FISIOLOGIA CELLULARE, Dispense di Fisiologia Umana

Scarica FISIOLOGIA CELLULARE e più Dispense in PDF di Fisiologia Umana solo su Docsity! FISIOLOGIA CELLULARE CMlala La cellula è l’unità fondamentale dell’organismo vivente. La cellula è costituita da: - nucleo (che contiene il DNA) - organelli citoplasmatici - membrana cellulare (che racchiude la cellula) Membrana cMulane La membrana cellulare è un doppio strato lipidico che funge da margine esterno che racchiude la cellula ed è completamente impermeabile agli ioni in assenza di proteine. La membrana cellulare separa il liquido intracellulare e il liquido extracellulare a causa della loro diversa concentrazione. La membrana cellulare è strutturata o costituita secondo il modello a mosaico fluido di Singer e Nicholson del 1972 da: - lipidi tra cui fosfolipidi (importanti per garantire l'isolamento e quindi la non comunicazione tra ambiente interno ed esterno della cellula) - proteine di membrana (possono essere intrinseche o estrinseche, sono proteine che non hanno una struttura fissa e quindi hanno la capacità di mobilizzarsi, sono quelle che permettono la comunicazione tra ambiente esterno e interno) - zuccheri La membrana cellulare è caratterizzata da diverse funzioni: - funzione di separazione (tra liquido intracellulare ed extracellulare) - funzione di barriera di permeabilità (permette il passaggio selettivo e controllato a velocità controllata delle varie molecole) - funzione di controllare ciò che entra e ciò che esce dalla cellula permettendo il passaggio di sostanze grazie alla presenza di proteine Le molecole anfipatiche sono costituite da due regioni: Foofolipidi - Una regione idrofobica (parte isolante) - Unatesta idrofilica (carica, che si può combinare con molecole acqua, molecola sigi x . anche essa carica) I fosfolipidi sono molecole anfipatiche. ) I fosfolipidi sono formati da una molecola di glicerolo (molecola a tre atomi di carbonio) a cui si legano 2 catene di acidi grassi e una di acido fosforico. I fosfolipidi in ambiente acquoso si dispongono in doppio strato, ossia due lamine di fosfolipidi si allineano in modo tale che le teste polari idrofiliche (= gruppi fosfato) si rivolgano verso l’acqua, a contatto con liquido intracellulare o extracellulare, mentre le code apolari idrofobiche (=catene di acidi grassi) si affrontino le une alle altre (coda contro coda). Le proteine sono delle molecole idrofiliche (possono interagire con l’acqua). La funzione delle proteine è quella di permettere la comunicazione. Le proteine creano dei pori, forellini che permettono il passaggio di alcune molecole di passare da un lato all’altro della cellula. Le proteine di membrana possono essere: - proteine strutturali (che mantengono la forma della cellula) - enzimi - recettori (trasduzione) - trasportatrici (=proteine carrier, fanno da ponte tra liquido intracellulare e liquido extracellulare). Nella membrana sono presenti: Il fragporto passivo comprende: Destinato a molecole liposolubili Destinato a molecole non liposolubili Es. glucosio «Il glucosio si lega al trasportatore -cambio di conformazion e del trasportatore che poi permette il passaggio tramite gradiente di concentrazion e all’altro lato della Destinato a molecole non liposolubili - Diffusione semplice: movimento di sostanze secondo il loro gradiente di concentrazione, cioè da zone ad alta concentrazione a zone a bassa concentrazione. Questo meccanismo è influenzato da: -ampiezza della forza che guida il trasporto -superficie della membrana attraverso cui avviene il trasporto -permeabilità della membrana -Diffusione facilitata tramite trasportatori o carriers: avviene attraverso delle proteine carrier che riconosco la molecola e la trasportano all’interno/esterno, grazie a un sito di legame (es. glucosio). Le proteine carrier non si estendono per tutta la membrana, ma si muovono avanti e indietro per essa. Il trasportatore si lega da un lato della membrana alla molecola, cambia conformazione e la sposta verso il lato esterno. Questo tipo di trasporto può avvenire passivamente o attivamente. Trasporto Passivo—> non consuma energia, avviene lungo il gradiente di concentrazione (quando una molecola è concentrata più da un lato e meno dall’altro ha una forza chimica che la spinge ad andare dal lato dove c'è meno concentrazione), ha una saturazione (il numero dei trasportatori per cellula è limitato). Trasporto Attivo —> consuma energia, lavora contro il gradiente di concentrazione (la molecola non va lungo il suo gradiente ma viene spinta contro gradiente). -Diffusione attraverso canali ionici: i canali ionici sono delle proteine transmembrana che creano una continuità quando sono aperti tra l'esterno e l’interno della cellula, i canali ionici sono dei buchini nella membrana che mettono in comunicazione l’ambiente esterno con l’ambiente interno e viceversa. I canali ionici permettono il passaggio degli ioni. I canali ioni per la maggior parte sono specifici, ovvero riconoscono e selezionano diverse specie ioniche. Si distinguono in: Canali passivi—>sempre aperti, gli ioni passano continuamente, lo ione passa sempre lungo il gradiente di concentrazione (NON- GATED) Canali attivi o Gated—-> normalmente chiusi, ma che si aprono in risposta a molecole segnali di natura elettrica meccanica o chimica, che si legano al canale e ne determinano l’apertura. lo ione passa sempre lungo il gradiente di concentrazione (GATED). I segnali che determinano l’apertura del canale sono di diverso tipo e quindi avremo diverse tipologie di canale: in condizioni di riposo la carica elettrica o il potenziale elettrico all’interno della cellula è più negativo rispetto all’esterno che è più positivo, questo significa che la membrana è polarizzata. Nei neuroni il potenziale elettrico è -70 millivolt più negativo all’interno della cellula rispetto all’esterno della cellula che è più positivo. Potenziale di membrana: Consiste in una differenza di carica tra esterno e interno. -canali voltaggio-dipendenti: canali che si aprono per una variazione del potenziale di membrana. I canali si aprono quando diminuisce la polarizzazione della membrana (quindi la differenza tra dentro e fuori la cellula di carica) Quando si verifica una variazione del potenziale di membrana e quindi cambia, la carica negativa interna alla cellula diventa inferiore e quindi più positiva, il canale percepisce questa differenza di potenziale e si apre. -canali ligando-dipendenti: canale posto sulla membrana del neurone che normalmente sta chiuso e si apre solo quando arriva una molecola ligando, questa molecola si lega al canale e lo apre e così passa lo ione. Ci sono ligandi extracellulari (per la maggior parte) e ligandi intracellulari. Il fragporto attivo è caratterizzato da un dispendio energetico e da un flusso contro gradiente di concentrazione, da zone a minore a quelle a maggiore concentrazione. Dobbiamo distinguere: - Trasporto attivo primario: trasporto che utilizza direttamente l'energia metabolica (ATP) FS di trasportatore contro gradiente ilt rto di ioni t diente di è lapompa sodio-potassio (proteina perl raspo 0 di loni coniro gra lente QI trasmembrana che trasporta gli ioni concentrazione o contro potenziale controgradienti che può legare solo elettrochimico (per trasportare le molecole sodio e potassio) contro gradiente di concentrazione). - Trasporto attivo secondario: trasporto contro gradiente di concentrazione che si basa sul trasporto attivo primario (i trasportatori non usano direttamente l’ATP poiché dipendono dal trasporto attivo primario, quindi è secondario al buon funzionamento La pompa sodio potassio tiene il sodio della pompa sodio potassio). concentrato tanto fuori e quando entra un po Il trasporto attivo secondario accoppia ! energia cinetica di una molecola che Neguchsio, Nafezli bien. Ne/amminoacidi, Na/ si muove lungo il gradiente di neurotrasmettitori. concentrazione al trasporto di una molecola contro il suo gradiente di concentrazione. Il trasporto attivo secondario quindi è costituito da molecole trasportatrici (Cootrasportatori, proteine) che trasportano due molecole insieme (una lungo il gradiente di concentrazione e l’altra contro il gradiente di concentrazione), la molecola contro il gradiente di concentrazione per passare dal lato opposto necessita di energia senò non ci va di là, questa energia necessaria il trasportatore secondario la prende dall'energia rilasciata dal passaggio della prima molecola lungo il gradiente di concentrazione che lascia energia cinetica. Sarà questa energia che permetterà il trasporto anche della molecola contro il gradiente di concentrazione. Molecola lungo il gradiente di concentrazione—> primo trasporto che riguarda il sodio, libera energia cinetica. Molecola contro il gradiente di concentrazione—> secondo trasporto, tramite l'energia cinetica liberata dal trasporto attivo primario viene trasportata la seconda molecola. (Il trasporto attivo primario deve funzionare bene perché altrimenti non funzionerebbe nemmeno il trasporto secondario) In situazione di riposo o equilibrio il neurone ha l’interno della membrana più negativo rispetto all’esterno della membrana, quindi ha un potenziale di membrana negativo. Questo significa che si ha una membrana polarizzata ovvero si ha un polo negativo dentro e un polo positivo fuori, quindi ha l'interno con più carica negativa. | Però di conseguenza a stimoli o segnali elettrici, chimici si possono aprire dei canali ionici determinando così rapide variazioni del potenziale di membrana j Quindi Se si verifica un entrata di cariche positive all’interno della cellula si ha una depolarizzazione, quindi una diminuzione della polarizzazione. In questo caso si verifica una differenza minore tra interno ed esterno della cellula a livello di carica. es. interno neurone = -70 mV, se ho un entrata di cariche positive, il -70 può diventare meno negativo (e quindi può diventare -40, -30, ecc o più positivo dell’esterno) Depolarizzazione: ingresso di cariche (+) o fuoriuscita (-) Se si verifica un entrata di cariche negative all’interno della cellula significa che si avrà una carica ancora più negativa e quindi si va incontro a una iperpolarizzazione, quindi un aumentata differenza di potenziale. es. interno neurone = -70 mV, se ho un entrata di cariche negative, il -70 può diventare ancora più negativo (e quindi può diventare -90, -100 ecc) Iperpolarizzazione: fuoriuscita di cariche (+) o ingresso (-) Perché nei neuroni si stabilisce una carica negativa Pot , y di 4 di ;h dentro? Il potenziale di membrana di riposo (che è negativo all’interno della cellula) è determinato principalmente dai canali ionici passivi. I canali sempre aperti, dove gli ioni passano continuamente Il passaggio degli ioni attraverso la membrana si effettua perché spinti da: Forza chimica + quando la concentrazione di molecole è maggiore all’interno della cellula rispetto all’esterno, la direzione della forza chimica è verso l’esterno, ovverosia secondo gradiente di concentrazione + è dovuta dal gradiente Forza elettrica + quando uno ione + attraversa la membrana, la forza elettrica è diretta verso l’interno, lo ione tende quindi ad entrare negativa + quando uno ione — attraversa la membrana, la forza elettrica è diretta verso l'esterno, tende quindi ad uscire L+ + Se + - da Ciò accade per l'attrazione elettrica perché: ‘LL Tre® -una molecola positiva tende a entrare nella cellula e negativa " -Una molecola negativa tende a uscire dall'interno della cellula per raggiungere l’esterno positivo + Il flusso di uno ione attraverso la membrana cellulare è dato dal prodotto della: Forza dettromotrice FEM j ovvero la somma della forza motrice chimica e della forza motrice elettrica X pe Conduttanza della membrana J ovvero la presenza di canali per lo ione in questione Quindi se noi abbiamo uno ione che ha una fortissima forza elettromotrice ma non ha canali, noi non abbiamo la possibilità di valutare il flusso di questo ione attraverso la membrana. Se invece uno ione ha una forza elettromotrice forte e ha dei canali, questi saranno utili quindi per il suo passaggio. cMlula ueunonale All'interno della cellala AUl'coterno della celala a condizioni di riposo: - Canali attivabili (voltaggio - dipendenti, ligando- dipendenti) cono chiusi causa - Canali passivi cono aperti. Attraverso questi canali gli una corta libertà di movimento. dodio, perché la tane potassio ha più canali passivi j questo detevmina che Le comeati ioniche che di verificano dono per la maggior parte dovute al potassio ? movimenti di queoto ione cono fondamentali per otabiline il quudi potcaziale Lo ione potassio È un ione positiva e concentrato molto all'intera della cellula y quando trova dei canali passivi che permettono, che di effettui il duo passaggio, tende ad uscire dalla cellula | uscendo dalla cellula, ci lascia dentro una carica negativa, carica negativa che di va ad oppone alla forza di concentrazione | dl potassio tende ad andare al cuo eguilibio >» U potenziale di membrana della cellula neale sta a -T0 AV cefazte La cellula ha anche alcuni canali per gli ioni codio che coutrattano —l'azione del potassio NU potassio quando è nel duo equilibrio (quando forza chimica e forza elettrica di compentano) ha ca potenziale molto negativo = -94 al TT Y U codio è confinato all'esterno e può U sodio contrasta l'azione del potassio tramite la prescuza di alcuni canali passivi, che facendo entrare della carica poditiva rialzano il potenziale. I Raggiuagendo quindi un potcaziale di membrana pari a - TO 0 Questo significa che l'interno della cellula è più segativo wapetto all estero perché i è ana > caegativizza l'interno della cellula e provoca maggiore peomcabilità della membrana allo ione A , ; ; . quindi un potenziale di membrana negativo potassio (per la prescaza di più canali) “continua comcate uscente di potassio che magione contrastante del odio che fa catrare defeat fc della carica pocitiva all'interno della collula sea etrnimata nelala alzando cocì il poteaziale di membrana e rcadendolo quindi meno negative AIICI 0 Op è 0 0 o °° Forza chimica, © ForzBelettrica ro» ili USI rig SA lt9K:] OMAR © 000 M\ DA\ ° \ ((o e) [ °° ito so, intero den ®\ © °|\ > reshogattan® )) o o*||- eceluiadivene © |} cellula negativo 0 \° 0 gimembrna o //0 o" nemo CSO \l° om e/o o AYAS, È x o JT Z0 o INIL ° 05] Fata crimea iS, Reset ° i ialo ° perilNa* o 0 oe a DES @ 9 Potenziale di - @ membrana @ eotfziae dì è _)) o membrana © —)]t o--7omv (e) @ Figura 8.8 Cellula 3: come una tipica cellula animale raggiunge un potenziale di riposo stabile. Il potassio e gli anioni organici sono localizzati a più elevata concentrazione all'interno della cellula. loni sodio e cloro sono localizzati a più elevata concentrazione all'estero della cellula. La dimensione (ampiezza) della freccia è funzione della forza dei movimenti degli ioni e ne indica la direzione. La cellula è Canali I canali presenti sui dexd e sul dea sono i: -canali ligando dipendenti ________, I canali presenti sull’aggere sono i: -canali voltaggio dipendenti _____, canali che dipendono dall’arrivo di una molecola che da lo stimolo all'apertura di essi. canali che si attivano se cambia il potenziale di membrana (cioè se il valore di potenziale di membrana di -70 a riposo subisce delle variazioni) canali responsabili della genesi e della trasmissione del potenziale d’azione Pot ile d' è Il potenziale d’azione è un segnale elettrico che si sviluppa lungo l’assone, a causa della fitta presenza di canali ionici che si aprono in seguito alla depolarizzazione della membrana, dal monticolo assonale al bottone sinaptico. Il fine del potenziale è quello di provocare una finale esocitosi di neurotrasmettitori. Questo tipo di segnale elettrico è un segnale che si Il potenziale d’azione: sviluppa all’inizio dell’assone e si tramette lungo l’assone - è un fenomeno con soglia - Nella regione dell'inizio dell’assone si prende la decisione di attivare o meno il potenziale d'azione Soglia= condizioni per cui questo potenziale può avvenire - è un fenomeno tutto-o-nulla > Se si raggiunge questa soglia (condizioni per cui questo potenziale possa cominciare), il potenziale parte e si propaga lungo tutto l’assone rigenerandosi in maniera identica fino ad arrivare in fondo (non si estingue). Se però non ci sono le condizioni giuste per cui il potenziale possa partire, il segnale non si genera. Il segnale ha sempre la stessa intensità lungo l’assone. - è un fenomeno che si propaga rigenerandosi - è un fenomeno con un preciso decorso temporale Il potenziale d'azione si genera a seguito di uno ozezolo. y È un fenomeno (generalmente elettrico), naturale o artificiale che provoca una variazione del potenziale di riposo della cellula e che può eccitarla. È uno stimolo che permette l'apertura dei canali (i, ‘o dik lenti v I canali voltaggio dipendenti sia per il sodio sia per il potassio hanno una soglia di apertura di -55mV. Quindi la membrana deve andare incontro ad una depolarizzazione in cui l’interno della cellula diventa più positivo a -55mV dopo di che i canali voltaggio dipendenti risentendo di questo cambiamento si aprono. Quindi possiamo affermare che: Il potenziale d’azione dipende dalla apertura dei canali voltaggio dipendenti (che si trovano solo nell’assone). Voltaggio di membrana - Cellula con un valore di riposo a -70 (interno cellula negativo e esterno cellula positivo) -Arriva un primo stimolo che determina una depolarizzazione e quindi una variazione del potenziale (da -70 va a -60) ma non raggiunge la soglia di -55 e quindi i canali non si aprono perché la depolarizzazione non è sufficiente per permettere l’apertura - Arriva un secondo stimolo che determina nuovamente una valore di potenziale dimembrana, misurato in mV depolarizzazione e quindi una variazione del potenziale ma non raggiunge la soglia di -55 e quindi i canali non si aprono Questi stimoli sono sotto soglia Ma , 0 Ti conici coniche lenti nel bot ‘ale d'azi , * Potenziale di riposo: - Canali voltaggio dipendenti attivi sono chiusi e quindi la corrente al sodio è minima - Canali passivi (più numerosi) e grazie a questi c'è una piccola corrente uscente di potassio * Durante il prepotenziale: - aumento della permeabilità al sodio poiché si aprono i canali voltaggio dipendenti attivi (corrente di Na+ verso l’interno) * Durante lo spike: - aumento esponenziale della permeabilità al sodio (e della corrente di Na+), che cessa bruscamente (membrana raggiunge un valore di +30); * Durante la ripolarizzazione: - aumento tardivo della permeabilità al potassio (corrente di K+ verso l’esterno), si verifica quindi chiusura canali per il sodio e apertura dei canali per il potassio. Il potenziale d’azione scatena la depolarizzazione all’inizio dell’assone dove si genera un segnale elettrico molto forte y questo segnale: -percorre tutto l’assone senza perdere efficacia fino a raggiungere il terminale assonale. -lo scopo del segnale è di portare un messaggio dall’inizio dell'assone al termine dell’assone y Lo scopo del potenziale d’azione è quello di attivare il rilascio di una molecola (dei nerotrasmettitori). I terminali degli assoni sono dei rigonfiamenti perché in queste regioni sono contenute numerose vescicole contenenti un mediatore chimico (neurotramettitore), se rilasciato agisce sulla membrana dei muscoli o sull’altro neurone. La conduzione del segnale lungo l’assone può avvenire in due modi: * Conduzione punto a punto: neuroni con assoni corti (es. neuroni della corteccia encefalica). * Conduzione saltatoria: neuroni con lunghi assoni (es. motoneuroni); Fluido extracellulare DI Monticolo assonale po o) ai Assone amielinico Conduzione punto a punto: vembrana _M Fluido extracellulare POTITO O EEE Il segnale si propaga ni tratto dopo tratto arno LETT TTT fido erracelre lungo l’assone fino a raggiungere il terminale. È meno diffusa, è diffusa in alcuni neuroni di circuito (interneuroni) che sono neuroni che ci permettono di percepire il dolore. Come avviene? - Nel monticolo assonale è in corso un potenziale d'azione - Interno della cellula è diventato positivo - La carica interna positiva viene attratta dalla carica negativa esterna - Si depolarizza solo un piccolo tratto dell’assone - Viene attratto anche dalla carica negativa del tratto successivo - La carica positiva passa nel sito b - Questa piccola poca carica positiva permette di aprire anche nel sito ci canali - La carica positiva di sodio nel sito a è nel periodo refrattario. La piccola carica positiva che entra all’inizio dell’assone generato il potenziale d'azione può spostarsi nel sito successivo e andare ad attivare i canali voltaggio dipendenti nel tratto successivo. Ogni tratto della membrana è responsabile della depolarizzazione del tratto successivo. Il potenziale d’azione precede in maniera unidirezionale quindi non può assolutamente tornare indietro. Il sito c va a depolarizzare il sito d ma non può tornare nel sito b perché sarà nel periodo refrattario. Canale che è una proteina transmembrana costituita da più sub-unità e funziona con due cancelli di attivazione. Normalmente ha: -una porta di attivazione voltaggio-dipendente (che normalmente è chiusa) -una porta di inattivazione (aperta) Quando si ha: - Depolarizzazione (quando l’interno della cellula raggiunge il valore di -55 tramite l’arrivo di cariche positive) - Gli amminoacidi che costituiscono il canale, risentono di questo cambiamento di carica del citosol e quindi cambiano la loro conformazione aprendo il canale - Quindi si apre la porta di attivazione voltaggio-dipendente - Il sodio che è specifico per questo canale così può entrare spinto dalla forza elettrica e chimica dall'esterno all’interno della cellula. - Questa apertura dura un millisecondo. - Quindi si verifica la positivizzazione dell’interno della cellula. - La porta di attivazione si chiude. - In questo momento il canale non può essere utilizzato, si deve rigenerare. j Il canale al sodio richiede un certo tempo per rigenerarsi, non può essere aperto e chiuso in maniera costante, c'è un tempo in cui il canale non si può usare perché necessita di una sorta di rigenerazione 7 Questo periodo si chiama periodo refrattario che si divide in due momenti: * Periodo refrattario assoluto —> canale inutilizzabile * Periodo refrattario relativo —> canale che comincia a poter funzionare Periodo refrattario assoluto Il canale voltaggio-dipendente per il sodio presenta due porte di accesso e a riposo abbiamo: -una porta di attivazione chiusa -una porta di inattivazione aperta In seguito ad un opportuno stimolo, la depolarizzazione, la porta di attivazione viene aperta e il sodio può entrare nella cellula da entrambe le porte. Dopo 1 ms dopo lo stimolo si chiude la porta di inattivazione (normalmente aperta), il sodio non può entrare nella cellula fino a che la membrana non si sarà nuovamente ripolarizzata al valore del potenziale di riposo. Si avrà, quindi, un periodo refrattario (periodo nel quale non si può avere un potenziale d’azione perché il canale per il sodio deve rigenerarsi e la membrana ripolarizzarsi) PeAAAoT ferree IIIGGIALI VISIERA MARAAAAAA TT NESS nattivazione nella cellula. Circa 1 ms dopo lo stimolo fato fino a quando la cellula si è nuovamente ripolarizzata fino al r il Sodio non si può aprire in risposta ad un nuovo stimolo. ep valore del potenziale di riposo. Pri Metodi di Trasmissione dell'informazione tra le cellule * Comunicazione autocrina—> tipo di comunicazione in cui una cellula produce delle sostanze che vanno a stimolare la cellula stessa, si autostimola * Comunicazione paracrina —> tipo di comunicazione tra cellule vicine, una cellula libera una sostanza segnale che va ad agire nelle cellule circostanti tramettendo delle informazioni a cellule che sono nello stretto circondario * Comunicazione endocrina—> tipo di comunicazione tipica del sistema endocrino, cioè di quel sistema di ghiandole endocrine che producono delle molecole che vengono riversate nel torrente ematico e vanno poi a dare dei messaggi anche in luoghi estremamente lontani dalla ghiandola endocrina stessa. Per comunicare le informazioni nel sistema nervoso sono presenti: * Sinapsi elettriche * Sinapsi chimiche Sinapsi chimica - La sinapsi chimica è diffusa nel sistema nervoso centrale - Nella sinapsi chimica c’è una separazione fisica tra una cellula e l’altra, sono molto vicini il terminale presinaptico o bottone sinaptico (bottone o rigonfiamento che sta in fondo all’assone di un neurone dove sono contenute delle vescicole che contengono delle molecole ovvero il neurotrasmettitore) - La sinapsi chimica è costituita da due parti però: -Dal neurone pre-sinaptico -Fessura sinaptica -Da una regione post-sinaptica che si avvicina molto al terminale assonale del neurone pre-sinaptico (ma non prende contatto) La regione post-sinaptica si trova nei detriti e nel soma. - II meccanismo della sinapsi chimica viene definito biochimico perché intervengono delle molecole (neurotrasmettitori) che vengono rilasciate nello spazio nella fessura sinaptica e queste molecole vanno a legarsi a recettori (proteine di membrana) attraverso a un meccanismo biochimico. - Nella sinapsi chimica la velocità di trasmissione del segnale è più basso rispetto la sinapsi elettrica perché il procedimento è più complesso: - Deve avvenire un esocitosi (rilascio del neutrotrasmettitore) - Il neurotrasmettitore deve interagire con la membrana post- sinaptica e provocare una serie di cambiamenti. - La sinapsi chimica ha un consumo energetico alto perché il neurotrasmettitore deve essere sintetizzato e immagazzinato attraverso dei processi che richiedono dispendio energetico dentro delle vescicole e perché il neurotrasmettitore deve essere liberato. - La sinapsi chimica è unidirezionale, dal neurone pre-sinaptico verso il post-sinaptico e non c’è possibilità di ritorno indietro. - Nella sinapsi chimica possiamo avere diversi tipi di messaggio, cioè possiamo avere neutrasmettitori che attivano la cellula post- sinaptica, dei neurotrasmettitori che inibiscono la cellula post- sinaptica, o che la situazione è complessa e la tipologia del messaggio è definita plastica (può essere altamente regolata). La sinapsi chimica è più evoluta perché dal neurone pre-sinaptico al neurone post-sinaptico possono passare diversi tipi di messaggio, a seconda della molecola (neurotramettitore) che è contenuto nella vescicola può arrivare un tipo di messaggio al neurone post-sinaptico oppure un altro. Come avviene? - Avviene il potenziale d'azione (segnale elettrico) - Il potenziale d’azione si propaga in seguito all‘attivazione del canale del sodio e del canale potassio che causano un ingresso di ioni sodio e uscita ioni potassio, si trasmette lungo l’assone e arriva ad invadere il terminale dell’assone - Nel terminale esiste un terzo canale voltaggio dipendente che è un canale per il calcio, quando in questo canale arriva il potenziale c'è una depolarizzazione causata dal sodio che determinerà l'apertura di questo canale per il calcio, il calcio è concentrato maggiormente all’esterno, è un ione positivo e quindi quando si apre il canale del calcio, il calcio entra all’interno della cellula per gradiente di concentrazione, l’entrata del calcio nella regione del terminale è importante perché è il segnale per l’esocitosi delle vescicole. - Esiste un complesso di proteine che stanno sulla membrana delle vescicole sinaptiche che legano il calcio, quindi quando il calcio aumenta, le vescicole si fondano con la membrana e liberano il neurotrasmettitore nello spazio sinaptico. Il numero delle vescicole sinaptiche è molto elevato perché ce un Pul di vescicole ancorate al citoscheletro che prende il nome di Pul di riserva di vescicole (che serve a rimpinguare il Pul di rilascio se il neurone deve continuare a segnalare o aumentare il ritmo del rilascio). Le vescicole sono fatte da: -membrana plasmatica -molecole di neurotrasmettitore che stanno all’interno. Nel terminale oltre ad esserci meccanismi di esocitosi attiva per eliminare il neutrasmettitore, ci sono anche meccanismi di endocitosi attraverso cui la membrana forma vescicole vuote che si vanno a fondere in corpi più grandi chiamati endosomi e da questi si vanno a riformare delle nuove vescicole che verranno riempite di nuovo di neurotrasmettitore e verranno aggiunte al Pul di riserva per mantenerlo sempre pieno. Riassunto - Il monocolo assonale decide che il neurone si attiva - avvia un potenziale d’azione che raggiunge il terminale - questo potenziale d’azione provoca il rilascio del neutrasmettitore attraverso la presenza di un terzo tipo di canale voltaggio dipendente per il calcio che risponde al potenziale d'azione e il calcio entra ed è lui che legandosi alle membrane delle vescicole permette l’esocitosi per eliminare il neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. - una volta che il neurotramettitore è liberato va a prendere contatto con la membrana post-sinaptica dove ci sono delle molecole specifiche per i neurotrametitori (recettori dei neurotrasmettitori) che sono canali ionici ligando-dipendenti (nella maggior parte dei casi) e sono quei canali chiusi che si aprono quando arriva un ligando che in questo caso è il neurotramettirore. - il neutramettiore il lega e li fa aprire, questa apertura è molto breve, il neurotramettiore viene cacciato e viene inattivato da un enzima che lo va a rompere. - Questo terminale assonale ha dei meccanismi di riciclo della membrana e di parti del neurotramettitore. Riassunto dopo che il neurotrasmettitore viene esocitato - Il neurotrasmettitore quando esce dalle vescicole sinaptiche va ad attaccarsi ad una molecola della membrana post-sinaptica, questa molecola viene definita recettore del neurotramettiore, recettore che nella maggior parte dei casi è un canale ionico (un canale ligando- dipendente), questi canali son chiusi quando la cellula è a riposo e si aprono quando arriva una molecola particolare e quindi i neurotrasmettitori. - | neutrasmettiori si legano al recettore per un tempo molto rapido; Se noi abbiamo bisogno di continuare a trasmettere il segnale arriverà un secondo potenziale d'azione che farà uscire un nuovo neurotrasmettitore che andrà a prolungare il segnale. Se noi abbiamo bisogno di un segnale rapido avviene; il neurotrasmettitore si lega al suo recettore canale, fa aprire il recettore canale e poi si stacca dal recettore e viene degradato. Il terminale presinaptico ha la funzione di produrre neurotrasmettiori e metterli all’interno delle vescicole, lui è in grado di degradarle e poi di riciclare parti di molecole del neurotrasmettitore. Recettore - tipologie di recettore Il recettore (per la maggior parte) è un canale ionico ligando-dipendente ma non sempre. Le molecole (recettori) che legano il neurotrasmettitore nella membrana post-sinaptica possono essere di diverso tipo: * Recettori ionotropici—> che sono canali ionico ligando dipendenti (che permettono il passaggio solitamente solo di una specie ionica) * Recettori metabotropici—> neurotrasmettitore si lega, il recettore metabotropico non è un canale ionico ma è una molecola trasmembrana che si modifica in seguito al legame con il neurotrasmettitore. Il legame del neutrasmettitore al recettore metabotropico provoca una catena di trasduzione del segnale, ovvero provoca una catena di reazioni che ha come scopo finale l’attivazione di un canale. Non è necessario che i canali che rispondono a questa catena di segnale siano localizzati nella sinapsi. | neurotrasmettitori sia attraverso i recettori ionotropici (più direttamente) sia attraverso i recettori metabotropici provocano dei segnali elettrici sulla membrana del neurone post-sinaptico. Questi segnali elettrici a livello della singola sinapsi, prendono il nome di potenziali post-sinaptici. Ogni singolo potenziale post-sinaptico, dovuto al singolo rilascio di un neurotrasmettitore causato dal singolo potenziale d'azione, è un piccolo potenziale di pochi millivolt. | potenziali post-sinaptici possono essere eccitatori o inibitori. Se il neutrasmettitore è di tipo eccitatorio avrà dei recettori che provocheranno delle correnti di tipo eccitatorio (es. entrate di sodio) che sono depolarizzazioni. Se il neutrasmetttitore è di tipo inibitorio avrà dei recettore canale (es. canali per il cloro o potassio) che determinano un aumento della negatività all’interno della cellula e quindi il potenziale di membrana da -70 diventa ancora più negativo. Sul neurone arrivano tantissimi contatti sinaptici, ogni contatto sinaptico singolo provoca un piccolo potenziale post-sinaptico che può essere eccitatorio o inibitorio a seconda del tipo di neutrasmettitore che c'è. Quindi il neurone è bombardato da segnali di tipo eccitatorio sia inibitorio, il neurone quindi deve sommare tutti questi segnali che gli arrivano e trarre una risposta (segnali che alcuni dicono di attivarsi altri di inibirsi), se prevarrà l'eccitazione il neurone si attiverà altrimenti si inibirà. La decisione avviene attraverso la sommazione dei segnali (dei potenziali post-sinaptici). La sommazzione può avvenire in due modi: * Sommazione temporale—> sommazione dei segnali post-sinaptici a livello di una singola sinapsi (in una stessa regione). * Sommazione spaziale—> sommazione di tutti i segnali post- sinaptici che arrivano al neurone. DONANDE FISIOLOGIA CELLULARE -Concetto di potenziale di membrana -cos'è il potenziale di membrana? -I segnali elettrici sono utilizzati dai neuroni per comunicare tra di loro, due tipi di segnali elettrici potenziali graduati e potenziale d'azione, nella sinapsi il segnale elettrico diventa chimico, è convertito in chimico (perché prima c’è il potenziale d’azione che è un segnale elettrico e dopo con il rilascio del neurotrasmettitore si converte in chimico). -Potenziale d'azione , dove si origina? cosa raggiunge? -scopo di rilascio dei neurotrasmettitori che va ad agire sul neurone post- sinaptico.? -Base molecolare del fatto che sui dendriti e sul soma ci sono i potenziali graduati mentre sugli assoni i potenziali d'azione (cè una diversa distribuzione dei canali ionici, sui dendriti e soma non ci sono: ligando dipendenti su soma e dendriti (poco numerosi) mentre sull’assone ci sono i canali voltaggio dipendenti molto numerosi). -Sono segnali strettamente dipendenti tra loro, | potenziali graduati generano il potenziale d’azione e il potenziale d’azione tramite il rilascio del neutrasmettitore è la causa del potenziali graduati. -Canali ionici -Trasportatori di membrana -Potenziali dimembrana -Potenziali azione e graduati -Cosa succede a livello della trasmissione sinaptica.