Domande aperte del Paniere di Fisiologia

Domande aperte fisiologia

Potenziale d'azione, elettrofisiologia e sinapsi

1) Cos'è il potenziale di membrana a riposo e da cosa è determinato?

Il potenziale di membrana a riposo rappresenta la differenza di potenziale elettrico che deriva dalla differente distribuzione delle cariche con segno diverso tra i due versanti della membrana (esterno e interno). Esso è determinato dall’esistenza di un gradiente di concentrazione ionica e dalla permeabilità selettiva della membrana. Nelle cellule eccitabili il potenziale di membrana viene denominato potenziale di riposo poiché caratterizza lo stato di riposo della membrana.

2) Il neurone: centro integrativo di segnali nervosi.

Il neurone può essere suddiviso in tre parti: soma, dendriti e assone. Il soma è il corpo del neurone all’interno del quale si trova il nucleo del neurone e da cui si dipartono uno o più processi citoplasmatici atti alla ricezione di impulsi, chiamati dendriti, che si articolano dal soma e creano una fitta rete di ramificazione (denominato albero dendritico). Essi rappresentano la zona di ricezione dei potenziali sinaptici eccitatori ed inibitori. L’assone origina dal soma, è generalmente un solo singolo prolungamento citoplasmatico che si assottiglia molto dopo aver percorso una certa distanza ed è deputato alla trasmissione di impulsi che raggiungono le terminazioni nervose.

3) Mi definisca e spieghi il concetto di depolarizzazione ed iperpolarizzazione.

Attraverso la membrana delle cellule si genera un potenziale elettrico a causa della differente concentrazione di ioni all'interno e all'esterno della cellula e dalla differente permeabilità della membrana ai vari ioni. La depolarizzazione è la diminuzione del valore assoluto del potenziale di membrana di una cellula. Quando il potenziale di membrana di una cellula si avvicina a zero, si ha una depolarizzazione; quando, al contrario, il potenziale di membrana viene modificato in direzione contraria, aumentando il suo valore assoluto, avviene una iperpolarizzazione.

4) Quanti e quali tipi di potenziali si ricordano nella cellula nervosa?

I tipi di potenziale presenti nella cellula nervosa sono tre: graduato, d’azione e di membrana. I potenziali graduati sono rappresentati da piccoli segnali elettrici proporzionati all’intensità dello stimolo che li ha generati. I potenziali d’azione rappresentano segnali di tipo “on” o “off”, che sono costituiti da una rapida e transitoria inversione di polarità della membrana. Il potenziale di membrana rappresenta la differenza di potenziale elettrico a cavallo della membrana cellulare; nelle cellule eccitabili prende il nome di potenziale di riposo poiché caratterizza lo stato di riposo della membrana.

5) Cosa è - e quali sono le caratteristiche - di un potenziale graduato?

I potenziali graduati rappresentano piccole modificazioni di potenziale di membrana che si verificano quando i canali ionici provvisti di gate si aprono o si chiudono in risposta a segnali specifici. Gli stimoli che producono segnali graduati possono essere stimoli chimici o stimoli sensoriali; vengono chiamati graduati perché la loro ampiezza è proporzionale all’intensità del segnale che li ha generati.

6) Distribuzione degli ioni e delle cariche fra ambiente esterno ed interno della cellula.

Il fatto che l'interno della cellula abbia come segno cariche negative e l'esterno cariche positive, non significa che dentro ci siano solo cariche negative e fuori solo cariche positive. In realtà questa differenza di cariche è data dall'ineguale distribuzione di fosfolipidi di membrana che portano una carica negativa. All'interno della cellula questa carica negativa viene schermata di meno dalle cariche positive, all'esterno invece tali cariche negative sono maggiormente schermate da quelle positive. Si può dire che l'esterno della cellula è meno negativo rispetto l'interno. I segnali elettrici transitori sono particolarmente utili per trasmettere, velocemente e a lunga distanza, informazioni fugaci che possono essere di vitale importanza per un organismo vivente; e sono dovuti a modificazioni transitorie dei flussi di corrente che, sotto forma di ioni, entrano ed escono dalle cellule. Tali flussi di corrente sono controllati dai canali ionici della membrana plasmatica.

7) Cosa si intende per potenziale graduato sottosoglia o sovrasoglia?

I potenziali graduati possono essere sovrasoglia o sottosoglia, a seconda che abbiano un’ampiezza sufficiente a raggiungere la soglia per l’eccitamento e quindi a generare un potenziale d’azione. Un potenziale graduato parte sopra la soglia nel suo punto di origine, diminuisce di ampiezza mentre si propaga nel corpo cellulare e arriva sottosoglia nella zona trigger. Il potenziale d’azione non viene generato. Uno stimolo più intenso nello stesso punto sul corpo cellulare genera un potenziale graduato che, pur diminuendo in ampiezza mentre si propaga nel corpo cellulare, è ancora sovrasoglia quando raggiunge la zona trigger. In questo caso si genera un potenziale d’azione.

8) Potenziale d'azione nel neurone: spiegazione dei movimenti ionici.

Nel neurone il potenziale d’azione prende origine dal tratto iniziale dell’assone detto zona trigger e corre lungo l’asse dell’assone fino al terminale assonico senza attenuazione della sua intensità. Successivamente il potenziale d’azione si divide in tre fasi distinte: depolarizzazione rapida, ripolarizzazione, e iperpolarizzazione.

9) I periodi refrattari: il ruolo dei canali voltaggio dipendenti del Sodio.

Il canale del sodio voltaggio-dipendente ha due porte: una vicina all’esterno del canale chiamata gate di attivazione e un’altra vicino al suo interno chiamata gate di inattivazione. Quando il potenziale di membrana è di 90 millivolt o più il gate di attivazione è chiuso, quando invece il potenziale passa da 90 millivolt a 0 millivolt il gate di attivazione è aperto. Questo processo prende il nome di attivazione del canale, dove gli ioni sodio possono passare verso l’interno attraversando il canale.

10) Conduzione saltatoria nell'assone.

Si definisce conduzione saltatoria la propagazione di un potenziale d'azione lungo le porzioni mielinizzate degli assoni. Il termine saltatoria si riferisce al fatto che, proprio in virtù della presenza della mielina che funge da isolante, l'onda di depolarizzazione non procede in modo continuo lungo la membrana cellulare dell'assone stesso ma è costretta a saltare fra le porzioni prive di mielina chiamati nodi di Ranvier.

11) Le sinapsi: struttura e funzione.

La sinapsi è la connessione funzionale tra due cellule nervose o tra una cellula nervosa e un determinato organo periferico. La sinapsi è formata da: un bottone terminale del neurone trasmittente (la membrana che circonda il bottone è detta presinaptica); una struttura nel neurone ricevente, generalmente un dendrite (anch’esso circondato da membrana che viene chiamata però postsinaptica); e uno spazio detto fessura sinaptica che appartiene allo spazio extracellulare. Nella sinapsi l’informazione fluisce dal neurone presinaptico a quello post sinaptico.

12) La giunzione neuromuscolare: struttura e funzione.

La giunzione neuromuscolare è la sinapsi che il motoneurone forma con il muscolo scheletrico, un anello di congiunzione tra il sistema nervoso e i muscoli. Fra nervo e muscolo esiste uno spazio sinaptico. Il nervo è pre-sinaptico e il muscolo è post-sinaptico. In prossimità della giunzione neuromuscolare, la fibra motrice perde il suo rivestimento di mielina e si divide in numerose ramificazioni terminali (fino a 300) che si adagiano lungo la doccia sinaptica sulla superficie del sarcolemma.

Sistema nervoso

13) Organizzazione generale del Sistema Nervoso Centrale e quali sono le sue funzioni.

Il sistema nervoso centrale è formato dal cervello e dal midollo spinale. Il cervello è formato da una parte più esterna che contiene corpi dei neuroni e una parte più interna in cui si trovano le fibre nervose. Il midollo spinale invece è una lunga struttura cilindrica che scorre all’interno della colonna vertebrale. Il sistema nervoso centrale è il luogo dove le informazioni raccolte dal sistema nervoso periferico vengono rielaborate e da cui partono informazioni da distribuire nello stesso sistema nervoso periferico. Quindi il sistema nervoso centrale riceve e analizza le informazioni in arrivo dall’ambiente interno ed esterno dell’organismo ed elabora le risposte più appropriate.

14) Differenze anatomiche e funzionali fra il sistema nervoso simpatico e parasimpatico.

Il sistema nervoso autonomo è costituito da porzioni anatomicamente e funzionalmente diverse tra loro: sistema nervoso simpatico, parasimpatico ed enterico. Il sistema nervoso simpatico svolge una funzione di attacco o fuga e fa capo a reazioni opposte rispetto all’innervazione parasimpatica tra cui: broncodilatazione, vasocostrizione, tachicardia, costrizione degli sfinteri e contrazione della muscolatura delle vie spermatiche; il sistema nervoso parasimpatico, invece, è la parte del sistema nervoso autonomo che provvede a funzioni viscero-sensitive e somato-sensitive, oltre a broncocostrizione e eccito secrezione di ghiandole salivari.

Muscoli

15) La miosina: enzima, motore molecolare e proteina strutturale.

La miosina è una grossa molecola proteica che ha forma di una mazza da golf. La miosina è una molecola complessa ad alto peso molecolare costituita da una testa e una coda; ed è formata da sei catene polipeptidiche: un paio di catene pesanti e due paia di catene leggere. Le catene pesanti presentano una struttura ad alfa-elica nella quale le due unità sono avvolte l’una all’altra formando la coda della molecola. Invece le quattro catene leggere e la terminazione N di ciascuna delle catene pesanti formano le due teste globulari della molecola di miosina. Le teste della molecola di miosina presentano un sito in grado di legare e idrolizzare l’ATP ad adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorganico (Pi), rilasciando energia libera.

16) Il meccanismo di accoppiamento eccitazione contrazione (EC) nel muscolo scheletrico: quali sistemi di membrane e quali proteine sono implicate?

L’insieme dei processi che si verificano tra la depolarizzazione della membrana e la contrazione del muscolo sono chiamati accoppiamento eccitazione contrazione (EC). Il legame dell’acetilcolina, rilasciata dal motoneurone presinaptico, alle giunzioni terminali comporta la depolarizzazione della membrana, con conseguente nascita del potenziale d’azione a livello del muscolo (eccitazione) che determina un aumento della concentrazione di Ca²⁺ nel citoplasma che innesca la contrazione. Il meccanismo di accoppiamento EC dipende da proteine di membrana con la funzione di canali come i canali DHPR e i canali RyR1. La depolarizzazione dipende da canali voltaggio-dipendenti per il Na⁺ e il K⁺ posti a livello della membrana postsinaptica, attivati dall’acetilcolina.

17) Quanti e quali tipi di muscolo sono presenti nel nostro organismo? Similarità e differenze fra di essi.

I tipi di muscolo presenti nel nostro organismo sono 3: muscolo scheletrico, muscolo liscio e muscolo cardiaco. I muscoli scheletrici sono quelli di più comune riscontro e come suggerisce il nome si inseriscono sullo scheletro, sono muscoli striati e volontari. Il muscolo liscio è così chiamato perché all’esame al microscopico non rivela striature ed è involontario. Infine il muscolo cardiaco è il tessuto muscolare che forma il cuore e presenta caratteristiche peculiari perché ha caratteristiche sia del muscolo scheletrico che del muscolo liscio, esso all’esame al microscopio presenta striature come i muscoli scheletrici, ma è involontario come i muscoli lisci.

18) Il muscolo scheletrico: relazione fra fibra muscolare, miofibrilla e sarcomero.

In ogni fibra muscolare del muscolo scheletrico sono presenti strutture, poste in parallelo, chiamate miofibrille, ognuna delle quali è a sua volta formata da più strutture base ripetute chiamate sarcomeri, che costituiscono la struttura contrattile della cellula muscolare. La contrazione è dovuta alle miofibrille che si dividono in dischi scuri (A) e dischi chiari (I). La caratteristica striatura è dovuta all’alternanza dei dischi A e I nelle miofibrille. E a loro volta le linee Z permettono la suddivisione delle miofibrille in sarcomeri, che sono costituiti da una banda A e due semibande I. Il sarcomero costituisce l’unità funzionale del muscolo scheletrico.

19) Proteine del sarcomero: quanti e quali? Organizzazione e funzione.

I sarcomeri sono composti da lunghe proteine fibrose che scivolano una sull’altra durante la contrazione muscolare. Due delle proteine più importanti presenti nel sarcomero sono la miosina, che forma il filamento spesso, e l’actina, che forma il filamento sottile. La miosina è una molecola complessa ad alto peso molecolare costituita da una testa ed una coda. Nella miosina, inoltre, troviamo sei catene polipeptidiche: un paio di catene pesanti e due paia di catene leggere. Le catene pesanti presentano una struttura ad alfaelica nella quale le due unità sono avvolte l’una all’altra formando la coda della molecola. Invece le quattro catene leggere e la terminazione “N” di ciascuna delle catene pesanti formano le due teste globulari della molecola della miosina. L’actina è una proteina idrofilica e globulare la cui polimerizzazione porta alla formazione di microfilamenti di F-actina, composti da due catene parallele lineari avvolte l’una sull’altra ad elica su cui scorrono le teste della miosina durante la contrazione e il rilassamento muscolare.

20) Le proteine regolatrici troponina e tropomiosina: la loro funzione.

La tropomiosina è una proteina filamentosa, disposta lungo il solco formato dall’avvolgimento delle catene di actina; essa svolge una funzione regolatrice nella formazione del complesso acto-miosinico. In condizioni di riposo la tropomiosina maschera i siti di legame tra l’