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Potenziale elettrico di una cellula
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Di cosa parla
- Il **potenziale elettrico (V)** è definito come il rapporto tra il lavoro (U) necessario per spostare una carica (q) e la carica stessa (V = U/q), misurato in Joule/Coulomb (Volt).
- Un esperimento virtuale mostra che la **membrana cellulare** presenta un **potenziale di riposo** di circa -70 mV, con l'interno negativo rispetto all'esterno. Questo è un fenomeno locale, e la membrana agisce come un condensatore.
- Il **potenziale di riposo** si genera a causa della distribuzione ineguale di ioni e della permeabilità selettiva della membrana. Un modello con canali selettivi per il potassio (K+) spiega come la diffusione di K+ lungo il gradiente di concentrazione crei una differenza di potenziale elettrico, raggiungendo un equilibrio elettro-chimico.
- L'**equazione di Nernst** calcola il potenziale di equilibrio (E_i) per un singolo ione: E_i = - (RT/zF) ln([i]A/[i]B). I valori tipici per una cellula muscolare a 30°C sono E_K+ ≈ -97 mV, E_Na+ ≈ +66 mV, e E_Cl- ≈ -90 mV. Il potenziale di membrana (Em) si aggira tra -50 mV e -100 mV.
- Studi sperimentali dimostrano che il potenziale di riposo della membrana è **principalmente influenzato dagli ioni potassio**, con variazioni della concentrazione extracellulare di K+ che alterano Em come previsto dalla legge di Nernst per il potassio.
- L'**equazione di Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)** estende la Nernst per membrane permeabili a più ioni, calcolando il potenziale di membrana (Vm) come una media pesata dei potenziali di equilibrio dei singoli ioni, in base alle loro conduttanze (g_i) o permeabilità (P_i).
- La GHK equation è fondamentale per comprendere i **fenomeni dinamici della membrana**, come il potenziale d'azione, dove un aumento della conduttanza per il sodio (g_Na) sposta il potenziale verso E_Na+, causando depolarizzazione, seguito da cambiamenti che riportano il potenziale verso E_K+.
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