Proprietà passive della membrana plasmatica

Slides:



Advertisements
Presentazioni simili
Le linee di trasmissione
Advertisements

Carica elettrica I primi studi di cui si ha notizia sui fenomeni di natura elettrica risalgono agli antichi greci Una bacchetta di ambra (ambra = electron)
PROCESSO DI CARICA E SCARICA DI UN CONDENSATORE
Equazioni differenziali
Potenziale di membrana
La trasmissione dell’Impulso Nervoso
attraverso la membrana cellulare
D = coefficiente di diffusione
Attività elettrica dei neuroni
Il potenziale d’azione Significato funzionale:
La membrana cellulare.
Esercizio 1 Tre conduttori sferici cavi concentrici, di spessore trascurabile, hanno raggi R1 = 10 cm, R2 = 20 cm, R3 = 40 cm. L’intercapedine compresa.
Origine dell’impulso nervoso
1 Se lungo una fibra nervosa si propaga una serie di impulsi elettrici,potenziali di azione,si verifica una successione di depolarizzazioni e ripolarizzazioni.
                                                                                    Trasporti attraverso le membrane biologiche I meccanismi di trasporto.
moti uniformemente accelerati
POTENZIALE DI RIPOSO.
POTENZIALE DI AZIONE.
Movimento di molecole e ioni attraverso la membrana plasmatica
La membrana plasmatica è composta da: un doppio strato di fosfolipidi
Fenomeni elettrici Legge di Coulomb
Energia e potenza nei circuiti elettrici
Elettricità e magnetismo
La capacità elettrica Prof. Antonello Tinti.
Esperienza n. 9 Uso dell’oscilloscopio per misure di ampiezza e frequenza di una tensione alternata e misura dello sfasamento tra tensioni. Circuito RLC.
Lavoro di un campo elettrico uniforme
INGEGNERIA CLINICA E BIOMEDICA
Capacità di un conduttore
EQUILIBRI IONICI E POTENZIALI TRANSMEMBRANARI POTENZIALE DI EQUILIBRIO
CAMPO MAGNETICO GENERATO
Capacità elettrica  Condensatore
Circuiti elettrici “stazionari”
Campi Conservativi sempre Sia una funzione scalare (x,y,z)
Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 1 Trasporto dei portatori (1) Moto di elettroni in un cristallo senza (a) e con (b) campo elettrico.
Circuiti Elettrici.
Il potenziale d’azione Significato funzionale:
Attività elettrica dei neuroni
Genesi del Potenziale di Riposo o Resting Potential.
Corrente e resistenza Cap. 27 HRW
L’elettricità.
Il potenziale di riposo
Esercizio 1 Scegliere opportunamente gli esponenti (positivi, negativi o nulli) delle grandezze fondamentali (L, T, M, Q), in modo da rendere vere le seguenti.
Anatomia Fisiologia V. Cava inf. V. Cava sup. A. Aorta V. Polmonari
La membrana cellulare Le membrane sono formate da un doppio strato di fosfolipidi con proteine e catene di zuccheri. Il glicocalice è importante per il.
Il potenziale di membrana
CIRCUITI IN CORRENTE CONTINUA
7. La corrente elettrica nei metalli
5. Fenomeni di elettrostatica
ElettroCardioGramma.
Carica e scarica di un Condensatore
Modelli elettrici del neurone
DIFFUSIONE FACILITATA
LEGGE DI COULOMB, CAMPO E POTENZIALE ELETTROSTATICO
Trasduzione mediata da modificazione del potenziale di membrana
PROPRIETÀ ELETTRICHE DELLA MEMBRANA NEURONALE E CANALI IONICI
Il neurone utilizza per condurre informazioni rapidamente per lunga distanze segnali elettrici.
PROPRIETÀ PASSIVE DI MEMBRANA DI UNA CELLULA MONOCOMPARTIMENTALE
Comunicazione neuronale
Il potenziale di membrana
Circuiti ed Elettronica
I CONDENSATORI.
TRASMISSIONE SINAPTICA
COME SI CALCOLA Vm NEL CASO DI UNA CELLULA PERMEABILE A 3 SPECIE IONICHE? Il potenziale di membrana è la media “pesata” dei potenziali elettrochimici.
Gli esperimenti di Luigi Galvani (1791) sul muscolo sartorio di rana
GLI EVENTI IONICI RESPONSABILI DEL POTENZIALE D’AZIONE
Carica e scarica dei un condensatore L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Circuito RC pag. 1 La seguente presentazione è stata ideata per offrire agli studenti una.
CARICA ELETTRICA strofinato con seta strofinata con materiale acrilico Cariche di due tipi: + Positiva - Negativa repulsiva attrattiva.
Proprietà delle soluzioni elettrolitiche
Proprietà passive della membrana plasmatica
Transcript della presentazione:

Proprietà passive della membrana plasmatica La membrana come un condensatore La resistenza di membrana dipende dal numero e dal grado di permeabilità agli ioni dei diversi canali ionici La capacità di membrana dipende dalle proprietà del doppio strato lipidico, assimilabili a quelle di un condensatore

ε ≡ costante dielettrica La CAPACITÀ (C) è un indice della facilità con la quale cariche separate possono essere conservate ε ≡ costante dielettrica A ≡ area della membrana d ≡ spessore della membrana C (Farad) = Q (Coulombs)/V (Volts) L’elemento di un circuito che opera da immagazzinatore e rilasciatore di cariche è detto CONDENSATORE isolante conduttore

NeuroLab Collegamento a (time constants) http://www.cudos.ac.uk/web/neurolab/exhibits.htm Nota: R1=max, R2=max, C=var

All’inizio, quando il circuito è aperto, il condensatore è completamente scarico Chiudendo il circuito il condensatore incomincia a caricarsi (polarizzarsi) All’istante iniziale la corrente capacitiva Ic è massima Man mano che il condensatore si carica Ic diminuisce Quando il condensatore è completamente carico, Ic=0 Riaprendo il circuito avviene il processo in senso inverso e il condensatore incomincia a scaricarsi

La membrana come un circuito RC resistenza capacità La corrente netta che attraversa il circuito (la membrana) sara: La soluzione di questa equazione differenziale ottenuta integrando tra Vo e Vf sarà: per la carica per la scarica

costante di tempo della membrana Quindi, l’equazione che definisce, istante per istante, il valore di Vm al variare del tempo t durante la fase di carica della membrana è: costante di tempo della membrana Le sue dimensioni sono quelle di un tempo, infatti: Rappresenta il tempo necessario affinché l’aumento di Vm sia uguale al 63% di (Vf -Vo) Infatti, quando è: t = Rm·Cm sara:

Si apre un canale selettivo per il Na+ Carica netta = 0 Carica netta = 0 + ENa + - Esterno Interno EM = 0

Il Na+ si muove giù per il gradiente di concentrazione Carica netta = 0 -1 Carica netta = 0 +1 + ENa Esterno Interno

Carica netta = -1 Carica netta = +1 + ENa + Esterno Interno

Il bilayer è un condensatore Il bilayer ha delle cariche immobili e si polarizza in risposta a questo sbilanciamento di cariche Carica netta = -1 Carica netta = +1 Il bilayer è un condensatore + ENa + Esterno Interno

ENa + Esterno Interno -1 Carica netta = Carica netta = +1 La polarizzazione della membrana induce un movimento di cariche nella soluzione esterna -1 Carica netta = Carica netta = +1 Il circuito è completo + ENa + Esterno Interno

Si genera un potenziale transmembrana La corrente è conservata dal movimento di Cl- nel bagno verso il condensatore polarizzato Si genera un potenziale transmembrana Carica netta = -1 Carica netta = +1 + ENa - + Esterno Interno EM > 0

Quando EM = ENa la corrente cessa. Equilibrio. -1 +1 + ENa - + Esterno Interno EM = ENa

Che importanza ha tutto ciò? Comportandosi la membrana come un condensatore, in seguito ad uno stimolo elettrico il potenziale di membrana Vm non cambia istantaneamente ma impiega un certo tempo per passare dal suo valore iniziale Vo al suo valore finale Vf

L’eccitabilità neuronale è influenzata della costante di tempo t Tanto minore è il valore di t, tanto più velocemente si può generare il segnale elettrico

Quesito del giorno Un neurone, in seguito ad un’iniezione di corrente, varia Vm da Vo = –70 mV a Vf = –60 mV. Sapendo che Rm = 100 MW e Cm = 10 pF, calcolare: la costante di tempo t di tale neurone; dopo quanti ms Vm avrà raggiunto un valore di –62 mV.

Rm = 100 MW = 100·106 W = 108 W Cm = 10 pF = 10·10-12 F = 10-11 F Rm·Cm = 108 W · 10-11 F = 10-3 s = 1 ms 1. L’equazione che definisce, istante per istante, il valore di Vm al variare del tempo t è: 2. Vo = –70 mV Vf = –60 mV RmCm = t = 1 ms

Propagazione di un segnale elettrico lungo una fibra nervosa LA TEORIA DEL CAVO Modello: La fibra nervosa è assimilabile ad un conduttore centrale (assoplasma) separato da un conduttore esterno (fluido extracellulare) per mezzo di uno strato isolante (membrana) Ext Int rm Cm ri Fluido extracell. Citoplasma Membrana

La membrana assonale costituisce un isolante imperfetto Una frazione della corrente che fluisce nell’assoplasma esce attraverso la membrana Pertanto l’intensità del segnale elettrico diminuisce di ampiezza col crescere della distanza dal punto della fibra in cui esso è stato generato la resistenza esterna è considerata trascurabile

In un punto dell’assoneviene applicato un segnale di ampiezza Vo In un punto dell’assoneviene applicato un segnale di ampiezza Vo. La sua propagazione dipende dalla quantità di corrente longitudinale che fluisce lungo l’assoplasma: La parte di corrente longitudinale che diminuisce con la distanza è quella che fluisce attraverso la membrana, im: Dalle due equazioni precedenti si ricava: Una soluzione di tale equazione differenziale del 2° ordine è: che, ponendo: si può riscrivere come: Come si vede, il decadimento del potenziale di membrana al variare della distanza ha un andamento esponenziale

Significato di lambda Costante di spazio l: rappresenta quella distanza alla quale il potenziale di membrana Vm è pari al 37% del suo valore nel punto xo (Vo) Distanza (x) Vo Vm Vr

Quesito del giorno Un neurone, in seguito ad uno stimolo di corrente depolarizzante iniettata nel punto xo, subisce una variazione del potenziale di membrana di +20 mV, da Vr=-70 mV a Vo=-50 mV. Sapendo che la costante di spazio di quel neurone è l=0.1 mm, calcolare a quale distanza da xo Vm sarà decaduto da -50 mV a -60 mV.

Vr = -70 mV Vo = -50 mV Vm = -60 mV l=0.1 mm Vm-Vr=10 mV Vo-Vr=20 mV = l × 20 x ln = . 1 × ln = . 069 mm 10

La costante di spazio l dipende anche dal diametro della fibra Ricordando che l’unità di misura della resistenza radiale rm è W·cm e quella della resistenza longitudinale ri è W/cm, definiamo: Resistenza specifica della membrana Rsm la resistenza offerta al passaggio della corrente da un cm2 di membrana [W·cm2] Resistenza specifica dell’assoplasma Rsi la resistenza offerta al passaggio della corrente da un tratto di assoplasma lungo un cm [W·cm] Allora sarà: Quindi, l aumenta con la radice quadrata del raggio

FINE