Riassunto Fondamenti I° Modulo

FONDAMENTI I° MODULO - Membrana parzialmente permeabile; i movimenti delle specie ioniche sono dovuti a:

- GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE

- GRADIENTE ELETTRICO

La situazione di equilibrio tra questi due gradienti è calcolabile con l'equazione di Nerst, ovvero quando non vi è flusso netto di cariche.

- Dentro la cellula si hanno ioni: Potassio K+; Cloro Cl-; Sodio: Na+ - capaci di attraversare la membrana

- Nei liquidi extracellulari si hanno ioni: Sodio: Na+; Cloro: Cl-

Potenziali di equilibrio: K: -75 mV; Na: +55 mV; Cl: -65 mV

Il potenziale di membrana delle cellule gliali è predicibile con l'equazione di Nerst, il potenziale di riposo no poiché è necessario conoscere anche la permeabilità della membrana - Equazione di Goldman

Il potenziale di membrana a riposo risulterà più vicino al potenziale di equilibrio del Potassio (conduttanza alta) che a quello del

Sodio (conduttanza bassa) – Pompa Sodio/Potassio ATPasi: Enzima che permette di togliere dalla cellula 3 ioni Na+ in cambio di 2 ioni K+ in entrata. Questo per evitare la continua entrata di sodio e la continua uscita del potassio che porterebbe ad annullare le differenze di concentrazione e quindi il potenziale di membrana. - Trasferisce, contronatura, gli ioni dal compartimento a concentrazione minore a quello a concentrazione maggiore. - Potenziale di Riposo: situazione di equilibrio "attivo", mantenuto stabile a spese del metabolismo cellulare (consumo ATP), in cui il flusso di sodio in entrata e quello di potassio in uscita sono determinati dal rapporto fra le correnti Na e K della pompa Sodio/Potassio. Segnali nervosi: variazioni di Vm rispetto al potenziale di riposo. Iperpolarizzazione: rimozione di cariche positive dal citoplasma; risposta passiva Depolarizzazione: fornisco cariche positive al citoplasma; risposta passiva Potenziale di Azione: stimolo, sufficiente a

superare la soglia, ad innescare risposte attive.–

Fase Ascendente: veloce variazione di Vm (fino a +40 mV) che dai valori negativi di riposo si porta rapidamente a valori positivi. In questa fase, la corrente Na+ fluisce attraverso conduttanze di membrana selettive per il Sodio che hanno proprietà di aprirsi solo se il potenziale di membrana varia in senso depolarizzante. Corrente di rapida attivazione e di rapida inattivazione -> Voltaggio Dipendenti–

Fase di Ripolarizzazione: segue la fase ascendente; rapida ripolarizzazione della membrana che porta Vm ai suoi valori di riposo. In questa fase, la corrente K+ del potenziale di azione fluisce attraverso conduttanze di membrana selettive per il potassio che hanno la proprietà di aprirsi solo se il potenziale di membrana varia in senso depolarizzante. Questa corrente è tardiva e di più lenta attivazione e la cui inattivazione si ha solo con il ritorno del potenziale di membrana a valori di riposo.

→ Voltaggio Dipendenti– Periodo Refrattario:- Assoluto: la membrana è totalmente incapace di generare PdA perché i canali sodio Vdip si chiudono ed entrano in stato di inattivabilità fino al raggiungimento del Vm a riposo.- Relativo: dipende dal fatto che la conduttanza al potassio è temporaneamente maggiore che a riposo e quindi per innescare un altro ciclo autorigenerativo di deve aprire un numero maggiori di canali sodio Vdip (maggiore depolarizzazione). – Il potenziale di azione termina perché la corrente sodio si inattiva e si attiva la corrente potassio tardiva di segno opposto.– Ciclo autorigenerativo della corrente Sodio: è alla base del ciclo del potenziale di azione; aumentare la permeabilità al sodio, sposta Vm verso potenziali positivi depolarizzanti. La depolarizzazione, a sua volta, aumenta la conduttanza per il sodio e quindi la corrente.– Se la depolarizzazione non raggiunge la soglia, la corrente

Sodio Vdip viene controbilanciata deall'aumento della corrente postassio passiva della membrana -> no ciclorigenerativo -> no potenziale d'azione. – Al contrario, la corrente potassio passiva non riesce a controbilanciare l'entrata del sodio equindi si innesca il ciclo rigenerativo. La soglia di innesco al monticolo assonico è tra -50e -35 mV. CANALI IONICI Canali Ionici: sono alla base della capacità degli ioni di attraversare la membrana. – Sono proteine integrali di membrana con strutture molecolari e funzioni diverse; formate da uno o più subunità. – Formano un poro acquoso transmembrana a ioni carichi positivamente o negativamente. – Sono selettivi (Na+; Ca2; K+; Cl-; H2O) – Hanno meccanismi di apertura (voltaggio; agonisti; 2i messaggeri) – Cinetiche di attivazione (inattivazione e deattivazione) – Blocco da ioni, farmaci e tossine. – Per attraversare il punto più stretto del poro (filtro)di una cellula è di circa -70 mV. Questo potenziale è mantenuto grazie all'azione combinata dei canali ionici passivi e attivi presenti nella membrana cellulare. I canali ionici passivi sono sempre aperti e permettono il passaggio degli ioni attraverso la membrana in base al loro gradiente di concentrazione. Questi canali sono fondamentali per l'esistenza del potenziale di riposo, in quanto consentono il flusso di ioni verso l'interno o l'esterno della cellula, mantenendo così una differenza di carica elettrica tra i due lati della membrana. I canali ionici attivi, invece, sono regolati dal voltaggio e si aprono o si chiudono in risposta a variazioni del potenziale di membrana. Questi canali possono essere di diversi tipi, come quelli controllati meccanicamente (che rispondono a stimoli fisici), quelli controllati da ligandi (che rispondono a molecole segnale) e quelli controllati dal voltaggio (che rispondono a variazioni del potenziale di membrana). Un esempio di canale ionico attivo controllato dal voltaggio è il canale del sodio (PdA), che si apre quando il potenziale di membrana raggiunge un certo valore soglia. Questo permette l'ingresso di ioni sodio nella cellula, generando un potenziale d'azione che si propaga lungo la membrana. Un altro meccanismo importante per il mantenimento del potenziale di riposo è la pompa sodio/potassio, che utilizza energia per trasportare attivamente ioni sodio all'esterno della cellula e ioni potassio all'interno, contro il loro gradiente di concentrazione. Questa pompa contribuisce a mantenere la differenza di carica elettrica tra i due lati della membrana. In conclusione, il potenziale di riposo di una cellula è il risultato dell'equilibrio tra i flussi di ioni attraverso i canali ionici passivi e attivi, e dell'azione della pompa sodio/potassio. Questo equilibrio è fondamentale per il corretto funzionamento delle cellule e dei tessuti.potenziale di riposo.

Potenziale di riposo dello ione.– Sopra il potenziale di riposo la corrente è positiva e inibitoria poiché si oppone ai potenziali d'azione del neurone. Al contrario, depolarizzerebbe la cellula fino al raggiungimento del potenziale di riposo.– Più lontano dal potenziale di riposo la corrente diventa positiva (esce dal neurone) iperpolarizzando la cellula.– Esempio: Canale Sodio durante PdA1. Riposo, -60 mV, non c'è corrente che attraversa la membrana -> canale chiuso2. La membrana si depolarizza3. Il canale Na+ Vdip si apre brevemente4. Passa la corrente Sodio Vdip5. S'innesca l'inattivazione e il canale si chiude6. La corrente smette di passare7. Il canale a questo punto ha la porzione Vdip aperta, ma il canale non fa passare corrente perché è chiuso nella parte non Vdip -> periodo refrattario (chiuso e inattivabile)8. Il Vm torna a riposo grazie alla corrente potassio9. Il cancello di inattivazione si

apre e la porta Vdip si chiude -> canale chiuso e attivabile

La membrana ha diverse proprietà, tra cui il numero ed il tipo di canali ionici inseriti in quel tratto. Alcuni canali sono ubiquitari in tutti i neuroni e in tutti i compartimenti (canali potassio passivi), altri sono presenti in quasi tutti i neuroni ma non in tutti i compartimenti (canali del ciclio del PdA, canali calcio Vdip) ed altri sono presenti solo in alcuni neuroni (canali a controllo meccanico, canali potassio/calcio dipendenti, canali calcio a bassa soglia.

Canali Potassio/Calcio dipendenti: caratteristica di adattamento consentendo al neurone di non rispondere a stimoli prolungati. Se blocco l'ingresso del calcio non si aprono ed il neurone risponderà per tutto il tempo che lo stimolo è presente.

Canali Calcio Voltaggio Dipendenti: Canali a bassa soglia (< -50 mV del potenziale di membrana); Canali ad alta soglia (> -40 mV del potenziale di membrana) comprendono i

canali L (lunga durata) e canali N (neuronali).

Canali a controllo Meccanico: espressi dai meccanocettori; trasformano un segnale meccanico in segnale elettrico.

Canali Calcio a bassa soglia: possono creare delle oscillazioni del potenziale di membrana e si aprono con una minima depolarizzazione; caratterizzano i neuroni che devono poter transitare da uno stato come quello di sonno/veglia.

PROPAGAZIONE DEL POTENZIALE D'AZIONE

La propagazione di un segnale avviene in via unidirezionale dal monticolo assonico al terminale assonico, attraverso l'assone.

Per comprendere i meccanismi alla base della propagazione del PdA occorre considerare cosa succede se si verifica una depolarizzazione in un punto lungo l'assone. In quel punto il potenziale intracellulare è più positivo rispetto ai tratti di membrana adiacenti. Le cariche positive intracellulari, quindi, diffondono all'interno dell'assone dal punto in cui è avvenuta la depolarizzazione.

Propagazione Elettrotonica: diffusione intra-assonale che porterà il potenziale intracellulare a valori più positivi anche in tratti dell'assone che non erano originariamente interessati dalla depolarizzazione iniziale. Essa si attenua mano a mano che ci si allontana dal punto iniziale, in quanto parti delle cariche che fluiscono intracellularmente si disperdono nel mezzo extracellulare attraverso i canali passivi (la variazione di Vm indotta nel punto iniziale si attenuerà con la distanza, fino a scomparire). - Costanza di spazio (o Lambda): distanza a cui la depolarizzazione si è attenuata al 37% del valore iniziale. È determinata dalle dimensioni dell'assone e dalla resistenza di membrana. - Maggiore è la costante di spazio, maggiore sarà la lunghezza del tratto di assone depolarizzato dalla propagazione elettrotonica. - Tale propagazione

Non è sufficiente per trasmettere il segnale lungo tutto l'assone.