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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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