Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana I segnali elettrici sono utilizzati...

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Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana

I segnali elettrici sono utilizzati dalla cellula per condurre informazioni rapidamente e a lunga distanza che spesso sono “tradotte” in un luogo della cellula lontano dalla loro insorgenza.

La genesi e la conduzione di questi messaggi dipendono dalla variazione della differenza di potenziale esistente ai capi della plasma membrana. Queste variazioni dipendono dal flusso di correnti (IONICHE) attraverso la membrana stessa.

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Potenziale di membrana e Segnali elettrici

Il potenziale di membrana è determinato dalla separazione di cariche elettriche di segno opposto ai capi della membrana plasmatica ed è dovuto fondamentalmente a tre fattori:

1. Diversa distribuzione delle specie ioniche tra i due capi della MP2. Diversa permeabilità della MP alle diversi specie ioniche3. La presenza sulla membrana di pompe elettrogeniche

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L’esistenza di una P tra i due capi della membrana è dovuta a: La distribuzione differente delle specie ioniche tra l’interno e

l’esterno della cellula

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EK = RT/ZF ln (K+)e/(K+)i

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EK = RT/ZF ln (K+)e/(K+)i

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Possiamo utilizzare l’Equazione di Nerst per calcolare il potenziale di Equilibrio dei vari ioni

ENa = 61 log 10/145 = + 68 mV

ECl = 61 log 4/103 = - 85 mV

Ek = 61 log 148 / 4.5 = - 91 mV

EK = RT/ZF ln (K+)e/(K+)i

Ogni ione tende a stabilizzare il potenziale di membrana (Vm) a valori uguali al suo potenziale di equilibrio (EX)

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P (K+)e+ P(Na+)e+P(Cl-)eVM = RT/ZF log ___________________ P (K+)i+ P(Na+)i+P(Cl-)i

Goldman introduce il parametro permeabilità degli ioni

L’esistenza di una P tra i due capi della membrana è dovuta a: La differente permeabilità della membrana alle differenti specie ioniche

La membrana di una cellula a riposo è permeabile solamenteagli ioni K+, sarà quindi il Ek del K+ a determinare la Vm

Risolvendo Goldman per i valori dati si ottiene una Vm tra gli - 70 e i - 90 mV con l’interno negativo el’esterno positivo un valore simile ottenuto sperimentalmente

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1. Ogni ione tende a stabilizzare il potenziale di membrana (Vm) a valori uguali al suo potenziale di equilibrio (EX)

2. La membrana permette il passaggio degli ioni in modo selettivo

3. Solamente gli ioni a cui la membrana è permeabile contribuiscono al potenziale di membrana.

4. La membrana di una cellula a riposo è permeabile solo al K+

Quindi in un cellula a riposo EK corrisponde a Vm

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Tra l’interno e l’esterno di una cellula esiste una elettroneutralità sostanziale ovvero una minima differenze nella distribuzionedelle cariche. È grazie alla efficienza della matrice lipidica nel separare le cariche che è possibile che un minimo numero di ioniinduca una differenza di potenziale molto alta.

LA MATRICE LIPIDICA DELLA MEMBRANA SI COMPORTA COME UN CONDENSATORE AD ALTA EFFICIENZA

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Sarà quindi la apertura o la chiusura dei canali a determinarela variazioni della permeabilità della membrana agli ioni equindi il passaggio di correnti in entrata o in uscita: queste correnti determineranno a loro volta variazioni della Vm In base ai flussi ionici che si determinano in seguito ad unostimolo, una cellula viene definita:

a riposo, depolarizzata o iperpolarizzata

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COSA DOBBIAMO RICORDARCI 4. IL POTENZIALE DI MEMBRANA

1. Correnti e Variazione di Potenziale come elementi trasduttivi.2. Il Potenziale di Membrana a Riposo: dati sperimentali e

metodi di studio 3. Fattori che determinano la generazione del PdM4. Differente Distribuzione ionica ai due capi della membrana e

conseguenze elettriche (Nerst)5. Differente Permeabilità della membrana agli ioni e

conseguenze elettriche (Goldman)6. CENNI SULLA TEORIA DEI CIRCUITI: Corrispondenze tra

elementi della membrana e elementi di un circuito (resistenze, pile, condensatori e generatori).

7. Elettroneutralità e Potenziali: Ruolo della matrice lipidica come dielettrico di un condensatore

8. Concetti di depolarizzazione, ripolarizzazione, iperpolarizzazione

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I canali sono resistenze variabili

Resistenze del Circuito - Permeabilità della Membrana - Canali

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Sodium Channel StructureChannel Structure

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COSA DOBBIAMO RICORDARCI:5. I CANALI IONICI

1. Natura chimica di un canale ionico e interazione con la membrana plasmatica

2. Principi basici del funzionamento: concetto di selettività e velocità di trasporto

3. Tipologie di Canali: cancelli elettrici, chimici, meccanici

4. Corrispondenza tra flusso ionico e correnti elettriche

5. Metodi di studio dei Canali ionici: il Patch Clamp

6. Cinetiche dei canali: Apertura, Chiusura e Inattivazione

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