Risposte domande aperte esame fisiologia

Risposte fisiologia

Domande generali

Spiegare il concetto di diffusione attraverso membrane biologiche, quale forza spinge la diffusione? Parametri per determinarne la velocità? Differenza tra diffusione semplice e facilitata? Quale è usato per il movimento degli ioni attraverso i canali di membrana?

Con il termine diffusione si intende una tipologia di trasporto passivo ovvero che non richiede dispendio energetico in quanto utilizza il moto cinetico e il gradiente di concentrazione. Quindi secondo il fenomeno della diffusione le molecole si muovono per gradiente fino al raggiungimento dell’equilibrio. Quindi la forza che va a spingere la diffusione è proprio il gradiente di concentrazione, più questo è elevato più forte sarà la forza che spingerà la diffusione. La velocità con cui avviene la diffusione è influenzata da diversi parametri come la permeabilità della membrana, lo spessore della membrana, la quantità di superficie disponibile per il trasporto ma anche la grandezza stessa delle molecole. In particolare poi la velocità di diffusione diminuisce sulle lunghe distanze, varia a seconda della capacità di sciogliersi delle molecole nello strato lipidico mentre la diffusione aumenta se aumenta la temperatura. La diffusione si divide in semplice, per le molecole solubili nel doppio strato ovvero riescono a diffondersi e ad attraversare liberamente la membrana, e facilitata, per quelle molecole che non passano liberamente, in questo caso vengono utilizzati carrier o proteine canale che permettono il passaggio; i due processi si equivalgono a gradienti bassi mentre per gradienti più alti la diffusione facilitata è meno efficiente in quanto raggiunge saturazione. Gli ioni utilizzano il fenomeno della diffusione facilitata tramite proteine canale per il movimento attraverso i canali di membrana.

Spiegare il concetto di osmosi, definisci i parametri di un sistema osmotico e le forze che determinano il movimento delle molecole.

Per osmosi si intende il processo di diffusione tramite il quale un solvente, acqua, attraversa una membrana semipermeabile per passare seguendo il gradiente di concentrazione da una zona a bassa concentrazione verso una zona ad alta concentrazione. Alcuni concetti importanti per definire il sistema osmotico sono: l’osmolarità ovvero il numero di particelle per litro che si ottiene moltiplicando la molarità, numero di molecole, per il numero di particelle che si formano per ogni molecola e la pressione osmotica che indica la pressione che bisogna attuare per opporsi al fenomeno dell’osmosi. La forza che determina il movimento delle molecole è quindi il gradiente di concentrazione che genera una forza chimica.

Differenza tra trasporto attivo e trasporto passivo attraverso la membrana, fornisci un esempio per ogni tipologia di trasporto.

Il trasporto passivo è quello che si verifica senza il consumo di energia poiché utilizza il moto cinetico e segue il gradiente di concentrazione. Si tratta infatti di un processo che avviene per diffusione e che va a diminuire l’energia libera e far aumentare l’entropia. Il trasporto attivo invece è quello che richiede il consumo di energia poiché ci si muove contro gradiente e andando a creare disequilibrio. Questo trasporto si suddivide poi in primario, richiede l’uso di una pompa e riguarda lo spostamento di ioni, e secondario, richiede l’uso di proteine trasportatrici che spostano le sostanze. Un esempio di trasporto passivo è l’osmosi. Un esempio di trasporto attivo è invece la pompa sodio potassio, quest’ultima è infatti dotata di tre siti di legame per il sodio e tre siti di legame per il potassio, il sodio si lega ai 3 siti di legame in seguito tramite l’ATP vi è la fosforilazione della proteina che provoca la liberazione verso l’esterno del sodio, in seguito si legano 2 molecole di potassio provocando il distacco del gruppo fosfato e la liberazione verso l’interno del potassio.

Enuncia le principali differenze tra messaggeri idrofili e lipofili.

I messaggeri chimici possono essere suddivisi in base alla loro natura in idrofili, vengono secreti con esocitosi nel plasma dove si sciolgono ed entrano in circolo, questi tipi di messaggeri comunicano poi con recettori di membrana in quanto non sono in grado di attraversare autonomamente la membrana poiché lipofobici ovvero non si sciolgono nel doppio strato fosfolipidico, e in lipofili, sono quei messaggeri che sono in grado di sciogliersi nel doppio strato fosfolipidico così da attraversare la membrana, questi messaggeri comunicano infatti con recettori intracellulari.

Sistema nervoso

Spiegare cos’è il potenziale di equilibrio elettrochimico per uno ione e perché il potenziale di membrana a riposo di una cellula nervosa è spesso molto vicino al potenziale di equilibrio del K⁺.

Il potenziale d’equilibrio elettrochimico per uno ione è dato dall’equazione di Nernst: [IONE] 61 mV out = questo può essere diverso dal potenziale di membrana che E logione [IONE] z ¿ consiste nella differenza di potenziale presente lungo la membrana in quanto il LIC ha un numero di anioni maggiore mentre il LEC ha un numero di cationi maggiore. Se il potenziale d’equilibrio di uno ione è uguale al potenziale di membrana lo ione si trova all’equilibrio, se invece è diverso si può osservare il rapporto d’attività per il quale lo ione raggiunge l’equilibrio. Si può osservare che il potenziale di membrana di riposo dipende dalla concentrazione di ioni K⁺, il potenziale di riposo è infatti molto vicino a quello d’equilibrio del potassio in quanto all’interno della cellula vi è un’alta concentrazione di potassio e inoltre la membrana presenta un’alta permeabilità a questa sostanza favorendone quindi il passaggio.

Spiegare come i canali voltaggio-dipendenti producono il potenziale d’azione e perché si tratta di un fenomeno tutto-o-nulla. Grafico del potenziale d’azione con indicazione di apertura e chiusura di canali voltaggio-dipendenti e dei periodi refrattari.

Il potenziale d’azione viene definito come fenomeno tutto o nulla in quanto se viene raggiunto un valore di soglia viene generato altrimenti non succede nulla. Importante in tutto questo è il lavoro dei canali voltaggio dipendenti che funzionano nel seguente modo: quando vi è un potenziale di riposo il cancello di attivazione chiude i canali in seguito uno stimolo depolarizzante che raggiunge il valore di soglia provoca l’apertura del cancello di attivazione con conseguente rapido ingresso di sodio che aumenta la depolarizzazione, in seguito si chiudono quelli per il sodio e contemporaneamente si aprono quelli per il potassio provocando una fuoriuscita di potassio con conseguente ripolarizzazione della cellula. Si può quindi vedere come quando la depolarizzazione raggiunge la soglia si attivano i canali che provocano la formazione di un potenziale d’azione che trasmette l’informazione. I periodi refrattari si dividono in assoluto e relativo. Quello assoluto è il periodo in cui la cellula è depolarizzata, i canali del sodio sono inattivi e nessuno stimolo potrà provocare un potenziale d’azione. Quello relativo invece è il periodo in cui la cellula è iperpolarizzata e quindi serve uno stimolo forte per provocare la generazione di un potenziale d’azione.

Spiegare come il potenziale d’azione è trasportato attivamente lungo l’assone di una cellula nervosa.

Il potenziale d’azione ha la particolarità di mantenere la stessa ampiezza mentre viene trasportato e trasmette l’informazione. Questo è permesso grazie alla continua nuova generazione di potenziale lungo l’assone. Questo avviene in quanto in corrispondenza del picco di potenziale l’assone risulta carico positivamente e quindi attivo, il resto dell’assone invece è a riposo ovvero carico negativamente. Nella zona attiva dell’assone si osserva l’ingresso di sodio che va a rigenerare continuamente il potenziale, il quale poi essendo carico positivo viene attratto dalle zone successive dell’assone che invece sono cariche negativamente. Dopo che il potenziale è passato le aree che da attive tornano a riposo osservano una fuoriuscita di potassio che permette il ritorno al potenziale di riposo. Importante nella trasmissione del potenziale è anche il lavoro svolto dalla guaina mielinica che forma uno strato isolante così che la presenza di cariche all’esterno dell’assone non vada ad influire sulla trasmissione del potenziale. Ci sono poi aree sprovviste di guaina mielinica, i nodi di Ranvier, nei quali il potenziale va a rigenerarsi.

Spiegare i passaggi intermedi tra l’arrivo di un potenziale d’azione in un terminale presinaptico e la generazione di un potenziale eccitatorio o inibitorio nella membrana postsinaptica.

La sinapsi è composta da una serie di eventi: per prima cosa nelle vescicole sinaptiche vengono sintetizzati e immagazzinati i neurotrasmettitori. In seguito il potenziale d’azione che invade la terminazione presinaptica provoca una depolarizzazione e a conseguente apertura dei canali ionici permettendo l’ingresso di ioni calcio. Questi ioni vanno a favorire la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana presinaptica i trasmettitori vengono emessi in pacchetti nella fessura così tramite esocitosi sinaptica. Il trasmettitore attraversa la fessura e si lega ai recettori postsinaptici provocando l’apertura dei canali e conseguente ingresso di ioni che formano una corrente postsinaptica che va a modificare l’eccitabilità della cellula postsinaptica. Infine i trasmettitori vengono rimossi attraverso degradazione enzimatica o riassunzione gliale e anche all’interno della cellula presinaptica le vescicole vengono recuperate dalla membrana presinaptica alla quale si erano legate. La sinapsi che si va a originare in seguito al legame tra trasmettitore e recettore può essere eccitatoria o inibitoria, eccitatoria se si verifica una depolarizzazione mentre inibitoria se si verifica una iperpolarizzazione.

Spiegare i passaggi intermedi tra la produzione di un EPSP e la generazione di un potenziale d’azione nella cellula postsinaptica.

Le sinapsi eccitatorie provocano sulla membrana postsinaptica una piccola depolarizzazione che genera un EPSP, quindi a livello delle sinapsi non si genera un potenziale d’azione per la mancanza di canali voltaggio dipendenti per il sodio. Si creano invece queste correnti elettriche EPSP che convergono verso un punto preciso del neurone il monticolo assonico dal quale si origina l’assone. In questo punto sono presenti i canali voltaggio dipendenti che danno origine a potenziale d’azione se le correnti che arrivano raggiungono la soglia. Tutte le correnti eccitatorie e inibitorie che giungono in questo punto subiscono sommazioni spaziali e temporali che permettono o no il raggiungimento della soglia e la eventuale formazione di un potenziale d’azione.

Spiegare in termini generali il ruolo del sistema nervoso vegetativo e la sua organizzazione anatomica. Quali organi sono controllati da questo sistema? In che modo i due rami del sistema autonomico collaborano in questo controllo?

Il sistema nervoso vegetativo o autonomo è la sezione di sistema nervoso che controlla l’attività degli organi interni per garantire il mantenimento dell’omeostasi. Questo sistema si suddivide in simpatico che prevale durante la fase di attacco o fuga e in parasimpatico che prevale durante la fase di riposo o digestione. Solitamente vi è la prevalenza di uno dei due sistemi sull’altro anche se non si raggiunge mai una condizione di dominanza assoluta di uno dei due sistemi. Questo sistema è costituito da una porzione centrale costituita da tutti quegli elementi che compongono il sistema nervoso centrale e da una porzione più periferica che invece è costituita dai neuroni afferenti ed efferenti che trasmettono le informazioni. Questo sistema va a controllare diversi organi tra cui il muscolo liscio, il muscolo cardiaco, le ghiandole esocrine e alcune endocrine.

Sistema sensoriale

Spiegare l’origine del potenziale generatore in un recettore sensoriale e spiegare la relazione tra la sua ampiezza e la frequenza dei potenziali d’azione prodotti e l’intensità della sensazione.

Quando uno stimolo colpisce una cellula recettoriale provoca l’apertura o la chiusura dei canali ionici con conseguente generazione di flusso ionico. Questa alterazione dell’eccitabilità della cellula va a stimolare il rilascio da parte delle vescicole dei neurotrasmettitori. Questi una volta rilasciati comunicano con il neurone afferente legandosi ai recettori presenti sulle sue terminazioni e andando a generare in quest’ultimo un potenziale generatore che se raggiunge la soglia va a trasmettere le informazioni al sistema nervoso centrale. Fondamentali sono quindi gli stimoli.