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FENOMENI ELETTRICI DI MEMBRANA, I fenomeni elettrici di membrana derivano…
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I fenomeni elettrici di membrana derivano dal movimento di ioni attraverso la membrana cellulare, che può generare segnali elettrici. Questi fenomeni sono alla base del trasporto transepiteliale, del potenziale di membrana e, nelle cellule eccitabili, della comunicazione cellulare.
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Principio di elettroneutralità:
Le soluzioni restano complessivamente neutre: il numero di cariche + e – è uguale in ogni compartimento. La separazione di cariche si verifica solo a livello della membrana, come le armature di un condensatore.
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I fenomeni elettrici di membrana sono alla base di numerosi processi vitali, come il trasporto degli ioni attraverso la membrana cellulare e la comunicazione tra le cellule, in particolare nelle cellule eccitabili.
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EQUAZIONE DI NERNST
L’equazione di Nernst descrive il potenziale di equilibrio di uno ione, cioè la differenza di potenziale elettrico necessaria per mantenere in equilibrio le concentrazioni di quello ione ai due lati di una membrana. Questo potenziale si raggiunge quando il flusso netto dello ione attraverso la membrana è nullo, ossia quando il gradiente elettrico si oppone esattamente al gradiente di concentrazione.
Immaginiamo uno ione permeabile, come il potassio (K +), che si muove attraverso la membrana da un compartimento dove è più concentrato (A) verso uno dove è meno concentrato (B). Questo movimento genera una separazione di carica: un eccesso di carica positiva si accumula nel compartimento B, mentre il compartimento A diventa relativamente più negativo. La separazione di carica produce una forza elettrica che spinge il 𝐾+ indietro, verso il compartimento A.
Quando questa forza elettrica bilancia esattamente la forza dovuta al gradiente di concentrazione, si raggiunge l’equilibrio: non c’è più un movimento netto di K + e si genera il potenziale di equilibrio, che è descritto dall’equazione di Nernst.
Come si arriva all’equazione di Nernst:Il principio base è che il lavoro necessario per spostare uno ione a causa della forza elettrica (𝑊𝑒) è uguale e opposto al lavoro dovuto al gradiente di concentrazione (𝑊𝑐):
- La membrana è permeabile agli ioni K+ e Cl-, ma non alle proteine.
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-Se uno ione (es. Cl⁻) è più permeabile, attraversa la membrana più velocemente, generando una separazione di cariche: la faccia verso il compartimento in cui si sposta si carica negativamente, mentre l’altro lato si carica positivamente;
-Questo crea un campo elettrico che rallenta il movimento dello ione più permeabile e accelera quello meno permeabile (es. Na⁺).
-I flussi ionici si equilibrano (es. il Cl⁻ più veloce viene rallentato, mentre il Na⁺ viene accelerato).
-Il passaggio netto di entrambi gli ioni termina quando i gradienti di concentrazione si dissipano, eliminando il potenziale di diffusione.
-Gli ioni sono distribuiti in modo ineguale sui due lati della membrana (gradiente di concentrazione);
-La membrana ha permeabilità differenziale per i vari ioni, a causa di un diverso numero o tipo di canali ionici.
-Numeratore: la somma delle permeabilità (𝑃) degli anioni moltiplicate per le loro concentrazioni nel compartimento 2 più quella dei cationi moltiplicate per le loro concentrazioni nel compartimento 1.
-Denominatore: la somma delle permeabilità degli anioni moltiplicate per le loro concentrazioni nel compartimento 1 più quella dei cationi moltiplicate per le loro concentrazioni nel compartimento 2.
Due compartimenti con KCl 0,1 M (compartimento A) e KCl 0,01 M (compartimento B), separati da una membrana permeabile solo a K+:
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-Man mano che K + si sposta, la faccia della membrana verso il compartimento B diventa positiva e quella verso A diventa negativa, creando una separazione di cariche;
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- Due compartimenti separati da una membrana: uno contiene ioni diffusibili (es. 𝐾+ e 𝐶𝑙−), mentre l'altro contiene uno ione non diffusibile (ad esempio proteine);
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