Schemi dal quaderno di fisiologia

POTENZIALE D’AZIONE

Nelle cellule eccitabili voltaggio-dipendenti, meccano-dipendenti, chemio-dipendenti uno stimolo adeguato (S) produce una

variazione del potenziale di membrana che se riesce a superare un valore di soglia innesca la generazione di un potenziale

d’azione.

Fasi del potenziale d’azione: +

a) Cellula a riposo. I canali voltaggio-dipendenti del sono chiusi e il potenziale di riposo è determinato dalla

+

permeabilità della membrana al .

b) Uno stimolo S genera una breve corrente depolarizzante fino al raggiungimento del valore soglia, in corrispondenza del

+

quale si aprono i canali del , che è soggetto sia a forza chimica che elettrica, che lo costringono ad entrare.

+

c) I canali di si aprono e lo ione inizia ad entrare, l’ingresso rende l’interno positivo e di conseguenza si aprono più

+ +

canali di . Si ha un processo auto-rigenerativo dove più entra tanto più il potenziale cresce, e più canali per

+ +

si aprono. Questo processo prosegue fino a raggiungere il potenziale di equilibrio di e a quel punto

diminuisce la quantità di ione che entra.

+ + +

∆

d) I canali di si inattivano ed inizia l’apertura ritardata dei canali per . Il che agisce sul è alto e nella fase di

+ +

ripolarizzazione la conduttanza al raggiunge il suo massimo e l’uscita di contribuisce alla ripolarizzazione della

membrana. +

e) La ripolarizzazione prosegue fino a raggiungere il valore del potenziale di equilibrio del e si ha una

iperpolarizzazione postuma.

+ +

f) cessa di uscire e canali per il voltaggio-dipendenti iniziano a chiudersi, e rimangono aperti solo quelli utili a

+

garantire il potenziale di riposo. Vengono recuperati i canali per che passano dallo stato inattivo a quello chiuso

pronti per il prossimo potenziale d’azione. +

Si ha un periodo refrattario che corrisponde alla fase di recupero dei canali voltaggio-dipendenti del a partire dalla

loro inattivazione e questa fase dura circa 2-3 ms. + + + +

/

g) Il neurone torna alla condizione di riposo e la pompa -ATPasi ripristina le concentrazioni di fuori e

+ +

dentro, trasportando verso l’esterno 3 e 2 verso l’interno, consumando ATP.

2

SINAPSI

La sinapsi è una struttura specializzata per la comunicazione tra cellule eccitabili e consente il trasferimento di segnali elettrici.

A seconda del meccanismo di trasmissione del segnale le sinapsi possono essere

• →

Elettriche segnale elettrico passa direttamente da cellula presinaptica a cellula postsinaptica

• →

Chimiche trasferimento del segnale tramite neurotrasmettitori dalla cellula presinaptica a quella postsinaptica

Sinapsi elettriche

Membrane cellulari di cellule adiacenti sono

collegate da giunzioni comunicanti (gap

junction) costituite da canali proteici di

connessione. I canali di connessione sono

costituiti da coppie congiunte di emicanali

detti complessivamente connessoni.

Ogni connessone è composto da sei

connessine disposte circolarmente attorno al poro centrale del canale. Le connessine ruotando modificano il grado di apertura

del canale così da consentire o meno il passaggio di sostanze sotto lo stimolo di segnali elettrici/chimici.

Quindi correnti applicate ad una cellula si propagano nell’altra tramite sinapsi elettriche, fluendo attraverso i connessoni, in

quanto questi canali proteici consentono il passaggio di correnti elettrotoniche facendo fluire gli ioni. Le sinapsi elettriche non

permettono l’integrazione di più segnali sinaptici ma permettono rapide comunicazioni tra cellule adiacenti.

All’interno del sistema nervoso sono localizzate dove è necessaria una rapida trasmissione del segnale e dove è richiesta la

sincronizzazione dell’attività elettrica di più cellule eccitabili.

Sinapsi chimica

Sinapsi chimica comprende terminale presinaptico/bottone

sinaptico, spazio sinaptico e membrana sinaptica.

Neurotrasmettitore si lega a specifici recettori localizzati sulla

membrana postsinaptica modificandone la permeabilità agli ioni;

questa modificazione delle permeabilità ionica determina un

cambiamento del potenziale di membrana (potenziale

postsinapstico = PPS) →

Contatti sinaptici della sinapsi chimica asso-dendritiche / asso-assoniche / asso-somatiche

Funzionamento sinapsi chimica

1. Nel terminale presinaptico i neurotrasmettitori sono contenuti in vescicole dette vescicole sinaptiche

2. Il potenziale d’azione generato a livello del cono d’emergenza si propaga lungo l’assone fino a raggiungere la membrana

presinaptica ++

3. La depolarizzazione della terminazione presinaptica provoca l’apertura di canali voltaggio-dipendenti per il .

++

4. Si genera un flusso di ioni che tendono ad entrare secondo gradiente elettrochimico, generando un aumento

++

della concentrazione intracellulare di a livello della terminazione presinaptica.

++

5. L’aumento della concentrazione intracellulare di innesca l’esocitosi delle vescicole sinaptiche

6. Il terminale assonico del neurone presinaptico rilascia il neurotrasmettitore nella fessura sinaptica e tende a diffondersi

rapidamente verso la membrana postsinaptica

7. Neurotrasmettitore si lega ai recettori di membrana postsinaptica (recettori ionotropici o metabotropici) aprendo o

chiudendo i recettori-canale

8. L’apertura dei recettori-canale stimola l’apertura dei canali voltaggio-dipendenti e il potenziale d’azione riprende nella

cellula postsinaptica e continua a propagarsi

9. Si ha il recupero del neurotrasmettitore diffuso nella fessura sinaptica e delle vescicole attraverso ricaptazione e il

neurotrasmettitore che non viene ricaptato diffonde nell’ambiente extracellulare

3

Meccanismo rilascio vescicolare ++ ++

Stimolo elettrico fa aprire canali ionici per il e lo ione inizia a entrare provocando la fusione delle vescicole.

I meccanismi della esocitosi regolata mediante i quali le vescicole si fondono con la membrana presinaptica rilasciando

neurotrasmettitore, coinvolgono l’interazione di proteine associate alla membrana delle vescicole stesse, proteine

citoplasmatiche e proteine legate alla membrana plasmatica.

Gruppi di vescicole nella terminazione presinaptica:

• Pool vescicole prontamente disponibili (PPR)→ situate a ridosso della membrana presinaptica in corrispondenza delle

zone attive, pronte per rilasciare il neurotrasmettitore

• Pool di riserva (PR)→ si trovano a maggiore distanza dalla membrana e sono ancorate al citoscheletro attraverso la

proteina sinapsina che ha alta affinità per l’actina

++

L’ingresso di determina la fosforilazione della sinapsina riducendone l’affinità per l’actina, e promuovendo il distacco delle

vescicole associate. Le vescicole che si distaccano vengono poi trasportate verso una zona attiva della membrana presinaptica.

Una volta che la vescicola è arrivata in prossimità della membrana presinaptica lo snare-complex assicura il corretto ancoraggio

++

ai siti attivi in prossimità dei canali voltaggio-dipendenti.

Lo snare-complex comprende proteine della membrana vescicolare (sinaptobrevina) e proteine della membrana presinaptica a

livello delle zone attive (sintaxina e SNAP-25).

Sinaptobrevina, sintaxina e SNAP-25 interagiscono tra loro a formare un complesso proteico dove si ha un reciproco

avvolgimento ad elica che genera una forza traente che porta la membrana vescicolare a contatto con quella presinaptica. Il

++

legame di ad una proteina

induce un cambio di conformazione

che consente di interagire con lo

snare-complex, ed infine si crea un

poro di fusione che fa fondere le due

membrane.

Una volta terminata l’esocitosi deve

essere eseguita la

rimozione/distaccamento della

membrana vescicolare. Dal distacco

della membrana presinaptica si ottiene

una vescicola neoformata che viene

indirizzata verso il pool di riserva dove

viene riempita di neurotrasmettitore

ad opera di specifici trasportatori

vescicolari.

Ogni vescicola libera una quantità fissa

di neurotrasmettitore (quanto).

Il numero di vescicole che si fondono con la

membrana dipende dalla concentrazione di ioni

++

nel terminale, la quantità di vescicole che si

fondono è proporzionale alla concentrazione,

++

quindi maggiore sarà la concentrazione di

maggiore sarà la quantità di neurotrasmettitore

liberato. ++

La concentrazione di nel citoplasma a sua

volta dipende dalla frequenza di potenziali

d’azione nel neurone presinaptico, quanto

maggiore è la frequenza di stimoli in arrivo, tanto

++

maggiore sarà la concentrazione di , di

conseguenza maggiore sarà il neurotrasmettitore

rilasciato.

4