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Equilibrio osmotico tra liquido intracellulare e liquido extracellulare (e plasma)
Liquido intracellulare
Liquido extracellulare
Na+ K+ Cl-
HCO3-
grandi anioni proteine
10 140 140 5 5 35 10 35 190 0
mM
Ma non c’è equilibrio chimico!!!! E le cariche elettriche?
K+ è lo ione (catione) prevalente nella cellula
COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA CELLULA
Na+ è lo ione (catione) prevalente nel liquido extracellulare
Cl- è lo ione (anione) prevalente nel liquido extracellulare
Ioni fosfato e proteine (anioni) sono prevalenti nella cellula
SQUILIBRIO ELETTRICO TRA cellula e liquido extracellulare
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Potenziale di membrana a riposo
L’equilibrio osmotico NON richiede che le specie ioniche nel liquido intra/extra siano uguali. La presenza nelle membrane cellulari di canali ionici selettivi non regolati induce una ineguale distribuzione degli ioni tra liquido intracellulare ed extracellulare. Questa differenza di composizione è mantenuta attraverso l’attività di pompe ioniche proteiche (Na+-K+-ATPasi)
ESEMPI: Fibra muscolare: -90 mV Globulo rosso: -10 mV Adipociti: -40 mV Cellule gliali: -75 mV
La membrana cellulare (isolante) consente la separazione di cariche
Equilibrio osmotico, elettrico e chimico
Doppio strato lipidico Presente una pompa
Si forma un gradiente elettro-chimico e si mantiene l’equilibrio osmotico
Conduttore: materiale in cui le cariche positive e negative possono muoversi liberamente Isolante: materiale in cui le cariche non possono muoversi
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La presenza di canali conferisce permeabilità selettiva alla membrana
La permeabilità selettiva delle membrane biologiche dà origine a compartimenti (intracellulare e extracellulare)
chimicamente e elettricamente differenti (disequilibrio elettro-chimico), ma con la stessa concentrazione totale di soluti.
Le cellule viventi utilizzano energia per mantenere il disequilibrio ellettro-chimico,
ma sono in equilibrio osmotico (cioè l’acqua è distribuita omogeneamente)
Liquido intracellulare
Liquido extracellulare
Na+ 10 140 K+ 140 5 Cl- 5 35 HCO3
- 10 35 grandi anioni 190 0 proteine
mM
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Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio
Cellule nervose e muscolari: da -40 a -90 mV
K+ intra = 150mM K+ extra = 5mM
EK = -90mV
Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio
Potenziale elettrochimico
Equazione di Nerst
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Potenziale elettrochimico
Permette di confrontare il contributo relativo del: gradiente chimico (concentrazione dello ione) e del gradiente ellettrico (carica dello ione)
Energia potenziale posseduta da una mole (6,02X1023 atomi, ioni o molecole) di ioni in funzione della loro concentrazione e del potenziale elettrico
Na+ intra = 15mM Na+ extra = 150mM
ENa = +60mV
Potenziale di equilibrio del sodio
Cellula permeabile a più ioni
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Condizioni da rispettare
1. Legge di conservazione della carica elettrica (l’organismo è elettricamente neutro).
2. Cariche opposte si attraggono, mentre cariche dello stesso tipo si respingono.
3. La separazione delle cariche richiede energia.
4. La concentrazione osmotica degli ioni e delle molecole in soluzione nel citoplasma deve essere uguale a quella del liquido extracellulare
Variazioni di permeabilità ionica modificano il potenziale di membrana
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Le variazioni del potenziale di membrana sono dovute a flussi ionici dovuti all’apertura di canali regolati selettivi che provocano variazioni nelle condizioni di equilibrio. Il ripristino delle condizioni iniziali è dovuto all’attività della pompa Na/K ATPasi che presenta un’attività continua. Questa attività costa energia (ATP). Questa pompa è definita “elettrogenica”, in quanto trasporta 3 ioni sodio dal citoplasma al liquido extracellulare e 2 ioni potassio nella direzione opposta.
Na+/K+-ATPasi
Membrane eccitabili
Capaci di sviluppare variazioni del potenziale di riposo (segnali) grazie alla presenza di canali selettivi regolati.
Tali segnali elettrici possono essere di due tipi, a seconda della distribuzione e del tipo di canale regolato presente in membrana: Potenziali locali (= graduati): richiedono la presenza di canali chemo-dipendenti (esempio: recettore dell’acetilcolina)
Potenziali propagati (= d’azione): richiedono la presenza di canali voltaggio-dipendenti selettivi (sodio, potassio, calcio)
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Potenziali locali
Canale chemio-dipendente
Canale regolato indirettamente
Potenziali locali: decadono di intensità
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Potenziali locali Potenziali propagati
Si trasmettono con decadimento di segnale
Sono caratterizzati da un’elevata velocità di
propagazione
Sono graduati Hanno intensità (ampiezza) costante
La loro durata è comparabile a quella degli stimoli che li
generano Sono segnali transitori
Sono sommabili Non sono sommabili
Non presentano refrattarietà Presentano refrattarietà, ma sono caratterizzati da una
frequenza di scarica