potenziale di membrana e d`azione

Si è ipotizzato che il potenziale di membrana fosse un potenziale di
Equilibrio del K descritto dall’eq. di Nerst :
Em= -RT/ZF 2.3log [K]i / [K]o
Registrazione del potenziale di membrana
Potenziale di membrana in fibra muscolare
di rana
Liquido intracellulare
mM
Na 20
K 139
Cl
4
Pr
Liquido extracellulare
Em
mM
120
ENa = 45 mV
2.5
EK = -102 mV
120
ECl = -88 mV
- +
90 mV
Perché non siamo di fronte a un equilibrio di Donnan?
• -il potenziale EK = 0.058 log 2.5/139 = -102 > Em
• -a basse[K]o Em non segue la legge di Nerst
• -Na non é impermeabile
Il potenziale di membrana é un potenziale di diffusione
allo stato stazionario:
Em= -RT/ZF 2.3log [K]i+PNa [Na]i
pK=1 pNa=0.03 (cm/s)
[K]o+PNa [Na]o
IL POTENZIALE DI MEMBRANA E’ UN POTENZIALE
DI DIFFUSIONE ALLO STATO STAZIONARIO
DESCRITTO DALL’EQ. DI GOLDMAN HODGKIN E KATZ
Il sodio entra nella cellula e il potassio esce
+
+
RT
P
[K
]o
+
P
[Na
]o
+
P
[Cl
]i
K
Na
Cl
∆E = ______ ln _______________________________________
zF
PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o
P [ione] = flusso
Al numeratore flussi che depolarizzano la membrana
Al denominatore flussi che iperpolarizzano
Le concentrazioni sono mantenute costanti dalla pompa Na+/K+-ATPase
I canali mettono in comunicazione gli ambienti separati dalla
membrana e permettono il passaggio selettivo di ioni
Possono essere:
•aperti chiusi o inattivati
Il canale voltaggio dipendente del potassio
Mac Kinnon
Forza elettromotrice per Na, K e Cl a
livello della membrana plasmatica
Forza elettromotrice
chimica
e
Na+
elettrica
+
membrana
i
Na+
i
e
i
K+
Cl -
-
*PK =
+
membrana
-
*PNa =
-
membrana
Cl
Flusso
netto
+
K+
e
Forza elettromotrice
netta
_ * PCl =
-
_
Variazioni del potenziale di
membrana sono segnali biologici
Esistono due tipi di segnali elettrici:
I segnali locali e graduali (potenziali
postsinaptici, potenziali generatori dei
recettori sensoriali)
I potenziali d’azione che sono di tipo tutto o
nulla e propagati
I
Il potenziale di membrana regola la secrezione di insulina
Quando il glucosio ematico è basso non c’è produzione di insulina
Canali K che si aprono
Quando cala l’ATP
Quando il glucosio ematico è alto viene secreta insulina
depolarizzazione
Il potenziale di membrana è particolarmente importante nella fisiologia
Dei tessuti eccitabili costituiti da neuroni e fibre muscolari
1012 neuroni ciascuno con migliaia di sinapsi
Astrocita (verde) che avvolge un neurone
Funzioni delle cellule gliali
Misura del potenziale di membrana
in una cellula eccitabile
• Microelettrodi, volmetro oscilloscopio
• Stimolo adeguato (stimolo elettrico
depolarizzante)
• Si osserva la variazione del potenziale di
membrana (mV) nel tempo (ms)
ms
Il potenziale d’azione o impulso nervoso (spike)
mV
0
ms
Che cosa determina la
depolarizzazione iniziale?
La sommatoria degli eventi
sinaptici
Registrazione del potenziale d’azione
Microelettrodi,
Voltmetro
Oscilloscopio
Variazione delle permeabilità
ioniche
Il potenziale d’azione si genera in seguito a una
depolarizzazione grazie alla presenza di :
- canali ionici voltaggio dipendenti nella membrana
- gradienti elettrochimici di ioni tra cellula e
ambiente extracellulare
Canale a cancello chiuso
Canale a cancello aperto
Il canale del Na voltaggio dipendente ha due cancelli: di attivazione
E di inattivazione.
Al potenziale di riposo il cancello di attivazione è chiuso
In seguito alla depolarizzazione il cancello di attivazione si apre, il
Sodio entra nella cellula e depolarizza fino a invertire la polarità della
membrana, il potenziale tende al valore del potenziale di equilibrio
del Na
Il cancello di inattivazione si chiude.
Un canale inattivato non può aprirsi.
L’apertura di canali per il K determina fuoriuscita di potassio e
La ripolarizzazione della membrana
K
IL PA si sviluppa tra due valori limite: il potenziale di equilibrio del Na
E il potenziale di equilibrio del K
ENa
EK
Il potenziale d’azione è un processo a feed back positivo
S4: sensore voltaggio carico+
Ansa P conferisce
selettività
Canale del Na
Voltaggio
dipendente
Subunità accessorie
Canali del sodio voltaggio-dipendenti
Struttura Tridimensionale Della Subunità α
La tetrodotossina
• Veleno potentissimo
• Prodotto da batteri simbionti presente nel
pesce palla
• Coevoluzione ospite-parassita
• Utile per la ricerca
• Possibili farmaci
Canali del sodio voltaggio-dipendenti
Canali Del Sodio Voltaggio-dipendenti
Canali del potassio voltaggio-dipendenti
Come Si Muove Lo Ione K+ Attraverso Il Poro?
FILTRO
SELETTIVO
Lo ione è disidratato quando passa attraverso il filtro di selettività
IL POTENZIALE DI MEMBRANA E’ UN POTENZIALE
DI DIFFUSIONE ALLO STATO STAZIONARIO
DESCRITTO DALL’EQ. DI GOLDMAN HODGKIN E KATZ
+
+
RT
P
[K
]o
+
P
[Na
]o
+
P
[Cl
]i
K
Na
Cl
∆E = ______ ln _______________________________________
zF
PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o
Questa equazione descrive sia il potenziale di membrana a riposo che il
Potenziale d’azione. Durante il PA variano le perpeabilità ioniche
Il potenziale d’azione si propaga rapidamente
(100 m/s)
E senza decremento lungo l’assone
Le correnti locali si propagano con decremento
Le correnti locali depolarizzano la membrana
Si genera un nuovo potenziale d’azione
L’inattivazione dei canali del Na conferisce direzionalità al PA