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Potenziali di membrana

Appunti di fisiologia su: Potenziale di membrana a riposo, potenziali graduati e potenziali d'azione, meccanismo del potenziale d'azione, periodi refrattari, propagazione del potenziale d'azione, generazione del potenziale d'azione. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Fisiologia docente Prof. P. Fattori

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POTENZIALI DI MEMBRANA

IL POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO

Tutte le cellule in condizioni di riposo presentano una differenza di potenziale transmembrana, con

l'interno della cellula carico negativamente rispetto l'esterno: è il potenziale di membrana.

Per convenzione, al liquido extracellulare è assegnato un voltaggio uguale a zero e la polarità del

potenziale di membrana (positiva o negativa) è stabilita in base al segno della carica in eccesso

all'interno della cellula.

L'entità del potenziale di membrana a riposo varia da circa -5 fino a -100 mV, in base al tipo di

cellula. Nei neuroni è generalmente compreso tra -40 e -90 mV.

Il potenziale di membrana a riposo esiste a causa di un lieve eccesso di cariche negative all'interno

dalla cellula e di un eccesso di cariche positive all'esterno. Le cariche di segno opposto sono attratte

elettricamente pertanto le cariche in eccesso si raccolgono in un sottile strato contro le superfici

interne ed esterne della membrana plasmatica.

L'ampiezza del potenziale di membrana a riposo dipende da due fattori:

differenza di permeabilità ai diversi ioni

• differenza di concentrazione di determinati ioni ai due lati della membrana

Per capire meglio come le differenze di concentrazione di Na e K creino i potenziali di membrana

consideriamo prima ciò che avviene quando la membrana è permeabile solo a uno ione.

Poniamo che la membrana abbia solo canali per il K; se questi canali sono aperti, K+ diffonderà

lungo il suo gradiente di concentrazione da dentro a fuori dalla membrana. I canali per il Na+ sono

chiusi quindi non passa. Dopo che alcuni ioni K+ si sono spostati fuori dalla cellula, questa avrà un

eccesso di carica positiva, lasciando un eccesso di carica negativa al di fuori di essa. Quindi è stata

creata una differenza di potenziale transmembrana. Man mano che gli ioni si spostano la differenza

di potenziale elettrico di membrana inizia a influire sul movimento degli ioni K+: la carica negativa

intracellulare tende ad attirarli di nuovo dentro la cellula e la carica positiva extracellulare tende a

respingerli. Finchè il flusso di ioni dovuto al gradiente di concentrazione di K+ è superiore al flusso

causato dal potenziale di membrana, si verificherà un flusso netto di K+ da dentro a fuori la cellula

e il potenziale di membrana aumenterà progressivamente.

Il potenziale di membrana a cui questi due flussi diventano uguali in ampiezza ma di direzione

opposta è chiamato potenziale d'equilibrio per quel tipo di ione. Al potenziale di equilibrio per uno

ione non vi è movimento netto dello ione poiché i flussi opposti sono uguali e il potenziale non

subirà ulteriori cambiamenti.

L'ampiezza del potenziale di equilibrio (in mV) per ciascun tipo di ione dipende del gradiente di

concentrazione transmembrana di quello ione; più grande è il gradiente di concentrazione, maggiore

è il potenziale di equilibrio perchè, per bilanciare il movimento causato dalla differenza di

concentrazione, sarebbe necessario un maggior movimento di ioni guidato elettricamente.

L'equazione di Nernst descrive il potenziale d'equilibrio per ogni specie ionica, cioè il potenziale

elettrico necessario per bilanciare un dato gradiente di concentrazione ionica, in modo che il flusso

dello ione sia nullo.

Equazione di Nernst → E = 61/z log (C /C )

ione out in

Possiamo quindi calcolarci il potenziale di equlibrio per il Na+ e per il K+, i quali sono

rispettivamente +60 mV e -90 mV. Pertanto Na+ e K+ tenderanno a portare il potenziale di

membrana a questi valori.

Per calcolare la forza che agisce su uno ione si usa la formula Er – Ex dove Er è il potenziale di

membrana a riposo e Ex è il potenziale di equilibrio di un determinato ione:

Na+

• Er – E = -70 - (+60) = -130 mV

Na

Quindi Na+ ha una forte tendenza a passare dall'esterno all'interno della cellula, spinto sia

dalla forza chimica che da quella elettrostatica (perchè segue il gradiente di carica dato che

fuori dalla membrana ci sono più cariche positive e all'interno della membrana più cariche

negative)

K+

• Er – E = -70 - (-90) = +20 mV

K

Quindi nonostante all'interno della cellula ci siano cariche negative e all'esterno cariche

positive il K+ ha una leggera tendenza a passare dall'interno all'esterno della cellula spinto

dalla forza chimica (che è maggiore di quella elettrostatica) contro il gradiente di carica.

Dati i gradienti di concentrazione e le relative permeabilità (P) per Na+, K+ e Cl-, il potenziale di

membrana (V ) può essere calcolato usando l'equazione di Goldman

m

I gradienti di concentrazione determinano i loro potenziali di equilibrio, e la permeabilità relativa

determina quanto il potenziale di membrana a riposo sia influenzato da tali potenziali.

Il potenziale di membrana a riposo è generato in gran parte grazie al movimento di K+ verso

l'esterno della cellula, lungo il suo gradiente di concentrazione attraverso canali aperti del K+

(canali a perdita di K+ o leak channels), cosicchè l'interno della cellula diventa negativo rispetto

all'esterno. Tale potenziale però non è uguale al potenziale di equilibrio del K+ (-90 mV) perchè in

condizioni di riposo è aperto anche qualche canale del Na+. Alcuni ioni Na+ si spostano

continuamente verso l'interno della cellula, annullando l'effetto di un numero equivalente di ioni

potassio che escono simultaneamente.

La pompa Na-K ATPasi mantiene il gradiente di concentrazione e contribuisce ad abbassare un

pochino il potenziale di membrana (lo abbassa di circa 4 mV quindi pochissimo). Ciò è dato dal

fatto che che sposta tre Na+ fuori dalla cellula ogni due K+ che porta all'interno; questo trasporto

ineguale di ioni positivi rende l'interno della cellula più negativo.

Quando una pompa sposta una carica netta attraverso la membrana e contribuisce direttamente al

potenziale di membrana è detta pompa elettrogenica.

POTENZIALI GRADUATI E POTENZIALI D'AZIONE

Modificazioni transitorie del potenziale di membrana dal suo livello di riposo producono segnali

elettrici. Tali cambiamenti sono il mezzo più importante tramite il quale i neuroni elaborano e

trasmettono informazioni.

I segnali si manifestano in due forme:

potenziali graduati → segnalazione su brevi distanze

• potenziali d'azione → segnalazione su lunghe distanze

Terminologia:

membrana polarizzata = l'esterno e l'interno della cellula hanno una carica netta differente

– depolarizzazione = modifica del potenziale di membrana a riposo verso valori più grandi


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9 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Fisiologia
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche (ordinamento U.E. - a ciclo unico) (magistrale europea)
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher _Cice_ di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Fattori Patrizia.

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