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 non regolati induce una ineguale
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: -90 mV
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
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 in soluzione nel citoplasma 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’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) grazie alla presenza di canali selettivi regolati.
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)
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
Sono sommabili
Non sono sommabili
Non presentano refrattarietà
Presentano refrattarietà, ma
sono caratterizzati da una
frequenza di scarica
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