Definizione di Potenziale d'Azione e Membrana

Angelo Zamora Ramirez
Laurea in fisica

Il potenziale d'azione comporta un rapido cambiamento nel potenziale di membrana di una cellula eccitabile che si diffonde rapidamente attraverso di essa. I potenziali d'azione sono il meccanismo di base per la trasmissione delle informazioni nel sistema nervoso e in tutti i tipi di muscoli.

Tutte le funzioni svolte dal nostro sistema nervoso, la contrazione dei muscoli che ci permette di muoverci e il battito cardiaco che permettono al sangue di essere trasportato a tutte le cellule del nostro corpo sono orchestrate da segnali elettrici che si propagano attraverso i tessuti coinvolto.

Potenziale di membrana

Da un punto di vista puramente fisico possiamo pensare alle celle come se fossero delle piccole batterie. Ci sono cariche elettriche nel mezzo extracellulare e nel mezzo intracellulare le cui differenze le concentrazioni provocano una differenza di potenziale elettrico attraverso la membrana di la cellula. Il gradiente elettrochimico generato dà origine a molti dei fenomeni elettrici che si verificano nella cella.

Gli ioni che sono particolarmente rilevanti per determinare il potenziale di membrana delle cellule sono lo ione sodio (Na⁺) e lo ione potassio (K⁺). La concentrazione media di Na⁺ nel mezzo extracellulare è di 142 mEq/l mentre nel mezzo intracellulare ha una concentrazione di soli 14 mEq/l. D'altra parte, la concentrazione di K⁺ all'esterno della cellula è di 4 mEq/l e all'interno della cellula è di circa 140 mEq/l.

La differenza nelle concentrazioni di questi due ioni tra il mezzo extracellulare e intracellulare genera una differenza di potenziale elettrico attraverso la membrana cellulare. Tuttavia, ci sono altri fattori che influenzano anche questo. La membrana cellulare è più permeabile allo ione K⁺, cioè questo ione può attraversarlo più facilmente. Esistono canali ionici noti come canali di perdita di potassio che consentono il passaggio di ioni K⁺ dall'interno della cella verso l'esterno di essa. Consentono inoltre la fuoriuscita di alcuni ioni Na^+, sebbene questi canali siano circa 100 volte più permeabili al potassio.

Un altro elemento che gioca un ruolo fondamentale nella formazione del potenziale di membrana è la pompa del Na.^+- K⁺. È una proteina che utilizza l'ATP per produrre una pompa continua di 3 ioni Na⁺ fuori dalla cellula e 2 ioni K⁺ verso l'interno, provocando così un maggiore accumulo di cariche positive nel mezzo extracellulare. Quando tutti questi meccanismi agiscono insieme, nelle fibre nervose viene generato un potenziale netto di membrana di circa -90 mV. Il valore dell'essere potenziale è rispetto all'interno della cellula, cioè il potenziale è più negativo nell'ambiente intracellulare.

potenziale d'azione

Un potenziale d'azione inizia con un improvviso cambiamento rispetto al normale potenziale di membrana negativo. fino a un potenziale positivo e termina con un ritorno quasi altrettanto rapido verso il potenziale negativo. Gli attori richiesti per la generazione di un potenziale d'azione e il successivo recupero sono i canali del sodio voltaggio-dipendenti e i canali del potassio voltaggio-dipendenti. Questi sono canali ionici che si aprono e si chiudono a seconda del valore del potenziale di membrana in un determinato momento.

Un potenziale d'azione inizia con la cellula a riposo e con il suo potenziale di membrana al valore tipico di -90 mV. Durante questa fase si dice che la membrana è “polarizzata”. In determinate condizioni la membrana diventa improvvisamente molto permeabile agli ioni Na.⁺, in modo tale che questi inizino a muoversi verso l'interno della cellula e il potenziale cominci a diventare più positivo.

Se il potenziale raggiunge un valore che può essere compreso tra -70 e -50 mV, i canali del sodio voltaggio-dipendenti si aprono e si ha un rapido movimento di più ioni Na.⁺ verso il mezzo intracellulare. Durante questa fase la permeabilità della membrana al sodio può aumentare fino a 5.000 volte e il potenziale membrana raggiunge valori che oscillano tra +35 e +40 mV, si dice allora che la membrana è “depolarizzato”. Il canale del sodio voltaggio-dipendente rimane aperto per alcuni decimillesimi di secondo e poi si chiude.

Quando il potenziale di membrana raggiunge 0 mV, i canali del potassio voltaggio-dipendenti iniziano ad aprirsi, consentendo il flusso di ioni K.⁺ verso l'esterno della cella. Tuttavia, a causa dell'apertura ritardata dei canali del potassio, si aprono completamente quando i canali del sodio iniziano a chiudersi. La combinazione di entrambi gli eventi provoca un rapido recupero del potenziale di membrana al valore di riposo di -90 mV, in questa fase si dice che c'è una "ripolarizzazione".