genere le sinapsi elettriche consentono la

conduzione di energia in entrambe le direzioni (per questo aspetto differiscono dalle sinapsi chimiche,

obbligatoriamente unidirezionali). Le cellule che formano sinapsi elettriche sono di solito unite tra loro

mediante giunzioni gap. Queste giunzioni sono strutture a forma di placca in cui le membrane plasmatiche

delle cellule accoppiate sono separate da uno spazio molto ristretto (inferiore a 3 nm). Nelle giunzioni gap vi

sono file regolari di particelle proteiche interposte tra le membrane. Le particelle intermembranarie sono

costituite da 6 subunità che circondano un canale centrale accessibile all’acqua. Le 6 subunità sono disposte

a esagono e formano una struttura chiamata connessone. Ciascuna subunità è formata da una singola

proteina chiamata connessina. In una giunzione gap i connessoni delle cellule accoppiate sono disposti in

modo da formare dei canali che consentono il passaggio da una cellula all’altra di molecole idrosolubili.

Questi canali costituiscono le vie di passaggio di corrente elettrica tra due cellule accoppiate. Le sinapsi

elettriche sono diffuse nel sistema nervoso centrale e periferico. Le sinapsi elettriche sono particolarmente

adatte per azioni riflesse in cui sia necessaria una rapida trasmissione tra cellule. Si trovano giunzioni gap

anche negli epatociti, nelle cellule del miocardio, nelle cellule muscolari lisce dell’intestino e nelle cellule

epiteliali del cristallino.

Sinapsi chimiche quando un neurone stabilisce un contato sinaptico di tipo chimico con un altro neurone,

il terminale presinaptico dell’assone si espande in modo da formare un bottone terminale. In corrispondenza

delle sinapsi le membrane presinaptica e postsinaptica vengono a trovarsi tra loro in posizione parallela. Una

struttura solida stabilizza meccanicamente il complesso sinaptico in modo tale che, anche quando il tessuto

nervoso viene danneggiato, le reazioni tra l’elemento presinaptico e quello postsinaptico vengono spesso

preservate. La struttura e l’organizzazione delle sinapsi chimiche consentono la conduzione solo in una

direzione. Il ritardo sinaptico (di circa 0.5 ms) nelle sinapsi chimiche è dovuto principalmente al tempo

necessario per la liberazione del neurotrasmettitore. In questo caso, il trasmettitore liberato dal neurone

presinaprico modifica la conduttanza della membrana postsinaptica per uno o più ioni. Questa variazione

provoca un flusso ionico che induce un cambiamento del potenziale di membrana postsinaptica. La regione

della membrana del neurone postsinaptico che stabilisce un contatto sinaptico è specializzata per una

sensibilità chimica, piuttosto che per una sensibilità elettrica: a livello delle sinapsi chimiche non si

producono infatti potenziali d’azione.

Cono di emergenza: porzione del neurone dove origina l’assone.

Segmento iniziale: porzione dell’assone più vicina al soma. 13

Fisiologia Generale I

La giunzione neuromuscolare costituisce un tipo di sinapsi particolarmente semplice, in quanto un potenziale

d’azione in una cellula presinaptica (imput) provoca un singolo potenziale d’azione nella cellula postsinaptica

(output). In alcuni tipi di sinapsi l’output può essere diverso dall’input: secondo le relazioni tra input e output

le sinapsi possono essere classificate nei tipi “uno a uno”, “uno a molti” oppure “molti a uno”.

Nelle sinapsi di tipo “uno a uno” (come giunzione neuromuscolare) l’input e l’output sono uguali, un singolo

potenziale d’azione nella cellula presinaptica evoca un singolo potenziale d’azione nella cellula

postsinaptica. Poichè l’uscita è uguale all’ingresso non avviene alcuna integrazione.

Nelle sinapsi del tipo “uno a molti” un singolo potenziale d’azione nella cellula presinaptica evoca diversi

potenziali d’azione nella cellula postsinaptica. Ad esempio, un singolo potenziale d’azione del motoneurone

provoca una serie di potenziali d’azione nella cellula di Renshaw.

Nelle sinapsi del tipo “molti a uno” un solo potenziale d’azione nella cellula presinaptica non è sufficiente a

generare un potenziale d’azione nella cellula postsinaptica. Per depolarizzare questa cellula fino al valore di

soglia è necessario l’arrivo simultaneo di potenziali d’azione condotti da diverse fibre presinaptiche (avviene

ad esempio nel motoneurone spinale).

La depolarizzazione transitoria del neurone postsinaptico, provocata da un potenziale d’azione nella cellula

presinaptica, prende il nome di potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP). L’iperpolarizzazione transitoria

provocata da un potenziale d’azione in un neurone presinaptico inibitorio è chiamato potenziale

postsinaptico ibinitorio (IPSP). In ogni istante la cellula postsinaptica integra le varie efferenze. Se a un dato

momento la somma algebrica degli effetti di segno opposto provocati dalle varie afferenze è sufficiente a

depolarizzare la cellula postsinaptica fino alla soglia, la cellula genererà un potenziale d'azione. Il processo

di integrazione dei vari input che avviene a livello di un singolo neurone postsinaptico è chiamato

sommazione. La sommazione (o integrazione) degli input sinaptici può avvenire o per sommazione spazjale

o per sommazione temporale. Si ha una sommazione spaziale quando due input separati arrivano alla

cellula postsinaptica contemporaneamente. Due potenziali postsinaptici si possono sommare, tanto che due

imput eccitatori simultanei provocheranno nella cellula postsinaptica una depolarizzazione circa doppia

rispetto a quella provocata da un solo input. Tuttavia, se un input è un ESPS e l’altro un ISPS, essi tendono

ad annullarsi l’un l’altro. Anche le sinapsi situate ai lati opposti del soma di un neurone postslnapticc si

comportano in questo modo. I potenziali postsinaptici (EPSP e IPSP) vengono condotti rapidamente per

l'Intera membrana del soma del neurone postsinaptico quasi senza decremento. Questo fenomeno avviene

in quanto le dimensioni della cellula sono di gran lunga inferiori alla costante di spazio per la conduzione

elettrotonica. l potenziali sinaptici che insorgono nelle branche dendritiche periferiche si riducono in

ampiezza quando raggiungono il corpo cellulare: più sollile è il dentrite, maggiore è il decremento.

Si ha summazione temporale quando un neurone presinaptico invia due o più potenziali d'azione in rapida

successione, in modo tale che i potenziali postsinaptici possano sommani nel tempo.

Le risposte di un neurone postsinaptico alla stimolazione di uno stesso neurone presinaptico hanno

ampiezza e decorso temporale abbastanza costanti. Tuttavia, se un assone presinaptico viene stimolato

ripetirivamente la risposta postsinaptica può aumentare progressivamente con ogni stimolo. Questo

fenomeno viene chiamato facilitazione. Il grado della facilitazione dipende dalla frequenza della stimolazione

presinaptica. La facilitazione è un fenomeno che si esaurisce rapidamente, in alcune decine o centinaia di

millisecondi dopo la fine della stimolazione.

Quando un neurone presinaptico viene stimolato teanicamente (con treni di stimoli a elevata frequenza) per

diversi secondi, si verifica un incremento più prolungato della risposta postsinaptlca. Tale fenomeno è

chiamato potenziamento post-tetanico. Il potenziamento post-tetanico persiste più a lungo della facilitazione,

da alcune decine di minuti ad alcune ore dopo la fine della stimoiazione tetanica.

La facilitazione e il potenziamento pcst-tetanico sono fenomeni che dipendono dalla stimolazione ripetitiva

del neurone presinaptico. li neurone postsinaptico non modifica invece la sua sensibilità al

neurotrasmettitore. La stimolazione ripetitiva provoca la liberazione di un maggior numero di quanti di

14

Fisiologia Generale I

trasmettitore. Gli aumentati livelli intracellularidi Ca provocano la liberazione di una maggior quantità di

2+

mediatore chimico durante la stimolazione ripetitiva.

La stimolazione ripetitiva di alcune sinapsi celebrali aumenta l’efficacia della trasmissione. Questo

fenomeno, chiamat potenziamento a lungo termine, può persistere per giorni o settimane (meccanismo a

lungo termine coinvolto nei meccanismi della memoria).

Quando si stimola ripetitivamente una sinapsi per un periodo prolungato, si arriva ad un momento in cui ogni

ulteriore stimolo presinaptico provoca una risposta postsinaptica di minor ampiezza (fatica sinaptica =

depressione neuromuscolare a livello della placca motrice).

Neurotrasmettitori e neuromodulatori

I neurotrasmettitori sono sostanze chimiche che mediano la propagazione dell’impulso nervoso tra due

strutture collegate da una sinapsi chimica. Nella sinapsi il neurone presinaptico, in seguito a

depolarizzazione e ingresso di ioni calcio, secerne per esocitosi un “quanto” di neurotrasmettitore

(corrispondente allo svuotamento di una vescicola sinaptica) nello spazio sinaptico. Il neurotrasmettitore si

lega a un recettore ionotropico o metabotropico presente sulla membrana dell’elemento postsinaptico in

modo da favorire o inibire l’insorgenza di un potenziale d’azione. I neurotrasmettitori quindi differiscono dagli

ormoni che sono liberati nel circolo sanguigno e agiscono su organi bersaglio distanti dal sito della loro

produzione. Per funzionare da neurotrasmettitore una sostanza deve soddisfare diversi criteri:

1. Deve essere sintetizzata nel neurone presinaptico, il quale deve contenere i precursori e gli enzimi

deputati alla sua sintesi e proteine specifiche che la trasportano dal citoplasma alla vescicola sinaptica.

2. Deve essere liberata in seguito all’arrivo di un potenziale di azione in quantità tali da indurre nel neurone

postsinaptico o nell’organo bersaglio una risposta apprezzabile.

3. Deve essere introdotta in concentrazioni adeguate a produrre gli stessi effetti del neurotrasmettitore

endogeno.

4. Il suo effetto può essere bloccato da antagonisti competitivi (ossia da molecole che si legano

reversibilmente allo stesso sito cui si lega il neurotrasmettitore).

5. Deve esistere un meccanismo specifico che metta fine alla sua azione, o per inattivazione enzimatica o

per ricaptazione da parte del neurone o della glia attraverso proteine trasportatrici.

Quindi, un ormone è una sostanza che viene liberata nel sangue e raggiunge le cellule bersaglio mediante

circolazione. Un neurotrasmettitore o un neuromodulatore è una sostanza che viene liberata in prossimità

della superficie della cellula bersaglio e la raggiunge per semplice diffusione. I neurotramettitori agiscono

modificando la conduttanza della cellula bersaglio a uno o più ioni, facendo variare in tal modo il potenziale

di membrana di quella cellula. Un neuromodulatore modula la trasmissione sinaptica: può agire a livello

presinaptico facendo variare la quantità di neurotrasmettitore liberato in risposta al potenziale d’azione,

quindi può agire sulla cellula postsinaptica modificandone la risposta al neurotrasmettitore.

Acetilcolina neurotrasmettitore usato da tutti gli assoni motori che originano dal midollo spinale. È inoltre il

trasmettitore di tutti i neuroni autonomi pregangliari e delle fibre parasimpatiche postgangliari.

Amine biogene: tra le amine che possono avere funzione di neurotrasmettitore vengono incluse

noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina e istamina. noradrenalina, adrenalina e dopamina sono

catecolamine che hanno in comune una stessa via biosintetica che parte dell’aminoacido tirosina. La tirosina

convertita a L-dopa da tirosina idrossilasi, L-dopa convertita a dopamina da una specifica carbossilasi. La

dopamina, grazie alla beta-idrossilasi, viene trasformata in noradrenalina (principale neurotrasmettitore dei

neuroni simpatici postgangliari). Le cellule cromaffini della midollare del surrene, aggiungendo un gruppo

metilico alla noradrenalina, sintetizzano l’adrenalina.

La serotonina è contenuta in numerosi neuroni presenti in alcuni nuclei del tronco dell’encefalo. Questi

neuroni serotoninergici partecipano alla regolazione della temperatura, della percezione sensoriale, del

sonno e dell’umore. L’istamina è presente in alcuni neuroni dell’ipotalamo. 15

Fisiologia Generale I

Aminoacidi neurotrasmettitori: la glicina, amminoacido più semplice, è un trasmettitore di tipo inibitorio

liberato da alcuni interneuroni spinali. Il GABA viene sintetizzato dal glutamato mediante una decarbossilasi

specifica presente solo in certi neuroni del sistema nervoso centrale. Il GABA funziona come

neurotrasmettitore inibitorio, è il più diffudo nel cervello. I recettori postsinaptici per la glicina e il GABA sono

canali per il cloro controllati da neurotrasmettitori che consentono a questo ione di entrare nella cellula e di

iperpolarizzarla.

Aminoacidi dicarbossilici: glutamato e aspartato esercitano un potente effetto eccitatorio su molti neuroni

cerebrali. Trasmettitori eccitatori più diffusi nel cervello.

Monossido di azoto (NO): neurotrasmettitore che opera a livello delle sinapsi tra i motoneuroni del sistema

nervoso enterico e le cellule muscolari lisce del tratto gastrointestinale. Può anche funzionare come

neurotrasmettitore nel sistema nervoso centrale. Non è contenuto nelle vescicole sinaptiche e non viene

liberato per esocitosi. Il NO è altamente diffusibile attraverso le membrane e passa per semplice diffusione

dalla sede della sua produzione alle cellule vicine. La NOsintasi è l’enzima che catalizza la produzione di NO

dalla ossidazione dell’arginina a citrullina. Questo enzima è stimolato da un aumento degli ioni calcio nel

citosol. Il monossido di azoto può servire anche come molecola per la trasduzione di segnali cellulari sia nei

neuroni che nelle cellule non neuronali (come ad esempio nelle cellule muscolari liscie vascolari).

Peptidi neuroattivi: possono agire come ormoni, come neurotrasmettitori o come neuromodulatori. In alcuni

casi i neuropeptidi sono co-localizzati con i neurotrasmettitori classici nella stessa teminazione nervosa e

vengono liberati insieme al neurotrasmettitore in risposta alla stimolazione della fibra nervosa.

I neurotrasmettitori sono sintetizzati nei terminali sinaptici attraverso vie sintetiche che coinvolgono enzimi

solubili e precursori semplici. I neuropeptidi invece sono sintetizzati nel corpo cellulare. Vescicole secretorie

contenenti neuropeptidi emergono dalla faccia trans dell’apparato di Golgi e si spostano per trasporto

assonale rapido fino al terminale assonico ove vanno a costituire le vescicole sinaptiche. Alcuni neuropeptidi

sono sintetizzati come preproormoni. Il distacco della sequenza segnale converte il preproormone in

proormone e la successiva scissione proteolitica di questo può liberare uno o più peptidi neuroattivi.

Neurotrasmettitore non peptidico Neurotrasmettitore peptidico

sintetizzato ed accumulato nel terminale nervoso sintetizzato ed accumulato nel corpo cellulare,

trasportato al terminale nervoso per trasporto assonale

rapido

sintetizzato in forma attiva peptide attivo formato dalla scissione di un peptide

maggiore

contenuto in vescicole piccole chiare contenuto in grosse vescicole elettrondense

rilasciato nello spazio sinaptico può essere liberato a una certa distanza dalla cellula

postsinaptica

azione esaurita per riaccumulazione nel terminale sinaptico azione esaurita per proteolisi o diffuzione del peptide

mediata dal trasporto attivo alimentato da ioni sodio

effetto tipicamente con breve latenza e breve durata effetto può avere lunga latenza e persistere per molti

secondi

Peptidi oppioidi: gli oppiacei sono sostanze derivate dal papavero dell’oppio. Gli oppiacei sono utilizzati in

terapia per il loro potente effetto analgesico. Queste sostanze esercitano il loro effetto legandosi con specifici

recettori. Il legame degli oppiacei con i loro recettori è bloccato in modo specifico da un derivato della

morfina chiamato naloxone. Le sostanze che non sono derivate dal papavero dell’oppio ma che esercitano

effetti diretti legandosi ai recettori per gli oppiacei sono chiamate oppiodi. Gli oppioidi possono anche essere

definiti come quelle sostanze ad azione diretta i cui effetti sono antagonizzati in modo sierospecifico dal

16

Fisiologia Generale I

naloxone. Le tre principali classi di peptidi oppioidi sono encefaline, endorfine la dinorfina. Le encefaline

sono gli oppioidi più semplici (pentapeptidi), la dinorfina e le endorfine sono invece peptidi a catena lunga. I

peptidi oppioidi sono presenti in molti neuroni del sistema nervoso centrale e nei neuroni intrinseci

dell’apparato gastrointestinale. Sono contenuti in vescicole sinaptiche; le endorfine sono contenute in

specifiche strutture del sistema nervoso centrale mentre le encefaline e la dinorfina hanno una distribuzione

più ampia. Gli oppioidi esercitano azioni inibitorie anche in alcune strutture cerebrali coinvolte nella

percezione del dolore. Recettori per i neurotrasmettitori

Recettori inibitori: recettori per il GABA e la glicina appartengono a una superfamiglia di canali ionici

regolati da ligandi. La probabilità che questi canali si aprano e il tempo medio della durata della loro apertura

dipendono dalla concentrazione del neurotrasmettitore per il quale il recettore è specifico (come avviene ad

esempio per il recettore nicotinico dell’acetilcolina). Vi sono importanti somiglianze tra il recettore nicotinico

per l’acetilcolina, il recettore per il GABA e quello per la glicina. Questi canali sono costituiti da 5 subunità

proteiche (con sequenze amminoacidiche e strutture terziarie simili) che circondano il canale ionico centrale.

I recettori per il GABA e la glicina sono canali per il cloro regolati da ligandi che mediano l’ingresso di ioni

cloro nelle cellule. L’ingresso di ioni cloro provoca iperpolarizzazione e quini inibisce i neuroni. I recettori

GABA sono canali del gloro regolati dal GABA. I recettori GABA non sono canali ionici, ma modulano un

A B

canale ionico di un’altra proteina. →

Recettori per amminoacidi eccitatori il glutamato è il principale neurotrasmettitore delle sinapsi eccitatorie

del sistema nervoso centrale. I recettori per il glutamato sono chiamati EAA (recettori per amminoacidi

eccitatori). Il recettore AMPA e il recettore NMDA sono ampiamente distribuiti nel sistema nervoso centrale.

La stimolazione dei recettori AMPA da parte del glutamato o di un suo agonista provoca un EPSP (potenziale

postsinaptico eccitatorio) dovuto al passaggio di ioni sodio e potassio. Il recettore NMDA consente il

passaggio di ioni Na , K e Ca . Questo recettore è di norma bloccato dal Mg extracellulare, il blocco da

+ + 2+ 2+

Mg viene rimosso quando la cellula si depolarizza. Pertanto, fisiologicamente, la prima risposta al

2+

glutamato è la depolarizzazione della cellula postsinaptica provocata dall’azione del glutamato sui recettori

AMPA. Questa depolarizzazione rimuove il blocco del Mg dei canali NMDA, i quali consentono l’ingresso

2+

degli ioni calcio nella cellula postsinaptica (provocando ulteriore depolarizzazione). I recettori NMDA sono

regolati anche dalla glicina la quale, legandosi al recettore, incrementa il flusso di corrente in risposta al

glutamato. →

Recettori per acetilcolina i recettori dell'acetilcolina sono stati classificati in base alla loro differente affinità

con ligandi non biologici. Sono sostanzialmente due le famiglie di recettori che legano l'acetilcolina,

identificate in base alla diversa affinità per differenti ligandi: recettore nicotinico (recettore ionotropico che,

legando l'acetilcolina, permette il flusso di cationi. Lega particolarmente la nicotina ed in misura minore la

muscarina) e recettore muscarinico (recettore metabotropico che a seguito del legame con l'acetilcolina,

attiva una cascata di reazioni intracellulari mediate da un secondo messaggero. Il recettore muscarinico è

selettivo per la muscarina e non lega la nicotina). Ognuno di questi recettori presenta differenti sottoclassi,

suddivise in base all'affinità con specifici ligandi. I recettori nicotinici si dividono in tre classi principali:

muscolari, gangliari e del sistema nervoso centrale. Sono canali ionici attivati da ligando. Tutti i recettori

muscarinici appartengono alla famiglia dei recettori accoppiati a proteine G. Alcuni agiscono tramite il ciclo

dei fosfoinositoli (PI), mentre altri agiscono inibendo l'adenilato ciclasi e riducendo pertanto le concentrazioni

intracellulari di cAMP. Sistema somatosensoriale

Una via sensoriale può essere considerata come un insieme di neuroni disposti in serie. Si possono

riconoscere, lungo una qualunque via sensoriale, neuroni di primo, secondo e terzo ordine. Inoltre,

informazioni sensoriali simili, possono essere trasmesse da vie sensoriali parallele. Il neurone di primo

17

Fisiologia Generale I

ordine è il neurone sensoriale primario, la sua estremità periferica costituisce il recettore sensoriale (o riceve

afferenze da cellule sensoriali accessorie, come le cellule cigliate) e, di conseguenza, risponde agli stimoli e

trasmette al sistema nervoso centrale informazioni codificate. Solitamente è localizzato nei gangi delle radici

dorsali o dei nervi cranici. Il neurone di secondo ordine è generalmente localizzato nel midollo spinale o nel

tronco cerebrale, riceve informazioni dai neuroni di primo ordine e le trasmette al talamo. A livello dei neuroni

di secondo ordine le informazioni possono subire una prima elaborazione ad opera dei circuiti nervosi locali.

Il neurone di terzo ordine è localizzato in uno dei nuclei sensoriali del talamo. Anche a questo livello

l’informazione trasmessa può essere elaborata da circuiti locali, prima di arrvare alla corteccia cerebrale.

L’info sensoriale viene ulteriormente elaborata da neuroni di quarto ordine (situati nell’appropriata area di

recezione sensoriale della corteccia cerebrale), e da neuroni di ordine superiore (localizzati nella stessa area

e in altre aree corticali). In una qualche regione non ancora ben definita della corteccia cerebrale si verifica

infine la percezione, cioè il processo attraverso il quale si ha coscienza dell’esistenza dello stimolo.

I neuroni possono essere classificati sulla base della loro funzione. I neuroni sensitivi (afferenti) sono

specializzati nella ricezione di impulsi sensoriali sulla loro terminazione dendritica e nel trasmetterli al SNC

per l’elaborazione. I neuroni motori o motoneuroni (efferenti) si originano dal SNC e portano gli impulsi ai vari

organi e cellule. Gli interneuroni si trovano nel SNC e hanno la funzione di collegare e di integrare le cellule

nervose sensitive e motorie per formare una rete di circuiti nervosi.

→ →

Stimolo recezione di informazioni dall’ambiente via afferente: trasmissione delle informazioni ai neuroni

del sistema nervoso centrale elaborazione delle informazioni nelle cellule del sistema nervoso centrale e

→ →

genesi di segnali di uscita via efferente: trasmissione dei comandi di uscita agli organi effettori

esecuzione della risposta da parte dell’effettore

I recettori sensoriali sono cellule capaci di raccogliere informazioni relative all’ambiente esterno o a proprietà

del mezzo interno. Svolgono tre importanti funzioni: assorbono piccole quantità di energia (stimolo) e

convertono l'energia dello stimolo in un impulso elettrico (trasduzione). Successivamente producono un

potenziale recettoriale che depolarizza la membrana cellulare, stimolando il neurone a trasmettere l'impulso

(potenziale d'azione). Oppure il potenziale recettoriale iperpolarizza la membrana cellulare, diminuendo la

capacità del neurone di generare un potenziale d'azione. I potenziali d'azione trasmettono le informazioni

ricevute al Sistema Nervoso Centrale (SNC). I potenziali recettoriali non determinano pertanto direttamente

un potenziale d'azione, ma variano il potenziale di membrana fra l'interno e l'esterno della cellula per mezzo

dell'apertura o della chiusura dei canali ionici.

Molti recettori sensoriali tendono ad alzare la soglia del potenziale d'azione per qualche minuto dopo la

stimolazione iniziale, determinando una progressiva diminuzione della risposta ad una stimolazione continua

(adattamento sensoriale). Questo fenomeno si verifica durante uno stimolo prolungato, quando il recettore

produce un potenziale recettoriale più piccolo rispetto ad altri stimoli che verranno recepiti successivamente,

oppure quando si verificano dei cambiamenti a livello sinaptico lungo la via neuronale attivata dal recettore.

Solo i potenziali abbastanza intensi raggiungeranno la regione del neurone definita come zona Trigger o di

innesco che nei neuroni efferenti e negli interneuroni è costituita dal monticolo assonico e dalla prima parte

dell’assone. La zona trigger è il centro di integrazione del neurone e contiene un’alta concentrazione di

canali voltaggio-dipendenti per il Na . Se i potenziali graduati che raggiungono la zona trigger depolarizzano

+

la membrana fino al valore soglia i canali voltaggio-dipendenti per il Na si aprono e s’innesca un potenziale

+

d’azione altrimenti il potenziale graduato si esaurisce.

Il contenuto d’informazione insito nello stimolo deve poter essere trasmesso fedelmente ai centri nervosi

sotto forma di scariche di potenziali d’azione. Ciò richiede due operazioni successive: la trasduzione del

segnale (sua conversione in una variazione del potenziale di membrana = potenziale del recettore) e la

18


PAGINE

31

PESO

2.24 MB

PUBBLICATO

4 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in biologia
SSD:
Università: Parma - Unipr
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher valentinareverberi95 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Parma - Unipr o del prof Stilli Donatella.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Corso di laurea in biologia

Respirazione, fotorespirazione e fotosintesi, Biologia
Appunto
Tecnologie del DNA ricombinante
Appunto
Microbiologia con fondamenti di immunologia
Appunto
Biologia molecolare
Appunto