Fisiologia Generale - Recettori di senso e SNC (parte 4/5)

L'

acutezza visiva o acuità visiva o visus è una delle abilità visive principali del sistema visivo

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ed è definita come la capacità dell'occhio di risolvere e percepire dettagli fini di un oggetto e

dipende direttamente dalla nitidezza dell'immagine proiettata sulla retina

Appunti di Fisiologia Generale

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Nella parte basale della sezione

dello strato della retina c’è l

’epitelio

pigmentato composto da un singolo

strato di cellule esagonali che sono

compresse densamente con granuli

di pigmento (fotorecettori). Ha una

funzione nutritiva e di sostegno per

le cellule visive retiniche.

I fotorecettori prendono contatto con

le cellule bipolari che trasferiscono il

segnale alle cellule gangliari che

convergono nel nervo ottico.

Le cellule orizzontali e le amacrine

danno la comunicazione laterale,

coordinano le informazioni in uscita.

Cellule fotorecettrici → presentano numerose lamelle di membrana che contengono i pigmenti

sensibili alla luce, sono divisi in:

Bastoncelli Coni

Sono presenti in quantità maggiori e reagiscono Sono meno comuni e meno sensibili

anche ad un solo fotone

Sono usati per la visione notturna Sono usati per la visione diurna

Sono molto sensibili alla luce: Danno la visione cromatica: presentano

- contengono più fotopigmenti pigmenti che assorbono a diverse lunghezze

- amplificano il segnale d’onda e percepiscono il rosso, il blu e il verde

- convergono sulle cellule bipolari Non convergono sulla stessa cellula bipolare, i

segnali rimangono separati

Integrano la risposta visiva in modo lento (circa Hanno una risposta visiva rapida

100 ms)

Hanno una minor acuità visiva anche se sono in Hanno una maggiore acuità visiva e sono

quantità 20 maggiore rispetto ai coni. Sono poco concentrati nella fovea

concentrati I segnali dei coni rimangono separati mentre i segnali dei

bastoncelli subiscono una convergenza

Appunti di Fisiologia Generale

68

Rodopsina → è una proteina di membrana

con 7 domini transmembrana a α-elica, si

trova principalmente nelle cellule a

bastoncello della retina umana come unico

recettore. Queste cellule hanno una forma

allungata e nella loro parte apicale hanno

numerosi dischi di membrana con molte

rodopsine, costituite da un pigmento detto

cromoforo ( 11-cis-retinale) sensibile alla

luce, legato all'opsina, una proteina della

retina. Questo pigmento ha un maggior

assorbimento a 500nm (blu-verde)

A riposo la rodopsina è composta

dall’opsina legata all’11-cis-retinale, quando

viene colpita dal fotone si attiva si verifica la

rotazione e il cambio conformazionale con legame in trans. Dopo passaggi spontanei si ottiene una

metarodopsina 2 che stimola i secondi messaggeri dando il segnale. Successivamente la molecola si

divide a formare l’opsina più il segmento trans che viene convertito a livello dell’epitelio pigmentato in

trans retinolo e poi in cis-retinolo. Il cis-retinolo entra nella retina e viene convertito a cis-retinale che si

legherà all’opsina a riposo

Nei coni le 3 rodopsine hanno assorbimenti diversi in base allo spettro di assorbimento dei gruppi

prostetici (i geni per i pigmenti che riconoscono i colori sono sul cromosoma X)

es. nelle api il sistema visivo è più sofisticato: hanno 4 tipi di pigmento differenti, sono sensibili

all’ultravioletto ma non vedono il rosso

Trasduzione del segnale luminoso

Se stimolato depolarizza A riposo i fotorecettori sono depolarizzati

e se stimolati ripolarizzano (diminuisce la

+

conduttanza per Na )

Nei fotorecettori dei vertebrati a riposo (ovvero al buio) c’è un flusso costante di cationi

+ 2+

(maggiormente Na e poco Ca ) che diffondendo nella cellula la mantiene depolarizzata, vi è un

consumo di energia perché per mantenere il circuito chiuso i cationi vengono parzialmente estrusi.

Appunti di Fisiologia Generale

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Al trasporto all'esterno degli ioni della pompa viene rilasciato un neurotrasmettitore (glutammato) che

stimola le cellule bipolari e orizzontali.

Questo processo prende il nome di corrente di buio.

All'arrivo della luce la corrente del sodio (corrente di buio) si interrompe e anche il rispettivo rilascio del

neurotrasmettitore. 35

A riposo la quantità di cGMP è molto alta e permette di tenere i canali sempre aperti: questi canali

+

assomigliano ai canali olfattivi, sono poco selettivi (anche se prevale l’ingresso di Na ) e hanno una

bassa conduttanza.

Quando vengono stimolati dalla luce si verifica un cambio conformazionale della proteina che attiva la

trasducina

, che a sua volta attiva la fosfodiesterasi che idrolizza il cGMP formando il GMP

. Questo

nuovo prodotto non viene più riconosciuto dai canali che, di conseguenza, si chiudono

+

Nei coni la proteina fotosensibile (rodopsina) e il canale ionico (Na ) sono sulla stessa membrana

mentre nei bastoncelli sono su membrane differenti e vengono messi in comunicazione da un

messaggero secondario.

Adattamenti alla luce Ca2+ dipendenti

Al buio i canali sensibili al cGMP sono aperti e entra di Ca2+. Lo scambiatore Na+/Ca2+ estrude un

po’ di Ca2+ ma la quantità non è sufficiente per abbassarne molto i livelli (l’ingresso è continuo).

2+

Con la luce i canali si chiudono, non entra più Ca e lo

scambiatore lo estrude fino ad arrivare a valori 10 volte più bassi

rispetto al periodo di riposo.

Al buio i canali non sono completamente attivati, in condizione di

2+

luce costante i canali non si chiudono tutti ma il Ca sblocca la

guanilato ciclasi che va a produrre poco cGMP che apre i canali

Meccanismi di Adattamento

Sono meccanismi che permettono al sistema di rimanere attivo anche se sottoposto ad uno stimolo

costante

1. Filtrazione → blocco fisico tramite lamelle

2. Alterazione della proteina recettrice → es. sbiancamento con glicina per desensibilizzare alla

luce

3. Retroazione negativa di un metabolita

4. Blocco parziale dei canali ionici (inattivati da proteine o da una spontanea perdita d’efficacia

del sito attivo)

5. Nel sistema nervoso: cono assonico meno eccitabile

6. Meccanismi a livello del Sistema nervoso centrale

Nei bastoncelli, oltre all’attivazione fotochimica della rodopsina, si verifica anche un’attivazione di

natura termica che rappresenta un “rumore di fondo” che di fatto pone un limite alla sensibilità visiva

dei bastoncelli. A differenza dell’attivazione fotochimica, quella termica non è ancora stata compresa

nel dettaglio.

35 GMP ciclico (Guanosin-monofosfato ciclico o cGMP) è un secondo messaggero generato dalla

ciclizzazione di una molecola di guanosin-trifosfato (GTP) Appunti di Fisiologia Generale

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36

Il rapporto tra segnale e rumore di fondo dev’essere abbastanza alto per riuscire a produrre uno

stimolo (stretto rapporto tra attività fotochimica e termica)

Il rumore di fondo (andamento casuale) si ha con l’attivazione del recettore sotto bombardamento

termico

.

E termica: E cinetica= KB xT

A 25°C la Ecinetica è circa 0.5 Kcal/mol e questo non è sufficiente per stimolare la traduzione del

segnale (si ha bisogno di un’energia maggiore)

E cinetica di un fotone: circa 57 Kcal/mol

→ L’energia usata nei chemiorecettori è quella liberata dalla formazione di legami tra ligando e

recettore, se il legame è debole quest’energia non è sufficiente e si ha la necessità di formare legami

più forti a discapito della dinamicità dell’interazione (vengono eliminati i rumori di fondo)

Regolazione:

● tramite raffreddamento (diminuisce il rumore tecnico)

● tramite vie parallele che trasmettono tutte lo stesso segnale. Il rumore di fondo (casuale)

tende ad annullarsi mentre il segnale specifico tende a prevalere

● tramite sintonizzazione: tutte le cellule rispondono insieme anche ad un segnale piccolo. In

condizioni di riposto lo stimolo è nullo ma la risposta non è 0.

Anche a riposo di ha un piccolo potenziale d’azione: il segnale è così continuo

2 Vantaggi: 1. Si mantiene la risposta nella parte “ripida” della curva

cosicché il sistema sia molto sensibile e dia una

risposta grande anche a stimoli piccoli

2. La cellula può rispondere a stimoli negativi (es.

temperatura) diminuendo la risposta

I recettori di senso tendono ad essere più sensibili ad

una certa “gamma di stimoli” e danno risposta logaritmica

Legge di Weber-Fechner

fu uno tra i primi tentativi di descrivere la relazione tra la portata fisica di uno stimolo e la percezione

umana dell'intensità di tale stimolo.

G. T. Fechner (1801-1887), fisico e filosofo tedesco, ritenuto fondatore della psicofisica, riteneva che

la mente non potesse essere indagata direttamente. Misurando la sensibilità delle persone agli stimoli

e la variabilità delle loro risposte, egli cercò di misurare indirettamente gli eventi mentali.

Utilizzando gli studi del fisiologo Ernest Weber (1795-1878), secondo cui occorreva aggiungere 1

unità a uno stimolo di 10 unità (oppure 10 unità a uno stimolo di 100 unità) al fine di produrre una

differenza percettibile, Fichner affermò che il fenomeno secondo il quale la variazione di uno stimolo

viene percepita in misura minore quando l'intensità di partenza di tale stimolo è elevata può essere

descritto attraverso la legge:

36 Rumore di fondo

: La sensibilità dei bastoncelli, i fotorecettori della retina che permettono la visione

notturna, è limitata dalla possibilità che queste cellule si attivino anche termicamente, un processo

parallelo all'attivazione fotochimica, vera responsabile della vista in condizioni di luce scarsa.Oltre a

questa attivazione fotochimica della rodopsina, se ne verifica anche una di natura termica che

rappresenta un “rumore di fondo” che di fatto pone un limite alla sensibilità visiva dei bastoncelli. A

differenza dell’attivazione fotochimica, quella termica non è ancora stata compresa nel dettaglio.

Appunti di Fisiologia Generale

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R= K Log(I) dove R è la riposta,I l’intensità dello stimolo e k è una costante

La saturazione dipende dal potenziale del recettore (e il potenziale d’azione)

La saturazione è data da:

● corrente dei recettori → limitata dal numero di canali presenti 37

● potenziale del recettore → limitato dal potenziale di inversione

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● potenziale d’azione → limitato dalla refrattarietà

Il potenziale d’azione dipende dal potenziale del recettore che, a sua volta, dipende dai