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maggiore ci porta a pensare che questa sia la condizione migliore tuttavia il tempo sarebbe troppo alto (è un

condensatore). Motivo per cui le cellule sono piccole.

Conduttanza: funzione inversa della resistività, riferita ad un conduttore di seconda specie (la soluzione).

G= I/V

All'aumentare del deltaV, la G diminuisce. Nel grafico è indicata dalla pendena della retta (-80 mV, G

minore).

→ la corrente è Voltaggio-dipendente. Nel grafico V-I si nota che la curva non è lineare, 10mV nella regione

iniziale non producono alcun cambiamento, cosa che invece accade nella regione finale.

Per convenzione si prende la corrente uscente come positiva, entrante come negativa (presa la superficie

terrestre come convenzione).

La voltaggio dipendenza è fondamentale per la vita, necessaria per mantenere il potenziale.

→ la combinazione tra R e C da il tempo di risposta.

Il voltaggio è una misura statica, la corrente una misura dinamica.

Eccitabilità cellulare

La capacità di rispondere agli stimoli definisce l'eccitabilità cellulare. Un neurone è eccitabile, un epatocipa,

per fare un esempio, non lo è .

Le cellule eccitabili traducono il potenziale in un segnale comprensibile per le altre cellule.

La pompa Na-K è fondamentale sia per ricaricare che per mantenere tale potenziale, una sua mancanza

porterebbe una situazione di -70mV inesorabilmente a -10mV (quasi morte cellulare).

Da -70mV si passa ipoteticamente ad una condizione di -50mV.

La cellula per ritornare alla condizione iniziale genera una corrente uscente spingendo fuori il K+.

→ quando cambia il V, tutto cambia in funzione di .

→ Voltage Clamp: in questa tecnica, mediante uno speciale circuito si fa in modo di tenere la membrana di

una cellula eccitabile ad un potenziale fisso. La membrana possiede una componente capacitiva (dovuta al

fatto che la membrana possiede dei gruppi carichi che fanno accumulare cariche nelle due fasi) ed una

componente resistiva (dovuta al moto degli ioni tra una fase e l'altra), come è noto se il potenziale è fisso la

corrente capacitiva è nulla. In questo modo, misurando la corrente, si ha la certezza che questa sia dovuta

esclusivamente a quella dei canali ionici. Facendo più esperimenti di voltage clamp e cioè usando un

potenziale diverso per ogni esperimento e registrando la corrente, si ottiene la risposta dei canali ionici ad un

determinato potenziale applicato. Infine, tenendo conto che la corrente ionica è dovuta ai canali ionici del

sodio e del potassio, tramite ad esempio dei farmaci che bloccano selettivamente uno o l'altro canale , è

possibile isolare la risposta dei singoli tipi di canale al potenziale applicato. Tramite questa tecnica si è

potuto ricavare il modello elettrico della membrana.

Da -60mV a 0mV (forzato con un sistema). Vi sarà una corrente uscente di K+ per ripristinare l'equilibrio.

Quando una cellula tende a ritornare alla sua condizione ideale in seguito ad uno stimolo è considerata NON

eccitabile.

Si genera una corrente entrante di Na+ che depolarizza la membrana, amplificando il nostro segnale di

depolarizzazione. Tuttavia anche il K+ fluirà verso l'esterno tentndo di ripristinare l'equilibrio, per

amplificare la depolarizzazione la cinetica di Na+ deve essere maggiore rispetto a quella di K+ ( cioè la

corrente che entra in un intervallo di tempo → voltage shift).

Una cellula eccitabile quando viene depolarizzata da una corrente positiva entrante, si depolarizza a sua volta

attivando la corrente entrante di Na+ (amplificando cosi il segnale). Ciò è spiegato dalla V e t dipendenza

della corrente di Na.

→ ipotizziamo che la cellula abbia quell'andamento di corrente, sarebbe molto eccitabile ma sarebbe del tipo

tutto/nulla: si ecciterebbe solo una volta, poi morirebbe; questo perchè a +40 il Na+ si avvicina al suo

equilibrio (+50) ma il K+ si allontana (-80), ciò porta ad una ripolarizzazione della cellula, successivamente

si ridepolarizza e si ripolarizza ancora fino ad un equilibrio tra Na e K (posto a 0mV).

Per ovviare al problema la cellula chiude i canali di Na+, facendo tornare la condizione di -70mV.

La deattivazione è intrinseca per Na+ (deattivazione nel tempo-dipendenza) ed estrinseca per K+ (quando

raggiunge l'equilibrio).

→ il potenziale d'azione è un disequilibrio che la cellula non ha alcuna voglia di fare; è un evento transiente.

→ il K è V dipendente e porta ad una ripolarizzazione, si disattiva quando il V si avvicina al suo potenziale

di equilibrio (estrinseco - forze esterne).

→ il Na è depolarizza la membrana in seguito ad una depolarizzazione, essendo però tempo dipendente dopo

un pò si inattiva e la corrente si inverte (intrinseco).

Una cellula non eccitabile non ha i canali per Na voltaggio e tempo dipendenti. Governa solo il K. Per avere

una risposta concreta da una cellula eccitabile bisogna portare il potenziale almeno ad un delta di -20 mV,

altrimenti la cellula eccitabile si comporterà come una non eccitabile.

Potenziale di azione

Evento transiente che si genera in seguito a stimolo, serve per ripristinare l'equilibrio.

Una carica negativa depolarizza, una carica positiva iperpolarizza. Questo perchè la membrana è un

condensatore.

Una cellula eccitabile in seguito a stimolo cerca di ritornare all'equilibrio, quando il segnale è forte la cellula

reagisce in modo "innaturale" amplificando il segnale e arrivando all'equilibrio del Na (+40/+50 mV) per poi

ritornare all'equilibrio di K, chiudendo i canali per Na.

→ il potenziale di membrana è mantenuto anche dalle [ ] degli ioni.

Una depolarizzazione genera risposta, un iperpolarizzazione non genera nulla.

→ esistono tossine in grado di bloccare selettivamente i canali, quali la TTX (tetrodotossina) che blocca il

Na o la TEA che blocca il K.

Modelli canali

→ Modello vecchio

Canale K+: Più si depolarizza la membrana, più il cancello si apre. Cinetica lenta. Tutto legato al

• voltaggio; quando ci si avvicina al V di equilibrio per il K+, il cancello si chiude. [solo voltaggio

dipendenza].

Canale Na+: In suguito a depolarizzazione, il cancello superiore si apre velocemente e nel tempo il

• secondo cancello si chiude lentamente (inattivazione). Cinetica veloce. [tempo e V dipendenza].

→ Modello nuovo

Canale K+: Può essere aperto o chiuso. Dipende dal voltaggio. Si può trovare in 4 stati, il canale ha4

• subunità e quindi 4 possibili conformazioni.

Canale Na+: Può essere aperto, chiuso o inattivato. Vi è una relazione tra i 3 stati, lo stato inattivato

• deve prima chiudersi per poi aprirsi successivamente. Da inattivato non si può passare all'aperto.

Motivo per cui se il tempo tra un impulso e il successivo è troppo breve non si ha più potenziale d'azione, in

quanto il canale non ha tempo per passare da stato inattivo a stato chiuso e poi riaprirsi.

Singoli canali

Patch clamp: Il comportamento dei singoli canali è diventato accessibile all’indagine sperimentale con

l’avvento della tecnica del patch clamp (“blocco d’area”).

L’idea di partenza: isolare elettricamente un’area piccolissima (un “patch”) di membrana, e registrare le

correnti ioniche che fluiscono attraverso i pochi canali ionici (al limite, uno solo) che vi sono presenti, in

modo da risolvere le correnti di singolo canale (single channel currents).

Può essere del tipo whole cell o cell attached.

→le correnti di linkage sono correnti che scono dall'elettrodo e vengono perse. Secondo la V=I*R, R deve

essere dell'ordine dei GigaOhm se mantengo V=10^-3 e I=10^-12 e voglio evitare perdite.

Quindi è stata aumentata la R dell'elettrodo applicando un P negativa e risucchiando una parte della

membrana, cosi facendo si è potuto registrare la corrente di un singolo canale.

Un farmaco analgesico cambia le probabilità che il canale sia aperto o chiuso, aumenta precisamente la P che

esso sia chiuso.

→ tecnica usata per isolare canali: Lipid bilayer

i microsomi ottenuti dal disfacimento della cellula si fondono in modo casuale con la membrana, si può poi

registare singole correnti canale o di più canali.

Il canale del K è un omotetramero → il gene codifica per un solo dominio che poi viene assemblato x4, ogni

dominio è uguale all'altro.

Il canale del Na e del Ca sono invece eterotetrameri → il gene codifica per 4 domini diversi, poi assemblati.

Sodium channel

Disposizione dei 4 domini. Il numero s4 è il sensore del voltaggio, induce la struttura a variare.

Tra s5e s6 ci sono AA idrofili, che trattengono l'H20. S1, s2 e s3 sono collegati a lipidi di membrana e

tengono in posizione il canale.

→ legato all' alfa (l'etero/omotetramero) ci sono delle aprti accessorie che definiscono se il canale è di Na, K,

Ca o altro, in quanto l'alfa è uguale per tutti i tipi di canale. Canali vicini formano hotspot.

Tutti i canali di un hotspot si attivano assieme ma si aprono in istanti diversi, qusto perchè il K prima deve

passare da stato C a O mentro il Na si apre subito.

Più si aumenta il numero di canali più la cinetica è precisa.

Equazione Hodgkin e Huxley

Secondo parziale

Tutte le interazioni sinaptiche arrivano ai dendriti e modificano il potenziale del neurone, la risposta inizia

nel cono di emergenza che è pieno di canali di Na ( il corpo cellulare non li ha).

L'obbiettivo è permettere la formazione di un potenziale nel cono che poi sarà propagato lungo tutto l'assone;

questa propagazione è di tipo tempo e spazio dipendenza perchè il segnale dipende sia dalla velocità che ha

sia dalla taglia del braccio sinaptico che riceve lo stimolo (vescicola neurale).

L'imput sinaptico è uno stimolo e comee tale crea una depolarizzazione. Esistono sinapsi sia inibitorie che

stimolanti.

Si genera una corrente elettrotonica che depolarizza andando sulla membrana.La velocità di tale corrente

dipende dalla R interna, dalla R di membrana e dalla C di membrana.

Per aumentare la velocità si può modificare solo la resistenza di membrana aumentandola (mielinizzazione)

o aumentare il diametro dell'assone diminuendo così la R interna (Fibre giganti nei dinosauri, segnale lento,

estinti).

Due equazioni sono importanti:

La mielina isola l'assone aumentando la R di membrana. La corrente è più forte e si propaga più velocemente

passando da un nodo di Ranvier all'altro, dove la Rm è bassa

Due sono le correnti presenti: elettrotonica e transmembrana.

Il potenziale d'azione non può tornare indietro perchè i canali di Na sono ormai inattivati. La corrente

elettrotonica invece può andare in qualunque direzione.

→ quelle elettrotoniche hanno velocità prossime a quelle della luce mentre la transmembrana ha velocità

dell'ordine di 1 micros; il fattore limitante è quindi la formazione di potenziali d'azione, questo è ovviato

dalla mielina che riduce il numero di potenziali che si formano e quindi il tempo di propagazione (più

veloce).

→ distanza internodale (meccanismo funzionale): decisa dalla mielina, questa si avvolge isolando l'assone,

nel frattempo il neurone continua a mandare impulsi, quando l'impulso non riesce più a propagarsi la mielina

torna indietro fino a che questo riesce ad arrivare fino alla fine, si crea così un nodo di Ranvier.

Il potenziale non è trasportato lungo l'assone ma rigenerato ogni volta. I canali di Na sono presenti in

altissimo numero (120 canali per micrometro) lungo i nodi,dove viene rigenerato il potenziale.

La generazione continua del potenziale può essere indotta da uno stimolo (superficie calda) o spontanea

(cuore); la frequenza del treno di poteniali è data da quanto la cellula depolarizza.

Mantenimento stimolo, viene mantenuto il potenziale a -60mV. Per far si che ci sia un altro potenziale la

cellula ha aumentato il numero di canali di K che iperpolarizzano permettendo al Na di tornare attivo.

Il tempo minimo che passa da un potenziale all'altro è deciso dal meccanismo cellulare del caricamento del

condensatore. Il tempo del potenziale (1 micros) è sempre uguale, si può solo diminuire il tempo con cui si

carica il condensatore; dipende dalla grandezza della cellula.

La frequenza massima è data dal potenziale d'azione e dalla carica del condensatore. Quindi con i

meccanismi cellulari possiamo solo diminuire qusta frequenza generando una corrente uscente di K contraria

all'entrante capacitativa.

→ si attiva quando si attiva quella del Na (depolarizzante). Tale corrente è chiamata IA, è tempo e voltaggio

dipendenza. L'attivazione dipende dallo stimolo. Più è forte, più sarà veloce.

I canali del Ca sono simili al Na, ma la I è più lenta.

→ il Ca ha due ruoli: permeabilità ionica per cambiare il potenziale e secondo messaggero.

Esistono diversi modi per chiudere/aprire un canale:

cambio conformazionale in una regione del canale

• cambio generale della struttura

• particella bloccante

• regolazione data da un ligando, gruppo Pi, Voltaggio o Pressione/Stretch (citoscheletro legato)

• cambio di potenziale di membrana, defosforilazione e legame Ca (i canali del Ca hanno anche stato

• inattivato)

→ legame Ca: il canale è aperto, il Ca inizia a fluire lungo il canale, quando la [ ] diventa troppo alta si lega

e inattiva il canale. Si previene così un afflusso di Ca pericoloso per la cellula (alte concentrazioni portano ad

apoptosi).

Quando il canale si apre per un legame diretto con un recettore-molecola è detto recettore inotropico.

Se l'apetura del canale è data da il legame molecola-secondo messaggero → secondo messaggero-canale è

detto metabotropico.

G-protein gated ion channel: ha due vie che impattano il canale solo che sono diverse. Una si lega

direttamente al canale, una passa per la ciclasi che produce AMP ciclici che poi fungendo da secondi

messaggeri si legano al canale. Questo è spiegato dalla modulazione del tempo di risposta, una via è veloce,

una è più lenta. È sia inotropico che metabotropico.

Pacemaker

Prodotto nel nodo senoatriale da cellule neurali modificate. La contrazione del cuore deve partire dal basso

verso l'alto in modo da spingere il sangue verso l'aorta.

→ in stato embrionale ogni cellula fa da pacemaker ed è in grado di generare delta V per spingere sangue

ovunque.

Nel pacemaker non c'è potenziale di riposo, quindi non ci sono canali di Na che si inattiverebbero. Ciò non è

possibile perchè bisogna continuare a creare potenziali. Sono presenti canali di Ca.

Il potenziale del pacemaker genera un potenziale nel ventricolo ch genera la contrazione dal basso verso

l'alto nel muscolo cardiaco.

→ il potenziale del ventricolo ha potenziali di riposo, sono presenti tanti canali di K per generare un plateu

(necessario per dare il tempo di contrarsi) e la corrente è Inward rettifier.

Il plateu non c'è nel pacemaker perchè è solo uno stimolo.

K ripolarizza, Ca depolarizza. If = funny

La voltaggio dipendenza è importante. La inward rettifier mantiene stabile l'andamento del potenziale.

La Iki è rettificata dall'ingresso di Mg e Ca.

→ la corrente di Ca è lenta ad attivarsi e inattivarsi. Ne esistono diverse:

1. La IT (transient) che si attiva a -70 mV.

2. La IL che si attiva a -40 mV.

La If è il meccanismo per aprire i canali di Ca, depolarizzazione lenta. I canali si attivano in

iperpolarizzazione. Un ciclo (un battito) di pacemaker è di 800 ms/ 1 s.

→ solo nel pacemaker c'è una corrente che si attiva durante l'iperpolarizzazione, è chiamata corrente funny

(If). Gli ioni che fluiscono sono sia K che Na, ma la driving force è spostata verso l'Na che essendo più

lontana dal suo potenziale di riposo (+50) depolarizza, lentamente perchè interferisce comunque K.

Il canale F è sia del K che dell' Na, la driving force è però dell' Na. Attivazione lenta.

Esistono composti che rallentano o aumentano la frequenza del potenziale del pacemaker, l'isoproterenolo

cambia la pendenza della ripolarizzazione aumentando la frequenza del battito, l'acetilcolina lo diminuisce.

If channel: 6 dimeri, il quarto è il sensore del voltaggio. Formato da 4subunità ( 6 dimeri x 4). Modulato da

nucleotidi ciclici (2 messaggeri).

→ modulando l'ingresso di Ca si modula il plateu del potenziale e quindi si ha la possibilità di creare

potenziali differenti.

Comunicazione cellulare

Due tipi di comunicazione cellulare: diretta (sinapsi) e indiretta (neurotrasmettitori e ormoni)

Esistono due tipi di contatto sinaptico: la sinapsi elettrica e la sinapsi chimica.

Elettrica: le cellule comunicano attraverso il citoplasma. Gap junction è permeabile a ioni e piccole

• molecole. La prima cellula riceve l'impulso e viene generato un potenziale in quella collegata. La

corrente è del tipo elettrotonica.

Neurotrasmettitori: il bottone pre sinaptico contiene vescicole di neurotrasmettitori. Diffondo nello

• spazio sinaptico e vengono recepite dai recettori nel bottone post sinaptico. Il recettore produce una

corrente inward che genera una corrente elettrotonica che causa depolarizzazzione cioè potenziale.

→ La sinapsi elettrica è la più veloce essendo collegate fisicamente. Andamento bidirezionale (nel senso che

può essere stimolata da destra o sinistra, non che la corrente va in ogni direzione).

→ La sinapsi chimica è più lenta ma è più modulabile (qntà neurotrasmettitori inviati e ricevuti) in base al

segnale. Andamento monodirezionale.

La corrente può fluire solo unidirezionalmente in quanto una volta passato il potenziale i canali di Na sono

inattivi.

La sinapsi elettrica non riesce a caricare la seconda cellula se questa è più grossa perchè lo stimolo non basta

per caricare tutta la membrana.

Nella sinpasi chimica basta rilasciare un numero di vescicole maggiore per stimoalre una cellula grande,

come nel caso di neurone–muscolo.

Quella elettrica serve per sincronizzare gruppi di cellule che necessitano stimoli veloci (come nel cuore).

Nella membrana ci sono proteine chiamate connessine, 6 di queste formano un canali detto connessone.

Tale canale è sensibile al Ca, se aumenta il canale si chiude.

I connessoni sono modulabili, 100 x cellula. Mezzo connessone di una + mezzo dell'altra formano una gap

junction.

→ Ormoni: funzionano come le sinapsi chimiche. La differenza è che mentre la chimica è un contatto

cellula- cellula, quella ormonale è un contatto cellula- gruppi di cellule (anche tipi diversi di cellule, come

nel caso dell'ormone della crescita).

La comunicazione cellula cellula è tuttavia necesssaria per la stimolazione fine/volontaria (come muovere le

dita).

Sinapsi eccitatorie e inibitorie

Lo spazio tra bottone pre e post sinaptico delle sinapsi chimiche è il sito modulatorio.

Eccitatoria (EPSP) : corrente entrante per depolarizzare al bottone post sinaptico.

• Inibitoria (IPSP): corrente uscente per iperpolarizzare al bottone post sinaptico.

Se uso Na per stimolare, essendo Na un depolarizzatore mi farebbe aprire tutti i canali appena passa anche

solo un neurotrasmettitore e questo genererebbe uno stimolo (feeedback negativo). Sistema non modulabile.

Proprio per questo i canali dei recettori pe runa corrente eccitatoria sono sensibili ai cationi sia di K che Na

principalmente (ma anche a tutti i cationi). Il potenziale di inversione è di -20 mV (media dei due).

La corrente post sinaptica eccitatoria è prodotta da canali misti Na e K e depolarizza massimo fino a -20mV.

Per generare un potenziale devono essere scaricati tutti i neurotrasmettitori. Vi è però sempre un rilascio di

poche vescicole anche a riposo (rilascio tonico) ma siccome vengono attivati pochi recettori non viene

generato potenziale. Che si genera al cono di emergenza, dove sono presenti canali di Na TTX sensibili.

→ la corrente inibitoria iperpolarizzante. Canali di Cl perchè ha potenziale di riposo a -90/-100 mV e

siccome la cellula è a -80 mV si genera una corrente uscente.


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Milano - Unimi
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher lucasaviano94 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di General and animal physiology e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano - Unimi o del prof Mazzanti Michele.

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