Fisiologia 1

CANALI -DIPENDENTI:

• Kv-simili (Canali CNG, Canali TRP, Canali K(Ca), Canali GIRK, Canali K(ATP); Altri

canali Kv-simili sono fortemente modulati da ligandi (es Ih, Cav)

• 2+

Canali intracellulari per il rilascio di Ca (Localizzati in compartimenti del

reticolo endoplasmico (stores) Due classi: IP3R e RyR. Proteine molto grandi)

• nACh-simili

• Recettori del glutamato

• Recettori P2X

Recettori ionotropici (che includono un canale ionico) possono essere distinti in base

alle proprietà strutturali in:

- 1) Recettori nicotino simili (per Ach, GABA, Glicina).

- 2) Recettori per Glutammato (Nterminale extracellulare e Cterminale intra; il

sito di legame extraccelulare è tra M3 e M4 – dominio S2-)

- 3) Recettori per ATP (tre subunità e due alfa elica)

I recettori pentamerici – nicotino simili - (detti anche Cys-loop) sono:

- Nicotnici (acetilcolina)

- 5-HT3 (serotonina)

- Glicinergici (glicina)

- GABA-A

Recettori per il Glutammato, si dividono in base alla loro affinità per quest’ultimo in:

- NMDA (alta affinità, permeabili a K, Ca e Na; Blocco da Mg)

- NON NMDA (bassa affinità, permeabili a K, Ca e Na, ma cinetica di apertura e

chiusura più rapide)

Recettori per ATP:

- P2X, con sette subunità che possono assemblarsi a costituire recettori omo o

eteromerici funzionali. Formati da due segmenti transmembrana, con N e C

terminali intracellulari, e un’estesa ansa extracellulare fra i due segmenti

transmembrana, che rappresenta il dominio d’interazione con ATP.

Altri Canali:

- Acquaporine: canali di membrana permeabili all’H2O. capacità di

permeazione paragonabile alla libera diffusione, escludono il passaggio di

specie ioniche. Unico inibitore è il mercurio.

2. LA CONTRAZIONE MUSCOLARE

Il muscolo liscio: involontario, attivato spesso in via riflessa dal sistema nervoso

autonomo in risposta a stimoli diversi

Il muscolo striato: scheletrico, attivato dal SNC, attraverso le fibre nervose motorie,

in risposta ad un desiderio cosciente (movimento volontario). Può essere anche

responsabile di atti motori involontari (riflessi) in risposta a stimoli esterni.

Cardiaco: pur essendo striato, è involontario

La contrazione muscolare si basa sull’azione di proteine specializzate, i motori

molecolari, capaci di convertire l’energia libera dell’idrolisi dell’ATP in uno

spostamento reciproco rispetto a strutture filamentose che funzionano da binario.

Nel muscolo, i motori molecolari, sono costituiti da miosina, e lavorano in schiere

sullo stesso supporto filamentoso, costituito da actina. La contrazione muscolare

quindi è il risultato di interazioni cicliche, ATP-dipendenti, tra motore molecolare

miosina II e l’actina, che funziona da binario.

La contrazione varia in base alla struttura del muscolo, che può essere striato o liscio.

Il muscolo striato comprende muscolo cardiaco e muscolo scheletrico. Il muscolo

cardiaco costituisce un organo cavo le cui cellule, sebbene striate, si contraggono

come un’unità e in modo spontaneo e modulato dal SNVegetativo. Il muscolo

scheletrico è invece formato da cellule di forma allungata e che in genere si

contraggono sotto controllo volontario; generalmente i meccanismi di contrazione

del muscolo cardiaco sono comuni a quelli del muscolo scheletrico, e differiscono

dalla contrazione del muscolo liscio.

Il materiale contrattile all’interno della fibra muscolare è organizzato in strutture

cilindriche, le miofibrille, disposte in parallelo; nelle miofibrille, il materiale

contrattile, è disposto in unità dette sarcomeri che si ripetono in direzione

longitudinale per tutta la lunghezza della fibra muscolare. Il sarcomero è l’unità

strutturale del muscolo striato e contiene la zona di sovrapposizione tra filamenti

spessi (polimerizzazione della miosina) e filamenti sottili (polimerizzazione actina). La

forza e l’accorciamento sono generati nella zona di sovrapposizione per interazione

fra filamento di actina e la porzione globulare (testa) della miosina, che protrude dal

filamento a formare il cross bridge (ponte trasverso).

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In tutti i tipi di tessuto muscolare, il segnale di controllo dei meccanismi di

contrazione è affidato a variazioni della concentrazione di calcio

intracitoplasmatica; molto bassa nelle cellule muscolari rilasciate, aumentata da

processi di accoppiamento eccitazione-contrazione che originano nel sarcolemma in

riposta ad un pda.

Nel muscolo liscio la regolazione viene esercitata prevalentemente sulla miosina da

parte di proteine del filamento spesso, nei muscoli striati la regolazione opera

sull’actina attraverso l’inibizione dell’interazione actomiosinica prodotta da un

complesso di proteine che fanno parte del filamento sottile: troponina, e

tropomiosina.

Le miofibrille delle cellule muscolari scheletriche e cardiache si contraggono in

seguito all’insorgenza del pda nel sarcolemma. Nel muscolo striato, è quindi stato

dimostrato che il segnale elettrico di membrana attiva la risposta meccanica per cui

provoca un transitorio aumento della concentrazione di Ca intracellulare. Muscolo

scheletrico e miocardico presentano differenze relative all’origine del Ca che genera

il transiente, ai meccanismi che rilasciano il catione nel citoplasma promuovendo la

contrazione, e meccanismi che rimuovo il catione e che quindi ne promuovono il

rilasciamento. Il muscolo scheletrico sfrutta modalità “tutto o nulla”, rapide ed

efficaci, mentre il muscolo miocardico presenta modalità graduate, meno rapide e

potenti, ma capaci di modulazione.

Nel muscolo scheletrico l’eccitazione elettrica si propaga lungo i tubuli T, ma il Ca

necessario per la contrazione è liberato da depositi intracellulari, ovvero cisterne

terminali del reticolo sarcoplasmatico, che formano, con i tubuli T, le triadi. La

pompa del Ca, SERCA, è presente ad elevate concentrazioni solo nel RS delle cellule

muscolari. A differenza di quanto avviene nel muscolo scheletrico, la presenza di Ca

extracellulare è indispensabile per la contrazione dei miociti. Il ruolo principale

nell’attivazione della contrazione è svolto, come nello scheletrico, da ioni Ca

provenienti da depositi intracellulari; si evince quindi che l’ingresso di Ca dall’esterno

serve, in parte, a rifornire i depositi intracellulari che libero Ca per attivare la

contrazione.

(gli effetti inotropi positivi sono provocati da un incremento della quantità di Ca

liberata in seguito a pda)

Il rilasciamento dei miociti cardiaci è assicurato da SERCA, e macromolecole ancorate

al sarcolemma assicurano l’estrusione del Ca entrato dal liquido extracellulare

durante pda.

CONTRAZIONE DEL MUSCOLO LISCIO: presenta una più bassa velocità di

accorciamento e un minore consumo di ATP, il che consente di mantenere una

contrazione prolungata nel tempo. Possono essere classificati in unitari e

multiunitari. Le cellule muscolari lisce hanno una forma affusolata e un unico nucleo;

mancano di una striatura trasversa perché l’apparato contrattile non è organizzato in

miofibrille. Sono prive di tubuli T, ma posseggono abbondanti caveole che

rappresentano il sito di accoppiamento eccitazione-contrazione. Il RS liscio è il

principale compartimento intracellulare di deposito di Ca. Il meccanismo contrattile

implica l’interazione di actina e miosina; l’aumento del Ca intracellulare e il suo

legame con la calmodulina determina l’azione dell’enzima chinasi della catena

leggera di miosina, con conseguente fosforilazione delle catene regolatrici della

miosina; quest’ultima attiva l’ATPasi della testa della miosina e consente l’avvio del

ciclo dei ponti trasversi dell’actina.

Il rilasciamento muscolare è successivo alla riduzione della concentrazione

intracellulare di Ca, con dissociazione del complesso Ca-Calmodulina e chinasi della

catena leggera della miosina, riduzione dell’attività della chinasi e defosforilazione

della miosina da parte della fosfatasi della catena leggera della miosina.

Il segnale d’inizio della contrazione è ‘aumento del Ca intracellulare, che deriva

dall’ambiente extracellulare attraverso canali voltaggio-dipendenti per il Ca di tipo L,

che si aprono in risposta alla depolarizzazione della membrana. Le fibre muscolari

lisce presentano inoltre canali per il Ca ligando-dipendenti, che possono aprirsi in

risposta all’azione di uno specifico stimolo, e altri che vengono aperti dallo

stiramento della membrana. L’ingresso di Ca dall’ambiente esterno stimola il rilascio

di Ca dal RS, un processo noto come liberazione di Ca indotta da Ca. La riduzione

della concentrazione intracellulare di Ca avviene per ricattura di Ca da parte del RS

oppure per estrusione del Ca nell’ambiente extracellulare. I muscoli lisci sono

controllati da segnali che possono essere neurotrasmettitori, ormoni o sostanze

paracrine.

3. PDA

Il pda è una rapida variazione del pdm che segue lo stimolo ma evolve in modo

indipendente da esso; viene innescato in risposta ad uno stimolo depolarizzante;

quindi è innescato da depolarizzazioni della membrana, e generato dalle cellule

eccitabili, cioè cellule provviste di un corredo di canali ionici voltaggio-dipendenti per

Na e K. Il pda presenta decorso e ampiezza stereotipata (fenomeno tutto-o-nulla), e

una volta raggiunto un valore di picco (+30 mV) si estingue spontaneamente. Il pda si

trasmette rapidamente e non decade con la distanza. La depolarizzazione che

innesca il pda è detta potenziale generatore, la sua propagazione è unidirezionale, e

numero e distribuzione temporale dei pda dipende dalle proprietà dei potenziali

generatori e dell’encoder

Nel muscolo striato il pda viene sempre generato alla giunzione neuromuscolare in

risposta a uno stimolo sinaptico, e ha funzione di innescare il processo di

contrazione.

Nei neuroni l’encoder (regione dove si innesca il pda) è solitamente il cono di

emergenza dell’assone e la decisione di generare un pda è molto più complessa, ha

funzione di segnale e consente la trasmissione dei messaggi. Nel sistema nervoso ci

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sono 10 neuroni che formano 10 sinapsi. Un neurone può ricevere diverse

centinaia o migliaia di sinapsi; l’attivazione di ciascuna sinapsi modifica il potenziale

di membrane e all’encoder arriva un segnale che rappresenta la somma di tutti I

segnali sinaptici. A seconda dell’ampiezza del segnale viene generato o meno un pda

LE FASI: il pda è sempre un fenomeno transitorio che insorge e si estingue in tempo

breve. In tutti i pda sono presenti due fasi:



- Depolarizzazione fase iniziale, che insorge non app