Neher  e  Sakmann:  patch  clamp   Come si misura la corrente da singolo canale?

gNa=5-­‐25   pS,   non   dipende   in   modo  significa9vo   dal   valore   di   Vm,   trasporta9  6000  ioni/ms  con  una  fem=  -­‐100mV  

Aperture stocastiche del canale del Na+ voltaggio-dipendente: gli eventi di apertura sono più frequenti all’inizio dello stimolo depolarizzante

c  a

Aperture stocastiche del canale del K+ voltaggio-dipendente: gli eventi di apertura sono unitari e prolungati

Proprietà funzionali della membrana dipendenti dai canali del Na+ voltaggio-dipendenti

Valore soglia Uno stimolo soglia deve fornire approssimativamente una quantità minima di carica (q), che può essere ottenuta sia aumentando l’ampiezza della corrente stimolante (I), sia la durata del tempo (t), essendo la carica il prodotto di questi due fattori

I  dt  q  =  

Ma il livello soglia del potenziale non è una costante assoluta e può cambiare con

le condizioni della stimolazione!

Questo rivela un’importante modalità di modulazione dell’attività nervosa q/C  E  =  

Si può ritenere che questa carica si depositi sulle piastre del condensatore di membrana, alterandone la differenza di potenziale E, in prima approssimazione secondo la relazione

Quindi si parlerà di una quantità minima di carica che deve entrare nella cellula per raggiungere un livello minimo di depolarizzazione per innescare un potenziale d’azione (livello soglia).

Correnti nell’apertura dei canali voltaggio-dipendenti del Na+

N.B. l’inattivazione dei canali del Na+ voltaggio-dipendenti è “stato e tempo-dipendente”, essendo una conseguenza dello spostamento in fase di apertura (voltaggio-dipendente)

Refrattarietà assoluta

Refrattarietà relativa

Periodo di refrattarietà

Stati conformazionali del canale del Na+ voltaggio-dipendenti

0   1   2   3   4  Tempo  (ms)  

Canali del K+ voltaggio-dipendente, Ca+-dipendenti, di background e rettificanti interni

Canale del K+ voltaggio-dipendente shaker, un canale con modulo di inattivazione

• Il primo canale del K+ V-dipendente fu clonato da un mutante del moscerino Drosophila (Shaker)

• Formati da quattro catene polipetidiche, con 6 segmenti trans-membrana e un sensore del voltaggio (S4), che si aggregano a formare una struttura tetramerica

Canali del potassio voltaggio-attivati

 Tre sottofamiglie (8 membri)

 Conducono :

• corrente macroscopica rettificante ritardata (DRK), no intattivante, sebbene dopo diverse centinaia di ms di stimolazioni vada incontro ad una lentissima inattivazione

•  corrente macroscopica transiente (corrente di tipo A), si instaura rapidamente e si inattiva;

• corrente di tipo M di più lenta attivazione e non inattivante (scoperta nei neuroni parasimpatici)

Canali del potassio calcio-attivati

 Tre sottofamiglie (8 membri)

 Regolati dalla concentrazione di Ca2+ intracellulare

 Mancano del sensore del voltaggio

 Si aprono durante il potenziale d’azione in seguito agli influssi di Ca2+

 Partecipano alla ripolarizzazione, all’iperpolarizzazione postuma e alla modulazione della frequenza di scarica

 Sono divisi in tre sottofamiglie: alta conduttanza (BK, big 100-200 pS), conduttanza intermedia (IK, intermediate 20-80 pS) e bassa conduttanza (SK, small < 20 pS)

 Presenti anche in cellule non eccitabili, partecipano a processi di proliferazione e controllo del volume cellulare

 Sei sottofamiglie (14 membri)

 Mancano del sensore di voltaggio

 Sono normalmente aperti al potenziale di riposo

 Contribuiscono a stabilizzare il Vm a riposo, in prossimità del Ek

 Sono modulati da numerosi messaggeri: ad esempio, sono attivati da anestetici gassosi e non gassosi, e da anestetici locali

Canali del potassio di background

Canali del potassio rettificanti interni (inward rectifier)

 Sette sottofamiglie (14 membri)

 Hanno una relazione corrente macroscopica-voltaggio opposta a quella dei Kv, ossia conducono più corrente di verso l’interno che in direzione opposta. Questa proprietà non è il risultato di una voltaggio-dipendenza invertita

 I canali KIR sono insensibili alle variazioni di potenziale e sono parzialmente attivi a riposo

 Contribuiscono a mantenere il Vm a valori di riposo, vicini ad Ek

 Bloccati da ioni inorganici ( Mg2+) od organici (poliammine) intracellulari, che ne bloccano efficacemente il poro in a potenziali positivi

 Il blocco è rimosso a potenziali negativi (attirano le cariche positive), consentendo l’entrata di K+

Riassumendo: Caratteristiche uniche del potenziale d’azione

Il potenziale di membrana si inverte di segno e l’eccedenza si avvicina al potenziale di equilibrio del Na+ (+55 mV - +60 mV)

Durante un potenziale d’azione la conduttanza della membrana cambia, mentre la sua capacità rimane costante

Il potenziale d’azione è un evento “tutto o nulla”

3  

4  

5  

3  4  5  

Il potenziale d’azione è un evento rigenerativo (non decade con la distanza)

A differenza dei potenziali elettrotonici, i potenziali d’azione non si sommano tra loro (conseguenza del periodo di refrattarietà)