Biologia per Majors II

Affinché il sistema nervoso funzioni, i neuroni devono essere in grado di inviare e ricevere segnali. Questi segnali sono possibili perché ogni neurone ha una membrana cellulare carica (una differenza di tensione tra l’interno e l’esterno) e la carica di questa membrana può cambiare in risposta alle molecole di neurotrasmettitore rilasciate da altri neuroni e stimoli ambientali., Per capire come i neuroni comunicano, bisogna prima capire la base della carica di membrana basale o “a riposo”.

Membrane cariche neuronali

La membrana a doppio strato lipidico che circonda un neurone è impermeabile a molecole o ioni carichi. Per entrare o uscire dal neurone, gli ioni devono passare attraverso speciali proteine chiamate canali ionici che coprono la membrana. I canali ionici hanno diverse configurazioni: aperto, chiuso e inattivo, come illustrato in Figura 1. Alcuni canali ionici devono essere attivati per aprire e consentire agli ioni di passare dentro o fuori dalla cella., Questi canali ionici sono sensibili all’ambiente e possono cambiare la loro forma di conseguenza. I canali ionici che cambiano la loro struttura in risposta alle variazioni di tensione sono chiamati canali ionici voltage-gated. I canali ionici voltaggio-dipendenti regolano le concentrazioni relative di diversi ioni all’interno e all’esterno della cellula. La differenza di carica totale tra l’interno e l’esterno della cellula è chiamata potenziale di membrana.

Figura 1. I canali ionici voltaggio-gated si aprono in risposta ai cambiamenti nella tensione della membrana., Dopo l’attivazione, diventano inattivati per un breve periodo e non si apriranno più in risposta a un segnale.

Potenziale di membrana a riposo

Un neurone a riposo è caricato negativamente: l’interno di una cellula è circa 70 millivolt più negativo dell’esterno (-70 mV, si noti che questo numero varia in base al tipo di neurone e alla specie). Questa tensione è chiamata potenziale di membrana a riposo; è causata da differenze nelle concentrazioni di ioni all’interno e all’esterno della cellula., Se la membrana fosse ugualmente permeabile a tutti gli ioni, ogni tipo di ion fluirebbe attraverso la membrana e il sistema raggiungerebbe l’equilibrio. Poiché gli ioni non possono semplicemente attraversare la membrana a piacimento, ci sono diverse concentrazioni di diversi ioni all’interno e all’esterno della cellula, come mostrato nella Tabella 1.

Il potenziale di membrana di riposo è il risultato di diverse concentrazioni all’interno e all’esterno della cellula. La differenza nel numero di ioni di potassio caricati positivamente (K+) all’interno e all’esterno della cellula domina il potenziale di membrana a riposo (Figura 2).

Figura 2., Il potenziale di membrana a riposo (a) è il risultato di diverse concentrazioni di ioni Na+ e K+ all’interno e all’esterno della cellula. Un impulso nervoso fa sì che Na + entri nella cellula, con conseguente (b) depolarizzazione. Al picco del potenziale d’azione, i canali K+ si aprono e la cella diventa (c) iperpolarizzata.

Quando la membrana è a riposo, gli ioni K+ si accumulano all’interno della cellula a causa di un movimento netto con il gradiente di concentrazione., Il potenziale di membrana a riposo negativo viene creato e mantenuto aumentando la concentrazione di cationi all’esterno della cellula (nel fluido extracellulare) rispetto all’interno della cellula (nel citoplasma). La carica negativa all’interno della cellula è creata dalla membrana cellulare che è più permeabile al movimento dello potassium del potassio che al movimento dello sodium del sodio. Nei neuroni, gli ioni di potassio sono mantenuti ad alte concentrazioni all’interno della cellula mentre gli ioni di sodio sono mantenuti ad alte concentrazioni al di fuori della cellula., La cellula possiede canali di perdita di potassio e sodio che consentono ai due cationi di diffondere il loro gradiente di concentrazione.

Tuttavia, i neuroni hanno molti più canali di perdita di potassio rispetto ai canali di perdita di sodio. Pertanto, il potassio si diffonde fuori dalla cellula ad un ritmo molto più veloce rispetto alle perdite di sodio. Poiché più cationi stanno lasciando la cella che stanno entrando, questo fa sì che l’interno della cella sia caricato negativamente rispetto all’esterno della cella. Le azioni della pompa sodio potassio aiutano a mantenere il potenziale di riposo, una volta stabilito., Ricordiamo che le pompe di sodio potassio portano due ioni K + nella cellula mentre rimuovono tre ioni Na + per ATP consumato. Poiché più cationi vengono espulsi dalla cellula che presi, l’interno della cellula rimane caricato negativamente rispetto al fluido extracellulare. Va notato che gli ioni cloro (Cl–) tendono ad accumularsi al di fuori della cellula perché sono respinti da proteine caricate negativamente all’interno del citoplasma.

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