Fisiologia - 1 parziale

Fisiologia

Studio del funzionamento e dell’integrazione dell’organismo. Si analizzano le molecole, come le strutture e le proporzioni elettriche, e processi per l’integrazione per il funzionamento degli organi. Esempio aumento di secrezione di sodio grazie all’azione di cuore, reni e ghiandole.

Organizzazione dell’organismo

• L’organismo inizia da una cellula uovo fertilizzata, la cui divisione crea 2 cellule, che si dividono ulteriormente.
• Successivamente le cellule si specializzano, differenziazione cellulare, sono presenti 200 tipi di cellule e 4 categorie di funzionamento.
• Le cellule neoformate migrano, formando strutture, tessuti.
• Gli organi sono composti da 2 o più tessuti.
• Più organi collaborano con sistemi per il mantenimento omeostatico.

Compartimenti liquidi

I liquidi corporei sono soluzioni acquose in cui sono disciolte sostanze. Vanno a costituire l’ambiente interno e esterno.

• Il liquido interno è il liquido corporeo e costituisce il LIC al 67% e il LEC, distinti dalla presenza di una membrana cellulare.
• Il 25% di LEC è plasma il resto è liquido interstiziale, hanno composizione simile, ma differiscono per le concentrazioni di proteine sono separate dalle pareti dei vasi sanguigni.
• In condizione di buona salute le variabili fisiologiche di un organismo sono mantenute intorno a un valore stabile, in un range di valori, anche in presenza di un ambiente esterno variabile.

Omeostasi

Condizione di stabilità delle variabili fisiologiche attorno a un valore, è dinamico cioè:

• Quando una condizione devia dal range deve scatenarsi una reazione a catena per il ritorno al valore di riferimento. Il mancato controllo di una variabile determina la perdita di altri sistemi, ciò è definito patologia.

Il ripristino di condizioni iniziali è controllato da sistemi di controllo:

• Serie di attività regolate, coordinate e indotte dallo stimolo, riflesso, e una risposta involontaria stereotipata.
• Esempio la temperatura corporea → quando la temperatura esterna scende l’organismo attua delle azioni, quali contrazioni vasi cutanei così da diminuire l’afflusso di sangue, per limitare la discesa.
• In caso di temperature molto rigide si attua il raggomitolamento, diminuzione di superficie, e il tremore/brivido, contrazione muscolare per la produzione del calore.
• Questo è un meccanismo di: un meccanismo omeostatico, cioè l’aumento o la diminuzione → feedback negativo in contrasto con lo stimolo. È un meccanismo per il ripristino dello stato iniziale, ma non per la prevenzione.

Provoca l’accelerazione del processo controllato, invece feedback positivo → rafforza. Porta all’aumento o alla diminuzione della variabile fisiologica, servirà un’azione esterna per il blocco del meccanismo. È un meccanismo anti-omeostatico e meno comune, esempio parto.

Meccanismo regolazione anticipatoria

Meccanismo per la modificazione delle variabili per anticipare il cambiamento, per preparare l’organismo, migliora la velocità di risposta, es. salivazione.

Sequenza di eventi, arco riflesso

Presenza di uno stimolo e individuazione da parte di un recettore.

• Per via afferente raggiunge i centri di integrazione, quali encefalo e midollo spinale che integrano e elaborano il segnale.
• Lo stimolo arriva al bersaglio o all’effettore per l’attuazione per via efferente della risposta.
• La risposta è locale, per il mantenimento dell’omeostasi, la sequenza di eventi avviene solo in prossimità degli stimoli.

È essenziale la capacità delle cellule di comunicare grazie a messaggeri chimici quali:

• Ormoni. Mediante la circolazione sanguigna attaccano le cellule bersaglio, sono prodotti dalle ghiandole endocrine.
• Neurotrasmettitori. Messaggeri chimici rilasciati dalle terminazioni nervose, si diffondono tramite il LEC. Le cellule bersaglio possono essere neuroni, muscoli e ghiandole.
• Agenti paracrini. Sintetizzati da cellule e rilasciate nel LEC, si diffonde e bersaglia le cellule vicine, una volta avuto effetto viene inattivato da enzimi.
• Agenti autocrini. Secreti da cellule nel LEC e il bersaglio è la cellula stessa.

Sistemi omeostatici

Meccanismo di regolamento del bilancio per l’aggiunta o la detrazione dall’organismo.

Il carico corporeo è la quantità di sostanze disponibili nell’organismo, di solito corrisponde alla quantità presente nel LEC.

Le sostanze in entrata, polmoni, gastrointestinale, e le sostanze prodotte dall’organismo possono essere maggiori/minori o uguali a quelle uscenti, urina, feci, respirazione, sudore e lacrime, e le sostanze alterate chimicamente.

Bilancio di una sostanza:

• Perdita minore → guadagno quantità aumenta, bilancio positivo.
• Perdita maggiore → guadagno quantità diminuisce, bilancio negativo.
• Perdita uguale → guadagno bilancio neutro, condizione migliore per il controllo dell’omeostasi.

Meccanismi di trasporto

Funzione: mantenimento forma e dimensioni, equilibrio energetico, invio segnali chimici o elettrici.

Diffusione semplice

• L’energia per il movimento è il calore, più una sostanza è calda, più veloce è la diffusione. In una soluzione le molecole collidono, modificandone la direzione, tramite un movimento random, per ottenere una distribuzione omogenea. Una molecola non ha un moto finalizzato, ma è presente una maggior probabilità di movimento verso zone con minor concentrazione.
• Il flusso è la quantità di materiale che attraversa una superficie in un’unità di tempo.
• Il flusso è proporzionale alla concentrazione iniziale. Sono sempre presenti 2 flussi unidirezionale, il flusso netto è rappresentato dalla loro differenza, se è 0 il sistema ha raggiunto l’equilibrio.

Legge di Fick

• Il flusso netto è direttamente proporzionale alla differenza netta di concentrazione nella membrana, alla sua superficie e permeabilità.

Permeabilità

• Facilità con cui una molecola si muove attraverso una membrana plasmatica. È influenzata dal gradiente elettrochimico, cioè dalla composizione chimica, in particolare la parte interna che è idrofobica e ionica.
• La velocità in cui le molecole passano in una membrana è molto inferiore rispetto a un foglio d’acqua.
• Le molecole polari diffondono molto lentamente o non diffondono.
• Le molecole non polari sono in grado di disciogliersi nello strato idrofobico, maggiore è la velocità di attraversamento della membrana maggiore è la sua lipo-solubilità.
• Alcuni ioni come Na K Ca diffondono più rapidamente, sono polari.
• Cellule differenti hanno permeabilità diverse agli ioni, non viene influenzata la velocità delle molecole apolari, questo è dovuto a alcune proteine integrali di membrana che formano canali ionici.
• Queste proteine vanno a formare agglomerati con un foro al centro, piccolo, poco più grande del diametro della molecola che deve attraversarlo.
• Sono canali selettivi, uno o più ioni, per il diametro del foro, sulle cariche polari della proteina.
• Presenza di forze elettriche che agiscono sugli ioni, nelle cellule è presente un potenziale di membrana, mV. Fornisce una forza elettrica che influenza il movimento degli ioni nella membrana. Anche se non è presente differenza di concentrazione ionica tra LIC e LEC, si verifica un flusso di ioni positivi verso l’interno e ioni negativi verso l’esterno, es., originato dal potenziale di membrana.

I canali ionici → possono essere in uno stato aperto o chiuso. E influenzano la permeazione. Il processo di apertura e chiusura è il gating. Un canale ionico è in grado di aprirsi, chiudersi molte volte al secondo. L’apertura può essere influenzata da:

• Attacco di un legando, proteine legando dipendenti, di solito sono neurotrasmettitori.
• Variazione di potenziale di membrana, canali voltaggio dipendenti. Se il potenziale di membrana varia i canali si aprono.
• Deformazione fisica della membrana, stiramento, canali meccano dipendenti.

Meccanismo di trasporto mediato, diffusione facilitata

Molecole troppo polari per il doppio strato e troppo grandi per i canali ionici. Diffondono dalle proteine carrier, trasporto mediato. Il soluto trasportato si lega a un sito specifico di un carrier, poi il carrier modifica la forma e il sito di legame viene esposto verso il lato opposto. Le molecole si muovono in entrambe le dimensioni.

Il trasporto dai carrier è caratterizzato da:

• Specificità. Trasporto di 1 molecola o un gruppo di molecole, in particolare i glut che trasportano solo gli esoni. Può spostare diversi membri con caratteristiche simili.
• Competizione. Ogni trasportatore ha una preferenza per uno o più gruppi in base all’attività di legame. I vari gruppi competono per il trasporto, la velocità di trasporto diminuisce. Il competitore può non venire trasportata e bloccare il sito, inibizione competitiva. Esempio trasportatore Glut e maltosio, che è l’inibitore.
• Saturazione. La velocità di trasporto dipende dal numero di carrier disponibili e dalla concentrazione, la velocità aumenterà fino a un massimo dove tutti i siti di legame sono occupati, i carrier hanno raggiunto la saturazione.

I carrier e i canali ionici coinvolgono proteine di membrana, con composizione diversa. I canali ionici spostano più ioni dei carrier, perché il carrier deve modificare la propria conformazione.

La diffusione facilitata utilizza un carrier per il trasporto, che procede fino all’equilibrio.

Trasportatori Glut, trasportano il glucosio, necessari per il suo trasporto. La concentrazione interna di glucosio è sempre bassa, perché una volta entrato viene immediatamente trasformato in glucosio 6 fosfato. Perciò è presente un flusso netto di glucosio.

Trasporto attivo

Necessita di ATP per spostare una sostanza contro gradiente elettrochimico.

Per il trasporto attivo deve legarsi una sostanza a dei carrier, pompe. Anche i carrier mostrano specificità e saturazione.

Sistemi per accoppiare flusso di energia a un trasportatore:

• Utilizzo diretto di ATP, trasporto attivo primario. L’idrolisi di ATP da parte di un carrier, ATPasi, catalizza la scissione di ATP in ADP e gruppo fosfato. Durante questo processo fosforila sé stesso e il carrier è un enzima che catalizza la reazione ATP > ADP.

Troviamo:

• Pompa Ca ATPasi, si trova nella membrana della cellula e di numerosi organuli, incluso il RER. Trasporta calcio contro gradiente dal LIC al LEC, mentre nel RER trasporta il Ca dal LIC al lume.
• H la troviamo nella membrana plasmatica, ioni H fuori dalla cellula per il mantenimento del pH, nei lisosomi, dal LIC all’interno dei lisosomi, e ribosomi.
• H/K, si trova soprattutto nelle cellule secernenti dello stomaco, pompa un H fuori e un K dentro la cellula.
• Na/K ATPasi sono i maggiori consumatori di ATP dell’organismo. Pompa sodio potassio, sposta Na fuori e K all’interno. Esempio in entrambi i casi va contro gradiente, Na maggiore fuori dalla cellula.

Sequenza:

• Il carrier lega tre ioni sodio mediante superfici ad alta affinità sulla superficie intracellulare della proteina, i siti di legame del potassio in questa fase sono in uno stato di bassa affinità, non avviene il legame.
• Attivazione dell’attività ATPasica, causando la fosforilazione del carrier con rilascio di ADP.
• Cambio conformazionale carrier, esponendo K al LEC.
• Riduzione affinità degli ioni sodio nei siti di legame e vengono rilasciati nel LEC. C’è un aumento di affinità nei siti di legame del K, permettendo il loro legame sulla superficie extracellulare, 2 K.
• Defosforilazione del carrier, una diminuzione dei siti di legame col potassio, e aumento dell’affinità col sodio.
• Si compie un’altra sequenza.

Si ottiene il trasferimento di una carica positiva verso l’esterno, determinando il potenziale di membrana della cellula.

• La cellula sfrutta un gradiente elettrochimico favorevole per pilotare il trasporto attivo di un’altra sostanza, secondario, due movimenti accoppiati. I carrier hanno 2 siti di legame, uno per il Na e uno per la molecola che andrà trasportata. Na dall’esterno va all’interno, elevata concentrazione nel LEC, e carica negativa all’interno della cellula.

Esempio co-trasporto Na e glucosio, le due molecole vanno nella stessa direzione. Cellula che deve trasportare glucosio contro gradiente nella cellula. Na si lega sul sito di legame, e nello stesso carrier aumenta l’affinità con il glucosio. Il carrier cambia conformazione, esponendo i siti di legame all’interno della cellula. L’affinità col sodio e glucosio diminuisce e vengono rilasciati nel LIC. Il carrier torna alla conformazione originale. Il sodio viene trasportato nel LEC mediante la pompa Na/K ATPasi attivamente per avere un continuo gradiente, con un trasporto attivo primario.

Il contro-trasporto è un trasporto tra due molecole che vanno in direzioni opposte.

Osmosi

Processo di diffusione, necessaria una differenza di concentrazione. L’acqua si diffonde attivamente attraverso le acquaporine, che formano dei canali, per il trasporto. Sono presenti in quantità differenti nelle differenti cellule. La permeabilità in base a stimoli endocrini. Manca una parteee.

Osmosi → acqua è polare, diffonde rapidamente attraverso la membrana, famiglia di proteine integrali, canali ionici per l’acqua detti: acquaporine.

Il numero di acquaporine e quindi il trasporto di acqua può essere modificato.

Diffusione netta dell’acqua

Diffusione netta dell’acqua, per differenza di concentrazione come?

• La concentrazione tot del soluto in soluzione è l’osmolarità, quindi l’osmole, mol/l, è una mole di soluto in un litro d’acqua, più è alta l’osmolarità, più soluto = più osmoli, più è bassa la [] di acqua.
• Una mole di qualsiasi sostanza è uguale, di particelle singole, invece se mettiamo in acqua una molecola che ionizza, essa riduce in proporzione agli ioni prodotti se dissocia in due singoli riduce del doppio.
• L’entità di riduzione dipende dal numero di molecole/ioni del soluto, non dipende dalla natura del soluto.
• Es. molecola singola una osmole, mentre magnesio-cloruro 3 osmoli, 1 ione magnesio e 2 cloro, così abbassa di tre volte la concentrazione.

Caso 1

Caso 1 → Se presente la membrana permeabile sia a soluto che all’acqua:

• Reparto 1 → 4 osmoli → Reparto 2 → 2 osmoli.
• Quindi l’acqua va dal reparto 2 al 1 e viceversa, infine il soluto ha la stessa osmolarità e concentrazione, stessa osmolarità, non c’è cambio di volume, perché una mole di acqua e una di soluto si scambiano.

Caso 2

Caso 2 → Se presente la membrana impermeabile al soluto, passa solo acqua:

• Reparto 1 → 4 osmoli → Reparto 2 → 2 osmoli.
• Quindi l’acqua va dal reparto 2 al 1, finché non porta alla stessa [] il soluto, però non potendo passare il soluto non c’è scambio di osmoli e quindi alla fine medesime concentrazioni, ma diversi volumi dalle due parti.

Caso 2 modificato → Se con le stesse condizioni del caso 2 applichiamo una pressione, unità di misura → millimetro per mercurio, mmHg, o atmosfera, di forza contraria all’osmosi dell’acqua.

Più bassa la [] dell’acqua più alta sarà la pressione osmotica.

Soluti non penetranti

L’acqua si trova sia internamente che esternamente alla cellula e di mezzo c’è la membrana plasmatica molto permeabile all’acqua ma è impermeabile a numerose sostanze es:

Soluti non penetranti → non passano la membrana.

• Ioni sodio portato all’interno, subito pompato fuori detti: soluti non penetranti.
• Ione potassio portato all’esterno, subito pompato internamente, comunque soluti non penetrante.

Caso tonicità

Caso tonicità → Osmolarità circa 300 milliosmoli sia fuori che dentro alla cellula.

• Se rimane stabile la concentrazione dell’acqua dentro e fuori la cellula rimarrà normale, soluzione isotonica.
• Se una cellula posta in una soluzione ipotonica, soluzione [] soluti non penetranti inferiore alla cellula 200 milliosmoli, l’acqua si sposterà per osmosi all’interno della cellula facendola gonfiare.
• Se cellula in soluzione ipertonica 400 milliosmoli, l’acqua uscirà dalla cellula e quindi si raggrinzerà.

A determinare la tonicità è la [] dei soluti non penetranti, non è l’osmolarità.

Es. 150 milliosmoli di sodio-cloruro + 100 milliosmoli di urea = 400 milliosmoli. All’inizio la cellula sarebbe in una soluzione ipertonica e si raggrinzirebbe, ma: essendoci l’urea che è un soluto penetrante, diffonde velocemente nella cellula e riequilibra le [], non ci sono differenze di [] di acqua, partendo da una soluzione ipertonica.

Altra via che evita il passaggio delle sostanze proprio nella matrice strutturale della membrana

Esocitosi

Si verifica quando le vescicole, si fondono con la membrana e vengono secrete all’esterno, ha due funzioni importanti:

• Fornisce metodo per riparare le zone di membrana dove avviene l’endocitosi.
• Fornisce una via, dove molecole prodotte dalla cellula e per la quale la membrana è impermeabile possano essere secrete, es. ormoni proteici nelle cellule endocrine e neurotrasmettitori, meccanismo importante per la comunicazione dei neuroni.

Endocitosi