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)