La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Potenziali di membrana; potenziale di riposo e d'azione. Premesse indispensabili.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Potenziali di membrana; potenziale di riposo e d'azione. Premesse indispensabili."— Transcript della presentazione:

1 Potenziali di membrana; potenziale di riposo e d'azione. Premesse indispensabili

2 MEMBRANA PLASMATICA - MEMBRANE DEGLI ORGANELLI COMPOSIZIONE: bistrato fosfolipidico contenente enzimi, recettori, antigeni; proteine integrali ed estrinseche. LIPIDI: fosfolipidi, colesterolo, glicolipidi PROTEINE: asimmetria funzionale (pompe ioniche) TRASPORTO SENZA ATTRAVERSAMENTO DI MEMEBRANA : Fagocitosi, pinocitosi, esocitosi: formazione di vacuoli, fusione delle membrane anche fra vacuoli (possibile formazione di canali temporanei)

3 TRASPORTO MEDIATO DA PROTEINE Più rapido; cinetica di saturazione; specificità; inibizione competitiva; possibile inibizione da altri fattori; TRASPORTO (DIFFUSIONE ) FACILITATO: non avviene contro gradiente (non consuma energia), ma è operato da proteine specifiche TRASPORTO ATTIVO: crea gradienti di concentrazione; consuma energia; trasporto attivo secondario (cotrasporto).

4 DIFFUSIONE leggi: 1) ( x) 2 = 2Dt x = distanza t = tempo D = coefficiente di diffusione il tempo necessario per percorrere la distanza x è proporzionale a D; il tempo di diffusione è inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

5 2) D = kT/(6 r ) (equazione di STOKES EINSTEIN) kT = energia cinetica media r = raggio molecolare = viscosità del mezzo Il coefficiente di diffusione D è proporzionale alla temperatura e inversamente proporzionale al raggio della molecola e alla viscosità del mezzo. Per molecole con PM (peso molecolare) > a 300 D è inversamente proporzionale a ( 3 PM) e a ( 2 PM) per le molecole più piccole

6 DIFFUSIONE ATTRAVERSO UNA MEMBRANA 3) J= DA*( c/ x) (prima legge di FICK) J = velocità netta di diffusione D = coefficiente di diffusione A = area della membrana c = gradiente di concentrazione x = spessore della membrana La velocità netta di diffusione attraverso una membrana è proporzionale al coefficiente di diffusione, all'area della membrana e al gradiente di concentrazione; è inversamente proporzionale allo spessore della membrana.

7 Le molecole idrosolubili attraversano la membrana solo se sono molto piccole (acqua), altrimenti la membrana è impermeabile, così come lo è per le molecole ionizzate. Per l'ingresso di queste molecole sono necessari trasportatori, in genere rappresentati da proteine (es. canali ionici, trasportatori di zuccheri e amino acidi). PERMEABILITA' DELLA MEMBRANA: alle molecole liposolubili; alle molecole idrosolubili. Le molecole liposolubili sono permeabili in funzione della loro liposolubilità e seguono le leggi della diffusione.

8 PERMEABILITA' DELLA MEMBRANA: allacqua. La membrana cellulare è normalmente permeabile allacqua, perché contiene specifiche proteine (aquaporine) che ne consentono il passaggio. In alcuni casi la permeabilità allacqua è regolata: es. ormone antidiuretico (ADH)

9 OSMOSI: si verifica quando due ambienti contenenti molecole in soluzione sono separati da una membrana semipermeabile E semipermeabile una membrana che consenta il passaggio del solvente, non del soluto Qualunque membrana può comportarsi come semipermeabile nei confronti di alcune molecole e non di altre

10 soluzionesolvente membrana semipermeabile

11 0 10 mmHg

12 PRESSIONE OSMOTICA (PO) è la pressione che si oppone al passaggio del solvente ed è uguale e contraria alla forza di attrazione delle molecole del soluto su quelle del solvente. La PO è proporzionale alla differenza nel numero assoluto di particelle presenti in ogni ambiente, non al gradiente di concentrazione. A parità di concentrazione (in peso) sono più attive le molecole più piccole (sono più numerose) e quelle dissociate (gli ioni aumentano il numero di particelle).

13 ESEMPIO PRATICO: Una soluzione somministrata in vena deve essere iso-osmotica rispetto al plasma, altrimenti può danneggiare le cellule del sangue. Soluzione salina (NaCl): 0.9% (9 grammi/litro) Soluzione glucosata: 5% (50 gramm/litro)

14 Esistono anche soluzioni iperosmotiche, che vengono somministrate molto lentamente per non danneggiare il sangue e servono per riassorbire acqua dagli spazi interstiziali. Lacqua riassorbita verrà eliminata dai reni

15 CONSEGUENZE FISIOLOGICHE DEI FENOMENI OSMOTICI Le membrane cellulari si comportano come semipermeabili nei confronti delle molecole di cui non consentono il passaggio (sono permeabili all'acqua): in un ambiente povero di soluti (ipoosmotico) le cellule si rigonfiano, mentre si raggrinzano in ambiente iperosmotico.

16 CONSEGUENZE FISIOLOGICHE DEI FENOMENI OSMOTICI Nellorganismo avvengono continui ed importanti scambi di acqua. Le forze che spostano lacqua sono: Pressione idrostatica Pressione osmotica

17 COMPARTIMENTI LIQUIDI DELLORGANISMO Acqua 60% Intracellulare 60% (25 l) Extracellulare (15 l; comprende il plasma – 3.5 l) Transcellulare (membrane speciali: articolazioni, occhio …)

18

19 Fenomeni da comprendere e imparare: Potenziali dequilibrio Potenziali di membrana: Di riposo Dazione Fasi del potenziale dazione Correnti ioniche durante il potenziale dazione Mantenimento dellomeostasi cellulare Conduzione del potenziale dazione

20 Potenziali di membrana

21 EQUILIBRI IONICI E POTENZIALI TRANSMEMBRANARI Le cellule viventi sono normalmente cariche elettricamente (differenza di potenziale), con l'esterno positivo rispetto all'interno Potenziale elettrochimico: creato da gradienti di concentrazione di una sostanza ionizzata (carica elettricamente), attraverso una membrana: il gradiente chimico spinge in una direzione e il gradiente elettrico nell'altra; quando le due forze si equivalgono, si raggiunge un POTENZIALE DI EQUILIBRIO

22 K+K+ Na + K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ Gradiente di concentrazione (chimico) Gradiente di carica (elettrico)

23 P-P- K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ P-P- P-P- P-P- P-P- K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ P-P- P-P- P-P- P-P- K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ P-P- P-P- P-P- - + P-P- K+K+ P-P- P-P- P-P = Potenziale di equilibrio

24 Il POTENZIALE DI EQUILIBRIO è prevedibile in base alla EQUAZIONE DI NERNST: Ea-Eb = -(RT/zF)ln([Xa]/[Xb]) E a -E b = differenza di potenziale R = cost. dei gas, F = cost di Faraday, T= temperatura assoluta, z = valenza. (RT/zF)ln = 60 log; Ea-Eb = (RT/zF)ln([Xb]/[Xa])

25 Potenziale di equilibrio Ea-Eb (mV) = 60/z log([Xb]/[Xa]) Il potenziale di equilibrio per uno ione (E i ) è proporzionale ad una costante e al logaritmo del rapporto fra le concentrazioni ioniche ai due lati della membrana

26 Esistono differenze di concentrazione fra liquido intra- ed extra- cellulare, in particolare: sodio e cloro all'esterno, proteine e potassio all'interno

27 Ogni cellula avrà un potenziale di riposo (E m ) che risulta dalla somma dei potenziali di equilibrio per ogni ione, calcolabile in base all'equazione di Nernst, ma corretto per la permeabilità (g i ) della membrana allo stesso ione

28 PERMEABILITA CONDUTTANZA (G) Capacità di una membrana di far passare una determinata molecola (inverso = impermeabilità) Flusso effettivo di una molecola attraverso una membrana (dipende dalla permebilità e ne costituisce una misura)

29 Potenziale di membrana: equazione di GOLDMAN E m = (g K/ g t ) E K + (g Na/ g t ) E Na + (g cl/ g t ) E Cl; g t = g K+ g Na+ g Cl Nella cellula a riposo g K è circa 10 volte maggiore di g Na e pertanto il potenziale è vicino a E K.

30 Le differenze di concentrazione sono generate da pompe metaboliche (in particolare Na/K-ATPasi), che possono essere parzialmente elettrogeniche (creano differenze di potenziale)

31 I canali ionici più importanti per i potenziali dazione sono quello per il Na + e quello per il K +. In particolare, il canale per il Na + è voltaggio-dipendente e si chiude progressivamente con la polarizzazione della membrana (negativa allinterno), quindi gNa è piccola a riposo

32 Poiché la pompa Na + /K + è elettrogenica (porta fuori più Na + e porta dentro meno K + ), a mano a mano che si instaurano i gradienti di concentrazione, la membrana si polarizza diventando negativa allinterno (ci sono meno cariche positive). Questo fa chiudere i canali per il Na + voltaggio- dipendenti e gNa è piccola

33 I canali per il K+ sono in larga misura non voltaggio-dipendenti e rimangono aperti nella membrana polarizzata, quindi gK è elevata (nella membrana a riposo)

34 POTENZIALE D'AZIONE E' la prima espressione dell'eccitamento della cellula eccitabile. E' un fenomeno con soglia E' un fenomeno tutto-o-nulla E' un fenomeno che si propaga rigenerandosi E' un fenomeno con un preciso decorso temporale.

35 Stimolo: fenomeno (generalmente elettrico), naturale o artificiale che può eccitare la cellula (se raggiunge la soglia), e provoca comunque una variazione del suo potenziale di riposo

36 Stimolo sotto soglia: provoca variazioni locali del potenziale, che si propagano con decremento e diminuiscono nel tempo (costanti di spazio e di tempo).

37 + + + Stimolo = iniezione cariche positive Cellula a riposo Sotto soglia Tutto-o-nullasogliaSopra soglia mv depolarizzazionedepolarizzazione Tempo (millisecondi)

38 FASI DEL POTENZIALE D'AZIONE potenziale di riposo stimolo efficace (talvolta chiamato prepotenziale; spesso non distinguibile) salita rapida con inversione del potenziale (spike) ripolarizzazione Iperpolarizzazione postuma.

39 prepotenziale Potenziale a punta (spike) ripolarizzazione Potenziale di riposo Le fasi del potenziale dazione mv Tempo (millisecondi) E Na EKEK iperpolarizzazione Potenziale di riposo

40 MECCANISMI IONICI PREVALENTI a riposo: membrana (quasi) impermeabile al sodio (corrente di K + verso lesterno e verso linterno) durante il prepotenziale: aumento della permeabilità al sodio (corrente di Na + verso linterno), compensato dall'aumento della corrente di K + verso lesterno durante lo spike: aumento esponenziale della permeabilità al sodio (e della corrente di Na + ), che cessa bruscamente durante la ripolarizzazione: aumento (tardivo) della permeabilità al potassio (corrente di K + verso lesterno).

41 mv Tempo (millisecondi) E Na EKEK Correnti ioniche nel potenziale dazione mv prepotenziale Aumenta I Na, ma anche I k Potenziale a punta (spike) Apertura canali Na + voltaggio- dipendenti; aumento esponenziale I Na ripolarizzazione Chiusura canali Na + ; apertura canali K + (rettificazione); uscita K + per gradiente elettrico e chimico Potenziale di riposo La pompa Na/K ristabilisce lomeostasi Potenziale di riposo Canali Na + chiusi; corrente di K + Accumulo K + extracellulare Potenziale postumo negativo (rallentamento) Potenziale postumo positivo (iperpolarizzazione) Pompa elettrogenica Na/K accelerata

42 RUOLO DEI CANALI IONICI: si tratta di proteine intrinseche di membrana, il cui comportamento (che regola la permeabilità) dipende dal voltaggio della membrana (canali voltaggio-dipendenti). A riposo (-90 mV) i canali per il potassio sono prevalentemente aperti e quelli per il sodio prevalentemente chiusi. Esistono anche canali regolati chimicamente, attraverso recettori: ROC (receptor-operated channels)

43 Voltaggio soglia mv ma La soglia per linsorgenza del potenziale dazione I Na Canali voltaggio dipendenti (esponenziale) IKIK Equilibrio di Nernst (lineare)

44 TUTTO-O-NULLA: il potenziale d'azione per una stessa cellula, a parità di condizioni ambientali, è sempre uguale. Per questa ragione viene definito "impulso": la funzione della cellula dipende dalla presenza o assenza del potenziale d'azione, non dalla sua ampiezza e la funzione è modulata dal numero di impulsi nell'unità di tempo (frequenza di scarica).

45 VARIAZIONI DI ECCITABILITA' DURANTE IL P.d'A. una volta superata la soglia e fino a circa i 2/3 della ripolarizzazione la cellula non può essere nuovamente eccitata (PERIODO REFRATTARIO ASSOLUTO) In seguito può rispondere a stimoli di intensità maggiore (PERIODO REFRATTARIO RELATIVO).

46 Significato: In un preparato sperimentale: si aumenta lintensità dello stimolo Nella realtà fisiologica: leccitazione proveniente da altre cellule (attraverso sinapsi) deve essere maggiore

47 Periodo refrattario assoluto Periodo refrattario relativo Periodo supernormale EKEK mv Tempo (millisecondi) E Na Eccitabilità normale

48 ECCEZIONI ALLE REGOLE SOPRA ESPOSTE: effetto di variazioni del potenziale di riposo molto lente: accomodazione. I canali Na + voltaggio dipendenti si inattivano prima di aprirsi; lo spike diminuisce e la cellula può diventare ineccitabile.

49 I canali Na + voltaggio dipendenti possono trovarsi in tre diverse condizioni: 1.Attivi ma chiusi (a riposo, polarizzazione) 2.Aperti (spike) 3.Inattivi (apice dello spike; periodo refrattario assoluto)

50 Modello di funzionamento dei canali voltaggio-dipendenti E I Fattore di attivazione Fattore di inattivazione polarizzazione depolarizzazione

51 Canale Na+ voltaggio- dipendente. Fattore di attivazione e di inattivazione

52


Scaricare ppt "Potenziali di membrana; potenziale di riposo e d'azione. Premesse indispensabili."

Presentazioni simili


Annunci Google