lezione fisiologia umana 12-03-2013 - Omero

POTENZIALI DI DIFFUSIONEI potenziali di diffusione (o di giunzione) nascono dalla differenza di mobilitàtra ione e controione. I potenziali di diffusione costituiscono un fenomenochimico che non richiede la presenza di membrane biologiche.1 2HF 0.1 N HF 0.001 NH +F -Consideriamo 2 soluzioni diun acido forte (HF): nelcompartimento 1 lasoluzione è 0.1 N, nelsecondo HF é 0.001 N.La mobilità di H + >>F - : quando H + diffonde F - non segue altrettantorapidamente. Questo crea una separazione di cariche, ovvero una d.d.p., chepuò essere >100 mV.L’esempio (realistico) mostra come differenze di concentrazione (conconseguente diffusione) di specie cariche danno origine a d.d.p. anche inassenza di una membrana plasmatica.

E’ possibile stimare il valore della d.d.p generata dai potenziali di diffusione?Nel caso estremo (ma non realistico) di uno ione mobile ed un controionenon diffusibile lo ione diffonde spinto dal proprio gradiente chimico, masarà trattenuto dalla forza elettrostatica, associata alla separazione dal suocontroione.In base a considerazioni energetiche, si arriverà ad un equilibriotermodinamico quando il ∆G chim (associato alla diffusione secondo ilgradiente chimico) ed il ∆G el (associato alla diffusione contro il gradienteelettrico) sono uguali in valore assoluto, ma di segno opposto, ovvero∆G chim + ∆G el =0.Gli indici 1 e 2 siriferiscono aicompartimenti 1 e 2∆V∆G chimR ⋅T⋅ln=[ X ][ X ]( V −V)1212+ z ⋅ F ⋅=R ⋅Tz ⋅ F∆G elettr( V −V)2⋅ln1[ X ][ X ]21=0(eq.ne diNernst)

Che ruolo ha la membrana plasmatica nei potenziali di diffusione?Le membrane biologiche sono caratterizzate da permeabilità selettive perogni dato ione, ovvero possono amplificare le differenze di mobilità(permeabilità) tra un dato ione ed il suo controione, ed in tal modogenerare dei potenziali di diffusione anche nel caso di sali formati dacoppie ione-controione dotate di piccole differenze di mobilità.Esempio: in una cellula [KCl] 1 =150 mM e [KCl] 2 = 5 mM; la membrana épermeabile a K + , ma non a Cl - . Il ∆V tra comp. 1 (intracell.) e 2 (extracell.)sarà dato da:∆V=(−1−18.314⋅V⋅C⋅ K ⋅ Mole ) ⋅( 298.15⋅K )96480⋅C⋅ Mole−1ln0.0050.15= −0.0874 V

K + e Cl - hanno la stessa mobilità e non danno origine apotenziali di diffusione in soluzione.C) Presenza di un gradientechimico ma nessun flussonetto al potenziale diNernst del K +A) Nessun gradientechimicoLa differente mobilità tra K + eCl - creata dalla membrana daorigine a differenze dipotenziale transmembranaB) Presenza di un gradientechimico e flusso netto delK + in uscita. Il Cl - non segueil K + .

∆V=R ⋅Tz ⋅ F⋅ln[ X ][ X ]21(eq.ne diNernst)

Limiti dell’eq.ne di Nernst: l’equazione di Nernst si applica quando una sola specie ionica permea lamembrana. Se più specie ioniche permeano, non si raggiunge un equilibrio e l’eq.ne di Nernst non puòessere applicata.Es.: due specie ioniche (A e B) che permeano la membrana.AEquilibrio di BEquilibrio di ABIn questi casi si utilizza un’eq.ne che non assume il raggiungimento di uno stato di equilibrio.V=RTzF⎛ln⎜⎝ppKK[ K ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] ⎟ ⎞out+ pNaNaout+ pClClinKin+ pNaNain+ pClClout ⎠

VVVPKPosto PNa= e PCl=1000=RTzF⎛⎜ln⎜⎜⎝pKpp1000p1000K[ K ] + [ Na]KoutK[ K ] + [ Na]8.314×298.15 ⎛=ln⎜96480 ⎝0.005145= 0.0257×ln0.14001inoutin⎞⎟⎟⎟⎠0[ 0.005] + 0.001×[ 0.145][ 0.14] + 0.001×[ 0.01]= −0.085V⎞⎟⎠Posto P P e P =Na=K Cl0V8.314×298.15 ⎛=ln⎜96480 ⎝[ 0.005] + [ 0.145][ 0.14] + [ 0.01]⎞⎟;⎠V=8.314×298.15 ⎛ln⎜96480 ⎝[ 0.150][ 0.150]⎞⎟⎠=0V

Posto P 100×P e P =Na=K Cl0VV==8.314×298.15 ⎛ln⎜96480 ⎝8.314×298.15 ⎛ln⎜96480 ⎝[ 0.005] + [ 14.5][ 0.14] + [ 1][ 14.505]⎞=[ 1.140]⎟⎠⎞⎟;⎠0.065VPKPosto PNa= e PCl=1000V=RTzF⎛⎜ln⎜⎜⎝pKpK[ K ] + [ Na]Koutp100poutK[ K ] + [ ] ⎟ ⎟⎟⎟ inNain100 ⎠⎞V=8.314×298.1596480⎛ln⎜⎝[ 0.005] + 0.01×[ 0.145][ 0.14] + 0.01×[ 0.01]⎞0.00645⎟; V = 0.0257×ln = −0.079V⎠0.1401

V( t)t−= V 1 eτ∞⎛⎜ −⎜⎝m⎞⎟⎟⎠τm=Rm×Cm

MotoneuronespinaleMiocita atrialeMiocita ventricolare