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1) Sostanze liberate A B Recettoriormonialtre
2) Conduzione di segnali elettrici
MECCANISMI DI TRASMISSIONE DEI MESSAGGIECCITABILITÀ CELLULARE
I ESPERIMENTO DI GALVANI
Luigi Galvani(1737 – 1798)
III ESPERIMENTO DI GALVANI
Alessandro Volta(1745 – 1827)
UNITÀ STRUTTURALE DEL NS SISTEMA DI COMUNICAZIONE
nucleosinapsi
sinapsi contatto sinaptico
1 µm
dendrite
terminazione nervosa afferenteprolungamento assonale
nodo di Ranvier
terminazione nervosa motoria
fibra muscolare striata
corpo cellulare
collo
guaina mielinica(formata da cellule di Schwann)
POTENZIALI BIOELETTRICI – DEFINIZIONE E MISURA
POTENZIALI BIOELETTRICI:= d.d.p. elettrico fra interno ed esterno della cellula
⇒ cellula: conduttore ionico
MISURE:
1) intracellulari,
2) esternamente a un gruppo di cellule (ECG, EEG, EMG, ecc.).
interno esterno
100 Å
-90 mV
A-
Cl-
K+
Na+
Cl-
K+
Na+
3-4120
1402,5
9,2120
internoesterno
-60 mV
aspartato-
isetionato-
Cl-
K+
Na+
Cl-
K+
Na+
75
270
40-100540
40010
50460
internoesternom m
CONCENTRAZIONI IONICHE E CELLULE ECCITABILI
muscolo di rana assone di calamaro
15010maschio
27513femmina
Pmax
[Kg]
Lmax
[m]
adulti
assone gigante di calamaro
fibre nervose di mammifero
a)
a) da acque irlandesi~ 6 m> 27 Kg
POTENZIALE DI DIFFUSIONE
cNaCl(α) > cNaCl(β)
Vmobilità Cl- > mobilità Na+
gli ioni più mobili passano prima seguiti poi dai meno mobili
⇓⇓⇓⇓
⇓⇓⇓⇓
a livello della membrana si genera così una d.d.p. detta “potenziale di diffusione” che cesserà quando le concentrazioni di NaCl saranno uguali nei due ambienti (di volume finito). Sistema in equilibrio.
Na 1 : K 30 Na 10 : K 1
Na 10
K 1
concentrazioni relative
diffusione
diffusione
membrana cellulare: diversamente permeabile ai vari ioni
La resistenza al flusso ionico (Ji) è inversamente proporzionale alla Pi
EFFETTO DELLE DIVERSE CONCENTRAZIONI IONICHE
REGISTRAZIONE DEL POTENZIALE DI MEMBRANA
elettrodo di registrazione
ingresso
uscita
cellula
membrana cellulare soluzione salina
oscillografo
voltmetro
0 mV
IL POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO
inserimento microelettrodo
tempo →
elettrodo extracellulare
amplificatore + oscilloscopio
Na+
K+
CELLULA POLARIZZATA (a riposo, -90 mV)
-90 mV
ATP
Na+K+
grande resistenza al passaggio del Na+
moderatamente permeabile al K+
membrana
∆V
∆c
Na+, flussoNa+, flusso netto
-90 mV (i)
10:1 (e:i)
est → int
est → intest → int
∆V
∆c
K+, flussoK+, flusso netto
-90 mV (i)
1:30 (e:i)
est → int
int → estint → est
Na+
K+-90 mV
ATP
Na+K+
INa + IK = 0 → INa = -IK ⇒ d.d.p. costante
membrana cellulare
K+
Na+
basso
alto
gradiente nettopermeabilità
di membrana
alta
bassa
K+
Na+
basso
alto
gradiente nettoresistenza di membrana
bassa
alta
⇔
LA POMPA Na+ - K+
LA DIFFERENZA DI POTENZIALE ELETTROCHIMICO
( )i αi βi i i i∆µ µ -µ V∆P RT∆ln c z F∆E= = + +% % %
IL POTENZIALE DI EQUILIBRIO
( )i i i∆µ RT∆ln c z F∆E= +%
αi αii
i βi i βi
RT c A cE - ln ln
z F c z c= =
LA LEGGE DI NERNST
EQUAZIONE DI GOLDMAN, HODGKIN E KATZ
Il potenziale di membrana, a riposo, è un potenziale di diffusione in stato stazionario
iCleNaeK
eCliNaiK
[Cl]P[Na]P[K]P
[Cl]P[Na]P[K]Pln
F
RTV
++++=
Le concentrazioni ioniche sono mantenute costanti dalla pompa Na+/K+
-90 mV
ATP
Na+K+
membrana cellulare
iNa ]Na[P ⋅eNa ]Na[P ⋅
eK ]K[P ⋅ iK ]K[P ⋅
eCl ]Cl[P ⋅iCl ]Cl[P ⋅
flussi ionici che rendonopiù negativo
l’ambiente intracellulare(iperpolarizzano)
flussi ionici che rendonomeno negativo
l’ambiente intracellulare(depolarizzano)
cellula
microelettrodo 1 microelettrodo 2
soluzione diperfusione
APPARATO SPERIMENTALE PER MISURE DI ELETTROFISIOLOGIA
Parametri controllati:composizione soluzione salinapHtemperatura
ELETTRODI REVERSIBILI RISPETTO AGLI IONI Cl
RELAZIONI Q-I E V-I
Q [nC] = I [mA] x ∆∆∆∆t [µµµµs]
LO STIMOLO DI CORRENTE RETTANGOLARE
Pot
enzi
ale
di m
embr
ana
[mV
]
-70
-55
0
stimolo stimolo
soglia soglia
tempo → tempo →
STIMOLAZIONE
risposta passiva potenziale d’azione
ECCITABILITÀ CELLULARE
POTENZIALE D’AZIONE E CONDUTTANZE DI MEMBRANA
canale del K+ voltaggio-dipendente
iperpolarizzazione postuma
POTENZIALE D’AZIONE E CANALI IONICI
CURVA INTENSITÀ - DURATA
CURVE INTENSITÀ-DURATADUE DIFFERENTI FIBRE ECCITABILI A e B
La cellula A è più eccitabile della cellula B poiché,per la stessa intensità di corrente stimolante, il tempodi applicazione dello stimolo per ottenere l’eccitamento è minore.
Risposte sovrapposte registrate intracellularmente da un neurone silente (PM = -50 mV) del ganglio subesofageo
di Helix aspersa in seguito a stimolazione con impulsi rettangolari di corrente di intensità crescente (A, B, C).
Si noti come all’aumentare dell’intensità della corrente di stimolo, il potenziale d’azione venga generato a tempi minori
(C, B, A) dall’inizio dello stimolo.
Con correnti di intensità più elevata la quantità di carica critica per l’eccitamento (Qs = I·∆t = costante) viene raggiunta in
un tempo minore.
(da G. Monticelli e G. Esposito - Fenomeni di trasporto ed elettrici in membrane biologiche (Fig. 3, pag. 90), edi-ermes, Milano 1990).
a)
b)
PERIODO REFRATTARIOrelativo, assoluto
la refrattarietà costituisce un elemento limitante della frequenza di scarica di una cellula eccitabile
POTENZIALI D’AZIONE
a)
b)