Fisiologia cellulare

A

dipendente sulla frequenza di scarica dei

potenziali d’azione: l’attivazione dei canali K , che è piuttosto precoce, contrasta

A

l’azione depolarizzante dello stimolo, e la sua inattivazione è tanto più veloce quanto è

intesa la depolarizzazione, quindi lo stimolo depolarizzante prevale sull’uscita delle

+

cariche K .

I neuroni sono anche provvisti sul plasmalemma del soma, a livello dell’encoder o

canali Ca voltaggio-dipendenti,

2+

anche sui dendriti di la cui presenza può

influenzare l’eccitabilità neuronale.

tecnica del current-clump

Considero con : una corrente iniettata

per 1.5s di 10nA. +

Se è presente un bloccante, i canali al Ca sono fuori gioco e lo

stimolo non genera alcun potenziale d’azione, quindi non si aprono

+

canali al Na , né potenziali di membrana (è sotto soglia).

Se tolgo il bloccante, lo stesso stimolo genera una scarica di potenziale d’azione

2+

perché l’apertura dei canali al Ca - catione, più concentrato extracellularmente che

intracellularmente, ha provocato la depolarizzazione della membrana (surplus) che si

deve sommare a quella da noi stimolata: si raggiunge e/o supera allora la soglia e si

verifica la scarica di potenziale d’azione.

g aiuta a raggiungere la soglia

Ca2+ Fenomeno di adattamento allo stimolo

Neuroni diversi possono presentare modalità di scarica diverse:

Scarica tonica

a. = sequenza di potenziali di azione

che distano temporalmente gli uni dagli altri alla

stesso unità di tempo: la frequenza si mantiene

costantemente proporzionale all’intensità dello

stimolo

Es. dolore

Scarica fasica

b. = stimolo perdura nel tempo ma

l’intervallo temporale tende a diventare sempre

maggiore fino a quando non viene più generato: la

sua frequenza è proporzionale alla variazione

dell’intensità dello stimolo.

Contiene informazioni relative alle variazioni di

intensità dello stimolo. adattamento allo stimolo

Es. neuroni che mostrano

Es. mano immersa in una bacinella calda si adatta nel tempo, oppure quando si

passa da un ambiente molto luminoso a un ambiente molto scuro.

fenomeno dell’adattamento

Allora il consiste nella trasmissione

neurone fasico

del segnale da parte di un con una scarica di tipo

fasica a livello dell’encoder, che per realizzarsi richiede almeno 3

diversi tipi di canali ionici selettivi:

+

- canali ionici selettivi per il K = canali K , canali K e canali K

V A Ca

2+

- canali per il Ca voltaggio-dipendenti

canali K Ca attivati

+ 2+ +

Quindi i sono canali selettivi per il K attivati

nicchia/sito

2+

dal Ca che entra intracellularmente e che si lega a una

attivo 2+

per il Ca appartenente al canale stesso, tale da indurre il

+

cambiamento di conformazione, cui segue l’uscita del K , che

l’iperpolarizzazione

provoca (intra è negativo) contrastante lo

stimolo depolarizzante.

+ + 2+

più canali al K sono attivati tanto più canali al K -Ca sono attivati tanto più

Tanto

sarà il contrasto e la riduzione dell’intensità dello stimolo depolarizzante.

Come può una cellula ricevere informazioni dall’ambiente esterno?

La cellula bersaglio riceve un messaggio, che può essere costituito da più elementi

extracellulari come le glicoproteine, oppure può essere un anticorpo o una tossina

(tetrodotossina +

farmaco che lega selettivamente i canali del Na voltaggio-dipendenti),

oppure molecole che hanno effetto positivo o anche virus. Infine anche un’altra cellula

eucariotica può comunicare con la cellula bersaglio interagendo con essa.

Il messaggero extracellulare interagisce con la cellula bersaglio la quale è provvista di

recettori di membrana

strutture particolari in grado di captarli, i (particolari proteine

di membrana).

In base alle modalità di interazione si distinguono 4 categorie di comunicazione:

1. Comunicazione diretta

Due cellule fisicamente comunicano tra loro, mettendo in comune

gap junctions/giunzioni comunicanti

delle strutture, dette : le

membrane si toccano e in certi punti, grazie a dei grossi “canali”

abbassano fortemente la resistenza di membrana, con la creazione

di un piccolo poro, sono in comune permettendo il passaggio del segnale

elettrico senza grossi difficoltà.

Non è necessaria la produzione di messaggeri!

E’ una comunicazione importante per alcune

sinapsi, ma non molto diffusa:

sinapsi elettriche

Es. livello delle nelle fibrocellule

muscolari cardiache (cardiociti)

2. Comunicazione paracrina

La cellula è circondata da altre cellule che liberano un

prodotto/messaggero attraverso diffusione extracellulare, che

raggiunta la cellula bersaglio, viene captata sulla membrana

dai recettori.

Es. cellule epiteliali

3. Comunicazione endocrina

Le cellule sono molto distanti e al posto della diffusione interviene

sistema circolatorio, messaggero

il in cui viene immesso il che

raggiunge la cellula bersaglio con recettori specifici.

Es. sinapsi

4. Comunicazione neurocrina

Avviene tra cellule elettricamente eccitabili (neuroni) grazie a un

elemento presinaptico rappresentato dal neurotrasmettitore (NT), che

spazio sinaptico

viene riversato nello sottile (tra neuroni vicini) e captato

neurone postsinaptico

dal grazie a particolari recettori.

I recettori che promuovono la trasduzione del segnale sono:

a) Proteine tirosin-chinasiche che interagiscono a loro volta con proteine

intracellulari grazie a enzimi, definiti tirosinchinasi

b) Proteine G eterotrimeriche ancorate alla membrana dal lato intracellulare

c) Recettori con attività fosforilativa intrinseca

d) Recettori chemiodipendenti, cioè recettori-canali ionici che al contempo

sono anche dei recettori, in grado di legare il messaggero e diventando pervi

agli ioni con il cambiamento conformazionale

e) Recettori nucleari con attività regolatoria nel processo di trascrizione del DNA.

recettori orfani

Esistono poi anche dei " , indicanti delle proteine identificate con le

tecniche della biologia molecolare aventi una struttura molecolare simile a recettori

già noti ma il cui ligando non è ancora stato identificato.

a) Recettori tirosinchinasi (RTK)

Proteine transmembrana di cui la porzione

extracellulare presenta dei recettori, che se attivati

dalla presenza del messaggero, provocano un

cambiamento conformazionale, tale per cui la proteina

può fosforilare una particolare proteina definita

protein-chinasi (fosforilante), che a sua volta per

essere attivata deve essere fosforilata e l’aa a cui si

pirosina.

lega è la

Recettore per l’insulina =

Es. l’insulina rappresenta il messaggero extra/il ligando dei

recettori, è un ormone che arriva per comunicazione endocrina (nelle cellule beta delle

isole di Langherhans pancreas endocrino). Regola la glicemia, ovvero i livelli di

glucosio del sangue, provocando un innalzamento dell’assunzione da parte delle

cellule, aumentando la velocità di trasporto intracellulare, attivando i recettori che

glucosio-permeasi.

accelerano la b) Recettori accoppiati a proteine G (GPCR)

Sono recettori a 7 domini trasnmembrana, ovvero 7 domini che

attraversano completamene il bilayer connessi da 6 anse, 3 delle quali

extracellulari e 3 intracellulari.

proteina G eterotrimerica,

Sono accoppiati a una specifica per il

recettore attivato (diverse categorie), attivatrice di secondi

messaggeri, è costituita da 3 subunità che interagiscono tra di loro

grazie a delle interazioni (legame covalente) e con altre proteine di

membrana:

subunità nucleotide



- presenta un sito attivo selettivo per il

guanilico (GDP inattivo o il GTP attivo)

subunità 

- lega fortemente



subunità 

- siti puntativi

Esistono poi anche dei di contatto per il legame con il

regioni di ancoraggio

recettore e anche delle alla membrana.

Meccanismo

ligando L,

Fase 1: i recettori sono attivati dal rappresentato da ormoni

proteina G

e neurotrasmettitori, che a sua volta attiva una

Fase 2: dalla subunità si separa il GDP e si attacca il GTP che le



permette di staccarsi dalle subunità e che rimangono unite a

 ,

molecola effettrice/effettore

formare un dimero, e interagisce con la

attivandola, enzima:

che può essere un adenilato ciclasi (AC)

Il più comune è rappresentato dall’ , che

secondo messaggero, l’AMP-ciclico,

produce un il quale promuove

fosfolipasi

una serie di reazioni intracellulari; oppure una che porta

l’inositolo trifosfato

alla formazione di due secondi messaggeri:

(IP ) e il diacilglicerolo (DAG)

3 canali ionici

I secondi messaggeri talvolta possono essere anche o in

2+

grado di aumentare la concentrazione intracellulare degli ioni Ca

Fase 3: il legame con la molecola effettrice induce stimola l’attività

GTP-asica della subunità che trasforma il GTP in GDP, il quale induce



un ritorno all’affinità delle 3 subunità che ritornano alla conformazione

del polimero di partenza e quindi allo stato inattivo.

Perchè per indurre risposta viene indotta una cascata di eventi al posto di un unico

passaggio?

La trasduzione operata da recettori accoppiati a proteine G permette una notevole

amplificazione del segnale.

Norandrenalina

Es. = nella cellula bersaglio ci sono concentrazioni estremamente

proteina specifica Gs,

basse, ma quando questa si lega al recettore, attivando la che a

l’adenilato-ciclasi, AMP-ciclico

sua volta stimola che produce in notevoli quantità:

quindi la risposta cellulare è promossa anche se la concentrazioni di noradrenalina

iniziale era molto bassa.

Comunicazione neurocrina = Trasmissione sinaptica

La rete nervosa è assimilabile

ai circuiti elettrici.

sinapsi

Una è la giunzione tra

due elementi cellulari

elettricamente eccitabili che consente il passaggio di informazione sotto forma di

segnali elettrici. connessioni sinaptiche:

Tipi di

- Cito-neurale:

recettori sensoriali

I non sono proteine di

membrana, sono delle vere e proprie cellule

specializzate in grado di captare un vero stimolo

proveniente dall’ambiente extracellulare (luminoso,

di natura gustativa, olfattiva) e di trasformarlo in un

segnale di tipo elettrico.

Sono collegati a dei neuroni tramite un

collegamento sinaptico, che prende il nome di

sinapsi cito-neurale.

- Interneuronica: tra neuron