Appunti fisiologia generale

ANALI DEL POTASSIO VOLTAGGIO ATTIVATI

Sono formati da 4 subunità α che si giustappongono a formare il poro

centrale. Sulla base della loro capacità di inattivare, dopo l’apertura, le

correnti K possono essere distinte in 4 classi funzionali:

 Correnti rettificanti ritardate: corrente classica

 Correnti transienti di tipo A: partecipano alla regolazione della

frequenza di scarica nei neuroni

 Correnti M: partecipa alla regolazione dell’eccitabilità dei neuroni

 Correnti erg: partecipa al potenziale cardiaco

C -

ANALI DEL POTASSIO CICLO ATTIVATI 2+

Tali canali sono regolati dalla concentrazione di Ca intracellulare. Nei

2+

neuroni questi canali si aprono quando Ca attraversa i canali Ca con i quali in molti tessuti sono

2+

accoppiati. Possono essere attivati anche da depositi intracellulari di Ca . I canali del potassio ciclo attivati

partecipano alla ripolarizzazione e all’iperpolarizzazione postuma del potenziale d’azione, nonché alla

modulazione della frequenza di scarica. I canali K sono stati classicamente suddivisi in tre sottofamiglie:

Ca

 Canali K a grande conduttanza:

Ca

 Canali K a conduttanza intermedia:

Ca

 Canali K a piccola conduttanza:

Ca

Canali ionici attivati da nucleotidi ciclici

Tali canali a livello del carbossiterminale presentano un

dominio di legame per dei nucleotidi. Quando i nucleotidi

ciclici si legano a questo dominio si verifica una complessa

serie di riarrangiamenti conformazionali che portano

all’apertura della via di permeazione. Questa è

generalmente poco selettiva per i cationi, cosicché i canali

+ + 2+

sono attraversati da K , Na e Ca . I membri più studiati di

questa famiglia svolgono un ruolo nei sistemi di

trasduzione sensoriale, come nei fotorecettori della retina

e nei neuroni sensoriali olfattivi. Altri membri della famiglia

sono attivati da iperpolarizzazione del potenziale di

membrana e per questa ragione vengono chiamati HCN

(hyperpolarization and cyclic nucleotide gated). Questi

sono presenti sia nei neuroni sia nelle cellule pacemaker

del cuore, dove svolgo l’importantissimo ruolo di generare

il battito cardiaco spontaneo e consentirne la regolazione da parte del sistema nervoso autonomo.

Recettore nicotinico

Il recettore per Ach è una glicoproteina pentamerica che consiste di 4

subunità distinte chiamate: α, β, γ e δ; le quali sono organizzate attorno a un

poro centrale che è la via di permeazione ionica. Vi sono 4 segmenti ad α-

elica transmembrana denominati M1, M2, M3 e M4, di cui M2 forma il poro

centrale. Sono localizzati sulle creste e in prossimità dei canali del sodio. Il

recettore canale nicotinico si apre in conseguenza del legame dell’Ach. Due

molecole di Ach devono legarsi per aprilo. Nel caso in cui si leghi solo una

molecola di Ach l’apertura è breve. Se l’applicazione di Ach è protratta nel

tempo, il canale si apre per pochi secondi per poi richiudersi definitivamente. Il

ripristinino della responsività del canale può essere ottenuto solo in seguito alla

rimozione dell’agonista. Questa perdita di funzione del recettore è nota come

desensitizzazione.

I recettori nicotinici hanno anche una certa permeabilità per i cationi bivalenti

2+

(es. Ca ). L’interazione tra ligando e recettore determina un cambiamento

conformazionale del recettore dove i segmenti M2 ruotano e rimuovono i

carbonili nella zona del poro e si allontanano. Nelle terminazioni presinaptiche vi è un enzima che catalizza

la sintesi di acetil-colina: acetilcolina transferasi

Acetil-CoA + Colina ↔Ach + CoA

Ach deve essere caricata nelle vescicole e mediato da V-Ach (trasportatore di Ach che utilizza un gradiente

protonico). La colina deriva in arte dal riassorbimento. I trasportatori che riassorbono la colina sono

trasportatori che dipendo dal gradiente del sodio ChoT. È la depolarizzazione che stimola il rilascio di

2+

Acetilcolina dalla piastra presinaptica. Una diminuzione del Ca extracellulare produce una risposta debole.

2+

L’esocitosi delle vescicole è stimolato da un aumento di Ca nel citoplasma. Se il potenziale presinaptico è

2+

uguale al potenziale di equilibrio del Ca l’effetto si blocca.

 2+

Ca extracellulare regola l’effetto

 2+

Mg extracellulare inibisce l’effetto

Metodo Patch-Clamp Nel voltage- clamp si usavano microelettrodi di vetro con punte

molto sottili, ma questo tipo di metodo presentava due

svantaggi:

 Permette di misurare correnti di tutti i canali ionici espressi

sulla cellula

 È difficile studiare cellule piccole (es. neuroni, cellule

muscolari, ovociti)

Il patch-clamp (blocco di area) è una tecnica elettrofisiologica

innovativa in cui è possibile bloccare il voltaggio di un pezzo

isolato della membrana cellulare o dell’intera cellula. Si possono

osservare correnti ioniche che fluiscono attraverso i canali dell’intera superficie di membrana o la

variazione di corrente che passa attraverso un singolo canale ionico.

Permette di studiare le correnti ioniche cellulari transmembrana, cioè le variazioni di conduttanza della

membrana cellulare (potenziale d’azione). La tecnica consistete nell’isolare elettricamente un’area

piccolissima (patch) di membrana e,

registrare le correnti ioniche che

fluiscono attraverso i canali ionici

presenti. Il potenziale in uscita è

proporzionale alla corrente applicata

all’ingresso invertente (-), cioè alla

corrente che passa nel patch di

membrana isolato dalla bocca

dell’elettrodo. La tecnica del patch-

clamp permette di registrare la corrente

che fluisce durante l’apertura di un

singolo canale.

 Configurazione cell-attached patch:

consente di effettuare registrazioni di

un singolo canale in condizioni in cui la

cellula è intatta e il suo mezzo

intracellulare imperturbato. La

membrana aderisce strettamente alla

pipetta di vetro.

 Configurazione whole-cell: l’elettrodo è in contatto con il citoplasma ed è quindi a tutti gli effetti un

elettrodo intracellulare. La bassa resistenza elettrica della punta della pipetta rende possibile, in

piccole cellule, eseguire un esperimento di voltage-clamp senza che occorra inserire un secondo

elettrodo CELLULE E SEGNALI NERVOSI

Cellule nervose

La struttura del corpo cellulare delle cellule nervose non è

diversa da quella delle altre cellule. Tuttavia, il neurone è

caratterizzato dalla presenza di due tipi di prolungamenti:

 Dendriti

 Assoni

Dal corpo cellulare emergono in genere più dendriti, spesso

provvisti di complesse ramificazioni. L’assone è, invece, unico e

si estende per distanze molto variabili. Le ramificazioni

dell’assone si trovano in vicinanza della sua terminazione.

Grazie alle terminazioni assonali o presinaptiche, il neurone

entra in contatto con le altre cellule.

Insieme al corpo cellulare, i dendriti fanno parte della zona

ricevente del neurone che viene così notevolmente estesa.

Lungo i dendriti di molte cellule nervose si trovano piccole

estroflessioni, dette spine dendritiche, che rappresentano

ulteriori punti di contatto sinaptico e sono collegate al dendrite

da un breve e sottile peduncolo

I segnali ricevuti dalle regioni postsinaptiche del neurone

vengono integrati nei dendriti e nel corpo cellulare dando

eventualmente ordine a un potenziale d0azione che si genera

nel segmento inziale dell’assone noto come cono di emergenza.

Il potenziale d’azione, un segnale tutto-o-nulla, viaggia senza

decremento lungo l’assone fino alla terminazione nervosa, dove

l’informazione vie trasmessa ad altre cellule. Nelle terminazioni

nervose delle sinapsi chimiche sono presenti mitocondri e

vescicole sinaptiche che contengono il neurotrasmettitore.

All’arrivo del potenziale d’azione, le vescicole sinaptiche si

fondono con la membrana plasmatica liberando il

neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Il

neurotrasmettitore è in grado di modificare il potenziale di membrana della cellula postsinaptica legandosi

a specifici recettori.

Cellule gliali

Le cellule gliali non sono in grado di generare e condurre potenziali d’azione, e a differenza delle maggior

parte dei neuroni esse sono capaci di riprodursi anche nell’adulto. Si tratta di cellule generalmente più

piccole di quelle nervose, prive di dendriti e di assone, ma comunque dotate di complessi prolungamenti.

C S

ELLULE DI CHWANN

Le cellule di Schwann del SNP appartengono alle due diverse categorie:

 Cellule incapsulanti: assoni di diametro tra 0,4 e 1 µm e sono circondate da una lamina basale e più

esternamente da fibre di collagene

 Cellule mielinizzanti: assoni con diametro tra 1 e 15 µm dei quali formano la guaina mielinica, che

isola gli assoni elettricamente e ne aumenta la velocità di conduzione.

Ciascuna cellula di Schwann avvolge la sua membrana plasmatica intorno all’assone in strati concentrici, dai

quali viene successivamente estromesso il citoplasma.

O

LIGODENDROCITI

Sono piccole cellule dotati di pochi processi primari dai quali originano processi secondari a decorso

parallelo, si trovano nella sostanza bianca, dove sono responsabili del processo di mielinizzazione, e nella

sostanza grigia, dove sono associati ai corpi neuronali e svolgono funzioni di regolazione del

microambiente. Gli oligodendrociti sono connessi tra loro da giunzioni comunicanti e sono dotati di

recettori per il glutammato.

A STROCITI

Sono cellule con elaborate ramificazioni a simmetria radiale che conferiscono loro una forma stellata. Una

delle principali funzioni degli astrociti consiste nella costituzione della barriera ematoencefalica che

contribuisce a proteggere il SNC dall’ingresso di composti potenzialmente dannosi. Gli astrociti si pongono,

infatti tra i neuroni e i capillari sanguigni e raggiungono questi ultimi processi a ventosa. Un’altra

importante funzione astrocitaria riguarda la regolazione della composizione ionica dello spazio

extracellulare, essenziale per il mantenimento del potenziale neuronale di membrana e per la generazione

dei potenziali d’azione.

Gli astrociti svolgono un ruolo importante nella regolazione dell’attività sinaptica. Infatti, i processi

astrocitari disposti intorno alle sinapsi le isolano, ostacolando così la diffusione del neurotrasmettitore fuori

dalla fessura sinaptica. Gli astrociti possiedono recettori per il glutammato, per GABA e per la glicina

M ICROGLIOCITI

Cellule di piccole dimensioni che presentano molte proprietà in comune con i macrofagi; rimuovono i

frammenti cellulari generati da un d