Riassunto esame Fisiologia degli organi e degli apparati, prof. Protasi

RILASCIO DEL

NEUROTRASMETTITORE

Come fanno le vescicole di

neurotrasmettitori a fondersi con la

membrana esterna ed essere rilasciati?

Il potenziale d’azione che arriva al

livello del terminale assonale fa si che

ci sia una fusione delle vescicole con

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la membrana esterna. Questo meccanismo è mediato da alcuni canali che si trovano sulla membrana

della cellula che manda il segnale e sono dei canali del calcio voltaggio dipendenti. Il calcio è più

concentrato fuori, quando arriva il potenziale d’azione, non ha alcun modo di comunicare con le

vescicole ma la comunicazione fra i due avviene attraverso un messaggero diffusibile, il calcio. Il

calcio manda il segnale dalla membrana esterna alle vescicole, quando il segnale arriva sul

terminale assonale, sulla membrana ci sono dei canali voltaggio dipendenti (che si aprono quando

arriva il potenziale d’azione) che si aprono e il calcio essendo molto concentrato fuori entra dentro e

cambia la concentrazione ionica del calcio che provoca la fusione delle proteine che si trovano sulle

vescicole e quelle che sono sulla membrana (ciò avviene solo con una concentrazione di calcio è

alta).

ACH E MEMBRANA POST SINAPTICA Il neurotrasmettitore viene

rilasciato nel vallo sinaptico

e va a legarsi ai recettori

localizzati sulle creste della

placca motrice, questi

recettori vengono chiamati

‘recettori nicotinici’ e legano

specificatamente

l’acetilcolina. Questi non

sono solo dei recettori ma

sono anche dei canali che

vengono stimolati

all’apertura generando un

potenziale solo quando arriva un ligando che in questo caso è l’acetilcolina. Il recettore nicotinico

non è un canale specifico ma permette il passaggio di ioni monovalenti positivi per cui permette il

passaggio di sodio e potassio.

Perché questo canale lascia passare sia il sodio che il potassio (se c’è passaggio di entrambi non c’è

una traduzione del segnale)?

Quando questo canale si apre in realtà non c’è flusso di sodio e di potassio ma inizialmente c’è solo

flusso di sodio perche: La membrana postsinaptica della fibra muscolare ha un

potenziale di riposo di – 90 mv, il potenziale di

equilibrio per il potassio è – 90 mentre il potenziale di

equilibrio per il sodio è + 60. nel momento in cui l’ach

viene rilasciata e si lega al recettore nicotinico, il canale

si apre e ci sarà solo un flusso netto di sodio perche si

trova lontano dal potenziale di equilibrio per cui il sodio

che è molto concentrato all’esterno entra nella cellula e

portando cariche positive genera una depolarizzazione.

Questa depolarizzazione genera un potenziale di placca che è simile ad un potenziale graduato ma

puo essere solo depolarizzante, è sempre sovrasoglia perché determina sempre l’insorgenza di un

potenziale d’azione a livello della fibra muscolare. Il segnale elettrico che viene portato dalla fibra

muscolare nasce proprio in questo punto e si propaga poi come potenziale d’azione. 31

In quest’immagine

vediamo il potenziale

d’azione di un

motoneurone e di una

fibra scheletrica.

In comune hanno in

fatto di essere:

- segnali

depolarizzanti,

- entrambi vengono

generati dall’azione di

due canali (sodio per

la fase di salita;

potassio per la fase di

discesa).

Le differenze :

- il potenziale della fibra muscolare parte da valori piu negativi (- 90)

- la durata è differente in quanto il potenziale d’azione della fibra muscolare è lievemente piu

lungo nel tempo

- nel potenziale d’azione della fibra muscolare non c’è la fase di iperpolarizzazione postuma

perche il muscolo ha il potenziale di equilibrio già a -90.

MOTONEURONE è UNITà MOTORIA Il motoneurone quando arriva in prossimità del muscolo

scheletrico va ad innervare piu fibre muscolare ; per unità

motoria infatti si intende quel gruppo di fibre innervate da

un singolo motoneurone. Tutte le fibre che sono innervate

da un singolo motoneurone sono fibre dello stesso tipo. 32

IL MUSCOLO

Nell’organismo umano esistono 3 tipi di muscoli, scheletrico, cardiaco e liscio. Questi muscoli

hanno caratterische simili e diverse.

La fibra muscolare è considerata una singola cellula anche se ha tantissimi nuclei perché è avvolta

da una singola membrana chiamata sarcolemma. 33

All’interno della fibra ci sono le miofribille che sono le strutture contrattili e si estendono per

l’intera lunghezza della fibra.

In realtà la fibra scheletrica ha tante altre cose al suo interno, abbiamo un serie di strutture

membranose che formano l’apparato sarcotubulare (traduzione del segnale) e l’apparato

mitocondriale (produzione energia).

Le miofibrille sono tutte avvolte da queste strutture membranose che sono il reticolo

sarcoplasmatico e i tubuli traversi ed entrambi sono deputati al meccanismo di accoppiamento

eccitazione contrazione (un meccanismo che permette la traduzione del segnale elettrico in segnale

chimico).

Il potenziale d’azione arriva lungo tutta la fibra muscolare, ma come fa ad essere tradotto in

contrazione muscolare?? Il potenziale d’azione che viaggia lungo la membrana esterna in realtà

viene portato all’interno della fibra da alcune strutture chiamate tubuli trasversi, delle invaginazioni

che si trovano all’esterno della fibra e formano all’interno della fibra stessa una rete che è

perfettamente collegata con l’esterno. Il motivo per il quale la fibra ha sviluppato questo sistema è

perché la fibra scheletrica è molto grande (40 – 50 mc) perciò grazie a questi tubuli trasversi il

segnale elettrico raggiunge tutta la fibra nello stesso momento.

I tubuli trasversi sono molto vicini ad un altro sistema di membrane che è il reticolo

sarcoplasmatico e si trova all’ interno alla cellula, avvolge perfettamente tutte le miofibrille e

contiene calcio (importante per la contrazione muscolare).

Il calcio è molto concentrato all’esterno della cellula, poco concentrato all’interno della cellula nel

mioplasma ; il calcio inoltre è molto concentrato all’interno degli organelli e in particolare nel

reticolo sarcoplasmatico. Le membrane del reticolo sarcoplasmatico e le membrane dei tubuli t che

entrano dentro sono in contatto e in questo punto avviene di nuovo una traduzione del segnale, il

segnale elettrico viene tradotto in segnale chimico cioè un rilascio di calcio da parte del reticolo

sarcoplasmatico.

ACCOPPIAMENTO ECCITAZIONE CONTRAZIONE

Il potenziale d’azione arriva sulla fibra ed entra nei tubuli t e si propaga all’interno portando ad un

rilascio di calcio da parte del reticolo sarcoplasmatico. In questo meccanismo intervengono diverse

proteine ma le piu importanti sono i DHPR e RYR.

Nella membrana del tubulo traverso c’è una proteina chiamata DHPR che è un sensore del

voltaggio cioè sente il cambiamento di polarizzazione della membrana. 34

Sulle membrane del reticolo rascoplasmatico esiste un’altra proteina chiamata RYR (canale di

rilascio per il calcio, recettore della ryanorina) che permette il rilascio di calcio per diffusione.

Queste due proteine entrano in contatto e la comunicazione permette di tradurre il segnale elettrico

in rilascio di calcio che poi scatenerà la contrazione muscolare.

Il meccanismo di accoppiamento eccitazione contrazione è un meccanismo che trasduce il

potenziale elettrico in contrazione mediata dal calcio. Il reticolo sarcoplasmatico

è funzionalmente e

strutturalmente diviso in 2

parti principali :

- Regione delle

cisterne terminali :

accumula il calcio

necessario per la

contrazione ed

entrano in contatto

con il tubula t

rilasciando il calcio.

- Regione dei tubuli

longitudinali : sono

strutturalmente

diversi perché non

entrano in contatto

no i tubula t ma sono anche funzionalmente diversi perché sono la parte del reticolo

sarcoplasmatico deputata a ricatturare il calcio dopo la contrazione e far si che il muscolo si

rilassi.

I tubuli trasversi entrano all’interno della fibra a distanze abbastanza regolari e solitamente ci sono

2 tubuli trasversi per ogni sarcomero localizzati in prossimità della linea z.

DHPR E RYR 35

Il meccanismo di eccitazione contrazione è regolato da una molecola che si trova nel tubulo

traverso e si chiama DHPR.

Se mandiamo alla fibra scheletrica un segnale elettrico abbiamo un flusso di calcio verso l’interno,

il muscolo genera una tensione , si contrae. Se nella fibra muscolare scheletrica effettuiamo lo

stesso esperimento (depolarizziamo) in assenza di calcio esterno, il flusso di calcio non può esistere

eppure il muscolo scheletrico sviluppa ugualmente forza.

Il meccanismo di accoppiamento eccitazione contrazione nel muscolo scheletrico è un

accoppiamento meccanico indipendente dal calcio esterno. 36

Il muscolo cardiaco invece per avere il meccanismo di accoppiamento eccitazione contrazione ha

assolutamente necessità di calcio esterno.

Il DHPR (legge il segnale), collegato al RYR (si apre e rilascia calcio), ha al suo interno delle

cariche positive e se il potenziale della membrana è – 90 quando depolarizziamo, il potenziale di

membrana si inverte e va a + 30 e la membrana diventa positiva all’interno e negativa all’esterno.

Queste cariche positive essendo attratte verso l’interno e essendo collegate al RYR lo aprono.

Il RYR è un canale molto particolare, è localizzato nella membrana del reticolo sarcoplasmatico ma

ha una grandissima regione citoplasmatica che fa da ponte fra la membrana del reticolo

sarcoplasmatico e la membrana del tubula t (il ryr ha una parte che forma il canale e una parte che

viene chiamata piede la quale unisce e forma il contatto con il sensore del voltaggio).

Funzionamento : quando arriva il segnale elettrico nel tubulo traverso, determina una

depolarizzazione che viene sentita dal dhpr il quale comunica direttamente con il ryr che si apre e

permette la fuoriuscita di calcio che viene rilasciato per diffusione.

La concentrazione di calcio nel mioplasma prima dell’arrivo del calcio dal reticolo sarcoplasmatico

è molto bassa (10-7 molare), quando poi il calcio viene rilasciato all’esterno c’è un aumento

considerevole di concentrazione (aumenta di 100 volte).

Il calcio viene poi riportato dentro l’altra zona del reticolo sarcoplasmatico, nei tubuli longitudinali,

da altre molecole che non sono dei canali ma sono delle pompe chiamate pompe calcio magnesio

atpasi (pompano il calcio, il magnesio modula la funzione di questi canali, scindono atp perche

stanno portando c