POTENZIALE DI RIPOSO

In tutte le cellule dell’organismo esiste una differenza di potenziale a cavallo della membrana plasmatica.

La differenza di potenziale elettrico attraverso la membrana plasmatica delle cellule a riposo è chiamata

POTENZIALE TRANSMEMBRANARIO DI RIPOSO

Il potenziale di membrana ha valori diversi in cellule diverse ma nella maggior parte dei casi è compreso tra – 50 e –100 mV.

Il flusso di informazioni che scorre all’interno dei neuroni e tra un neurone e

l’altro è dovuto sia a segnali elettrici che a segnali chimici

I segnali elettrici appaiono particolarmente utili per trasmettere informazioni rapidamente ed a lunga distanza

Questi segnali (potenziale di azione, potenziale di recettore, potenziali sinaptici) sono tutti dovuti a modificazioni transitorie

dai flussi di corrente che entrano ed escono dalla cellula e tendono a modificare

il potenziale elettrico ai capi della membrana cellulare in condizione di riposo

Significato funzionale del potenziale di riposo

Genesi del potenziale di riposo

1) Composizione ionica differente fra l’esterno e l’interno della cellula

2) Dotazione di canali ionici che determinano la permeabilità selettiva della membrana (canali ionici passivi)

3) Trasportatori di membrana (pompa Na-K-ATPasi) che mantengono la concentrazione ionica

Composizione ionica liquidi intracellulari ed extracellulari

Na+

K+

Cl-A-

Na+

Cl-

K+

Rolo del gradiente ionico nella genesi del potenziale di

membrana a riposo

Potenziale di diffusione

0.1 M 0.01 M

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

K+

--

-

-

-

--

-

A B

--

-

-

-

--

-

--

-

-

-

--

-

Per calcolare il potenziale di equilibrio di uno ione viene

utilizzata l’equazione di NERNST

Potenziale elettrochimico: differenza di energia potenziale tra una mole di ioni in A e in B risultante dalla differenza di concentrazione e di potenziale elettrico

La differenza di energia potenziale è in funzione della differenza di concentrazione e del potenziale elettrico

Convertendo il logaritmo naturale in logaritmo in base 10, risulta che a 29.2°C:

= 60 mV

All’equilibrio = 0

Na+

K+

Cl-A-

Na+

Cl-

K+

Se la membrana fosse permeabile ad un singolo ione, l’equazione di Nernst predice il potenziale di riposo.. Tale potenziale coincide con il potenziale di equilibrio di quello ione.

Valutazione potenziale di equilibrio per il potassio:

EK+ =[K+]Extra

[K+]Intra

60 mV

+1log

EK+ =[4]Extra

[155]Intra

60 mV

+1log

60 mV

+1EK+ = -1.588 = -95 mV

L’equazione di Nerst ci dice che all’equilibrio, la regione intracellulare deve essere 95 mV negativa rispetto alla regione estracellulare perché lo

ione K+ sia in equilibrio.

Potenziale di equilibrio:

K+ -94 mV/-105 mV Na+ +61mV/+67 mV

Cl - - 70 mV/-90 mV

Quando la membrana è permeabile a vari ioni, il potenziale di diffusione che ne deriva dipende da due fattori:

• La concentrazione (C) delle rispettive cariche ioniche a cavallo della membrana

• La permeabilità (P) della membrana per ogni specie ionica

K+ (35:1)Na+ (10:1)Cl- (25:1)

Rapporto di concentrazione ioni diffusibili

Permebilità ioni diffusibili

Il potenziale di riposo è determinato dai canali ionici passivi della membrana

La membrana è molto più permeabile al potassio che al sodio

Il numero dei canali passivi per il K+ è in numero molto maggiore rispetto a quelli per il Na+

Grandezza dello ione

Numero di canali passivi

Lo ione Na+ idratato ha diametro maggiore rispetto allo ione K+ e passa con maggiore difficoltà (i canali passivi sodio-potassio sono 100 volte più permeabili al potassio)

Na+

K+

Cl-

A-

Na+

Cl-

K+

Equazione della conduttanza di membrana

Il potenziale di membrana si attesterà su un valore di potenziale di riposo per il quale il flusso dei K+ verso l’esterno

controbilancerà esattamente il movimento degli Na+ verso l’interno della cellula

Membrana permeabile a K+ e a Na+

-94

-88

-86

K+ Na+

K+ K+

Equilibrio elettrico

Membrana che diventa permeabile a Na+. Adesso K+ non è più in equilibrio

Membrana permeabile solo a K+

=

Mantenimento dei gradienti ionici: ruolo della pompa sodio-potassio

La pompa sodio potassio ATPasi è La pompa sodio potassio ATPasi è responsabile del mantenimento della responsabile del mantenimento della

differenza di concentrazione del sodio e differenza di concentrazione del sodio e del potassio tra un lato e l’altro della del potassio tra un lato e l’altro della

membranamembrana

Natura elettrogenica della pompa

La pompa sodio potassio ATPasi trasferendo uno dei due cationi in eccesso rispetto all’altro,

sostiene attraverso la membrana un trasferimento netto di cariche elettriche, quindi genera direttamente una differenza di potenziale transmembranario (nell’ordine di 3-4 mV)

-94 mV

+ 61 mV-86 mV

-90 mV