Appunti di Biologia

Biologia: sistema nervoso e funzioni del cervello

Riceviamo stimoli di natura sensoriale, meccanica, ⇒ onde elettromagnetiche (visive).

Il cervello riceve le sensazioni e le traduce in correnti elettriche tramite i neuroni e assembla le sensazioni per darci una percezione unitaria, mette in atto delle strategie interpretative degli stimoli sensoriali, traduzione e costruzione ⇒ della realtà sensoriale.

Funzioni del cervello

1. Pianificazioni delle azioni che si vogliono mettere in atto nella realtà sensoriale.
2. Capacità di interagire con la realtà - attività motorie.
3. Integrare la realtà motoria con quella sensoriale, integrare tutti gli stimoli, funzioni integrative e associative.

Neuroni: funzione principale di conservare i processi di apprendimento, ciò che hanno imparato, vengono conservate anche per tutta la vita. Essi si occupano di capire come si fa ad agire (interazione).

Evoluzione del sistema nervoso

Invertebrati

• Spugne (organismi più antichi) non si possono muovere, restano ancorate alle rocce e vivono la loro vita.
• Meduse, organismi semplici, si possono muovere, fluttuano all’interno del mare, si passa ad un organismo che si può muovere, si fanno trasportare dalle correnti marine.

Potersi muovere = poter cercare del cibo (le spugne muoiono se manca cibo, le meduse lo cercano), potersi allontanare da potenziali nemici attraverso le correnti in acqua.

Le meduse sono in grado di percepire la temperatura del mare, capiscono se si trovano in un ambiente ottimale, vi è la comparsa degli organi di senso, che ci dicono com'è la realtà attorno a noi, utile per la sopravvivenza.

Per muoversi compaiono cellule che si possono contrarre, in grado di generare movimento nel soggetto, cellule contrattili.

Primordi di neuroni, prime cellule nervose nelle meduse, il movimento comporta la ⇒ necessità di capire come agire rispetto alla realtà.

Organismo in grado di sentire la realtà sensoriale, di muoversi e con i primi neuroni, che dirigono il movimento rispetto alla realtà.

• Vermi piatti, invertebrati in cui le cellule nervose iniziano a specializzarsi nelle varie funzioni, le cellule diventano più complesse, neuroni più sofisticati, iniziano a raggrupparsi in centri nervosi, gangli, che sono ammassi di cellule nervose, nella parte anteriore dei vermi piatti e del nostro corpo.

Iniziano a formarsi cordoni con filamenti nervosi lunghi che si distribuiscono lungo tutto l’organismo per controllare le varie funzioni, i nervi.

• Molluschi e insetti, tante cellule nervose con funzioni precise, molto complesse, hanno organi di senso differenziati tra di loro che formano ammassi grandi e complessi con i loro prolungamenti.

Vertebrati

Vertebrati: comparsa di ossa che proteggono il sistema nervoso, sono caratterizzati da un sistema di difesa che racchiude il sistema nervoso, protezione delle funzioni.

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Funzioni più complesse, processare le funzioni sensoriali, interpretare e costruire la realtà sensoriale, e mettere insieme le sensazioni, aumento delle complessità del sistema nervoso e delle funzioni.

Pesci (primi vertebrati) aumento del volume del sistema nervoso e dei neuroni, ⇒ condizione fondamentale per la genesi delle funzioni, aumento della complessità.

Aumento del volume = aumento delle complessità e delle dimensioni corporee.

Ipotesi sull’aumento della complessità strutturale e funzionale degli organismi:

• Aumento della connettività tra neuroni, quelli dell’uomo sono più interconnessi tra loro, gli uomini possono scambiarsi più informazioni contemporaneamente.
• Specializzazione delle diverse parti del cervello, parti diverse del cervello che svolgono funzioni diverse, alcune che pianificano le azioni che vogliamo compiere, altre decidono quali muscoli fare contrarre, alcune processano gli odori e altre il sistema visivo. Formazioni di sistemi diversi con compiti differenti. Gruppi diversi di neuroni possono dedicarsi ad una funzione in maniera approfondita.

Nei mammiferi appaiono neuroni che interpretano la realtà sensoriale o motoria, e alcuni neuroni possono dare un contributo emotivo all’esperienza sensoriale vissuta, comparsa di parti differenti con compiti diversi.

Elementi del sistema nervoso

• Neuroni
• Cellule gliali: formate da una membrana che le protegge (cellulare), poi citoplasma e nucleo dove vi è il DNA, con l’informazione genetica. GLIA = colla, esse formano il collante del nostro cervello, hanno una funzione di impalcatura per sostenere i neuroni, di mantenimento e sostenimento dell’architettura del cervello, regolano il metabolismo dei neuroni, filtrano ciò che arriva ai neuroni, si occupano di distruggere i residui del metabolismo dei neuroni, nell'Alzheimer alcuni scarti si accumulano nel cervello. Alcune formano una struttura, guaina mielinica, che avvolge i neuroni, essa aumenta la velocità di conduzione delle correnti elettriche.

Diverse tipologie, 2 famiglie principali: microglia formata da cellule piccole che eliminano gli scarti del metabolismo dei neuroni, macroglia, 3 diverse tipologie.

Astrociti, chiamati così per le loro estroflessioni che ricordano quelle delle stelle, svolgono diverse funzioni, non fanno la guaina mielinica, regolano il passaggio delle sostanze dal sangue al neurone e viceversa, formano la barriera ematoencefalica, che avvolge i vasi presenti nel sistema nervoso, funzione duplice, di far passare le sostanze necessarie ai neuroni per la loro sopravvivenza, impedisce il passaggio di batteri e virus per proteggere i neuroni. La barriera è costituita da astrociti e capillari, formata dalla congiunzione degli astrociti vicini ai capillari, barriera altamente selettiva.

In alcuni punti la barriera è meno selettiva per far passare alcuni ormoni, perché ci sono delle parti del cervello che devono monitorare tutto ciò che c’è dentro al sangue, in questi punti possono entrare alcuni batteri e virus (nell'ipotalamo), proprio a causa di questi buchi.

Gli astrociti regolano la quantità di sostanze vicino al neurone, regolano l‘ambiente in cui si trovano i neuroni, assorbendo o producendo sostanze.

Oligodendrociti, grosso corpo cellulare con tante ramificazioni che avvolgono contemporaneamente più neuroni, funzione principale di formare la guaina mielinica, si trovano nel cervello, sistema nervoso centrale.

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Cellule di Schwann nel sistema nervoso periferico, nei nervi, formano la guaina mielinica nel SNP, gli oligodendrociti abbracciano più neuroni contemporaneamente, la cellula di Schwann forma la guaina mielinica su un solo neurone, quindi avvolge un solo neurone. Svolgono la stessa funzione degli oligodendrociti.

Possiamo avere una progressiva distruzione della guaina mielinica, sclerosi multipla.

Il neurone

La prima parte del neurone è formata dai dendriti, la seconda parte è il corpo cellulare (soma), dove vi è il DNA e i nostri geni, poi vi è un prolungamento, l’assone, che si ramifica e prende contatto con i bersagli dei nostri neuroni, generalmente altri neuroni, altre volte muscoli o ghiandole, i punti di contatto sono dette sinapsi.

All’interno del neurone le informazioni viaggiano in una direzione precisa, vanno dai dendriti al corpo cellulare e poi vengono inviate all’assone che le porterà ai bersagli, fino alle sinapsi.

Il neurone è protetto dalla membrana cellulare che avvolge l’intero neurone.

Dendriti

Dendriti: servono per ricevere le informazioni, sono ramificazioni del nostro neurone (il loro nome significa albero), si cerca di aumentare la complessità di ramificazioni di dendriti per elaborare contemporaneamente più informazioni diverse.

Formati da grossi rami per aumentare la superficie (spine dendritiche = estroflessioni dei dendriti) e la possibilità di ricevere un maggior numero di informazioni.

Ogni 5 minuti nel nostro cervello si formano e poi si distruggono nuove spine dendritiche, le esperienze fanno sì che alcune spine rimangano lì tutta la vita, per conservare una determinata informazione. I dendriti trasformano le informazioni in correnti elettriche.

Corpo cellulare

Corpo cellulare: i dendriti mandano le informazioni al corpo cellulare. Esso è un grosso rigonfiamento alla base dei dendriti, svolge diverse funzioni.

Riceve e integra informazioni dai dendriti, ovvero mette insieme le diverse informazioni che hanno raggiunto i diversi dendriti.

Può rispondere a queste informazioni (quelle che ritiene importanti) attivando l’assone per inviare uno o più segnali/comandi ai propri bersagli, per esempio l’attività riflessa quando proviamo dolore.

Conserva il DNA e i nostri geni, conserva l’informazione genica e può decidere se inibire o fare esprimere determinati geni.

Nel corpo cellulare c’è il citoplasma con diversi organuli, mitocondri, ribosomi, apparato di Golgi, che svolgono funzioni diverse.

Nella parte più interna vi è la membrana nucleare che separa il citoplasma dal nucleo, delimita il nucleo dove vi è il DNA.

Nucleo

Nucleo: c’è il DNA, formato da 5 basi azotate, che si legano l’una con l’altra, e così formano un gene, costituito da una sequenza di basi azotate.

Il DNA si aggroviglia su se stesso formando i cromosomi, la base della nostra informazione genetica, quello che trasferiamo ai figli. Nell’uomo ci sono 22 coppie di cromosomi (base dell’informazione genetica) + X e Y (cromosomi sessuali).

I geni conservano le informazioni per produrre le diverse proteine, per produrre una proteina deve essere espresso il gene.

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Il DNA a riposo è aggrovigliato sulle proteine, gli istoni, in questo caso i geni sono inibiti, ovvero inespressi. Per esprimere il gene il DNA deve essere srotolato dagli istoni, formando la proteina.

Quando il gene viene espresso, quindi srotolato, viene contattato dall’RNA, che si lega alla sequenza di basi azotate srotolata, copiandola. Il filamento di RNA viene poi chiamato mRNA (RNA messaggero) perché esso è in grado di muoversi, quindi attraversa il nucleo e va nel citoplasma, dove si lega ai ribosomi che producono una certa proteina, sulla base del gene che è stato srotolato.

Le proteine possono servire per formare il neurone, per il metabolismo del neurone, per comunicare con i bersagli. Queste sono sintetizzate nel corpo cellulare per il 90 per cento.

Le proteine devono raggiungere il bersaglio del neurone, esse infatti hanno un citoscheletro che è presente in tutte le parti del neurone.

Citoscheletro: mantiene la struttura di base del neurone, esso è un’impalcatura rigida, ma consente anche il trasporto delle proteine, facendo rotolare le vescicole. Le proteine sintetizzate iniziano a muoversi per raggiungere il corpo cellulare, esse sono impacchettate all’interno delle vescicole. A questo punto vanno poi spedite, le vescicole quindi iniziano a muoversi lungo i “binari” del citoscheletro.

Nell'Alzheimer i binari del citoscheletro si aggrovigliano tra di loro, i neuroni hanno quindi dei depositi di neurofibrille. I neuroni iniziano poi a morire in modo progressivo. In questo modo il cervello inizia a perdere tante e diverse funzioni cerebrali.

Assone

Assone: è un tubicino che prende origine dal corpo, che può essere molto corto ma anche molto lungo. La sua funzione è quella di portare le informazioni a distanza, sui bersagli del neurone. Esso cerca di contattare i bersagli. Un assone può avere più bersagli contemporaneamente, in questo caso si ramifica per prendere contatto con tutti i bersagli, arrivando fino alla terminazione.

Molti assoni presentano la guaina mielinica formata dalle cellule gliali, essi sono avvolti da essa, la guaina fa sì che le informazioni viaggino molto velocemente.

L’assone serve per trasferire i comandi generati dal corpo cellulare ai bersagli dei neuroni. Quando si arriva vicino ai bersagli, le terminazioni dell’assone perdono la guaina mielinica, l’assone si ramifica per raggiungere i bersagli e trasferire le informazioni e i comandi, il contatto che si crea con il bersaglio è detta sinapsi, ovvero il punto in cui si scambiano le informazioni il neurone e il bersaglio.

Classificazione dei neuroni

• Sulla base del numero di prolungamenti che escono dal corpo cellulare: nei primi neuroni, quelli più semplici, dal corpo cellulare esce un unico prolungamento (neuroni unipolari), che si comporta prima da assone e poi da dendrite. Dai neuroni multipolari escono molti prolungamenti, questi sono i neuroni più avanzati e sviluppati, poi ci sono dei neuroni intermedi dai quali escono 2 prolungamenti, da una parte l’assone, per inviare le informazioni e dall’altra un dendrite, per ricevere le informazioni (neuroni bipolari). Infine vi è una classe in cui vi è il corpo cellulare da cui esce un solo prolungamento che poi si divide in 2, una parte che si comporta da assone e l’altra da dendrite (neurone pseudounipolare).
• A seconda della funzione svolta: neuroni sensoriali, che processano gli stimoli sensoriali, neuroni del movimento, motoneuroni, che controllano i nostri muscoli e i nostri movimenti, infine ci sono i neuroni associativi, che non si occupano né della funzione sensoriale né di quella motoria, ma essi associano le varie funzioni.
• Sulla base del comportamento dell’assone del neurone: i neuroni il cui assone esce dalla struttura e va lontano si chiama neurone a proiezione, i neuroni in cui l’assone esce ma rimane vicino al corpo cellulare si chiamano interneuroni.

Funzionamento dei neuroni

Il neurone è formato da una membrana che lo protegge, membrana neuronale, che è formata da alcune strutture, fosfolipidi, composte da una parte di lipidi (grassi), che sono apolari, ovvero respingono le cariche elettriche, poi vi è una parte fosforica, parte polare, ovvero ha delle cariche elettriche.

I fosfolipidi si dispongono secondo un doppio strato, la testa polare è rivolta verso l’interno del neurone e verso l’esterno, poiché si respingono, mentre la coda resta in mezzo.

Questa membrana che separa il neurone dall’esterno lo protegge e lo avvolge.

Il neurone deve scambiare le sostanze con l’esterno, quindi esse devono passare all’interno del neurone.

Alcune sostanze riescono ad attraversare la membrana, altre no.

• Questo dipende dal fatto che la sostanza sia caricata o no da cariche elettriche. Una sostanza caricata elettricamente non passa, perché le teste dei lipidi la respingono. Le sostanze apolari possono passare, ma non tutte riescono ad oltrepassare la membrana.
• Le sostanze molto grosse fanno fatica ad entrare nella membrana ed alcune non riescono ad oltrepassarla, perciò anche la dimensione delle sostanze impedisce il passaggio nella membrana (es. glucosio).

Esistono però delle strutture, proteine, che hanno la funzione specifica di fare passare le sostanze che non potrebbero oltrepassare la membrana del neurone.

Queste strutture sono altamente specifiche, ogni struttura si lega solamente ad una determinata sostanza. Legandosi alla molecola la struttura cambia la propria conformazione, si modifica per far passare quella determinata sostanza.

Struttura che si occupa di legare una sostanza e trasportarla nel neurone ⇒ trasportatori: (glucosio). I trasportatori sono altamente specifici. Dopo aver legato il glucosio, la proteina cambia la propria struttura, in questo modo il glucosio si stacca dal trasportatore ed entra nel neurone, quando il glucosio si stacca la proteina cambia di nuovo la propria struttura e torna nella sua posizione iniziale.

Proteine canale: grosse proteine che attraversano la membrana del neurone, esse al loro interno hanno un canale che può far passare le cariche elettriche.

Ci sono tanti tipi diversi di proteine canale che rispondono a stimoli diversi e fanno passare cariche diverse.

Il canale può essere o aperto o chiuso da una porta. Se è chiuso non fa passare nulla, se è aperto fa passare le cariche.

Alcune proteine canale si aprono se arrivano stimoli chimici, quando una specifica molecola chimica si lega ad una specifica proteina canale si apre il canale e essa passa nella membrana. Altri canali sono aperti da correnti elettriche, altri da stimoli meccanici o anche dalla temperatura.

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Ci sono diverse tipologie di forze che spingono le sostanze per farle passare attraverso il neurone:

1. Diffusione semplice ⇒ il più semplice, è il gradiente di concentrazione che fa muovere le molecole da dove sono più concentrate a dove sono meno concentrate (es. ossigeno). Tanto maggiore sarà la concentrazione delle sostanze tanto maggiore sarà la velocità di spostamento delle sostanze. Questo movimento non richiede il consumo di energia.
2. Diffusione facilitata ⇒ le sostanze si muovono sempre secondo il gradiente di concentrazione, ma serve l’intervento dei trasportatori, che facilitano il passaggio (es. glucosio). Non si consuma energia come nella diffusione semplice, ma a differenza della diffusione semplice il processo si ferma perché se arrivano tante molecole dello stesso tipo esse devono aspettare che si liberi un trasportatore, il meccanismo è saturabile.
3. Trasporto attivo ⇒ le sostanze devono essere mosse da dove sono meno concentrate a dove lo sono di più, ovvero contro il gradiente di concentrazione (es. pompa sodio-potassio). Si compie un lavoro, ovvero si consuma energia. Ci sono delle molecole che per tutta la vita fanno solo questo lavoro.

Come funzionano i neuroni

I neuroni ricevono segnali, li processano ed eventualmente inviano segnali, essi lavorano per correnti elettriche.

I neuroni a riposo presentano una diversa distribuzione di cariche elettriche tra esterno e interno della membrana. Le cariche elettriche sono rappresentati dagli IONI (atomo o molecola che