Fisiologia cellulare, Dispense di Fisiologia

Scarica Fisiologia cellulare e più Dispense in PDF di Fisiologia solo su Docsity! Fisiologia: Fisiologia cellulare 1  23 settembre 2019  Docente: Ilaria Rivolta  Fisiologia cellulare  La fisiologia in generale spiega il funzionamento di un organismo sano, la  condizione fisiopatologica invece indica il malfunzionamento dell’organismo stesso  dovuto all’alterazione dei meccanismi fisiologici. Fisiologia e patologia quindi sono  discipline strettamente correlate.   Per fisiologia cellulare, disciplina propedeutica alla fisiologia d'organo e a quella di  sistema, si intende:   ● Fisiologia di membrana→ si fa riferimento ai trasporti che la vedono  coinvolta, in particolare corrisponde alla fisiologia del tratto gastrointestinale  (che studia i meccanismi di assorbimento delle sostanze nutritive) e a quella  renale (in cui si studia la composizione dell’urina).  ● Fisiologia della trasmissione elettrica→ si fa riferimento al funzionamento dei  tessuti eccitabili ovvero cervello e cuore, in parte anche del muscolo.  ● Fisiologia della contrazione muscolare.   Fisiologia di membrana  Funzione  La membrana plasmatica, o cellulare, è una struttura che separa soluzioni con  composizione diversa al fine di creare una compartimentazione all’interno della  cellula. Ha funzione di barriera che, grazie alla sua identità, fa in modo che i due  ambienti separati abbiano caratteristiche specifiche. Non è però una struttura  passiva in quanto è altamente dinamica e permette degli scambi tra i due ambienti  in questione.   Composizione chimica    Il modello utilizzato è quello del mosaico fluido, pensato da Singer e Nicolson nel  1972. Esso afferma che la membrana plasmatica:  ● Ha uno spessore di 70 Armstrong o 7 nm.   1  Fisiologia: Fisiologia cellulare 1  23 settembre 2019  Docente: Ilaria Rivolta  ● E‘ costituita fondamentalmente da lipidi con la presenza di proteine e  zuccheri, che formano glicoproteine libere di muoversi, legati ad essi.   Negli ultimi 25 anni è stato introdotto anche il concetto di microdominio lipidico, una  struttura appartenente alla membrana plasmatica particolarmente ricca di  colesterolo che permette di ancorare molecole spesso coinvolte in uno stesso  pathway. Ne esistono di due tipi:    ● Lipid raft (A) → sono porzioni di  membrana ricche in colesterolo (zattere).   ● Caveole (B) → invaginazioni della  membrana plasmatica a forma di omega  rovesciata la cui forma è garantita dalla  presenza della molecola caveolina. Ne esistono  in tre isoforme: 1,2,3. In particolare la 1 e la 2  sono presenti in quasi tutti i tessuti, la 3 è  tipicamente muscolare. A contribuire però  partecipano anche le cavine e hanno lo scopo  di dare stabilità alla struttura.   Le caveole hanno un diametro di 80 nm e sono  dotate di un diaframma in grado di metterle in  comunicazione con l’ambiente extracellulare.  Le caveole hanno tanti ruoli:  - Piattaforme di signaling → il loro ruolo è quello di radunare molecole di uno  stesso pathway al fine di avere tutto compartimentato. Questo favorisce la  velocità e la precisione del pathway. Risulta utile pensando all'utilizzo di  secondi messaggeri ad esempio (calcio, AMP ciclico,...).  Se devo far aumentare il calcio al fine di fare attivare la PKC ad esempio, è  necessario avere un compromesso tra la quantità di calcio che serve ad  attivare la PKC e il fatto che il calcio è tossico per la cellula. Radunando il  calcio che fosforila PKC e la fosfatasi che la defosforila in uno stesso punto  della membrana, appena la concentrazione locale di calcio si alza, il signaling  parte. Questo permette di consumare meno calcio in quanto ne basta un  aumento solo locale e non in tutta la cellula e di utilizzare meno ATP per  riportare poi la cellula al livello di calcio basale.   2  Fisiologia: Fisiologia cellulare 1  23 settembre 2019  Docente: Ilaria Rivolta  i vari aminoacidi (interazioni elettrostatiche interne) ma anche da interazioni con  l’ambiente esterno.   CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE  ● Proteine intrinseche, integrali o transmembranarie→ attraversano  completamente il doppio strato fosfolipidico. Possono essere deputate al  trasporto di molecole (trasportatori) o ioni (canali ionici) ma hanno anche un  ruolo recettoriale, legando dei ligandi e fanno partire la trasduzione del  segnale. A volte queste due funzioni sono sulla stessa proteina. Possono  avere un ruolo enzimatico quindi generare segnali intracellulari (recettori  tirosin chinasici o recettori dell’insulina) e possono svolgere funzioni  strutturali e meccaniche quindi di ancoraggio di altre proteine.   ● Periferiche o estrinseche→ non attraversano il doppio strato completamente.  Quelle presenti sul lato extracellulare hanno funzione informazionale. Quelle  sul foglietto intracellulare invece sono legate al citoscheletro e hanno quindi  un ruolo strutturale e di ancoraggio (un esempio è la spectrina nel globulo  rosso che ne determina la forma).   Trasporti a cavallo della membrana  La cellula deve assumere sostanze nutritive ed eliminare i prodotti del catabolismo,  è quindi necessario che le sostanze possano entrare e uscire attraverso la  membrana plasmatica. Per trasporto si intendono tutte le modalità di scambio che  avvengono attraverso la membrana plasmatica.   CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA MODALITAˊ  ● Forma libera→ la molecola passa attraverso la membrana, si parla di  diffusione semplice e non richiede energia (trasporto passivo).   Poiché le sostanze devono passare il doppio strato la diffusione semplice  non è per tutte le molecole. La membrana ha uno strato interno idrofobico:  possono attraversare liberamente:  - Gas (ossigeno, anidride carbonica e azoto), che sono molecole piccole  e non cariche.   - Piccole molecole polari e non cariche come l’etanolo diffondono  liberamente attraverso la membrana.   - L’acqua può passare nonostante sia parzialmente polare ma è una  diffusione che richiede tempo quindi la maggior parte del suo  movimento è gestito dalle acquaporine.   5  Fisiologia: Fisiologia cellulare 1  23 settembre 2019  Docente: Ilaria Rivolta  Grosse molecole polari e non cariche come il glucosio ci mettono troppo  tempo, è necessaria una via che ne velocizzi il trasporto. Gli ioni sono piccoli  ma carichi quindi non passano la membrana. Nemmeno molecole grandi e  cariche potranno mai passare.   ● Mediante proteine transmembranarie  - Quando vengono utilizzate proteine che permettono il passaggio della  molecola ma senza dispendio di energia (formano semplicemente  delle gallerie, creano l’ambiente idoneo) si parla di diffusione  attraverso i canali ionici o diffusione facilitata ed entrambi sono  trasporti passivi.   - Quando il trasporto con carrier richiede una qualsiasi forma di energia  invece si tratta di trasporto attivo che può essere primario o  secondario.   ● Mediante vescicole rivestite da membrana → le sostanze non prendono  contatto con il citosol quindi la molecola non passa attraverso la membrana  poiché viene inglobata. Perchè ciò avvenga l’actina deve polimerizzare in  modo che si creino delle braccia a formare la vescicola. Questo richiede un  consumo di energia e si parla quindi di trasporto attivo. Esistono vari tipi di  trasporto mediante vescicole:  - Endocitosi → entrata di materiale in cellula. Si parla di pinocitosi se  entrano fluidi o piccole particelle o di fagocitori se entrano grandi  particelle (vescicole anche di qualche micron).  - Esocitosi → uscita di materiale dalla cellula. Può essere costitutiva o  regolata.  CLASSIFICAZIONE IN BASE ALL’USO DELL’ENERGIA  Se non uso energia si parla di diffusione che può essere semplice o facilitata se si  ha l’utilizzo di una proteina. Se il trasporto richiede ATP si parla di trasporto attivo  primario o secondario e si ha un coinvolgimento proteico. Anche il trasporto  mediante vescicole consuma ATP.    DIREZIONE DEL TRASPORTO  Qualsiasi trasporto è guidato dalla legge che afferma che il sistema procede da uno  stato ad alta energia ad uno a bassa energia. L’energia che condiziona il trasporto è  rappresentata dalla forza chimica che crea quindi un gradiente chimico per le  molecole non cariche (glucosio) e dalla forza elettrica che crea quindi un gradiente  elettrico per gli ioni. In caso di molecole cariche come gli stessi ioni si possono  6  Fisiologia: Fisiologia cellulare 1  23 settembre 2019  Docente: Ilaria Rivolta  associare le due forze precedenti a creare una forza elettrochimica, si crea quindi  un gradiente elettrochimico.   FLUSSO  Il flusso è il numero di moli che attraversano l’unità di superficie in un dato tempo.  La sua unità di misura è (mol/cm quadrati) per secondi. Può essere unidirezionale se  si parla di un ambiente ricco di una molecola ad alta concentrazione e uno privo. In  questo caso si ha un movimento delle molecole da 1 a 2. Dopo un lasso di tempo si  arriva però sempre ad avere un un flusso netto ovvero la somma algebrica del  flusso in una direzione e nell’altra. Il flusso è nullo quando le concentrazioni sono  uguali. Non si ha mai però un equilibrio statico (=morte) quindi si parla di equilibrio  dinamico.   In una membrana composta unicamente da fosfolipidi, i fattori che influenzano il  flusso sono:  ● Differenza di concentrazione→ maggiore è la driving force maggiore è il  flusso.  ● Temperatura → influisce sull’energia cinetica delle molecole: maggiore è la T,  maggiore è la mobilità delle molecole della membrana (la temperatura è  coinvolta nella costante).   ● Area coinvolta→ maggiore è l’area, maggiore è il flusso generale.   ● Spessore della membrana→ più la membrana è sottile più rapido è il  movimento.   LEGGI CHE GOVERNANO I TRASPORTI  La ​legge di Fick​ è la legge che governa la diffusione semplice.   J = - (D • A) • (delta C / delta X)  J = flusso  D= coefficiente di diffusione del soluto  A= area della membrana  delta C = differenza di concentrazione attraverso la membrana  delta X= spessore della membrana  Essa afferma che il flusso è direttamente proporzionale al coefficiente di diffusione  del soluto e all’area della membrana coinvolta ed inversamente proporzionale alla  differenza di concentrazione attraverso la membrana e allo spessore della  7