Omeostasi, fisiologia della membrana

POTENZIALI GRADUATI

Potenziali graduati si registrano a livello delle sinapsi e possono essere:

• Depolarizzanti (potenziale postsinaptico eccitatorio EPSP)
• Iperpolarizzanti (potenziale postsinaptico inibitorio IPSP)

I potenziali graduati sono passivi perché si esauriscono a mano a mano che si propagano, nel grafico infatti si può vedere la diminuzione di intensità.

Dopo vengono generati i potenziali graduati, incontrano delle resistenze che non gli permettono di compiere lunghi tragitti, inoltre è un segnale elettrico molto lento che si esaurisce prima di arrivare a destinazione.

I fenomeni graduati diminuiscono quindi nel tempo e nello spazio.

Figura A: la membrana cellulare è a riposo, si possono osservare le cariche a cavallo della membrana plasmatica non bilanciate, infatti, le cariche negative sono all'interno della cellula e le cariche positive sono all'esterno della cellula.

Figura B: a seguito a un evento stimolante si aprono i canali

1. ionici consentendo l'ingresso di cariche positive,
2. la membrana a causa delle cariche positive che stanno entrando dai canali ionici si depolarizza e si genera il potenziale graduato
3. Figura C le cariche positive 'poste nel liquido extracellulare continuano a entrare, mentre le cariche positive che sono già entrate all'interno della cellula non rimangono ferme, ma ben sì scorrono attratte dalle cariche negative scoperte delle zone inattive delle vicinanze allontanandosi così dal punto di origine

PERCHÉ I POTENZIALI GRADUATI PERDONO D'INTENSITÀ MENTRE SI SPOSTANO?

I potenziali graduati perdono d'intensità a causa delle caratteristiche della membrana e della cellula che influenzano passivamente questi tipi di segnali.

Le caratteristiche che fanno perdere d'intensità e quindi disperdere fino ad esaurire i potenziali graduati sono:

• dispersione di corrente, la membrana ha dei canali sempre aperti attraverso cui

cariche escono. non portano più il segnale lungo la membrana (in avanti) ma si disperdono cariche (uscendo dalla membrana)- resistenza citoplasmatica, negli assoni e nei dendriti le cariche scorrono nel citoplasma il quale contiene grosse molecole come le proteine le quali fanno aumentare la resistenza al passaggio di cariche. Minore è il volume maggiore è la resistenza, i dendriti ad esempio hanno una resistenza maggiore rispetto all'assone a causa delle dimensioni ridotte, tendendo così a smorzare il segnale. QUALE È LO SCOPO DEI POTENZIALI GRADUATI? Il potenziale graduato è un evento che si genera quando viene mandato un segnale elettrico da una cellula all'altra. La sinapsi è un luogo fisico dove cellula manda un messaggio chimico a un'altra cellula, il segnale chimico viene trasformato dall'altra cellula in un segnale elettrico. Es: Figura A il neurone riceve tanti stimoli, la cellula che li genera decide se far proseguire o

menol'informazione facendo partire stimoli con differenti gradi di intensità (tanto più intenso è lo stimolo tanto più intenso sarà il potenziale graduato e più possibilità ci saranno di far proseguire l'informazione). Una volta che nel neurone entra il potenziale di azione diminuirà sempre più l'intensità a mano a mano che si sposta verso la zona trigger (frecce diminuiscono ampiezza = - stimolo)

Figura B il potenziale di azione è arrivato nella zona trigger, essendo che il potenziale graduato è soprasoglia (>-55 V) si genera un potenziale di azione

Il potenziale graduato però non ha sempre una intensità sufficiente per generare un potenziale di azione (se non arriva a -55 V non si genera un potenziale di azione)

Lo scopo quindi del potenziale graduato è quello di far proseguire o meno l'informazione attraverso potenziali di azione

SOMMAZIONI: SPAZIALI E

sarà un potenziale graduato iperpolarizzante. Anche in questo caso, i potenziali graduati convergono nello stesso momento nella zona trigger e si sommano. Tuttavia, poiché lo stimolo inibitorio ha un effetto opposto a quello degli stimoli eccitatori, la somma dei potenziali sarà inferiore rispetto alla somma spaziale degli stimoli eccitatori (2+2-1 = +3). LA SOMMAZIONE TEMPORALE Nella sommazione temporale, i potenziali graduati si sommano nel tempo. Questo avviene quando un potenziale graduato arriva alla zona trigger prima che il precedente si sia completamente dissolto. In questo caso, i potenziali graduati si sommano nel tempo, aumentando l'ampiezza del potenziale risultante. Ad esempio, se un potenziale graduato di ampiezza 1 arriva alla zona trigger ogni 10 millisecondi, dopo 5 stimoli si avrà una somma temporale di 5, generando un potenziale graduato depolarizzante di ampiezza 5. In conclusione, la sommazione spaziale avviene quando i potenziali graduati convergono nello stesso momento nella zona trigger, mentre la sommazione temporale avviene quando i potenziali graduati si sommano nel tempo. Entrambi i processi contribuiscono a modulare l'attività del neurone e determinano se un potenziale d'azione verrà generato o meno.sarà un potenziale graduato iperpolarizzanti. Quando i 3 potenziali graduati convengono nella zona trigger nello stesso momento, possono sommarsi (1+1-1 = +2), ma essendo sotto soglia nella zona trigger il potenziale graduato non è in grado di generare un potenziale di azione. LA SOMMAZIONE TEMPORALE La sommazione dei potenziali graduati arriva dallo stesso punto ma in momenti differenti. Es: nel grafico A si possono osservare due differenti potenziali di azione eccitatori che non arrivando a soglia non generano un potenziale di azione. Nel grafico B invece si può osservare l'inizio di un potenziale graduato eccitatorio e nel momento in cui sta iniziando l'iperpolarizzazione arriva un altro potenziale di azione che, grazie alla sommazione riesce a raggiungere la soglia di -55 V e generare quindi un potenziale di azione. LA SOMMAZIONE TEMPORALE E SPAZIALE Nel grafico si può osservare la sommazione spaziale e quella temporale: - A e B sinapsi eccitatorie

1. depolarizzazione
2. C sinapsi inibitoria iperpolarizzazione
3. 1° potenziale graduato depolarizzante parte da A, il valore risulta sotto soglia e quindi non genera un potenziale di azione
4. 2° potenziale graduato depolarizzante parte da A, il valore risulta sotto soglia e quindi non genera un potenziale di azione
5. 3° potenziale graduato depolarizzante parte da A, appena il potenziale graduato si sta depolarizzando arriva il
6. 4° potenziale graduato eccitatorio da A, la sommazione temporale ha consentito la creazione di un potenziale di azione
7. 5° potenziale graduato depolarizzante parte da A, il valore risulta sotto soglia e quindi non genera un potenziale di azione
8. 176° potenziale graduato depolarizzante parte da A,
9. 7° potenziale graduato parte da B, questi due potenziali gradati arrivano contemporaneamente nella zona trigger e grazie alla sommazione spaziale si genera un potenziale di azione
10. 7° potenziale graduato iperpolarizzante parte da C
11. 8° potenziale graduato

depolarizzante parte da A, 9° potenziale graduato depolarizzante parte da B, 10°potenziale graduato iperpolarizzante parte da C, i tre potenziali graduati si sommano nella zona trigger ma non raggiunge il valore soglia e quindi non si genera un potenziale di azione

POTENZIALE DI AZIONE: FENOMENO TUTTO O NULLA

Il potenziale di azione segue il fenomeno tutto o nulla cioè il potenziale di azione o si genera (sopra soglia) o non si genera (sotto soglia) non esiste mezzo potenziale di azione

Il potenziale di azione parte quando si arriva a soglia cioè a e ha sempre la stessa ampiezza -55 Vm

La soglia è il valore di potenziale di membrana, nel quale si aprono dei canali a apertura controllata voltaggio dipendenti o a porta elettrica poi che l’apertura e la chiusura dipende dal voltaggio della membrana e quindi se si raggiunge o meno il valore di -55 Vm

Il potenziale di azione si genera nel cono d’emergenza o monticolo assonale cioè dove nasce

l'assone della fibra nervosa. Nel cono di emergenza più precisamente nella zona trigger (grilletto cioè zona di innesco) ci sono dei canali voltaggio dipendenti -55 V soglia dei canali voltaggio dipendenti per il sodio. Grafico A: il potenziale di membrana a riposo è -70 V, arriva un potenziale graduato a soglia è -55 V e inizia il potenziale di azione. Essendo che il potenziale di equilibrio del sodio è +60 V, se si arriva a soglia si aprono i canali voltaggio dipendenti per il sodio e essendo che la differenza tra il valore soglia e il potenziale di equilibrio del sodio è molto lontana (differenza ~100 V), il sodio tende al suo equilibrio facendo entrare in meno di 1 millisecondo una grande quantità di sodio. Questa grande quantità di sodio che entra crea una grande depolarizzazione (ascesa curva) innesco quindi il potenziale di azione arrivando in meno di 1 millisecondo a +30 V, a questo valore si aprono i canali per il sodio.

potassio (potenziale di equilibrio del potassiom-90 V) che neutralizza la carica positiva, portando poi fuori il sodio tramite la pompa sodio potassio dandomcosì inizio alla fase di ripolarizzazione (discesa curva).Dopo poco avviene una fase di iperpolarizzazione arrivando a ~-80 V perché i canali del potassio simchiudono molto lentamente e quindi il potenziale di membrana scende. Il potassio vuole arrivare al suopotenziale di equilibrio, dopo questa breve fase di iperpolarizzazione avviene una depolarizzazione tornandoal valore di membrana a riposo -70 VmNel grafico B la linea gialla corrisponde alla permeabilità del sodio che è molto veloce a causa della grandedifferenza tra il potenziale di membrana a soglia e il potenziale di equilibrio del sodio, per questo ne entratantissimo in poco meno di 1 milli secondoLa linea viola corrisponde al potassio, la curva è molto più bassa e molto più lunga e quindi è più

l canale del sodio, permettendo l'ingresso di ioni Na+ nella cellula e generando un potenziale d'azione. Il canale del sodio ha tre stati possibili: 1. Chiuso: il canale è inattivo e non permette il passaggio di ioni Na+. 2. Aperto: il canale è attivo e permette il passaggio di ioni Na+ nella cellula. 3. Inattivato: il canale è inattivo e non permette il passaggio di ioni Na+. Il canale del sodio presenta due cancelli: 1. Il cancello di attivazione: rappresenta la porzione sensibile del canale. Durante la depolarizzazione a soglia, si apre grazie alla voltaggio-sensibilità del canale. 2. Il cancello di inattivazione: non è collegato alla voltaggio-dipendenza, ma si chiude quando il potenziale di membrana raggiunge +30 Vm. Nella figura A, con un potenziale di membrana di -70 V, il cancello di attivazione è chiuso e il cancello di inattivazione è aperto, quindi il canale risulta chiuso. Nella figura B, con una depolarizzazione a -55 V, si raggiunge il valore soglia e il canale si apre grazie alla parte sensibile.