Si è ipotizzato che il potenziale di membrana fosse un potenziale diEquilibrio 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 Liquido extracellulare

Na 20 120 ENa = 45 mVK 139 2.5 EK = -102 mVCl 4 120 ECl = -88 mVPr

mM Em mM

- +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 impermeabileIl potenziale di membrana é un potenziale di diffusione allo stato stazionario: Em= -RT/ZF 2.3log [K]i+PNa [Na]ipK=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

Le concentrazioni sono mantenute costanti dalla pompa Na+/K+-ATPase

∆E = ______ ln _______________________________________RT

zF

PK [K+]o + PNa [Na+]o + PCl [Cl-]i

PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o

Il sodio entra nella cellula e il potassio esce

P [ione] = flussoAl numeratore flussi che depolarizzano la membranaAl denominatore flussi che iperpolarizzano

I canali mettono in comunicazione gli ambienti separati dalla membrana e permettono il passaggio selettivo di ioniPossono 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 elettrica

membrana

membrana

membrana

Na+e

i

e

i

e

i

Na+

K+

K+Cl -

Cl -

+

-

+

-

+

-

Forza elettromotricenetta

Flussonetto

_

*PNa =

*PK =

* 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 insulinaQuando il glucosio ematico è basso non c’è produzione di insulina

Canali K che si apronoQuando cala l’ATP

Quando il glucosio ematico è alto viene secreta insulina

depolarizzazione

Il potenziale di membrana è particolarmente importante nella fisiologiaDei 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

mV

0

Il potenziale d’azione o impulso nervoso (spike)

ms

Che cosa determina la depolarizzazione iniziale?

La sommatoria degli eventisinaptici

Registrazione del potenziale d’azione

Microelettrodi,VoltmetroOscilloscopio

Variazione delle permeabilitàioniche

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 attivazioneE di inattivazione.Al potenziale di riposo il cancello di attivazione è chiuso

In seguito alla depolarizzazione il cancello di attivazione si apre, ilSodio entra nella cellula e depolarizza fino a invertire la polarità della membrana, il potenziale tende al valore del potenziale di equilibriodel Na

Il cancello di inattivazione si chiude.Un canale inattivato non può aprirsi.

K

L’apertura di canali per il K determina fuoriuscita di potassio eLa ripolarizzazione della membrana

ENa

EK

IL PA si sviluppa tra due valori limite: il potenziale di equilibrio del NaE il potenziale di equilibrio del K

Il potenziale d’azione è un processo a feed back positivo

Ansa P conferisceselettività

Subunità accessorie

S4: sensore voltaggio carico+

Canale del NaVoltaggiodipendente

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?

FILTROSELETTIVO

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

Questa equazione descrive sia il potenziale di membrana a riposo che ilPotenziale d’azione. Durante il PA variano le perpeabilità ioniche

∆E = ______ ln _______________________________________RT

zF

PK [K+]o + PNa [Na+]o + PCl [Cl-]i

PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o

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’azioneL’inattivazione dei canali del Na conferisce direzionalità al PA