Neuroscienze (lezione 2) come funziona il neurone? i potenziali, le correnti elettriche

V

La scrittura “ m” indica la differenza di potenziale tra il dentro ed il fuori del neurone e la “m” in tale

scrittura indica la membrana neuronale. Le cariche elettriche non possono passare liberamente la

membrana perché i lipidi di cui è composta hanno code apolari che non ne permettono il

passaggio. Gli ioni per passare la membrana utilizzano i canali ionici, cioè dei canali nelle proteine

che attraversano la

membrana. Precisamente si

tratta di tante proteine legate

insieme a creare il canale che

può essere aperto o chiuso.

Esiste un canale ionico per il

potassio. Cosa succede

quando si apre? Il potassio,

che è abbondante nel

neurone, tenta di uscire

seguendo il gradiente di

concentrazione. Ma il potassio

ha carica elettrica positiva

quindi uscendo provoca un

aumento della negatività

all'interno del neurone.

L'esterno del neurone diventa

invece più positivo. Si crea un

gradiente elettrico tra interno ed esterno del neurone. Le cariche elettriche opposte però si

attraggono, quindi il potassio all'esterno del neurone viene attirato dalla negatività creatasi

all'interno del neurone e tornano dentro. Si formano a questo punto due flussi: uno secondo il

gradiente di concentrazione (da dentro a fuori) e uno secondo il gradiente elettrico (da fuori a

dentro). I due flussi continuano finché non si giunge all'equilibrio, in altre parole, finché i due flussi

non sono uguali e quindi fino a quando non c'è la stessa quantità di potassio in entrata ed in

uscita.

Secondo l' equazione di Nerst, l' equilibrio del potassio è a -90 mV, ovvero Ek+ = -90 mV (millivolt).

Ogni volta che si apre un canale potassio il potassio tende ad arrivare all'equilibrio.

Questo processo avviene in modo analogo per il sodio, anche se al contrario perché esso, a

differenza del potassio, si trova fuori dal neurone. L'equilibrio del sodio è a +55mV.

Canali ionici passivi → sono canali ionici che non si chiudono mai. La membrana del neurone a

riposo presenta più canali ionici passivi aperti di potassio che di sodio (rapporto di 30:1). Quindi il

potenziale elettrico del neurone a riposo, che si chiama potenziale di membrana a riposo è -70 mV.

È più vicino a quello del potassio (-90 mV) e meno a quello del sodio (+55 mV) proprio a causa del

numero di canali ionici passivi aperti del potassio.

Che differenza c'è tra canali ionici e pompe metaboliche? C'è una differenza sostanziale perché i

primi non consumano energia perché lavorano secondo il gradiente di concentrazione della

sostanza, mentre le seconde lavorando contro il gradiente di concentrazione consumando energia.

In sostanza, svolgono lavori opposti.

Il potenziale locale

I neuroni non a riposo sono stimolati. Per rispondere agli stimoli che arrivano il neurone utilizza i

canali ionici, tramite loro apertura e chiusura. Il sodio, con i canali aperti, tenta di entrare. Il

potenziale di riposo cambia perché entrano cariche positive. Da -70 mV tenderà progressivamente

a diventare meno negativo. Tutte le volte che il neurone diventa più positivo si Depolarizza.

Quando lo stimolo finisce le pompe metaboliche ripristinano l'equilibrio buttando fuori il sodio

entrato. Anche il cloro tenta di entrare se ci sono i canali aperti ma il cloro è negativo. Quindi il

neurone da -70 mV diventa ancora più negativo. Ciò si chiama Iperpolarizzazione.

Il neurone si depolarizza anche

facendo uscire alcune cariche

negative (es cloro) e si

iperpolarizza anche facendo

uscire cariche positive (es

potassio).

Cosa significa tutto ciò in termini

elettrici? Significa che con

l'apertura dei canali ionici si

generano delle correnti elettriche

misurate in Ampere ( I ).

La conduttanza elettrica è la

possibilità delle cariche elettriche

di attraversare la membrana: se

ci sono tanti canali aperti la

conduttanza sarà maggiore. La

conduttanza si misura in

Siemens (S).

La resistenza, che si misura in

Ohm (Ω), è la difficoltà della carica di attraversare il neurone.

Quali sono le caratteristiche delle correnti elettriche?

Ampiezza → quando lo stimolo è più intenso ci sono più canali che si aprono, quindi

• l'iperpolarizzazione o la depolarizzazione saranno più ampie. Quindi le corr. elettriche

hanno ampiezza variabile determinata dall'intensità dello stimolo.

Sommabili → le correnti elettriche sono sommabili. Se ci sono due stimoli molto vicini in

• spazio e tempo allora si formeranno due correnti vicine e si sommeranno. Si sommano

però solo correnti con la stessa direzione: iperpolarizzazione + iperpolarizzazione e

depolarizzazione + depolarizzazione. E se c'è una iperpolarizzazione con una

depolarizzazione? Si riducono o si annullano. Avviene quindi una sottrazione.

Tendenza a propagarsi alle zone vicine → una volta innescata una depolarizzazione o una

• iperpolarizzazione questa tende a propagarsi alle zone circostanti, ma incontra due

resistenze che impediscono alla corrente di attraversare il neurone. Queste resistenze

sono: Canali ionici: bucando la membrana del neurone disperdono le cariche

▪ elettriche fuori dal neurone, proprio come un tubo di gomma bucato

disperde l'acqua fuori dal tubo stesso (si parla di resistenza di

membrana)

Citoplasma: si oppone al passaggio della corrente.

▪

Mano a mano che la corrente innescata si allontana dal suo punto di innesco la sua

ampiezza

diminuisce finché scompare. Quindi si può dire che non si propagano a distanza. Per

questo motivo

si parla di POTENZIALI LOCALI.

Concludendo, i potenziali locali non si propagano a distanza, hanno ampiezza variabile e sono

sommabili.

Tutti gli stimoli del mondo esterno e del mondo interno che giungono al neurone vengono

trasformati in potenziali locali. I dendriti captano gli stimoli che arrivano e che poi verranno

trasformati in potenziali locali. Poi dai dendriti questi potenziali locali giungono al soma (o corpo

cellulare) del neurone.

Il potenziale d'azione

Per portare le informazioni a distanza invece il neurone utilizza i POTENZIALI D'AZIONE. Non

potrebbe farlo con i potenziali locali poiché essi non si propagano a distanza. Il potenziale

d'azione ha la caratteristica fondamentale di avere l'ampiezza costante, non risente della distanza.

Come funziona il potenziale d'azione? Utilizza specifici canali ionici chiamati canali voltaggio-

dipendenti che sono cioè sensibili alla corrente elettrica. Sono quindi aperti o chiusi da correnti

elettriche. Queste correnti elettriche sono proprio i potenziali locali, che non vanno lontano ma

attivano i potenziali d'azione.

I canali ionici voltaggio-dipendenti:

Sono sensibili alle correnti elettriche, cioè si aprono, precisamente, con depolarizzazioni.

• Le iperpolarizzazioni non aprono questi canali

Sono altamente selettivi: fanno passare o solo sodio o solo potassio.

• I canali voltaggio-dipendenti per il sodio → – fanno entrare sodio e generano una

depolarizzazione. – si aprono e chiudono molto rapidamente

– sono presenti in 3 diversi stati: aperti

chiusi inattivati

“aperto”: il sodio passa

“chiuso”: non passa nulla ma è sensibile a depolarizzazione

“inattivato”: i canali del sodio non fanno passare il sodio (come chiuso) ma non sono

sensibili a depolarizzazione (diverso da chiuso). Serve iperpolarizzazione per

passare a chiuso.

L'ordine è : chiuso → aperto → inattivato → chiuso.

I canali voltaggio-dipendenti per il potassio → – quando si apre il canale, il potassio tenta

di uscire. Si crea una iperpolarizzazione.

– sono lenti in apertura e chiusura.

– possono essere chiusi o aperti

Se uno stimolo non è abbastanza intenso, aprirà pochi canali e basta. Se lo stimolo è abbastanza

forte invece si crea un'ampia depolarizzazione. Si aprono quindi tanti canali facendo entrare sodio

(perché si aprono velocemente) e si crea il potenziale d'azione. I canali del sodio saranno tutti