Appunti completi del corso di Fisiologia generale

Fisiologia generale

Introduzione al corso

Il voto sul libretto è il voto globale del corso di fisiologia e patologia. Fisiologia ha 2 parziali, una prova in itinere nella pausa di novembre e una seconda prova a fine corso prima dell’appello ufficiale. Le due prove devono essere sufficienti. Le due prove saranno con 2 parti, una di teoria (20 domande a crocette 1 punto per domanda, 0 se non data, -0.5 per ogni domanda non data) e 12 punti coperti da esercizi, 3/4 esercizi con 3/4 punti ad esercizio. L’esame dura 1:30 ore per tutto. Se si passa fisiologia, il voto viene mantenuto valido per sempre, posso fare patologia quando voglio. Anche l’esame completo è sempre fatto nello stesso modo dei parziali.

Primo compito su cuore e nervoso. Poi il secondo con respiratorio, digerente, reni ecc… Gli scritti di fisiologia se superati, possono portare ad un orale facoltativo che può alzare o abbassare di 2-3-4 punti. È vivamente consigliato per alzare il voto se ho studiato bene. Il voto che va sul libretto è il voto di verbalizzazione di media tra fisiologia e patologia. Fatta patologia bisognerà verbalizzare e esistono gli appelli di verbalizzazione e se non mi iscrivo a questo appello però non ci si può aggiungere dopo, quindi mi devo ricordare di farlo. Testi: libro Silverthorn e come materiale del corso le slides di lezioni ed esercitazioni.

Lezione 1: La fisiologia e i suoi temi

La fisiologia è l’evoluzione dell’anatomia. Ci fa capire come gli organi funzionano, sono fatti in un certo modo e ci fanno capire il loro funzionamento. Per Aristotele il corpo era “conoscenza della natura”, ma per Ippocrate era “potere curativo della natura”, cioè che con il corpo un uomo sa rimediare ai suoi problemi da solo, riportandosi al concetto di omeostasi, un concetto di equilibrio, che invece è esposto ad un ambiente esterno variabile. Un organismo è variabile e queste variazioni dell’ambiente esterno, e l’omeostasi è la capacità di riportare un organismo nella condizione di equilibrio. Dato che un organo è costruito in un certo modo, questo è riferito a determinate funzioni. Studiando la fisiologia capisco il perché delle forme dei vari organi e delle varie strutture del corpo.

Un altro tema della fisiologia è il come noi produciamo l’energia necessaria a svolgere le nostre funzioni. Oltre a questo serve il controllo delle cose che facciamo, per mezzo del sistema nervoso.

Un esempio: la temperatura corporea deve avere la minor variazione possibile. Siamo alla normalità con una temperatura e se si aumenta da 30 a 40 gradi per esempio la velocità delle reazioni aumenta del doppio. Se aumenta la temperatura ambiente aumenta (stimolo) anche quella corporea (recettore) e quindi devo iniziare a perdere calore (integrazione centrale). Capisco che aumenta la temperatura con i termo-recettori e rispondo con vasodilatazione cutanea, così che si fa arrivare più sangue in periferia, e con la sudorazione. Tutte queste azioni effettrici fanno ritornare l’organismo alla condizione iniziale di equilibrio.

Le biomolecole

I lipidi: Si parte dagli acidi grassi, catene lunghe di 12-15 atomi di C legati a H che alla fine hanno un gruppo carbossilico. Di solito i legami tra C sono legami semplici, che non determinano una torsione della molecola. Una catena di atomi di carbonio senza doppi legami è una catena lineare. L’introduzione di un doppio legame all’interno di una catena di acido grasso determina una distorsione della catena, e sempre di più se aumentano:

• Gli acidi grassi senza doppi legami (ogni C saturato da un H) sono acidi grassi saturi. Due acidi saturi vicini possono stare vicini perché sono lineari. A temperatura ambiente quelli saturi sono solidi;
• Gli acidi grassi con un doppio legame sono insaturi. Gli acidi grassi insaturi con distorsioni, insieme non riescono a starci. A temperatura ambiente quelli insaturi sono liquidi. Li troviamo negli oli acidi insaturi = OLI.

Il rapporto tra insaturo e saturo negli animali è per la maggior parte solido, invece nei grassi vegetali ho un rapporto opposto, sono molto di più i liquidi. Questo perché è dimostrato che una dieta piena di grassi insaturi protegge dall’iperglicemia e colesterolo alto, e ha un fattore protettivo sulle malattie cardiovascolari.

Alcuni acidi grassi non riusciamo a produrli, sono essenziali, quello linoleico (omega 3) e linolenico (omega 6). Omega dipende dalla posizione del primo doppio legame nella molecola. Un acido omega 3 avrà il primo doppio legame sul terzo atomo di carbonio e così via. Dobbiamo prenderli quindi dall’esterno, e li troviamo (vedendo la tabella) soprattutto nei componenti vegetali, con una composizione di acido linoleico importante.

Oltre a questi ci sono gli elicosanoidi, che hanno il gruppo COOH ma con in più un gruppo aromatico ad una estremità (le postglandine per esempio). Importante anche è il colesterolo, la prima fonte di steroidi, molecole con funzione ormonale, nel corpo umano. Importanti anche i fosfolipidi, con un gruppo fosfato ionico che si contrappone alla non polarità delle catene acide. Importante perché nella creazione delle membrane i fosfolipidi di membrana mettono dentro la parte acida e tengono fuori le teste fosfate per il rapporto con l’ambiente polare.

Gli acidi grassi contribuiscono alla formazione dei lipidi, che sono il risultato dell’esterificazione di un alcol (glicerolo) con un gruppo carbossilico dell’acido. Il glicerolo ha 3 gruppi alcolici quindi può reagire con tre gruppi carbossilici di 3 acidi grassi. Avrò quindi mono-gliceridi, di-gliceridi o tri-gliceridi. Questi ultimi che sono più del 90% dei lipidi dell’organismo, che troviamo nelle strutture importanti delle membrane biologiche.

I carboidrati

Sono monosaccaridi, di due tipi e si dividono in aldosi o chetosi (in base al tipo di legame) oppure pentosi e esosi (in base agli atomi di carbonio). Ribosio e desossiribosio si trovano nei nucleotidi. I monosaccaridi uniti possono creare dei disaccaridi:

• Saccarosio è glucosio + fruttosio
• Maltosio è glucosio + glucosio
• Lattosio è galattosio + glucosio

Più anelli di catene che si ripetono creano i polisaccaridi e a seconda del legame che li lega cambia il tipo di saccaride: negli animali ho la chitina e in particolare il glicogeno, che è la riserva nel fegato di zucchero, glucosio. Nei vegetali invece ho cellulosa e amido, entrambi fatte da glucosio ma la cellulosa non è digeribile, non è attaccabile dai nostri enzimi digestivi (per questo noi non siamo erbivori). L’amido invece, nella farina, è attaccabile da questi enzimi. Entrambi hanno stessa struttura ma i legami vengono attaccati in maniera diversa.

Le proteine

Le proteine sono polimeri di un monomero, unione in questo caso di aminoacidi. Questi sono fatti da un gruppo carbossilico e uno amminico, un H e il quarto legame è creato da una catena esterna, radicale, diverso in ogni aminoacido. Il legame peptidico si ha tra H e OH dei due gruppi diversi.

Noi riusciamo a produrre 18 aminoacidi tranne Arginina e Istidina. Quelli in rosso sono relativi, li riusciamo a produrre ma in particolari periodi metabolici (in crescita o malattia) non riusciamo a farlo in maniera adeguata e quindi a volte servono nelle diete.

È importante il valore biologico, cioè il valore che ho bisogno di un determinato AA, e il valore biologico ottimale è quello di quelle proteine che sono il più simile possibile alle mie. VB = rapporto tra l’azoto che io assorbo/ azoto che ho assunto. VB latte umane > bistecca > riso. Il VB maggiore è nelle proteine dell’uomo (VB 100). Giornalmente ho bisogno di 1 gr/kg di peso corporeo.

Una dieta vegetariana ha lo stesso VB di una dieta con proteine come la carne? NO. Questo significa che se hanno un VB minore, devo assumerne di più. Nella realtà sono 20 in ogni organismo, ma negli ultimi anni ne sono stati trovati ancora 2, la pirrolisina in un archeobatterio nell’86 e seleno-cisteina.

La sequenza di aminoacidi definirà poi la caratteristica delle proteine. 20 aa significa che posso metterli in fila in maniera illimitata e in rapporti diversi. A seconda della sequenza si creano proteine diverse, in base a questo si determinano:

• Struttura primaria: unione di aa
• Struttura secondaria: creazione di alfa elica e beta foglietto
• Struttura terziaria: espressione tridimensionale
• Struttura quaternaria: unione di più catene (emoglobina).

In fisiologia è fondamentale che le proteine mantengano una certa struttura tridimensionale, la forma determina la sua funzione. Quando questa struttura 3D viene persa, con quindi rottura di legami in particolare legami disolfuro (cisteina), si ha la denaturazione della proteina e questo ne determina la perdita della funzione biologica. I fattori che denaturano sono:

• La temperatura: l’attività di una proteina è ottimale a 37°, e arriva a 0° se è denaturata;
• Il pH

Le proteine svolgono le loro funzioni legandosi e facendo reazioni con i ligandi. L’affinità di una proteina per un determinato ligando è data dalla reazione P + L = PL che crea un complesso proteina/ligando. Questa reazione è all’equilibrio e la costante di equilibrio è Keq = [P][L]/[PL] e in base a quanto varia, varia la sua funzione.

Le reazioni avvengono con una certa energia di attivazione, e una volta raggiunta, la reazione poi può avvenire e produrre energia (reazioni esotermiche) oppure assorbire energia (reazioni endotermiche). In entrambi i casi serve la EA che poi può andare avanti o no.

Le proteine in questo contesto sono dei catalizzatori organici (enzimi), delle sostanze che sono estranee alle reazioni, che aumentano la velocità delle reazioni chimiche diminuendo l’energia di attivazione e al termine delle reazioni sono immutati. A differenza dei catalizzatori inorganici sono efficienti e specifici, permettendo che i due reagenti si incontrino in maniera perfetta in siti specifici. Senza gli enzimi le reazioni nel corpo umano avverrebbero a velocità nemmeno apprezzabili a 37°. Per funzionare hanno bisogno di cofattori, coenzimi, che sono delle vitamine: apoenzima e oloenzima.

La velocità di reazione aumenta con l’aumento dei reagenti. Se però ho un catalizzatore, vado avanti finché saturo tutto l’enzima. Tanti più enzimi ho, tanto maggiore sarà il prodotto ottenuto, e quindi la velocità aumenta fino al punto di saturazione dell’enzima. Quando tutte le molecole di enzima lavorano, non possono catalizzare altro.

La concentrazione di substrato in corrispondenza della quale V0 è semi-satura è definita dalla costante di Michaelis Menten (Km). Questa concentrazione tende ad un platò, ad un’iperbole. Gli enzimi digestivi vengono prodotti come inattivi, e solo entrando nell’intestino vengono attivati.

Esistono le pancreatiti acute, in cui se ho dei problemi, questi non si attivano. Per attivarli si usano degli attivatori che legandosi in un punto diverso dal sito di legame, fanno modificare la forma del sito di legame permettendo il legame con il ligando. Questo meccanismo è definito come attivatore/inibitore allosterico. Per inibire invece posso mettere un inibitore che simula il lavoro del ligando nel sito di legame e blocca la funzione, oppure appunto con l’inibizione allosterica. Il legame tra enzima e ligando è covalente. L’inibizione può essere reversibile o irreversibile.

La fosforilazione di un enzima modifica covalente l’enzima. La scissione riguarda per esempio gli enzimi digestivi. L’allosterismo modifica la forma della proteina. Per regolare un’attività enzimatica, cioè per indurre o fare repressione genica della biosintesi della proteina enzimatica si usano gli enzimi inducibili. I coenzimi spesso sono vitamine. Sono sostanze che noi non sappiamo produrre e dobbiamo assumere dall’esterno.

Acidi nucleici

Sono polimeri di nucleotidi, uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato. I nucleotidi servono anche come singole molecole, per esempio l’adenosina può legare fino a 3 gruppi fosfati e servono per catturare e trasferire energia. Invece il cAMP serve come comunicazione tra le cellule. Il codice genetico non è ambiguo, ad una tripletta corrisponde un solo aminoacido. È degenerato, cioè un aa può essere codificato da più triplette. È universale, nel senso che ogni sequenza di triplette è la stessa per tutti, le triplette sono identiche per tutte le specie viventi.

Produzione di energia

Il metabolismo basale, l’energia necessaria per svolgere le attività base dell’organismo, è 1Kcal/h/Kg. Il metabolismo basale è la necessità energetica di un organismo, a riposo, sdraiato, sveglio a occhi chiusi. L’energia la prendiamo dal sole, grazie alla fotosintesi clorofilliana, o per mezzo della combustione. Per fare combustione e avere energia ci serve ATP. Per produrre ATP c’è una glicolisi anaerobia, producendo poca ATP. Poi c’è il ciclo di Krebs nei mitocondri in cui si produce poca ATP e una notevole quantità di NADH e FADH2. La maggior parte di energia però viene prodotta con la fosforilazione ossidativa.

Se non ho ossigeno, il piruvato non entra nel mitocondrio e viene convertito a lattato. Per esempio in situazioni di ischemia, quando non c’è abbastanza ossigeno al cervello. Il dosaggio del lattato nel sangue è un accurato sistema per capire se c’è deficit di ossidazione nel sangue.

Importante è la produzione di glucosio, gluconeogenesi e la sintesi di lipidi. L’acetil CoA viene assemblata per produrre acidi grassi e una molecola di glicerolo viene creata. Invece la lipolisi è la rottura dei lipidi che finisce sempre con il ciclo di krebs ma prima si ha la beta ossidazione che distacca un’unità acetilica a 2 atomi di carbonio dagli acidi grassi. Questa unità si lega all’acetil CoA e inizia il ciclo di Krebs.

I lipidi per unità di peso producono più energia ma non possono essere bruciati in maniera così semplice, perché se producono troppo acetil si creano complessi chetonici tossici, ma in generale danno 9Kcal/g e invece i carboidrati solo 4, le proteine anche loro 4, l’alcol etilico 7.

Il metabolismo è controllato dalle isole di Langherans, nel pancreas endocrino. Fatte da:

• Cellule alfa che producono insulina
• Cellule beta che producono glucagone
• Cellule D che producono somatostatina
• Cellule F che producono il polipeptide pancreatico

Per questo è importante mantenere una concentrazione ottimale di glucosio (100mg/ml). Si parla di glicemia se si supera il 120-140 mg/ml. La glicemia è regolata da insulina e glucagone che agiscono in maniera opposta: insulina abbassa la glicemia e glucagone la alza. L’insulina aiuta alla sintesi di glicogeno, grassi e proteine e all’ossidazione del glucosio. Il glucagone che favorisce la glicogenolisi, gluconeogenesi e chetogenesi.

Nello stato di attività l’insulina domina, ed è un ormone anabolizzante (crea massa corporea). Con il glucosio vengono prodotti grassi, proteine e altro di utile. Nello stato di digiuno invece aumenta il glucagone. Il glucagone è un ormone catabolizzante (distrugge massa corporea). Ho un livello di glucagone per tenere alta la glicemia. Mangio e il livello di glucosio sale e anche quindi il livello di insulina andrà a un picco, che permette al glucosio di scendere.

L’insulina determina anche la sonnolenza, il picco di insulina lo crea. Lo stimolo secretivo di insulina è prodotto da un incremento di glucosio plasmatico, di aminoacidi, di ormoni gastrointestinali o del sistema parasimpatico e ha lo scopo di stimolare, è anabolizzante. Il glucagone è l’ormone dello stress, del digiuno e viene prodotto in ipoglicemia e se aumentano gli aminoacidi plasmatici e ha il compito di glicogenolisi, gluconeogenesi e lipolisi.

Lezione 2: Le membrane cellulari e il sistema nervoso

Le cellule sono identificate da un confine, la membrana cellulare. Questa introduce una parte interna e una esterna. I liquidi quindi si dividono in:

• Liquidi intracellulari: 2/3 del contenuto di acqua complessivo
• Liquidi extracellulari: per questo ci sono altre due suddivisioni:
  • Liquidi nel sangue, il plasma (1/4);
  • Liquidi tra una cellula e l’altra che forma il liquido interstiziale (3/4). È una soluzione fisiologica, fatta di cloruro di sodio per la maggior parte.

Il fatto di avere delle membrane cellulari determina una differenza forte nel contenuto chimico e biochimico delle cellule, nella composizione di questi tre liquidi. Dentro alla cellula ho componenti opposte al contrario dell’esterno di essa. Le membrane quindi:

1. Separano la cellula dall’ambiente esterno (isolano fisicamente, regolano i rapporti con l’esterno e comunicano con esso, e danno un supporto strutturale);
2. C’è una barriera idrofobica, respinge tutto quello che è polare;
3. È formata da lipidi e proteine.

Il colesterolo stabilizza il doppio stato della membrana plasmatica. Tutto è complicato dall’inserimento all’interno della membrana delle proteine di membrana che svolgono molte funzioni:

• Sono recettori (insieme a zuccheri, glicoproteine) e trasmettono i messaggi dall’esterno all’interno;
• Sono canali o trasportatori che permettono il passaggio di sostanze;
• Agiscono come enzimi e partecipano a reazioni chimiche;
• Forniscono supporto strutturale alla cellula;
• Contribuiscono all’identità cellulare.