POTENZIALE DI RIPOSO

POTENZIALE TRANSMEMBRANARIO 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.

Significato funzionale del potenziale di riposo 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

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-

Rolo del gradiente ionico nella genesi del potenziale di membrana a riposo Potenziale di diffusione 0.01 M 0.1 M K+ Cl- Cl- K+ K+ Cl-

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

All’equilibrio  = 0 Convertendo il logaritmo naturale in logaritmo in base 10, risulta che a 29.2°C: = 60 mV

Na+ K+ Cl- A- 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: 60 mV [K+]Extra EK+ = log +1 [K+]Intra 60 mV [4]Extra EK+ = log +1 [155]Intra 60 mV EK+ = -1.588 = -95 mV +1 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.

K+ -94 mV/-105 mV Na+ +61mV/+67 mV Cl - - 70 mV/-90 mV 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

Rapporto di concentrazione ioni diffusibili K+ (35:1) Na+ (10:1) Cl- (25:1) 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 Numero di canali passivi Il numero dei canali passivi per il K+ è in numero molto maggiore rispetto a quelli per il Na+ Grandezza dello ione 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+ Na+ K+ A- K+ Cl- Cl- Equazione della conduttanza di membrana

Membrana permeabile a K+ e a Na+ 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

K+ Na+ -94 -88 K+ K+ -86 Membrana permeabile solo a K+ Membrana che diventa permeabile a Na+. Adesso K+ non è più in equilibrio -88 K+ K+ Equilibrio elettrico = -86

Natura elettrogenica della pompa Mantenimento dei gradienti ionici: ruolo della pompa sodio-potassio La pompa sodio potassio ATPasi è responsabile del mantenimento della differenza di concentrazione del sodio e del potassio tra un lato e l’altro della membrana 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