Psicobiologia 1

Psicobiologia

Il neurone

Neurone: diverse morfologie ma con caratteristiche uguali. I dendriti trasportano l’informazione al nucleo che si trova nel corpo cellulare.

Caratteristiche

Eccitabilità: le cellule sono in grado di far passare attraverso di esse corrente elettrica.

Plasticità: sono facilmente modificabili dall’ambiente, avviene grazie al sistema nervoso che è costituito da cellule staccate dalle altre, per la presenza di alcuni spazi sinaptici che interattengono il flusso di informazione. Caratteristica apparsa 600 milioni di anni fa: sposarsi nell’ambiente.

Raman y Cajal: dottrina del neurone, il sistema nervoso è costituito da unità singole.

Membrane di neuroni

Hanno tutte un doppio stato lipidico che ingloba le proteine. Alcune proteine attraversano lo strato lipidico ed alcune di esse formano canali di membrana. Con un poro centrale pieno d’acqua, un filtro di selettività (s): limita la permeazione degli ioni in base alle loro dimensioni e alla loro carica; una porta (gate, G): porta si apre e si chiude in base al potenziale di membrana.

Registrazioni da singole cellule

• Registrazione intracellulare
• Registrazione extracellulare
• Registrazione patch clamp

Costruzione di un microelettrodo

• Si riscalda la parte centrale del tubicino con una resistenza
• Gli estremi vengono tirati in direzioni opposte
• Si ampie la pipetta di soluzione salina, si inserisce un filo e si sigilla l’estremità con un tappo di cera.

Potenziale di membrana

Derivazione extracellulare: Elettrodo = un sottile filo metallico. La porta è situata in prossimità di una cellula nervosa della corteccia.

Derivazione intracellulare: La porta del microelettrodo è stata inserita in una cellula nervosa. Nei neuroni a riposo c’è una differenza di potenziale di carica 70mV, con l’interno negativo rispetto all’esterno.

Potenziali postsinaptici e potenziali di azione

Potenziale di membrana si misura in millivolt (grafico).

Sommazione spaziale dei potenziali postsinaptici

• Due PPE simultanei provenienti da punti diversi si sommano in un PPE maggiore
• Due PPI simultanei provenienti da punti diversi si sommano in un PPI maggiore
• Un PPE e un PPI simultanei si annullano a vicenda (grafici)

Sommazione temporale dei potenziali postsinaptici

• Due PPE in rapida successione si sommano producendo un PPE di maggiore intensità
• Due PPE in rapida successione si sommano producendo un PPI di maggiore intensità (grafici)

La trasmissione dell’informazione lungo il neurone

La membrana plasmatica è polarizzata: il polo che si trova all’interno della cellula è più negativo, quello che si trova al polo opposto della membrana ovvero nel fluido extracellulare è più positivo. Le differenze di cariche elettriche tra i due poli della membrana danno luogo a un gradiente elettrico. Il voltaggio è la forza che determina il flusso di particelle cariche tra i due punti. Il voltaggio che si misura tra i due lati della membrana è chiamato potenziale di membrana. Il potenziale di membrana di un neurone o di una cellula muscolare a riposo è detto potenziale di riposo ed è espresso in millivolt (mV). I neuroni hanno un potenziale di riposo di 70mV ma per convenzione questo valore è espresso come -70mV dato che la superficie interna della membrana plasmatica è carica negativamente rispetto a fluidi extracellulari.

Due fattori principali determinano il valore del potenziale di membrana

• Le differenze di concentrazione di specifici ioni all’interno della cellula rispetto ai fluidi extracellulari
• La permeabilità selettiva della membrana plasmatica a questi ioni

Distribuzione degli ioni all’interno della membrana plasmatica

• La concentrazione degli ioni K+ è dieci volte maggiore all’interno rispetto che all’esterno
• La concentrazione degli ioni Na+ è dieci volte maggiore all’esterno rispetto che all’interno

Questa distribuzione asimmetrica degli ioni dipende dall’azione di pompe ioniche e di canali di membrana selettivi per alcuni ioni. Nei neuroni, il potenziale di riposo dipende principalmente dalla diffusione degli ioni secondo il loro gradiente di concentrazione. Gli ioni attraversano la membrana plasmatica per diffusione attraverso canali ionici formati da proteine di membrana. Un movimento netto di ioni avviene da un'area ad elevata concentrazione a una a più bassa concentrazione.

Esistono 3 tipi di canali ionici

• Canali ionici passivi
• Canali voltaggio-dipendenti
• Canali chemio-dipendenti

I canali ionici passivi

Permettono il passaggio di un tipo specifico di ioni: Na+, K+, Cl-, Ca²⁺. A differenza degli altri due, i canali ionici passivi non sono controllati da porte. Il canale ionico passivo più diffuso è quello per il K+, e le cellule sono più permeabili al potassio che agli altri ioni. Infatti la membrana di un neurone a riposo è circa 100 volte più permeabile agli ioni K+ che agli ioni Na+. Gli ioni sodio sono trasportati attivamente fuori dai neuroni ma non possono rientrare facilmente nella cellula. Al contrario, gli ioni K+ trasportati all’interno diffondono all’esterno molto facilmente. Gli ioni potassio fuoriescono attraverso i canali ionici passivi, seguendo il loro gradiente di concentrazione. Quando questi ioni carichi positivamente diffondono fuori dalle membrane, aumentano la carica positiva del fluido extracellulare, rispetto a quello presente all’interno della cellula. Il cambiamento elettrico che ne deriva influenza il flusso degli ioni, questo gradiente elettrico costringe gli ioni K+ a rientrare nella cellula. Il potenziale di membrana a cui il flusso di K+ verso l’interno (dovuto al gradiente elettrico) è uguale al flusso di K+ verso l’esterno (dovuto al gradiente di concentrazione) è il potenziale di equilibrio del K+. Il potenziale d’equilibrio è uno stato stazionario in cui i flussi opposti, chimico ed elettrico, sono uguali e non vi è movimento netto di ioni. Il Na+ verso l’interno è maggiore del K+ verso l’esterno. Anche gli ioni cloruro danno il loro piccolo contributo, perché la membrana plasmatica è permeabile agli ioni cloruro carichi negativamente, questi ioni si accumulano nella regione citosolica in prossimità della membrana.

Pompe ioniche

La membrana plasmatica di un neurone contiene efficienti pompe sodio-potassio. Esse trasportano gli ioni Na+ fuori dalla cellula e gli ioni K+ dentro la cellula, entrambi pompati contro i loro gradienti elettrochimici, richiedendo così ATP: ogni 3 ioni Na+ pompati fuori dalla cellula, due ioni K+ vengono pompati dentro. Ne consegue che un numero maggiore di ioni positivi è pompato fuori, le pompe sodio-potassio mantengono quindi una concentrazione più elevata di K+ dentro la cellula ed una più elevata di Na+ fuori dalla cellula. Il potenziale di riposo dipende soprattutto dalla diffusione di ioni K+.

Riassumendo: fuori dalla cellula. Quando raggiunge uno stato stazionario, la diffusione del Na+ è maggiore verso l’interno della cellula rispetto a quella del K+ fuori. Questa situazione è controbilanciata dalla pompa sodio-potassio che pompa 3Na+ fuori dalla cellula per ogni 2 di K+ all’interno.

I neuroni rispondono agli stimoli

Uno stimolo elettrico, chimico e meccanico può alterare il potenziale di riposo, aumentando la permeabilità della membrana al sodio.

Membrana depolarizzata: quando uno stimolo fa sì che il potenziale di membrana diventi più vicino allo zero (meno negativo del potenziale di riposo). Poiché la depolarizzazione induce un neurone a trasmettere un impulso nervoso, si dice che è eccitatoria.

Membrana iperpolarizzata: quando il potenziale di membrana diventa più negativo del potenziale di riposo. L’iperpolarizzazione diminuisce la capacità del neurone di generare un impulso nervoso, inibitoria.

Il potenziale graduato è una risposta locale, che può funzionare come segnale solo entro brevi distanze. Maggiore è lo stimolo, maggiori sono le variazioni di permeabilità ed il cambiamento del potenziale di membrana.

Un potenziale d’azione è generato da un flusso di Na+ in entrata e di K+ in uscita

Se lo stimolo è forte, rapida ed ampia variazione del potenziale di membrana fino ad un punto critico detto livello soglia. A questo punto il neurone dà via ad un impulso nervoso detto potenziale d’azione. (tutte le cellule possono generare un potenziale graduato ma solo le cellule nervose, muscolari ed alcune endocrine ed immunitarie possono generare potenziali d'azione).