Lezione5 8potenzialedimembranae d'Azionedazione

IL POTENZIALE DI MEMBRANA

PNS, Fig 7-1

Assone di calamaro -70 mV

Fibra muscolare (rana) -90 mV

Globulo rosso (uomo) -10 mV

Neurone (gatto) -80 mV

Uovo (riccio di mare) -40 mv

Registrazione intracellulare

IL POTENZIALE DI MEMBRANA

PNS, Fig 7-1

Potenziale di membrana a riposo

�ineguale distribuzione degli ioni sui due versanti della membrana

�diversa permeabilità della membrana agli ioni

Dipende da:

Comparison of Ion Concentrations Inside and Outside a Typical Mammalian Cell

Component Intracellular Extracellular

Concentration (mM) Concentration (mM)

Cations

Na+ 5-15 145

K+ 140 5

Mg2+* 0.5 1-2

Ca2+* 10-7 1-2

H+ 7 × 10-5 4 × 10-5

(10-7.2 M or pH 7.2) (10-7.4 M or pH 7.4)

Anions

Cl- 5-15 110

Fixed anions** high 0

*The concentrations of Ca2+ and Mg2+ given are for the free ions in the cytosol. There is a total of about 20 mM Mg2+ and 1-2 mM Ca2+ in cells, but this is mostly bound to proteins and other substances and thus cannot leave the cell. Much of the total cell Ca2+ is stored within various organelles.**The fixed anions are the negatively charged small and large organic molecules that are trapped inside the cell, being unable to cross the plasma membrane.

Potenziale d’equilibrio

elettrochimico

We=-Wc

L’equazione di Nerst consente di calcolare il potenziale d’equilibrio

elettrochimico

We=-Wc

We=zFE

Wc=RTln[i] 1/[i] 2

zFE= -RTln[K +]1/[K +]2

E=RT ln [K +]2/[K +]1

ZF

EQUILIBRIO DI DONNAN

[K+]1 [Cl-]1=[K+]2 [Cl-]2

Il potenziale di membrana non è un pot. di equilibrio

Potenziale di diffusione

Potenziale di diffusione

Legge di Ohm I=Vxg La corrente è proporzionale la f.e.m e alla conduttanza (inverso della resistenza)

IK += (Vm –Ek) x gK+

INa+=(Vm-ENa+) x gNa+ IK + =-INa+

Potenziale di diffusione

RUOLO DELLA POMPA NA +/K+

Potenziale di membrana a riposo

�ineguale distribuzione degli ioni sui due versanti della membrana

�diversa permeabilità della membrana agli ioni

Dipende da:

VARIAZIONI DI PERMEABILITA’ IONICA MODIFICANO IL POTENZIALE DI MEMBRANA

POTENZIALE D’AZIONE

Risposta attiva di una cellula “eccitabile”(neuroni e fibre muscolari) causata da uno stimolo elettrico di intensità sufficiente e consistente in una rapida variazione del potenziale di membrana

Messaggio nervoso =

Potenziale d’azione neurale

PORZIONI FUNZIONALI DI UN NEURONE

TRASPORTO ASSOPLASMATICO

TIPI DI NEURONI

TIPI DI NEURONI

CELLULE GLIALI

S.N.C.

S.N.C.

S.N.P.

S.N.C.

E

S.N.P

Comunicazione nervosa

• Potenziali graduati• Potenziali d’azione

POTENZIALI ELETTROTONICI e POTENZIALI D’AZIONE

POTENZIALI D’AZIONE

POTENZIALE D’AZIONE

POTENZIALI D’AZIONE

Proprietà del Potenziale d’Azione

� Soglia di attivazione

� Evento tutto o nulla

� Periodo refrattario

� Si propaga lungo l’assone senza decremento (velocità m\s)

SOGLIA DI ATTIVAZIONE

Leggedel tutto o nulla: il p. o non c’è o ha la massima ampiezza

REFRATTARIETÀ

Proprietà potenziale d’azione: propagazione senza decremento

GENESI IONICA DEL POTENZIALE D’AZIONE Metodo del

Voltage-clamp

GENESI IONICA DEL POTENZIALE D’AZIONE Metodo del

Voltage-clamp

Registrazione della corrente per una depolarizzazione sovraliminare

Registrazione della corrente per depolarizzazioni a gradino

Separazioni delle correnti

La corrente precoce diretta

all’interno èveicolata dal

sodio

La corrente tardiva diretta

all’esterno è veicolata

dal potassio

Variazioni di conduttanza al variare del potenziale

Variazioni di conduttanza durante il potenziale d’azione

Variazioni di conduttanza durante il potenziale d’azione

Effetti sul potenziale di membrana dell’aperturadei canali ionici voltaggio-dipendenti per il Na+ e

per il K +

INa = gNa (Vm - ENa) IK = gK (Vm - EK)

Attivazione dei canali Na +

voltaggio-dipendenti

Il Na+ entra

Ulteriore depolarizzazione FEEDBACK

POSITIVO

L’ inattivazionedei canali Na +, ferma il ciclo

I canali lenti del K + si aprono

Il K+ esce

Ripolarizzazione

Depolarizzazione

Fase

ascendenteP

iccoF

ase discendente

CANALI IONICI VOLTAGGIO-DIPENDENTI

CANALI IONICI VOLTAGGIO-DIPENDENTI

Canali del sodio: chiusi – aperti -inattivati

Il canale del Na+ regolato dal voltaggio può adottare tre conformazioni

Modello del canale voltaggio dipendente per il Na+

Modello del canale voltaggio dipendente per il Na+

Modello del canale voltaggio dipendente per il Na+

Tecnica Patch clamp

Tecnica Patch clamp

Correnti singoli canali

Proprietà potenziale d’azione: soglia di attivazione

Proprietà potenziale d’azione: Legge del tutto o nulla

Proprietà potenziale d’azione: propagazione senza decremento

PROPRIETA’ DI CAVO

PROPRIETA’ DI CAVO

La propagazione della corrente in una fibranervosa è influenzata da ra and rm

∆Vm = I x rm

Costante di spazioλ = √rm/ra

Distanza alla quale il potenziale mostra un decadimento della sua ampiezza pari al 67%

Propagazione del potenziale d’azione

Assone di un nervo periferico

Conduzione saltatoria

Leggi della Conduzione saltatoria

�La velocità è Temperatura-dipendente

�Propagazione unidirezionale (fisiologicamente)

�Propagazione bidirezionale (sperimentalmente)

�Integrità anatomica e funzionale

�Velocità proporzionale al calibro della fibra

(fibre mieliniche: direttamente proporzionale a r

Fibre amieliniche: proporzionale a radice di r)

CONDUZIONE UNIDIREZIONALE