Appunti di Biologia applicata

SGLT:

- SGLT1: presente nell'intestino e nel rene. Ha un'elevata affinità per il

glucosio ma una bassa capacità.

- SGLT2: presente nei reni. Ha una bassa affinità per il glucosio ma un'alta

capacità ed è responsabile del riassorbimento del glucosio nei reni.

Gli SGLUT sono co-trasportatori, ovvero trasportano sodio e glucosio nella

stessa direzione.

Fasi del co-trasporto:

Prima agisce la pompa sodio/potassio che mantiene un’alta concentrazione di

sodio verso l’esterno, questo gradiente elettrochimico di sodio è l’energia

potenziale che alimenta il trasporto. Quando 2 ioni Na si legano ai loro siti sul

trasportatore, aumenta l’affinità del trasportatore per una molecola di

glucosio. Dopo il legame con questi l’SGLUT subisce un cambiamento

conformazionale che permettere di traslocare i soluti all’interno della cellula,

dove il sodio viene rilasciato prima a causa del forte gradiente elettrochimico.

Rilasciato il sodio, diminuisce l’affinità del trasportatore per il glucosio e viene

rilasciato anche questo. Il glucosio assorbito viene poi rilasciato in circolo

grazie al GLUT 2, trasportatore di glucosio passivo. Glucosio che viene

riassorbito dalle SGLUT a livello renale per prevenire la perdita di glucosio

nelle urine. Antiporto

Na/Ca:

sfrutta il gradiente elettrochimico del sodio creato dalla pompa sodio/potassio

per espellere il calcio dalla cellula contro il suo gradiente di concentrazione.

Lo scambiatore (sulla membrana plasmatica delle cellule) è un antiporto,

ovvero trasporta i due tipi di ioni in direzioni opposte, scambia tre ioni sodio

con uno ione calcio, in seguito al loro legame e ad un cambiamento

conformazionale.

Il calcio è un importante secondo messaggero proprio per questo motivo la

sua concentrazione all’interno della cellula è mantenuta bassa. Il calcio

intracellulare aumenta durante l’attività contrattile delle cellule muscolari o la

depolarizzazione dei neuroni. L’antiporto riporta i livelli di calcio a valori di

riposo. Nel cuore lo scambiatore regola il calcio e quindi la contrazione del

muscolo cardiaco, poiché altre concentrazioni di calcio innescano l’interazione

tra actina e miosina. Dopo ogni contrazione il calcio deve essere rapidamente

rimosso per garantire il rilassamento del muscolo.

Osmosi:

è un processo di trasporto passivo in cui le molecole d'acqua si muovono

attraverso una membrana semipermeabile da una regione più concentrata ad

una più diluita. Fino a raggiungere un equilibrio. Le

cellule regolano il loro volume attraverso l'osmosi.

La pressione osmotica: è la pressione che deve essere esercitata per fermare

il flusso di acqua attraverso la membrana e dipende dalla differenza di

concentrazione di soluti tra i due lati e dalla temperatura. Maggiore è la

differenza di concentrazione e maggiore sarà la pressione, fino a raggiungere

l’equilibrio osmotico. La pressione è espressa dall'equazione di Van 't Hoff:

che introduce il coefficiente osmotico (phi), che tiene conto delle interazioni

tra le particelle:

- phi < 1 le particelle tendono ad attrarsi;

- phi > 1 le particelle tendono a respingersi.

Se penetra troppa acqua la cellula va incontro a rigonfiamento o lisi, se invece

fuoriesce troppa acqua la cellula va incontro a restringimento o plasmolisi.

Osmolarità osmolalità:

e

sono due termini utilizzati per descrivere la concentrazione di soluti in una

soluzione ma differiscono nel modo in cui vengono calcolate e nelle unità di

misura.

- Osmolarità: misura il numero di osmoli, ossia particelle osmotiche attive, di

soluto per litro di soluzione (Osm/L). Tiene conto del volume totale della

soluzione, che include sia il soluto che il solvente.

- Osmolalità: misura il numero di osmoli di soluto per chilogrammo di solvente

(Osm/kg) Si basa sul peso del solvente e non sul volume della soluzione e

quindi non dipende da temperature e pressione, poiché la massa del solvente

rimane costante.

Perché si dice che la membrana è un dipolo?

Sappiamo che la membrana è costituita da un doppio strato fosfolipidico e che

ogni fosfolipide ha una testa idrofila che contiene i gruppi fosfato che sono

carichi negativamente, conferendo una carica parziale negativa e due code

idrofobe che sono formate da acidi grassi che non hanno cariche nette. Questa

struttura porta una polarità nella membrana. La distribuzione delle cariche

nella membrana crea una separazione di cariche simile ad un dipolo elettrico.

Diverse concentrazioni degli ioni liberi all’interno e all’esterno della cellula:

1) La carica negativa intracellulare è data dai gruppi fosfato elettronegativi

delle principali macromolecole che compongono la cellula: acidi nucleici, ATP,

proteine fosforilate, nucleotidi. Tutte queste per natura non possono

abbandonare il citoplasma, essendo associate a costituenti strutturali ed

obbligati. Per questo sono definiti anioni fissi, in contrapposizione a quelli

liberi. 2) In poche parole si può

definire la membrana come altamente permeabile al potassio, grazie anche

alla presenza dei canali di resting che sono sempre aperti.

3) La membrana è altamente impermeabile agli ioni sodio.

4) Il cloro può attraversare facilmente la membrana grazie ai canali resting,

solo che viene ostacolato dalla carica negativa quindi in condizioni normali

questo ione si distribuisce attorno alla membrana.

Potenziale di equilibrio o potenziale di Nernst:

è il valore del potenziale elettrico quando il flusso netto di ioni attraverso la

membrana è zero, cioè il momento in cui le forze elettriche e chimiche che

agiscono sullo ione si bilanciano. Ogni ione ha un suo potenziale di equilibrio

che dipende dalla sua concentrazione all’interno e all’esterno della cellula e

dalla carica. L’equazione di Nernst è utilizzata per calcolare il potenziale di

equilibrio. Quando la membrana è permeabile ad un certo

ione, il potenziale di membrana tende a spostarsi verso il potenziale di

equilibrio di quello ione.

Potenziale di membrana:

è una differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno di una cellula.

Nella maggior parte delle cellule l’interno della membrana è negativo rispetto

all’esterno. Chiamato anche potenziale di membrana a riposo è importante per

il funzionamento di cellule eccitabili come neuroni e cellule muscolari, ma è

presente in tutte le cellule. E’ influenzato principalmente dai gradienti di

concentrazione di ioni come sodio, potassio, cloro e calcio.

Il potenziale di riposo: varia in base al tipo di cellula, nei neuroni è di circa -70

mV, nelle cellule muscolari -90 mV e cellule epiteliali -50 mV. In questo ultimo

tipo di cellule il potenziale di membrana è costante e serve principalmente a

garantire l’omeostasi.

Il potenziale d'Azione: evento elettrico che si verifica nelle cellule eccitabili e

rappresenta una rapida e temporanea inversione del potenziale di membrana,

seguita da una rapida ripolarizzazione. E’ importante per la trasmissione di

segnali nervosi e muscolari. Questo avviene solo nel momento in cui lo stimolo

iniziale raggiunga una determinata soglia, solitamente intorno ai -55 mV.

Fasi del Potenziale d'Azione:

1) I canali del sodio voltaggio-dipendenti si aprono rapidamente, portando il

potenziale di membrana verso valori positivi (depolarizzazione).

2) Il potenziale di membrana raggiunge un massimo positivo (+30 mV) e i

canali del sodio entrano in uno stato di inattivazione.

3) Si aprono così i canali del potassio voltaggio-dipendenti, riportando il

potenziale di membrana a valori negativi.

4) I canali del potassio possono rimanere aperti troppo a lungo causando

iperpolarizzazione.

Iperpolarizzazione postuma:

1. Rapida: dura pochi millisecondi.

2. Intermedia: fase dovuta all'attivazione dei canali del K calcio-dipendenti.

3. Lenta: fase che può durare da secondi a minuti.

L'iperpolarizzazione postuma può prevenire l'eccessiva attivazione di un

neurone e aiutare a modulare la risposta a stimoli ripetuti o prolungati.

Bisogna tener conto del così detto periodo refrattario, che può essere

assoluto: durante la depolarizzazione e gran parte della ripolarizzazione, la

cellula non può generare un nuovo potenziale indipendentemente dalla forza

dello stimolo. Relativo: durante l’iperpolarizzazione, un nuovo potenziale

d’azione può essere generato quando lo stimolo è più forte di quello

precedente.

Potenziali graduati e potenziali d’azione:

- potenziali graduati: sono piccoli segnali elettrici proporzionali all’intensità

dello stimolo che li ha generati, i quali agiscono a breve distanza, poiché

diminuiscono di ampiezza man mano che si allontanano dal sito della loro

genesi;

- potenziale d’azione: è rappresentato da segnali di tipo tutto o nulla, che non

diminuiscono di intensità.

l’intensità dello stimolo è codificata in base al numero di spikes per unità di

tempo.

Per i neuroni il potenziale è il principale meccanismo per la trasmissione di

segnali lungo l’assone e trasmettono segnali elettrici in modo rapido grazie a

speciali adattamenti:

-conduzione saltatoria: il potenziale salta da un nodo di Ranvier all’altro,

aumentando notevolmente la velocità di trasmissione, questo fenomeno si

chiama conduzione saltatoria; -sinapsi: alla fine

dell’assone il potenziale provoca il rilascio di neurotrasmettitori che

trasmettono il segnale alla cellula successiva.

Nelle cellule muscolari, il potenziale ha un ruolo fondamentale nella

contrazione muscolare, quando un neurone motorio trasmette un potenziale

alla fibra muscolare, questo si propaga lungo la membrana della fibra e nei

tubuli T, stimolando il rilascio degli ioni calcio che innescano la contrazione

attraverso l’interazione tra actina e miosina.

Potenziale elettrotonico:

è una variazione di potenziale che si verifica nelle cellule eccitabili quando

viene applicato uno stimolo sub-soglia, ovvero uno stimolo che non è

abbastanza forte da generare un potenziale d’azione, non risponde alla legge

del tutto o nulla ma dipende dall’intensità e dalla durata dello stimolo

applicato. Il potenziale elettrotonico si attenua man mano che si propaga

lungo la membrana cellulare e questo significa che la sua ampiezza diminuisce

con la distanza dal punto di origine, a causa della dispersione della corrente

lungo la membrana. La distanza alla quale il potenziale elettrotonico si

dimezza è detta costante di spazio (lambda), dipende dalle proprietà passiv