Dispense VERIFICATO
fisiologia
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Di cosa parla
Biofisica delle Membrane e Potenziale a Riposo
- Il potenziale di membrana a riposo (Vm) è un gradiente elettrico tra il liquido intracellulare (LIC) e quello extracellulare (LEC), causato dalla distribuzione non uniforme degli ioni.
- L'organismo è elettricamente neutro, ma le cariche all'interno e all'esterno delle cellule non sono in equilibrio elettrico, creando un gradiente elettrochimico.
- Il Vm è determinato da due fattori chiave: il gradiente di concentrazione ionica tra LEC e LIC e la permeabilità selettiva della membrana cellulare.
La Pompa Na+/K+ ATPasi
- Questa pompa elettrogenica mantiene il Vm espellendo attivamente 3 ioni Na⁺ e introducendo 2 ioni K⁺ nella cellula.
- Questo processo genera una carica netta negativa all'interno della cellula, essenziale per il mantenimento del potenziale a riposo.
Definizione del Potenziale di Membrana a Riposo
- Il termine “a riposo” indica che il potenziale è presente in tutte le cellule vitali, anche quelle senza apparente attività elettrica, e si trova in uno stato stazionario.
- “Potenziale” si riferisce all'energia accumulata dal trasporto attivo degli ioni, utilizzata per attivare canali voltaggio-dipendenti e trasmettere segnali elettrici.
- “Differenza” evidenzia che il potenziale è una disparità nella quantità di cariche elettriche tra l'interno e l'esterno cellulare.
Misurazione Sperimentale
- Sperimentalmente, il Vm è misurato come la differenza netta di carica tra l'interno della cellula e la soluzione circostante.
- Vengono utilizzati microelettrodi di vetro: uno inserito nella cellula per la registrazione e uno nella soluzione esterna come riferimento. Il Vm tipicamente registrato è di circa -70mV.
Equazione di Nernst
- L'equazione di Nernst calcola il potenziale di equilibrio per un singolo ione, ovvero il potenziale di membrana al quale il gradiente elettrico e quello chimico sono bilanciati, impedendo il movimento netto dello ione.
- La formula comune è E_ione = 61/Z * log([ione]ext/[ione]int) a 37°C. Ad esempio, per il K⁺, con concentrazioni tipiche, il potenziale di equilibrio (Ek) è circa -90mV.
Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz
- Questa equazione considera il contributo di più ioni (K⁺, Na⁺, Cl⁻) al potenziale di membrana, tenendo conto sia dei loro gradienti di concentrazione che delle rispettive permeabilità della membrana (P).
- In condizioni fisiologiche, la permeabilità al K⁺ è significativamente più elevata (circa 40 volte) rispetto al Na⁺, il che porta il Vm a riposo ad essere molto vicino al potenziale di equilibrio del K⁺ (circa -70mV).
Concentrazioni Ionche e Segnali Elettrici
- Le concentrazioni tipiche e i potenziali di equilibrio a 37°C sono: K⁺ (-90mV), Na⁺ (+60mV), Cl⁻ (-63mV).
- Il passaggio di molecole attraverso la membrana è regolato dal gradiente chimico, dal gradiente elettrico e dalla permeabilità della membrana.
- Cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana, come un aumento della permeabilità al Na⁺, possono causare alterazioni del Vm, generando segnali elettrici come la depolarizzazione (diventa meno negativo) o l'iperpolarizzazione (diventa più negativo).