Riassunto esame Neuroscienze, prof. Paulesu, libro consigliato Neuroscienze. Esplorando il cervello, Bears, Connors, Paradiso

Il movimento degli ioni

Un canale aperto sulla membrana

Un canale aperto sulla membrana non significa necessariamente uno spostamento di ioni. I movimenti ionici sono infatti influenzati da altri due fattori: la diffusione e l'elettricità.

Diffusione

La diffusione è un movimento casuale, dipendente dalla temperatura, che tende a distribuire gli ioni nel solvente in modo tale da consentire agli ioni di spostarsi da regioni ad alta concentrazione a regioni a bassa concentrazione. Gli ioni non attraversano da soli la membrana, ma la diffusione permette loro di attraversare i canali ionici. La differenza di concentrazione ionica tra una regione e l’altra è detta gradiente di concentrazione. Quindi, gli ioni fluiscono secondo gradiente di concentrazione.

I movimenti ionici secondo diffusione necessitano:

• Presenza di canali ionici sulla membrana
• Presenza di gradiente di concentrazione tra le varie regioni della membrana

Elettricità

Il movimento ionico dovuto all’uso di un campo elettrico avviene perché gli ioni sono particelle cariche elettricamente. Se cariche opposte si attraggono, allora il catodo di un determinato elemento si muoverà verso l’anodo dello stesso elemento. La corrente elettrica è la quantità di cariche elettriche in movimento ed è definita positiva quando segue la direzione di cariche positive.

Esistono due fattori importanti che determinano la corrente elettrica:

• Il potenziale elettrico (voltaggio)
• La conduttanza elettrica

Potenziale elettrico

Il potenziale elettrico è la forza esercitata su una particella carica e riflette la differenza di carica tra anodo e catodo. Più la differenza aumenta, più fluirà corrente.

Conduttanza elettrica

La conduttanza elettrica è la misura della facilità con cui una carica elettrica può migrare da un punto all’altro. Essa dipende da:

• Numero di particelle in grado di portare una carica elettrica
• Facilità con cui queste particelle possono viaggiare attraverso lo spazio

La resistenza elettrica è l’opposto della conduttanza in quanto è la misura della difficoltà con cui le particelle possono viaggiare.

Legge di Ohm

La legge di Ohm è una relazione tra potenziale, conduttanza e corrente, la quale indica che la corrente è il prodotto tra la conduttanza e il potenziale.

Il movimento di ioni secondo elettricità richiede:

• Presenza di canali permeabili a quella specie ionica
• Differenza di potenziale elettrico attraverso la membrana

Quindi, il movimento di ioni attraverso la membrana tramite canali proteici dipende da:

• Gradiente di concentrazione
• Differenza di potenziale elettrico

Le basi ioniche del potenziale di membrana a riposo

La carica elettrica non è uniformemente distribuita ai lati della membrana neuronale: l’interno del neurone è elettricamente negativo rispetto all’esterno. Il potenziale di riposo è appunto la differenza fissa tra interno ed esterno del neurone che viene mantenuta quando il neurone non genera impulsi. Il potenziale di riposo è di -65 millivolt.

Potenziali di equilibrio

Quando viene raggiunto uno stato in cui le forze elettriche e di diffusione sono uguali e opposte e il movimento di ioni da una regione ad un’altra cessa, si ha un potenziale di equilibrio, ossia il potenziale elettrico stabile che verrebbe raggiunto se la membrana fosse permeabile solo a quello ione.

Per generare un potenziale di equilibrio è necessario:

• Cambiamenti importanti del potenziale di membrana causati da piccoli cambiamenti di concentrazione ionica
• Differenza netta di carica elettrica tra la superficie interna e quella esterna della membrana
• Quantità di ioni che si dirigono attraverso la membrana proporzionale alla differenza tra il potenziale di membrana e il potenziale di equilibrio
• Possibilità di calcolare il potenziale di equilibrio di ciascuno ione

Proprio riguardo a quest’ultimo punto: esiste un’equazione che permette di calcolare il valore preciso di un potenziale di equilibrio per ciascuno ione prendendo in considerazione la carica elettrica dello ione e la differenza di concentrazione attraverso la membrana. Quest’equazione prende il nome di equazione di Nernst.

La distribuzione degli ioni attraverso la membrana

I gradienti di concentrazione ionica sono indotti dall’azione di pompe ioniche.