Giuseppe Marini : Neurofisiologia I (aa.2009-2010) 1 - AppuntiMed

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Il potenziale, gli Ioni, le Fibre § Il Sodio e la Na/K I neuroni come si sa sono eccitabili e polarizzati elettricamente (dai -90 delle purkinje ai -70 di altre cellule); le cariche e le variazioni di potenziale, sono date dalla perdita o alla acquisizione di cristalloidi: si tratta di atomi, ioni, elementi solubili quali Na + , K + , H + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO3 - , dei quali solo alcuni sono rivolti all’attività elettrica a livello nervoso: c’è una compartimentalizzazione quindi attraverso la membrana cellulare, che è in grado di discriminare, e che vede lo spostamento di questi ioni tramite canali o pompe ATPasiche (Na + /K + , H + , Ca 2+ , H + /K + , HCO3 - ). La membrana viene ad essere selettivamente permeabile, cioè permette ad alcuni ioni piuttosto che ad altri di oltrepassarla, secondo un gradiente di concentrazione (legge di Fick) 16 . Il potenziale di membrana è calcolabile ovviamente tramite l’equazione di Nernst, che tiene conto della concentrazione degli ioni più importanti attraverso la membrana: infatti vi si tiene conto sia delle forze osmotiche che elettriche, in relazione alla concentrazione di uno ione da una parte e dall’altra della membrana. Questo permise di calcolare il potenziale a riposo prima di poterlo misurare con elettrodi: ovviamente questa misura però risultò imprecisa, a causa della presenza delle pompe attive, che provocano un accumulo intracellulare di sodio, così ché invece che -97mV se ne trovarono (p.es nei neuroni) -70mV. Questi valori generali sono straordinariamente conservati anche in forme di vita inferiori, assieme allo ione fondamentale Na + ; questo fa pensare ad un origine dall’ambiente salino marino. Dal momento che il Mg 2+ è bivalente, l’H + e l’HCO3 - sono coinvolti nell’equilibrio A/B, e così via, sembra che utilizzare Na + per la regolazione elettrica sia stato un passo obbligato. Nb : Il potenziale elettrico è creato da un fenomeno passivo (effetto Gibbs Donnan) e mantenuto da uno attivo (Na/K ATPasi). Una membrana che perda il suo potenziale, è di una cellula morta. Ricordiamo che canale ⇒ passaggio idrofilico attraverso cui possono trovare passaggio gli ioni pompa ⇒ lega specificamente un elemento, e può controllare la quantità che passa la membrana in un certo tempo Il fatto di possedere gate, porte ioniche “chiudibili”, dona un controllo enorme sul movimento, sul flusso di ioni. Questo da luogo a fenomeni : • capacitativi: la capacità di aprire la porta nella voltaggio dipendenza, grazie all’accumulo di cariche ai due lati e la presenza di AA carichi nella struttura del canale • resistivi: il passaggio di ioni dovuto alle diverse forze descritte dall’equazione di Nernst K + e Cl - sono circa in equilibrio di Nernst, mentre l’Na + è proprio sbilanciato: tende solo che ad entrare, sia osmoticamente che elettricamente. Secondo Nernst il punto di equilibrio dell’Na + sarebbe a +67mV all’interno delle cellule : questo è verificabile tramite voltage clamp e radioisotopi: clampando la cellula a +67 mV, il sodio radioattivo non penetra più nella cellula. 16 la selettività dei canali si basa sul concetto dell’idratazione: uno ione si idrata in maniera inversamente proporzionale al suo peso atomico, per cui un Na + ha una dimensione diversa da un Ca 2+ . Si ricorda che la struttura dell’acqua la rende un elemento dipolare: viene quindi attratta da particelle cariche Giuseppe Marini : Neurofisiologia I (aa.2009-2010) 18
Per mantenere questo gradiente, le pompe Na/K vanno a bruciare c.a 1/3 dell’energia totale delle cellule. Il mantenimento del potenziale quindi favorisce l’ingresso di substrati a livello intestinale e renale, e il funzionamento di una miriade di pompe e trasportatori secondari, oltre che impedire la lisi della cellula per fattori osmotici. La Na/k è formata da 1021 AA (subunità α), con una attività di c.a 10’000 cicli/s, maneggiando 3Na + e 2K + attraverso le subunità α e β, dove la prima, più importante, ha origini ancestrali batteriche come semplice pompa al K + o al Ca 2+ , dove si ritrovano spezzoni peptidici identici proprio a queste due pompe. Si ricorda che la sua regolazione è direttamente proporzionale alla quantità di cAMP. L’Oubain, o glicoside cardiaco, è utilizzato nelle cellule cardiache, bloccando la Na/K (con una certa misura: dosaggio !!), provoca l’inversione della Ca/Na ⇒ [Ca 2+ ]cell↑ ⇒ contrattilità ↑ L’indagine sulle modalità di funzionamento della pompa sono state effettuate anche grazie proprio al sito di legame di questa molecola. Canali Na & K § Canali Voltaggio dipendenti Quello al Sodio (Na + ) è probabilmente il più studiato; La glicoproteina appare infatti formata da quattro domini transmembrana simili tra loro, contrassegnati da numeri romani, disposti circolarmente a formare un poro: il IV dominio ha una forte carica positiva, e il suo legame con il III è implicato con sua funzione voltaggio dipendente. Sono tornati utili al suo studio… 1) Veleni ⇒ quello del pesce palla, la Tetradotossina (TTX), marcata con sostanze fluorescenti 2) Anestetici locali (LA) ⇒ p.es la xilocaina ad uso odontoiatrico, in grado di penetrare fino ai canali tanto più piccola è la fibra 17 , una volta nel canale bloccherà il flusso ionico, nonostante l’apertura della porta avvenga. Quindi questi studi hanno sottolineato la differenza tra l’apertura della porta, e il flusso ionico, tra il fenomeno capacitativo e il fenomeno della conduttanza, che determina l’apertura: in altre parole, allo stato aperto e chiuso, si aggiunge quello inattivato. Questi tre momenti funzionali sono tipici di molti altri canali. 17 infatti la sensibilità vibratoria, essendo legata a fibre con ∅ maggiore, in genere rimane: si sente l’azione del trapano, ma non il dolore. Giuseppe Marini : Neurofisiologia I (aa.2009-2010) 19
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