K+ è lo ione

Equilibrio osmotico
tra liquido intracellulare e liquido extracellulare (e plasma)
Liquido
Liquido
intracellulare extracellulare
Na+
10
140
K+
140
5
Cl5
35
HCO310
35
grandi anioni
proteine
190
0
mM
Ma non c’è equilibrio chimico!!!!
E le cariche elettriche?
COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA CELLULA
K+ è lo ione (catione) prevalente nella cellula
Na+ è lo ione (catione) prevalente nel liquido extracellulare
Cl- è lo ione (anione) prevalente nel liquido extracellulare
Ioni fosfato e proteine (anioni) sono prevalenti nella cellula
SQUILIBRIO ELETTRICO TRA cellula e liquido extracellulare
1
Potenziale di membrana a riposo
L’equilibrio osmotico NON richiede che le specie ioniche nel liquido
intra/extra siano uguali. La presenza nelle membrane cellulari di
canali ionici selettivi
seletti i non regolati induce
ind ce una
na ineguale
ineg ale
distribuzione degli ioni tra liquido intracellulare ed extracellulare.
Questa differenza di composizione è mantenuta attraverso l’attività
di pompe ioniche proteiche (Na+-K+-ATPasi)
ESEMPI:
Fibra muscolare:
Fib
l
-90
90 mV
V
Globulo rosso: -10 mV
Adipociti: -40 mV
Cellule gliali: -75 mV
La membrana cellulare (isolante) consente la separazione di cariche
Doppio strato lipidico
Equilibrio osmotico, elettrico e
chimico
Presente una pompa
Si forma un gradiente elettro-chimico
e si mantiene l’equilibrio osmotico
Conduttore: materiale in cui le cariche positive e negative possono muoversi liberamente
Isolante: materiale in cui le cariche non possono muoversi
2
La presenza di canali conferisce permeabilità selettiva alla membrana
La permeabilità selettiva delle membrane biologiche dà origine a
compartimenti (intracellulare e extracellulare)
chimicamente e elettricamente differenti (disequilibrio elettro-chimico),
ma con la stessa concentrazione totale di soluti.
mM
Liquido
intracellulare
Na+
K+
ClHCO3grandi anioni
proteine
t i
10
140
5
10
190
Liquido
extracellulare
140
5
35
35
0
Le cellule viventi utilizzano energia per mantenere il
disequilibrio ellettro-chimico,
ma sono in equilibrio osmotico (cioè l’acqua è distribuita
omogeneamente)
3
Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio
Cellule nervose e muscolari: da -40 a -90 mV
Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio
Potenziale elettrochimico
K+ intra = 150mM
K+ extra = 5mM
EK = -90mV
Equazione di Nerst
4
Potenziale elettrochimico
Energia potenziale posseduta da una mole
(6,02X1023 atomi, ioni o molecole) di ioni in funzione
della loro concentrazione e del potenziale
elettrico
Permette di confrontare il contributo relativo del:
gradiente chimico (concentrazione dello ione) e
del gradiente ellettrico (carica dello ione)
Potenziale di equilibrio del sodio
Na+ intra = 15mM
Na+ extra = 150mM
ENa = +60mV
Cellula permeabile a più ioni
5
Condizioni da rispettare
1. Legge di conservazione della carica elettrica
(l’organismo è elettricamente neutro).
2. Cariche opposte si attraggono, mentre cariche dello
stesso tipo si respingono.
3. La separazione delle cariche richiede energia.
4. La concentrazione osmotica degli ioni e delle
molecole
l
l iin soluzione
l i
nell citoplasma
it l
d
deve essere
uguale a quella del liquido extracellulare
Variazioni di permeabilità ionica modificano il potenziale di membrana
6
Na+/K+-ATPasi
Le variazioni del potenziale di membrana sono dovute a
flussi ionici dovuti all
all’apertura
apertura di canali regolati selettivi che
provocano variazioni nelle condizioni di equilibrio.
Il ripristino delle condizioni iniziali è dovuto all’attività della
pompa Na/K ATPasi che presenta un’attività continua.
Questa attività costa energia (ATP).
Questa pompa è definita “elettrogenica”, in quanto trasporta
3 ioni sodio dal citoplasma al liquido extracellulare e 2 ioni
potassio nella direzione opposta.
Membrane eccitabili
Capaci di sviluppare variazioni del potenziale di riposo
((segnali)
g
)g
grazie alla p
presenza di canali selettivi regolati.
g
Tali segnali elettrici possono essere di due tipi, a seconda
della distribuzione e del tipo di canale regolato presente in
membrana:
Potenziali locali (= graduati): richiedono la presenza di canali
chemo dipendenti (esempio: recettore dell’acetilcolina)
chemo-dipendenti
dell acetilcolina)
Potenziali propagati (= d’azione): richiedono la presenza di
canali voltaggio-dipendenti selettivi (sodio, potassio, calcio)
7
Potenziali locali
Canale
chemio-dipendente
Canale regolato
indirettamente
Potenziali locali: decadono di intensità
8
Potenziali locali:
sono sommmabili
Potenziali d’azione
9
Potenziali locali
Potenziali propagati
Si trasmettono con decadimento
di segnale
Sono caratterizzati da un’elevata
velocità di propagazione
Sono graduati
Hanno intensità (ampiezza)
costante
La loro durata è comparabile a
quella degli stimoli che li
generano
Sono segnali transitori
S
Sono
sommabili
bili
N sono sommabili
Non
bili
Non presentano refrattarietà
Presentano refrattarietà, ma
sono caratterizzati da una
frequenza di scarica
10