Classificazione canali ionici

I canali ionici sono proteine integrali di membrana che lasciano passaregli ioni, consentendo loro di attraversare la membrana cellulare.

IONE PERMEANTE MODALITA’ DI GATE

Na+

K+

Ca2+

Cl-

aspecifici

Na+, Ca2+, K+

Na+, K+

altri ioni

NON gated (leak)Ligand-gated*Voltage-gatedStretch-activatedHeat-activated

*composti extracellulari,ATP, cAMP, cGMP, GTP, Ca2+

descrizione del canale

es. If cardiaco è voltage-gated aspecifico, AchR muscolare è ligand gated aspecifico

in depolarizzazione

in iperpolarizzazione

com’è fatto un canale ionico

Il canale del Na+ voltaggio-dipendente

1. Nei neuroni del SNC Nav 1.1SNP Nav 1.8

2. Muscolo scheletrico Nav 1.43. Muscolo cardiaco Nav 1.5

è composto da circa 2000 aa,

eterotrimero, 1 sub-unità α che è il poro del canalesub-unità β1 o β2 non sempre presenti

Bloccato da:

TTX -> tetrodotossina (...sashimi di pesce palla...)STX -> saxitossina (veleno dello scorpione)Anestetici locali -> Lidocaina, Procaina, Tetracaina, ...

dato che ENa secondo Nerst è circa +66 mV, la sua apertura tende aDEPOLARIZZAREDEPOLARIZZARE la cellula

Il canale del K+ voltaggio-dipendente

in tutte le cellule eccitabili Kv 1.x – Kv 6.x

formato da 4 sub-unità α, sub-unità β variabili

Bloccato da:

4-AP -> 4 amminopiridineTEA -> Tetraetilammonioα e β conotoxin -> Conus spp.

Dato che EK secondo Nerst è –97 mV, la sua apertura tende a IPERPOLARIZZARE IPERPOLARIZZARE la cellula

canale del Ca2+ voltaggio-dipendente

L muscolo liscio, scheletrico, cellule endocrine

T nodo seno-atriale

NP solo neuronaliQ

R neuroni ed altre cellule

composto da sub-unità α poro del canaleα2-δ, β accessorieγ solo nel muscolo

bloccato da:Cd2+

Ni2+ dall’esternoω-ctx GVIIAω-ctx MVIIC da Conus spp.Verapamil -> FenilalchilammineDiltiazem -> Benzotiazepine

attivato da Bay-K 8644 -> Diidropiridine

trasduce un segnale elettrico in segnale metabolico e viceversa

)( im EVgI −=

A: [Na+]e > [Na+]i -> ENa= +66 mV

B: [Na+]e = [Na+]i -> ENa= 0 mV

C: [Na+]e < [Na+]i -> ENa= -30 mV

Curve I-V

Servono a mostrare la dipendenza della corrente ionica dal potenziale di membrana e sono tipiche per ciascun canale ionico

POTENZIALE D’AZIONE

fase passiva spike fase positiva potenziale postumo negativopotenziale postumo positivo

Fase passiva

E’ determinata da uno stimolo depolarizzante di qualsiasi natura ed obbedisce alla legge della costante di tempo, fino a portare il potenziale di membrana ad un valore critico detto SOGLIA

soglia

spike

la fase di salita è dovuta all’apertura dei canali Nav, quella di discesa alla loro inattivazione ed alla contemporanea apertura dei canali Kv

fase positiva

è dovuta alla ancora alta conduttanza della membrana per il K+ dovuta ai canali Kv che si stanno chiudendo lentamente

potenziali postumi negativo e positivo

i potenziali postumi si registrano solo nel nervo intatto.il negativo è dato da un accumulo di K+ all’esterno della cellulail positivo è dato dall’aumento dell’attività della ATPasi Na/K

Una visione d’insieme potenziale-correnti ioniche

Il ciclo di Hodgkin

La soglia si può ACCOMODARE: può essere più alta o più bassa del normale in funzione della modalità di stimolazione

Modulazione del PA

Refrattarietà

RA = refrattarietà ASSOLUTA = la cellula NON dà origine ad un nuovo PADurata ~ 1 ms

RR = refrattarietà RELATIVA = la cellula dà origine ad un nuovo PA se stimolata con uno stimolo piùintenso del precedente

Durata da 5 a 20 ms

La propagazione del Potenziale d’Azione

La propagazione passiva (elettrotonica) efficace della depolarizzazioneindotta da un PA non supera 1-2 costanti di spazio (normalmente λ~ 1mm)

Il PA deve necessariamente “autopropagarsi”

2 tipi di assoni: NON mielinizzati e MIELINIZZATI

Conduzione in fibre NON mieliniche

Circuito locale

Ogni punto della membrana dà origine ad un PA

Propagazione del PA in fibre mieliniche

Internodo alta resistenzabassa capacità

Bassa resistenzaAlta capacità

dS

C rm εε0=

Rm=100 KΩ *cm2

Cm=0.0025 µF/cm2

1-2 mm

Rm=20 Ω *cm2

Cm=3 µF/cm2

2 µm

Quali parametri determinano la velocità di conduzione?

rm= resistenza della membrana di 1 cm di assonera= resistenza del citoplasma di 1 cm di assoneCm= capacità della membrana di 1 cm di assoneλ= costante di spazioτ= costante di tempo

2rra π

ρ=

ra

rm

cm

r

[ra]=Ω /cmρ=resistenza specifica 1 cm [Ω *cm]r= raggio dell’assone

rR

r mm π2

=[rm]=Ω *cmRm= resistenza specifica di membrana

[Ω *cm2]r= raggio dell’assone

ρρπ

πλ

22

2 rRrr

Rrr mm

a

m =⋅==Se λ è grande, la depolarizzazioneefficace si spinge più lontano

ra

rm

cm

mm V

QC =

mm C

QV

∆=∆

Per avere un alto ∆Vm o aumento ∆Q oDiminuisco Cm

∆Q è inversamente proporzionale a ra

Cm è inversamente proporzionale allospessore della membrana

τ è proporzionale a Cm

sma

Na

Vcri

v 2=Per le fibre AMIELINICHE,Muler and Markin (1978)iNa=corrente massima di Na+

Ra= resistenza citopolasmaticaCm= capacità di membranaVs= potenziale soglia

dv 6= Per le fibre MIELINICHED= diametro della fibra

Classificazione fibre nervose

fibre C da 1.8 a 7.2 Km/hAδ da 21 a 108 Km/hAγ da 21 a 216 Km/hAβ da 108 a 324 Km/hAα da 216 a 432 Km/h