Biofisica 2

 

Oggetto e obiettivi

Il corso si propone di introdurre lo studente alla biofisica dei sistemi eccitabili. E’ suddiviso in tre parti principali. Vengono inizialmente introdotte le membrane biologiche privilegiando la trattazione dei sistemi di trasporto ionici e delle proprietà elettriche, quindi i meccanismi che determinano l’eccitabilità neurale e della cellula cardiaca. Le proprietà dei sistemi eccitabili distribuiti spazialmente saranno trattate nell’ultima parte del corso con particolare riferimento al tessuto cardiaco.

 

Programma

 

1. Membrane biologiche

Struttura, composizione, funzione

      il doppio strato lipidico: fluidità, transizioni di fase, asimmetria

      miscele lipidi-acqua: polimorfismo

      proteine di membrana: interazioni con il doppio strato

Meccanismi di trasporto

Diffusione di molecole neutre

Diffusione di ioni: l’equazione di Nerst e l’equilibrio di Donnan-Gibbs

Flusso e pressione osmotica

Pori, canali, trasportatori

Trasporto attivo: la pompa Na+-K+, sistemi di cotrasporto

Proprietà elettriche

il potenziale di membrana

le equazioni di Goldman-Hodgkin-Katz

la membrana come circuito RC

relazioni corrente/voltaggio

 

 

2. Cellule con membrane eccitabili: il neurone e la cellula cardiaca

Il neurone

      Struttura e funzione

      Trasmissione elettrica passiva: teoria del cavo coassiale

Potenziale d’azione e propagazione del potenziale d’azione

Le correnti ioniche Na+ e K+

Le equazioni di Hodgkin-Huxley

Trasmissione sinaptica

 Cellula cardiaca

Struttura e funzione

Potenziale di membrana e potenziale d’azione

Canali ionici, pompe e scambiatori

Potenziale e correnti di pacemaker

Il meccanismo eccitazione-contrazione

proteine contrattili e meccanismo di contrazione

Tecniche per il monitoraggio di potenziali e correnti di membrana: il patch-clamp

 

 

3. Sistemi eccitabili multicellulari: il tessuto cardiaco

Meccanismi di base della propagazione elettrica fra cellule

propagazione unidimensionale e bidimensionale

anisotropie e discontinuità strutturali

Propagazione elettrica cardiaca normale e anomala

onde di eccitazione autosostenute

Modelli per la simulazione della propagazione elettrica in sistemi eccitabili

Tecniche per il monitoraggio della propagazione elettrica cardiaca: i sistemi di mappaggio

 

Testi consigliati:

ALBERTS ET AL., Biologia molecolare della cellula, Zanichelli, 1992

SCHULTZ SG, Basic principles of membrane transport, Cambridge Univ. press, 1980

HILLE B., Ionic channels of excitable membranes, Sinauer Associates Inc., 1972

OPIE LH, The heart. Physiology and metabolism, Raven Press, New York, 1991

KLEBER AG, JANSE MJ, FAST VG, Normal and abnormal conduction in the heart.

In: Handbook of Physiology, Vol.1, Oxford University Press, 2001

 

Modalità e svolgimento dell'esame:

L'esame consiste in una prova orale alla fine del corso.