Fisiologia cellulare, Dispense di Fisiologia

Scarica Fisiologia cellulare e più Dispense in PDF di Fisiologia solo su Docsity! 1 FISIOLOGIA La fisiologia è una scienza che studia le funzioni del corpo umano in stato di normale funzionamento. La fisiologia ha vari livelli di organizzazione e comprende in parte la biologia molecolare, quella cellulare, la chimica e l’ecologia. OMEOSTASI L’omeostasi è il mantenimento di un stabilita relativa davanti a perturbazioni esterne ed interne. L’organismo deve mantenere l’omeostasi senno la normale funzione viene danneggiata e sfocia in una condizione patologica. OMEOSTASI  Variazione Interna/Variazione Esterna  Perdita dell’omeostasi  Tentativo di compensazione  se la compensazione fallisce, abbiamo una malattia o un disturbo patologico / se la compensazione ha successo, abbiamo un ritorno allo stato di stabilita. Le variazioni vengono segnalate dai sistemi di controllo, quello più semplice agisce seguendo questo schema: 1. Segnale di ingresso in entrata 2. Centro di integrazione 3. Segnale in uscita 4. Risposta Esiste anche un sistema chiamato a retroazione o a feedback negativo, il quale una volta ristabilito il valore all’interno della sua variabile, il sistema si autoregola e smette di funzionare. AMBIENTE INTERNO DEL CORPO Per ambiente interno del corpo si intende l’ambiente acquoso che circonda le cellule, cioè il liquido extracellulare (LEC). Il LEC rappresenta la zona di transizione tra l’ambiente esterno e il liquido intracellulare (LIC), dal quale è ulteriormente separato dalla membrana cellulare, chiamata anche plasmatica, o plasmalemma. Il corpo umano viene suddiviso in 3 compartimenti anatomici e due compartimenti funzionali. I compartimenti anatomici sono: cavita cranica, cavita toracica e cavita addomino- pelvica. I compartimenti funzionali sono invece il LEC e il LIC. La membrana plasmatica è costituita da un doppio strato di fosfolipidi nel quale si inseriscono molecole proteiche, colesterolo e sfingolipidi. I fosfolipidi hanno una testa polare (idrofila) costituita da glicerolo e fosfato, e una coda apolare (idrofoba) formata da catene di acidi grassi. Il colesterolo è completamente idrofobo ed aiuta ad impermeabilizzare la membrana. 2 TRASPORTO TRA COMPARTIMENTI Il trasporto tra compartimenti si divide in attivo e passivo, a seconda se viene utilizzata energia nel passaggio. La diffusione semplice è un esempio di trasporto passivo e avviene con il passaggio delle molecole a favore di gradiente, cioè da dove sono più concentrate a dove lo sono meno. La diffusione semplice si verifica fino ad una condizione di equilibrio e il passaggio di molecole è direttamente proporzionale alla temperatura e inversamente proporzionale alla massa e alla dimensione della molecola trasportata. Le regole della diffusione semplice possono essere riassunte con una legge chiamata legge di Fick: TRASPORTO MEDIATO DA PROTEINE Esistono 2 tipi di trasporto mediato: la diffusione facilitata e il trasporto attivo. La diffusione facilitata si tratta del passaggio a favore di gradiente di concentrazione mediato da una proteina di membrana. Il trasporto attivo è mediato da proteine carrier o proteine canale. Le proteine carrier usano la modificazione della loro conformazione per legarsi con molecole differenti e questo rallenta il processo di passaggio rispetto alla proteina canale. Il trasporto attivo può essere primario diretto o secondario indiretto. Nel primo caso l’energia impiegata per trasportare delle molecole contro gradiente viene usata direttamente per il passaggio. Nel secondo caso si dice indiretto perché utilizza energia potenziale immagazzinata nel gradiente di concentrazione di una molecola per spingere altre molecole contro il loro gradiente. Nel trasporto attivo secondario le molecole possono andare nella stessa direzione, questo sposamento è chiamato simporto, o in direzioni opposte, spostamento chiamato antiporto. TRASPORTO VESCICOLARE 5 L’equazione di Nerst permette di calcolare il potenziale di equilibrio di uno ione singolo, per calcolare il potenziale di membrana a riposo dobbiamo usare l’equazione di Goldman, che calcola il potenziale di più ioni in modo da poter considerare tutti gli ioni della cellula. Il passaggio delle molecole attraverso la membrana plasmatica è regolato da gradiente chimico, gradiente elettrico e permeabilità Il potenziale di membrana a riposo è regolato da 3 fattori principali: - Diversa distribuzione di ioni nel LEC e nel LIC - Impossibilita da parte degli ioni di uscire dalla cellula - Natura elettro genica della pompa Na-K Il cambiamento nella permeabilità della membrana alla specie ionica causa alterazioni del potenziale di membrana a riposo. Quando il potenziale di membrana diventa più positivo si dice che viene depolarizzato e viceversa iperpolarizzato. I neuroni sono l’unita funzionale del tessuto nervoso e sono composti da dendriti, corpo cellulare e terminale assonico. Nei dendriti abbiamo il segnale in ingresso, il corpo cellulare è il centro di elaborazione, il terminale assonico è il punto di uscita del segnale. La sinapsi è la regione dove il terminale assonico comunica con la cellula bersaglio. I neuroni possono avere varie forme a seconda delle funzioni e della posizione. I neuroni comunicano tra loro con linguaggio elettrochimico tramite sinapsi. I neuroni comunicano tra di loro con un segnale che prende il nome di potenziale di zione, consiste in una depolarizzazione molto rapida e ampia (da -70 a +30), riesce a propagarsi a lunga distanza. Il significato funzionale è quello di avere un segnale elettrico che si propaga lungo l’assone e permette il rilascio del neurotrasmettitore, questo potenziale di azione è importante anche a livello muscolare perché fa partire la contrazione. Si ha questo segnale depolarizzante grazie alle variazioni della permeabilità di membrana rispetto agli ioni Na e gli ioni K. I canali per il passaggio seguono questo funzionamento: 1- Quando il potenziale di membrana è a riposo il cancello di attivazione chiude il canale. 2- Uno stimolo depolarizzante raggiunge il canale e apre il cancello. 3- Aprendo il cancello di attivazione si permette il passaggio di Na+ nella cellula 4- Il cancello di inattivazione si chiude quando si raggiunge il picco del PA e l’ingresso di Na+ si ferma 5- Durante la ripolarizzazione i due cancelli tornano alle posizioni iniziali. Il potenziale di azione ha una frequenza massima fino a che la membrana viene considerata refrattaria, cioè che deve tornare in condizione ottimale per poter rigenerare, questo lasso di tempo è chiamato periodo refrattario e può essere assoluto o relativo. 6 Quello assoluto avviene quando il potenziale di azione viene avviato un secondo potenziale di attivazione non può essere innescato, il lasso id tempo necessario perché i cancelli dei canali di Na+ ritornino nella posizione prende il nome di periodo refrattario assoluto. Quello relativo avviene quado alcuni canali del Na+ sono tornati in condizione di riposo ma non tutti e i canali del K+ sono ancora aperti, si verifica sempre dopo il potenziale di azione assoluto. I PA assoluto e relativo limitano la frequenza di trasmissione di segnali lungo neurone, quello refrattario assoluto serve anche a impedire la propagazione in senso inverso POTENZIALE DI AZIONE È un segnale elettrico che viene utilizzato dai neuroni per comunicare a lunghe distanze. Si genera da una variazione del potenziale di membrana. Il potenziale di azione si sviluppa partendo da un segnale in entrata che crea una depolarizzazione a livello del Monticolo assonico (specifica zona del neurone), viene innescato quando si raggiunge la soglia di -55 millivolt. Maggiore è la depolarizzazione e maggiore è la spinta di questi canali nell’aprirsi. Prima si aprono i canali del sodio che sono più veloci e dopo si aprono quelli più lenti del K. Esiste un cancello di inattivazione nel canale chiamata Ball Chain che consente la chiusura al passaggio del sodio. ZONA TRIGGER/CONO D’EMERGENZA Zona specifica del neurone posta all’origine dell’assone A livello del cono di emergenza c’è un elevata presenza di canali del sodio e del potassio voltaggio dipendenti, questo abbassa il livello della soglia di attivazione, cioè serve un minor stimolo depolarizzante. È la zona dove si innesca il potenziale di azione che poi si sposta lungo il neurone Il potenziale di azione può percorrere lunghe distanze senza perdere energia, e questo processo prende il nome di conduzione del potenz di azione. Quello che può cambiare nel potenziale di azione è la frequenza. Il potenziale di azione si rigenera più volte e questo serve a propagarsi lungo il Neurone, il suo meccanismo si può paragonare alle tessere del domino. La conduzione del PA avviene attraverso la depolarizzazione iniziale che genera una corrente che viene attratta dalle zone più negative, dove in condizioni reali si può spostare verso destra o verso sinistra, però non può tornare indietro essendoci i periodi refrattari quindi va solo verso destra. Ogni volta che un segnale depolarizzante arriva al livello della zona trigger si aprono i canali del Na+ voltaggio dipendenti e quindi entra più Na+ nella cellula. VELOCITA DI CONDUZIONE DEL PA 7 Il PA è un fenomeno molto veloce. Il tempo di propagazione si calcola in funzione della resistenza assiale dell’assone e della sua capacita. La velocita è inversamente proporzionale al prodotto della resistenza assiale X capacità. La capacità è la possibilità della membrana di immagazzinare la carica. La natura agisce andando a diminuire o la resistenza assiale o la capacita per poter velocizzare la propagazione. Diminuisce la resistenza assiale andando ad aumentare il diametro dell’assone, ad esempio l’assone gigante di calamaro è di 1mm e veniva usato per gli esperimenti. Il secondo modo per aumentare la velocità del PA la natura attua un processo chiamato mielinizzazione, cioè viene avvolto l’assone in una guaina mielinica andando ad agire sulla capacita della membrana, che è inversamente proporzionale allo spessore del materiale isolante, in questo caso la guaina. La mielinizzazione determina percentualmente un aumento della velocità di propagazione rispetto alla diminuzione della resistenza assiale dell’assone. La mielina è la membrana plasmatica delle cellule che prendono il nome di oligodendrociti e cellule di Schwann a seconda se si trovano nel sistema nervoso centrale o periferico. Hanno una funzione isolante cioè vanno a diminuire la dispersione di corrente. Per far sì però che il PA si vada a rigenerare devono esserci degli spazi amielinici dove non c’è la guaina e questi spazi prendono il nome di nodi di Ranvier. Nei nodi di Ranvier c’è un elevata quantità di canali di Na voltaggio dipendenti che fanno sì che il PA si rigeneri. Questo processo viene definito come conduzione salta soglia di Ranvier perché sembra che la carica salti da u nodo ad un altro. Ci sono delle malattie legate alla guaina mielinica come ad esempio la sclerosi multipla, queste malattie di solito autoimmuni attaccano la mielina per distruggerlo a e abbassano la velocita di conduzione e il tempo, causando problemi nel sistema nervoso provocando ritardi a livello cognitivo, motorio o percettivo. POTENZIALI GRADUATI Perdono intensità all’aumentare della distanza e possono avere intensità variabili. Il potenziale graduato può essere depolarizzante o iperpolarizzante. Il PG non permette la trasmissione a lunga distanza perché la carica elettrica tende a disperdersi. I PG possono essere eccitatori e in questo caso sono depolarizzanti o inibitori, cioè quando rendono la membrana più negativa e quindi iperpolarizzanti. Un PG eccitatorio che raggiunge la zona trigger con un elevata carica può innescare il PA. La loro ampiezza è direttamente proporzionale alla forza dell’evento scatenante. Si generano quando i neuroni presinaptici rilasciano segnali chimici e permettono