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Si è ipotizzato che il potenziale di membrana fosse un potenziale diEquilibrio del K descritto dall’eq. di Nerst : Em= -RT/ZF 2.3log [K]i / [K]o
Potenziale di membrana in fibra muscolare di rana
Liquido intracellulare Liquido extracellulare
Na 20 120 ENa = 45 mVK 139 2.5 EK = -102 mVCl 4 120 ECl = -88 mVPr
mM Em mM
- +90 mV
Perché non siamo di fronte a un equilibrio di Donnan?
• -il potenziale EK = 0.058 log 2.5/139 = -102 > Em• -a basse[K]o Em non segue la legge di Nerst• -Na non é impermeabileIl potenziale di membrana é un potenziale di diffusione allo stato stazionario: Em= -RT/ZF 2.3log [K]i+PNa [Na]ipK=1 pNa=0.03 (cm/s) [K]o+PNa [Na]o
IL POTENZIALE DI MEMBRANA E’ UN POTENZIALE DI DIFFUSIONE ALLO STATO STAZIONARIO
DESCRITTO DALL’EQ. DI GOLDMAN HODGKIN E KATZ
Le concentrazioni sono mantenute costanti dalla pompa Na+/K+-ATPase
∆E = ______ ln _______________________________________RT
zF
PK [K+]o + PNa [Na+]o + PCl [Cl-]i
PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o
Il sodio entra nella cellula e il potassio esce
P [ione] = flussoAl numeratore flussi che depolarizzano la membranaAl denominatore flussi che iperpolarizzano
I canali mettono in comunicazione gli ambienti separati dalla membrana e permettono il passaggio selettivo di ioniPossono essere:•aperti chiusi o inattivati
Forza elettromotrice per Na, K e Cl a livello della membrana plasmatica
Forza elettromotrice
chimica elettrica
membrana
membrana
membrana
Na+e
i
e
i
e
i
Na+
K+
K+Cl -
Cl -
+
-
+
-
+
-
Forza elettromotricenetta
Flussonetto
_
*PNa =
*PK =
* PCl = _
Variazioni del potenziale di membrana sono segnali biologici
Esistono due tipi di segnali elettrici:
I segnali locali e graduali (potenziali postsinaptici, potenziali generatori dei recettori sensoriali)
I potenziali d’azione che sono di tipo tutto o nulla e propagati
I
Il potenziale di membrana regola la secrezione di insulinaQuando il glucosio ematico è basso non c’è produzione di insulina
Canali K che si apronoQuando cala l’ATP
Il potenziale di membrana è particolarmente importante nella fisiologiaDei tessuti eccitabili costituiti da neuroni e fibre muscolari
Misura del potenziale di membrana in una cellula eccitabile
• Microelettrodi, volmetro oscilloscopio• Stimolo adeguato (stimolo elettrico
depolarizzante)• Si osserva la variazione del potenziale di
membrana (mV) nel tempo (ms)
Registrazione del potenziale d’azione
Microelettrodi,VoltmetroOscilloscopio
Variazione delle permeabilitàioniche
Il potenziale d’azione si genera in seguito a una depolarizzazione grazie alla presenza di :
- canali ionici voltaggio dipendenti nella membrana
- gradienti elettrochimici di ioni tra cellula e ambiente extracellulare
Il canale del Na voltaggio dipendente ha due cancelli: di attivazioneE di inattivazione.Al potenziale di riposo il cancello di attivazione è chiuso
In seguito alla depolarizzazione il cancello di attivazione si apre, ilSodio entra nella cellula e depolarizza fino a invertire la polarità della membrana, il potenziale tende al valore del potenziale di equilibriodel Na
K
L’apertura di canali per il K determina fuoriuscita di potassio eLa ripolarizzazione della membrana
ENa
EK
IL PA si sviluppa tra due valori limite: il potenziale di equilibrio del NaE il potenziale di equilibrio del K
Ansa P conferisceselettività
Subunità accessorie
S4: sensore voltaggio carico+
Canale del NaVoltaggiodipendente
La tetrodotossina
• Veleno potentissimo• Prodotto da batteri simbionti presente nel
pesce palla• Coevoluzione ospite-parassita• Utile per la ricerca• Possibili farmaci
Canali del potassio voltaggio-dipendenti
Come Si Muove Lo Ione K+ Attraverso Il Poro?
FILTROSELETTIVO
IL POTENZIALE DI MEMBRANA E’ UN POTENZIALE DI DIFFUSIONE ALLO STATO STAZIONARIO
DESCRITTO DALL’EQ. DI GOLDMAN HODGKIN E KATZ
Questa equazione descrive sia il potenziale di membrana a riposo che ilPotenziale d’azione. Durante il PA variano le perpeabilità ioniche
∆E = ______ ln _______________________________________RT
zF
PK [K+]o + PNa [Na+]o + PCl [Cl-]i
PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o
Le correnti locali depolarizzano la membrana Si genera un nuovo potenziale d’azioneL’inattivazione dei canali del Na conferisce direzionalità al PA