Richiami di Fisiologia Cellulare

Richiami di Fisiologia Cellulare
Alcuni dati fondamentali
In tutte le cellule
1) vi è una membrana, di natura lipidica, che separa l’ambiente interno da quello
esterno; nella o sulla membrana sono abbondanti le proteine;
2) la concentrazione delle molecole, all’interno ed all’esterno, è quasi sempre
differente (il Mg2+ ed il bicarbonato hanno concentrazioni simili);
3) vi è una ΔV (≈-5  -90 mV) tra l’interno e l’esterno.
Ione
Na+
K+
Ca2+
ClHCO3ATP3-
C interna
(mM)
5
140
0.0001 (10-4)
20
10
2
C esterna
(mM)
140
3
2
120
25
tracce
Le proteine sono presenti nella cellula (membrana inclusa) e nel plasma e, al pH normale,
(circa 7.4), sono cariche negativamente.
La legge di Nerst
Supponiamo di avere una cellula con un canale permeabile al K+
K+=140 mM
K+= 3 mM
K+
- Qual è il potenziale VE che equilibra i flussi causati dalla ΔC?
VE=RT/ZF*ln (C1/C2); a 37 °C, VE=(0.061/Z) x (log(C1/C2))
-
Elettroneutralità
I pochi ioni necessari per generare il Vm sono addossati alla membrana; le soluzioni
intracellulari ed extracellulari sono neutre.
Trasporto di molecole
Il doppio strato lipidico presenta permeabilità diverse
alle varie molecole.
- Le molecole idrofobiche possono attraversare autonomamente
la membrana plasmatica.
- Le molecole polari attraversano la membrana con difficoltà;
maggiore è la dimensione maggiore è la difficoltà di
attreversare la membrana
-Le molecole poco permeabili usano due tipi di proteine di
membrana:
1. Proteine trasportatrici (carrier), che traslocano aminoacidi,
zuccheri e ioni (anche contro il potenziale elettrochimico)
2. Proteine canale (channel), che consentono il passaggio di
ioni lungo un poro acquoso (solo a favore di gradiente
elettrochimico)
I due tipi di proteine differiscono per la velocità di trasporto,
molto maggiore nei canali ionici
I canali ionici
•
I canali ionici sono proteine presenti nelle membrane che consentono il
passaggio degli ioni. I canali ionici possono essere molto selettivi (i canali per
il Na+fanno passare quasi esclusivamente solo il Na+) o poco selettivi (i canali
cationici fanno passare Na+, K+, Ca2)
•
I canali ionici, quando sono aperti, consentono il passaggio degli ioni, ma
questi i si muovono secondo il potenziale elettrochimico.
•
I canali ionici possono assumere tre conformazioni o stati:
1) Conformazione aperta: gli ioni possono passare
2) Conformazione chiusa: gli ioni non possono passare ma il canale può
aprirsi
3) Conformazione inattivata: gli ioni non possono passare ma il canale non
può aprirsi
•
Quali stimoli aprono i canali?
–
Il potenziale di membrana
–
Molecole chimiche (l’acetilcolina, per esempio)
–
Stimoli meccanici
Il potenziale d'azione della fibra nervosa
Nella fibra nervosa sono presenti canali al Na+(V) e canali al K+(V) delayed: se uno
stimolo depolarizza la fibra oltre una certa soglia si genera segnale elettrico detto
potenziale d’azione (della fibra nervosa). Di fatto, la depolarizzazione apre una frazione
dei canali al Na+(V) presenti sulla membrana cellulare, il Na+entra, depolarizza
ulterirormente la fibra, si aprono altri canali al Na+(V). L’ingresso di Na+ aumenta
sempre più , fino a quando tutti i canali al Na+ (apribili) si aprono ed il PdM raggiunge
circa 20 mV. I canali al Na+ quindi si inattivano e cominciano ad aprirsi quelli al K+
delayed. Esce K+, la cellula si ripolarizza, i canali al K+ delayed si chiudono e quelli al
Na+ passano dallo stadio inattivato a quello chiuso. Siamo tornati a -80 mV.
+20
0
-40
-80
0
0.5
1
(ms)
La soglia
Per evocare il PdA è necessario depolarizzare fino ad un
certo valore, detto soglia.
Le sinapsi (1)
Andamento temporale di I e di VM
Il mediatore interagisce con il recettore-canale: il canale si apre (aumenta fortemente la probabilità di
stare nello stato aperto). Il mediatore si stacca: il canale si chiude (aumenta fortemente la probabilità di
stare nello stato chiuso). Il ciclo si ripete; quando il mediatore scompare, il canale si chiude
defiitivamente. Il flusso modifica Vm. Quando il flusso torna a zero, Vm tornaal valore di
partenza, con una cinetica di tipo esponenziale.
Servono circa 20 ms perchè, cessato il flusso, Vm torni al
valore di partenza.
Le sinapsi (2)
Sommazione spaziale e
temporale.
La sommazione spaziale avviene quando
il mediatore chimico viene liberato quasi
simultaneamente da due o più terminali
presinaptici. I rispettivi potenziali postsinaptici si sommano. La sommazione
temporale avviene quando il mediatore
chimico viene liberato due o più volte
dallo stesso terminale presinaptico, in
rapida successione.
Si ha effettivamente sommazione se
viene liberato mediatore chimico prima
che sia svanita la modificazione di Vm
indotta della precedente liberazione di
mediatore.
Che cosa c'è che non va in questa
figura?
Propagazione dei segnali neuronali
I segnali elettrici si propagano
passivamente, secondo
la teoria del cavo, per brevi distanze
(mm) o mediante i PdA, anche per
lunghe distanze (m).

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