Appunti di Fisiologia 1

APPUNTI DI FISIOLOGIA 1

GIULIA SOFIA CHINDAMO• gli acidi nucleici comprendono DNA ed RNA e sono polimeri di nucleotidi.

Struttura cellulare

La membrana plasmatica separa la cellula dal fluido extracellulare; è costituita da un doppio strato difosfolipidi con proteine e colesterolo immersi all’interno del doppio strato.

I carboidrati si trovano sulla superficie esterna della membrana come glicolipidi o glicoproteine.

Il nucleo (all’interno della cellula) contiene DNA.

Il citoplasma (anch’esso all’interno della cellula) è costituito da citosol e organuli.

Il citosol contiene enzimi, depositi di glicogeno e trigliceridi e vescicole secretorie.

Gli organuli includono il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l’apparato del Golgi, i mitocondri, i lisosomi, i perossisomi e i ribosomi.

Il citoscheletro conferisce alle cellule la loro forma, fornisce supporto strutturale, trasporta varie sostanze all’interno della cellula, mantiene gli organuli.

In sospensione, contribuisce all'adesione fra le cellule performare i tessuti e produce la contrazione o il movimento in alcuni tipi di cellule. Il citoscheletro è formato da filamenti proteici che includono microfilamenti, filamenti intermedi e microtubuli.

Adesioni cellula-cellula

Tre tipi di strutture di adesione connettono le cellule tra loro:

• Le giunzioni serrate si trovano comunemente nei tessuti epiteliali, dove limitano il movimento delle molecole attraverso lo spazio interstiziale che esiste tra le cellule. Proteine chiamate occludine legano insieme due cellule adiacenti in modo tale da generare un'adesione pressoché impermeabile. Le molecole polari che non possono attraversare il doppio strato lipidico non possono, in genere, neanche muoversi tra le cellule connesse da giunzioni serrate.
• I desmosomi sono giunzioni resistenti tra cellule, presenti tipicamente in tessuti sottoposti a stress. Filamenti proteici si estendono da una placca situata

• Le giunzioni comunicanti sono costituite da regioni di membrana che contengono proteine, chiamate connessoni, che formano canali che collegano il citoplasma di due cellule adiacenti. Questi canali consentono a ioni e piccole molecole di passare tra cellule adiacenti.

Funzioni generali della cellula:

• Il metabolismo, ovvero tutte le reazioni chimiche che si verificano nell'organismo; può essere diviso in due classi di reazioni:
• Reazioni anaboliche, mediante le quali si ha la sintesi di grandi molecole a partire da molecole più piccole e ciò richiede un apporto di energia;
• Reazioni cataboliche, mediante le quali si ha la rottura di grandi molecole in molecole più piccole e ciò rilascia energia.

Che consistono nella degradazione di grandi molecole in molecole più piccole con conseguente rilascio di energia.

• Il trasporto cellulare di molecole attraverso le membrane
• La comunicazione intercellulare

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Sintesi proteica

I geni che si trovano nel DNA contengono i codici per la sintesi proteica, che vengono trascritti nell'mRNA all'interno del nucleo.

L'mRNA si sposta nel citoplasma, dove viene tradotto dai ribosomi per sintetizzare le proteine.

Nel momento in cui una proteina è stata sintetizzata nel citosol, la sequenza leader determina se la proteina resterà nel citosol stesso, o entrerà in un mitocondrio, in un perossisoma o nel nucleo.

Le proteine sintetizzate in associazione con il reticolo endoplasmatico verranno infine impacchettate all'interno di vescicole dall'apparato del Golgi e indirizzate all'appropriata destinazione cellulare o secretedalla cellula.

stessa.

METABOLISMO CELLULARE

Tipi di reazioni metaboliche

Il metabolismo è l'insieme di tutte le reazioni chimiche che si svolgono nelle cellule di un organismo; le reazioni del metabolismo energetico sono coinvolte specificamente negli scambi energetici.

Le reazioni cataboliche generano prodotti più piccoli a partire da reagenti più grandi; le reazioni anaboliche generano prodotti più grandi a partire da reagenti piccoli.

Le tre reazioni metaboliche più comuni sono: idrolisi e condensazione, fosforilazione e defosforilazione e ossidoriduzione.

Reazioni metaboliche ed energia

Le reazioni metaboliche permettono alle cellule di trasformare materie prime ricavate dall'ambiente in componenti strutturali e funzionali e inoltre permettono alle cellule di rifornirsi di energia.

Due forme di energia sono riconoscibili: l'energia cinetica (associata con il movimento) e l'energia potenziale (energia immagazzinata che può essere trasformata).

in cinetica).La variazione di energia di una reazione ne determina la direzione. Le reazioni cataboliche (esoergoniche)sono, in genere, reazioni che liberano energia e che procedono spontaneamente; le reazioni anaboliche(endoergoniche) richiedono energia per procedere.L'equilibrio chimico è raggiunto quando i livelli di energia dei prodotti e dei reagenti sono uguali.Una reazione può essere fatta procedere in una delle due direzioni variando la concentrazione dei reagentio dei prodotti, in accordo con la legge d'azione di massa.La velocità di una reazione è limitata dalla sua energia di attivazione, in quanto le molecole devono passare attraverso uno stato di transizione ad alta energia prima di poter reagire.Velocità delle reazioniI fattori che influenzano la velocità di una reazione sono la concentrazione dei reagenti e dei prodotti, la temperatura e l'altezza della barriera di energia di attivazione.Le reazioni metaboliche

Sono catalizzate da enzimi, una forma di speciali biomolecole (di solito proteine). Essi agiscono su particolari substrati per generare e rilasciare un prodotto. Molti enzimi per poter funzionare hanno bisogno di cofattori non proteici. Importanti cofattori sono il NAD+ e il FAD, che trasportano elettroni tra le reazioni.

La velocità delle reazioni catalizzate dagli enzimi è influenzata dalla velocità catalitica dell'enzima, dall'affinità enzima-substrato, dalla concentrazione dell'enzima e dalla concentrazione del substrato. Anche la temperatura e il pH dei reagenti possono influenzare la velocità della reazione.

Alcuni enzimi possiedono dei siti regolatori specifici per particolari modulatori, molecole che, legandosi all'enzima, ne alterano l'attività. Nella regolazione allosterica il legame del modulatore è reversibile. Nella regolazione covalente

L'attività dell'enzima viene modificata dal legame covalente di un gruppo chimico (spesso un gruppo fosfato) a un specifico sito dell'enzima.

Le vie metaboliche vengono frequentemente regolate dall'inibizione a feedback, nella quale un enzima viene inibito in maniera allosterica dal prodotto di una reazione a valle. A volte gli enzimi vengono stimolati da prodotti intermedi che si trovano a monte (attivazione a feedforward).

Ossidazione del glucosio: la principale reazione del metabolismo energetico

Le cellule ottengono la maggior parte della loro energia dall'ossidazione del glucosio: C6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6 H2O. Questa energia viene utilizzata dalle cellule per sintetizzare ATP. Successivamente le cellule utilizzeranno l'energia rilasciata dalla scissione (idrolisi) dell'ATP per svolgere lavoro.

Fasi dell'ossidazione del glucosio: glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa

L'ossidazione del glucosio avviene in tre fasi:

passaggi: (1) la glicolisi (nel citosol), (2) il ciclo di Krebs (nella matrice mitocondriale); (3) la fosforilazione ossidativa (nella membrana mitocondriale interna).

La fosforilazione ossidativa comprende due processi che avvengono simultaneamente: (1) il movimento di elettroni lungo la catena di trasporto degli elettroni e (2) l'accoppiamento chemiosmotico.

Per ogni molecola di glucosio sono sintetizzate quattro molecole di ATP durante la fosforilazione a livello del substrato nella glicolisi e nel ciclo di Krebs. 6 molecole di CO2, 10 NADH e 2 FADH2 vengono anche prodotte nella ossidazione del glucosio.

Successivamente, il NADH e il FADH2 cedono i loro elettroni (idrogeni) alla catena di trasporto degli elettroni, dove reagiranno con l'ossigeno per formare acqua. L'energia liberata in questo processo è utilizzata per sintetizzare ATP grazie alla fosforilazione ossidativa, responsabile della produzione della maggior parte dell'ATP generato dalla completa

ossidazione di unamolecola di glucosio (28 su 32 molecole totali).

TRASPORTI DI MEMBRANA

Fattori che influenzano la direzione del trasporto

Le molecole che attraversano le membrane cellulari possono muoversi sia per diffusione semplice attraverso il doppio strato lipidico sia per trasporto mediato, che coinvolge proteine trasportatrici specializzate.

Il trasporto attivo richiede energia ed è svolto da speciali proteine chiamate pompe.

Il trasporto passivo non richiede energia e comprende la diffusione semplice e alcune forme di trasporto mediato.

Le molecole trasportate sono in genere influenzate da tre tipi di forze: (1) forze chimiche, dovute alla presenza di gradienti di concentrazione; (2) forze elettriche, che dipendono dall'influenza esercitata dal potenziale di membrana cellulare sul movimento degli ioni; (3) forze elettrochimiche, una combinazione di forze elettriche e forze chimiche che rappresentano la forza totale netta che agisce sulle molecole.

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Le molecole trasportate passivamente si muovono nella direzione della forza elettrochimica ovvero secondo il loro gradiente elettrochimico. Le molecole trasportate attivamente si muovono in direzione opposta alla forza elettrochimica, cioè contro il loro gradiente elettrochimico.

Velocità di trasporto

La velocità con la quale una sostanza si muove attraverso una membrana viene definita flusso.

Trasporto passivo

La diffusione è il movimento di molecole da una zona ad un'altra in conseguenza della loro agitazione termica casuale.

La velocità di trasporto di una sostanza per diffusione semplice dipende: dalla gradezza della forza, dall'area e dalla permeabilità della membrana.

La diffusione facilitata utilizza delle proteine trasportatrici, o carrier, che legano le molecole da una parte della membrana e le trasportano dalla parte opposta, mediante cambiamenti conformazionali.

I canali ionici sono pori che si estendono da un