FONDAMENTI ANATOMO-FISIOLOGICI
DELL’ATTIVITA’ PSICHICA
Il potenziale di membrana a riposo
Per poter comprendere il potenziale di membrana a riposo
dobbiamo considerare:
i fluidi ricchi di sali presenti su entambe le facce della
membrana;
la membrana stessa;
le proteine che la attraversano.
1
L’acqua è il principale costituente del fluido presente all’interno del
neurone,Il fluido intracellulare, e del fluido in cui è immerso il neurone, il
fluido extracellulare. Atomi caricati elettricamente, ioni, sono disciolti in
acqua e sono proprio questi i responsabili dei potenziali a riposo e d’azione
Qualche richiamo di chimica…
Gli ioni
Gli ioni sono molecole o atomi che hanno una carica elettrica netta. Ad
esempio il sale da cucina, NaCl, è composto da due ioni tenuti insieme
da un legame detto appunto ionico. In acqua, che è una sostanza polare,
il sale si scioglie dando origine agli ioni Na+ e Cl-.
Gli ioni con una carica elettrica positiva sono detti cationi, quelli con una
carica negativa sono detti anioni.
La membrana cellulare, o membrana plasmatica, è una struttura che separa
l’interno di una cellula dall’ambiente esterno.
2
Membrana cellulare: doppio strato lipidico in cui sono incluse proteine di
segnale e proteine di canale
La membrana cellulare è costituita di un
doppio strato fosfolipidico ed isola
efficacemente il citosol dal fluido
extracellulare
3
Il potenziale di membrana è dovuto ad una differenza di
carica tra l’interno e l’esterno della cellula.
Il potenziale di membrana di un neurone a riposo misura circa -70
millivolt (mV), cioè il potenziale di un neurone all’interno della
cellula è minore di circa 70 mV rispetto al liquido extracellulare. Il
neurone allo stato di riposo è polarizzato.
4
Misurazione del potenziale di membrana
-70
FATTORI
FATTORI CHE
CHE GENERANO
GENERANO IL
IL POTENZIALE
POTENZIALE DI
DI MEMBRANA
MEMBRANA A
A RIPOSO
RIPOSO
•• Forza
Forza di
di diffusione
diffusione
•• Forza
Forza di
di pressione
pressione elettrostatica
elettrostatica
Caratteristiche
Caratteristiche della
della membrana
membrana
Tendono
Tendono aa mantenere
mantenere la
la
distribuzione
distribuzione di
di carica
carica
uguale
uguale ai
ai due
due lati
lati della
della
membrana
membrana
Sono
Sono responsabili
responsabili della
della
diversa
diversa distribuzione
distribuzione di
di
carica
carica ai
ai due
due lati
lati della
della
membrana
membrana
5
Diffusione:
Diffusione:
èè ilil processo
processo tramite
tramite ilil quale
quale le
le molecole
molecole si
si
distribuiscono
in
modo
uniforme
all’interno
del
mezzo
in
distribuiscono in modo uniforme all’interno del mezzo in
cui
cui sono
sono disciolte.
disciolte. IlIl movimento
movimento delle
delle molecole
molecole va
va da
da
regioni
di
alta
concentrazione
a
regioni
di
minore
regioni di alta concentrazione a regioni di minore
concentrazione
concentrazione
Pressione
Pressione elettrostatica:
elettrostatica:
èè la
la forza
forza di
di attrazione
attrazione tra
tra particelle
particelle atomiche
atomiche dotate
dotate di
di
segno
opposto,
oppure
la
forza
di
repulsione
segno opposto, oppure la forza di repulsione tra
tra
particelle
particelle atomiche
atomiche dotate
dotate disegno
disegno uguale.
uguale.
Nello stato di riposo, più ioni Na+ e Cl- sono all’esterno del neurone,
mentre più ioni K+ e proteine- sono all’interno
6
Caratteristiche
Caratteristiche della
della membrana
membrana responsabili
responsabili della
della
differente
differente distribuzione
distribuzione di
di carica
carica ai
ai due
due lati
lati della
della
membrana
neuronale
nel
potenziale
a
riposo
membrana neuronale nel potenziale a riposo
Differente
Differente permeabilità
permeabilità della
della
membrana
ai
diversi
membrana plasmatica
plasmatica
ai
diversi
++
-tipi
di
ioni:
K
e
Cl
diffondono
tipi di ioni: K e Cl diffondono con
con
facilità
la
membrana,
gli
facilità attraverso
attraverso
la
membrana,
gli
++
ioni
Na
passano
con
molta
ioni Na passano con molta
difficoltà,
difficoltà, mentre
mentre le
le proteine
proteine non
non
passano
affatto
passano affatto
Presenza
Presenza nella
nella membrana
membrana
della
pompa
della pompa sodio-potassio:
sodio-potassio:
èè un
un meccanismo
meccanismo attivo
attivo che
che
richiede
apporto
di
richiede apporto di energia
energia
Concentrazione relativa di alcuni importanti ioni all’interno e all’esterno del
neurone, e le forze che agiscono su di essi. Le dimensioni relative dei rettangoli
indicano le concentrazioni relative di questi quattro ioni. A- : proteine; K+: potassio;
Cl -: cloro; Na +: sodio
7
POMPA SODIO-POTASSIO
POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO
8
Tabella
delle
Tabella riassuntiva
riassuntiva dei
dei fattori
fattori responsabili
responsabili
delle differenze
differenze di
di
++e proteine intracellulari)
concentrazione
intracellulare
(ioni
k
concentrazione intracellulare
(ioni
k
e
proteine
intracellulari)
+
ed
edextracellulare
extracellulare(ioni
(ioniNa
Na+eeCl
Cl)-)
Proteine
Proteine intracellulari:
intracellulari: sono
sono cariche
cariche negativamente
negativamente ee rimangono
rimangono
rimangono
dentro
la
cellula
perché
non
possono
attraversare
rimangono dentro la cellula perché non possono attraversare la
la
membrana.
membrana.
+
Ioni
Ioni KK+:: possono
possono passare
passare attraverso
attraverso la
la membrana
membrana tramite
tramite canali
canali
passivi
passivi (sempre
(sempre aperti)
aperti) specifici
specifici per
per ilil potassio.
potassio. Sono
Sono spinti
spinti fuori
fuori dal
dal
neurone
dal
gradiente
di
concentrazione:
questa
forza
neurone dal gradiente di concentrazione: questa forza èè
parzialmente
parzialmente bilanciata
bilanciata dal
dal gradiente
gradiente elettrostatico
elettrostatico che
che spinge
spinge ilil
potassio
verso
l’interno.
E’
pertanto
necessario
un
meccanismo
potassio verso l’interno. E’ pertanto necessario un meccanismo
attivo
attivo (pompa
(pompa sodio-potassio)
sodio-potassio) che
che porti
porti all’interno
all’interno k+
k+ per
per rendere
rendere
conto
dell’elevata
concentrazione
intracellulare
di
questo
ione.
conto dell’elevata concentrazione intracellulare di questo ione.
Tabella
Tabella riassuntiva
riassuntiva dei
dei fattori
fattori responsabili
responsabili delle
delle differenze
differenze di
di
concentrazione
concentrazione intracellulare
intracellulare (ioni
(ioni k+
k+ ee proteine
proteine
intracellulari)
intracellulari)ed
edextracellulare
extracellulare(ioni
(ioniNa+
Na+eeCl-)
Cl-)
Ioni
Ioni ClCl- :: possono
possono passare
passare attraverso
attraverso la
la membrana
membrana tramite
tramite canali
canali
passivi
(sempre
aperti)
specifici
per
il
cloro.
Sono
spinti
passivi (sempre aperti) specifici per il cloro. Sono spinti fuori
fuori dalla
dalla
cellula
celluladal
dalgradiente
gradienteelettrostatico.
elettrostatico.Man
Manmano
manoche
chela
laconcentrazione
concentrazione
esterna
esterna aumenta
aumenta sono
sono spinti
spinti all’interno
all’interno dal
dal gradiente
gradiente di
di
concentrazione.
All’equilibrio,
che
è
pari
a
-70
mV,
gli
ioni
concentrazione. All’equilibrio, che è pari a -70 mV, gli ionicloro
clorosono
sono
maggiormente
maggiormenteconcentrati
concentratiall’esterno.
all’esterno.
+
Ioni
sia ilil gradiente
gradiente di
di concentrazione
concentrazione sia
sia quello
quello elettrostatico
elettrostatico
Ioni Na
Na+:: sia
tendono
a
spingere
il
sodio
all’interno
del
neurone;
la
membrana
tendono a spingere il sodio all’interno del neurone; la membrana èè
però
peròpoco
pocopermeabile
permeabilealla
alladiffusione
diffusionepassiva
passivadi
di questo
questo ione.
ione. Questa
Questa
caratteristica
intrinseca
della
membrana
stessa
e
la
presenza
caratteristica intrinseca della membrana stessa e la presenza della
della
pompa
pompa sodio-potassio
sodio-potassio fanno
fanno sisi che
che all’esterno
all’esterno della
della cellula
cellula vivi sia
sia
una
elevata
concentrazione
dello
ione
sodio.
una elevata concentrazione dello ione sodio.
9
