Fisiologia: riassunto e quiz esame - prof Roatta

Cellule, tessuti, organi e sistemi

Il corpo umano è una struttura composta da cellule organizzate in maniera molto ordinata. Le cellule sono raggruppate in tessuti che a loro volta possono formare gli organi e che a loro volta funzionano assieme come sistemi.

Cellule e tessuti

Le cellule possono essere raggruppate in 4 principali categorie: neuroni, cellule o fibre muscolari, cellule epiteliali, cellule connettivali. Ogni cellula svolge un ruolo appropriato.

Neuroni

Specializzati nella trasmissione di informazioni sotto forma di segnali elettrici. Essi possiedono un gran numero di ramificazioni che ricevono e inviano informazioni dall'ambiente esterno o interno e ci permettono di percepire il mondo attraverso i nostri sensi. I neuroni inoltre possono inviare segnali ai muscoli, ghiandole endocrine (secrezione ormonale) ed altri organi e permettono anche il controllo del movimento.

Cellule (o fibre) muscolari

Sono specializzate nel contrarsi e quindi di sviluppare forza meccanica e movimento. Movimento volontario (muscolo scheletrico) e movimento involontario (muscolo liscio) e movimento cardiaco (muscolo cardiaco).

Cellule epiteliali

Localizzate in quei tessuti chiamati epiteli, hanno la funzione di proteggere da agenti fisici e meccanici, permeabilità, secrezione e sensibilità. Sono caratterizzate da uno strato di cellule disposte in maniera variabile sulla membrana basale. Gli epiteli si suddividono in 2 categorie: in base alla disposizione sulla membrana basale (semplice e stratificato) ed in base alla forma delle cellule (pavimentose, cubiche e cilindriche). Il tessuto epiteliale inoltre comprende un'altra categoria chiamata tessuto epiteliale ghiandolare che si suddivide: in base ai tipi di secrezione (esocrine = le cui secrezioni sono rilasciate dalle ghiandole nella superficie attraverso i condotti epiteliali ''Es. Saliva'' ed endocrine = le cui secrezioni prendono il nome di ormoni e vengono rilasciati dalle ghiandole direttamente nel liquido interstiziale ''Es. Pancreas''), in base ai tipi di ghiandole ed infine in base alla modalità di secrezione.

Cellule connettivali

Sono cellule specializzate che formano fibre proteiche (elastina e collagene) extracellulare disperse nella sostanza fondamentale (fluida) formando così la matrice extracellulare. Ne fanno parte anche le cellule del sangue, le cellule ossee e le cellule adipose. La loro funzione è quella di sostegno del corpo, protezione degli organi, difesa dai microrganismi, supporto fisico e meccanico e anche di riserva energetica.

Organi e sistemi

Quando due o più tessuti si combinano fra di loro per svolgere una data funzione essi danno origine a strutture chiamate organi. I vari organi sono strutturati in sistemi che collaborano a loro volta per una particolare funzione. I vari organi possono svolgere funzioni per più sistemi, come il pancreas che svolge attività del sistema digerente secernendo fluidi ed enzimi digestivi e attività del sistema endocrino secernendo ormoni.

Omeostasi

Capacità del corpo di mantenere un ambiente interno normale. Data la sensibilità delle nostre cellule ai mutamenti delle condizioni ambientali il nostro organismo ha la facoltà di poter tollerare queste variazioni che si creano nell'ambiente esterno. Questo accade perché il nostro organismo, appunto, possiede una serie di meccanismi regolatori che lavorano per mantenere costanti le condizioni dell'ambiente interno, indipendentemente dalle variazioni dell'ambiente esterno. L'ambiente interno del corpo viene regolato per mantenere costante la composizione, la temperatura e il volume del liquido extracellulare (37 °C).

N.B. Ci sono delle condizioni tali per cui l'omeostasi ha i suoi limiti, ad esempio l'eccessivo sforzo fisico può indurre ad un aumento della temperatura corporea con conseguenze potenzialmente fatali. Quindi il fallimento dei sistemi di controllo dell'omeostasi provoca l'insorgenza di malattie e sintomi, poiché tale insuccesso provoca il malfunzionamento di organi e sistemi.

• Controlli a feedback negativo dell'omeostasi: la temperatura non è libera di variare, ma è regolata per rimanere costante all'interno di un intervallo, per questo motivo l'omeostasi è considerata come una delle variabili regolate. Le concentrazioni plasmatiche di potassio, sodio e calcio sono considerate variabili regolate poiché vengono mantenute costanti dai meccanismi di regolazione omeostatica. Se una di queste variabili regolate aumenta, il sistema risponde facendole diminuire, se al contrario, si riducono invece il sistema risponde provocandone l'aumento. I sistemi che si comportano in questo modo vengono definiti sistemi a feedback negativo (retroazione negativa).

N.B. I meccanismi di regolazione omeostatica intervengono solo quando esistono delle differenze tra il valore reale di una variabile regolata e il valore normale desiderato (set point o valore di riferimento). Ogni differenza tra il valore reale e il set point costituisce un segnale d'errore. Per agire in maniera efficace e corretta il meccanismo regolatore omeostatico deve essere in grado di rilevare le oscillazioni della variabile regolata. Le informazioni vengono captate per mezzo di sensori (neuroni) che sono sensibili alle variabili in questione e raggiungono il centro integrativo sotto forma di segnali di entrata (input). Il centro integrativo genera segnali di uscita (output) diretti a cellule, tessuti ed organi coinvolti nella generazione della risposta finale. Queste cellule, tessuti ed organi prendono il nome di effettori.

• Controlli a feedback positivo dell'omeostasi: Qui la risposta del sistema procede nella stessa direzione del cambiamento della variabile che l'ha prodotta. Al contrario del feedback negativo che riduce al minimo le modificazioni delle variabili fisiologiche, quello positivo invece è utile per alcuni meccanismi fisiologici poiché permette ad una variabile di cambiare molto rapidamente in risposta ad uno stimolo. In condizioni fisiologiche normali non si verifica un aumento del feedback positivo incontrollato o infinito perché vi sono sempre meccanismi di regolazione che agiscono per controllare o arrestare il feedback positivo (rimuovendo o limitando lo stimolo originale).

Diabete

È una malattia metabolica che influenza i livelli di glucosio e il volume del plasma e causa sete eccessiva e perdita di liquidi. La malattia si manifesta con un'eccessiva produzione di urine. Uno stile di vita sedentario può indurre sia cambiamenti del metabolismo sia obesità, quindi fattori che portano al diabete.

N.B. L'insulina è un ormone rilasciato dal pancreas quando i livelli di glucosio nel sangue sono elevati. Tale ormone promuove l'assorbimento di glucosio da parte delle cellule, che possono quindi utilizzarlo per produrre altra energia o immagazzinarlo sotto forma di glicogeno o trigliceridi che saranno utilizzati per fornire energia in un secondo momento.

Diabete mellito (tipo 1 e tipo 2)

Presenta una così alta concentrazione di glucosio nel sangue tale da essere espulso in buona parte attraverso le urine. Nel diabete mellito di tipo 1 le cellule pancreatiche non sono in grado di rispondere efficacemente all'aumento del glucosio nel sangue poiché esse sono danneggiate e non producono adeguatamente l'insulina. Nel diabete mellito di tipo 2 le cellule pancreatiche sono funzionali e lavorano adeguatamente, ma il problema è causato da un disfunzionamento delle cellule bersaglio che non riescono a rispondere all'insulina quindi assorbire il glucosio eccessivo nel sangue. I sintomi principali sono perdita di liquidi corporei e disidratazione, disfunzione erettile, arteriosclerosi e ictus o infarto cardiaco. Può essere combattuto o prevenuto per mezzo di molta attività fisica, uso di iniezioni di insulina, trattamenti farmacologici adeguati al progresso della malattia.

La cellula: strutture e funzioni

Gli atomi si distinguono gli uni dagli altri sulla base del loro numero atomico, che è uguale al numero dei protoni ed elettroni e che determina le proprietà chimiche di un atomo.

• Amminoacidi e proteine: Le proteine sono polimeri di amminoacidi, biomolecole relativamente piccole che contengono carbonio, un gruppo amminico, carbossilico e idrogeno. Esistono 20 tipi di amminoacidi diversi. Gli amminoacidi si uniscono tra di loro attraverso un legame peptidico. Per questa ragione vengono anche chiamati polipeptidi. In generale i peptidi sono corte catene di amminoacidi. La funzione di una proteina dipende dalla loro struttura e dalla conformazione.

Essi possono essere classificati in base alla loro struttura:

• Primaria: una normale sequenza amminoacidica.
• Secondaria: ripiegamenti prodotti dai legami H-H e O-CH.
• Terziaria: ripiegamenti prodotti dall'interazione tra i gruppi R di diversi amminoacidi nello stesso peptide.
• Quaternaria: la più complessa cioè una proteina che contiene più catene polipeptidiche (Es. Emoglobina che ha la funzione di trasportare ossigeno nel sangue).

E in base alla loro conformazione:

• Fibrose: filamenti allungati che svolgono funzioni strutturali o contrazione (Es. il collagene proteina che si trova nei tendini e capelli, tropomiosina proteina che si trova nelle cellule muscolari).
• Globulari: sono formate da catene ripiegate e intrecciate e svolgono funzioni di messaggeri chimici per la comunicazione intercellulare, recettori che legano messaggeri chimici, proteine trasportatrici che servono a veicolare varie sostanze nel sangue (Es. Mioglobina proteina che lega l'ossigeno, l'insulina che regolatore di glucosio al livello plasmatico).

Nucleotidi e acidi nucleici

Hanno l'importante funzione di trasferire l'energia all'interno delle cellule oltre a costituire il materiale genetico, i nucleotidi contengono due tipi di carboidrati al loro interno che sono il ribosio e il desossiribosio.

Essi possono essere classificati in base alle basi azotate: pirimidine (citosina, timina e uracile), purine (adenina e guanina). Ed in base ai gruppi fosfati: monofosfati ad un gruppo fosfato, difosfato a due gruppi fosfato, trifosfato a tre gruppi fosfato.

I nucleotidi intervengono negli scambi di energia cellulare. L'energia contenuta nel legame fosfato dell'adenosina-trifosfato (ATP) può essere utilizzata per sostenere processi cellulari quando l'ATP è idrolizzato in ADP (adenosina-difosfato). Mentre nicotinamide adenin dinucleotide (NAD) e il flavina aden dinucleotide (FAD) trasferiscono energia sotto forma di elettroni.

Tra i polimeri dei nucleotidi vi sono gli acidi nucleici che garantiscono la conservazione e l'espressione dell'informazione genetica. L'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA) sono i due acidi nucleici. Il DNA è localizzato all'interno del nucleo cellulare dove fungono da deposito dell'informazione genetica. Le molecole di RNA si trovano sia nel nucleo che nel citoplasma e sono necessarie per l'espressione dell'informazione genetica.

• Il DNA: è formato da due filamenti di nucleotidi avvolti uno sull'altro a formare una doppia elica, vengono definiti filamenti antiparalleli e sono mantenuti uniti da legami idrogeno che si formano tra le basi azotate secondo il principio dell'accoppiamento delle basi azotate (tutte le volte in cui due filamenti di acidi nucleici sono legati da legami idrogeno, la guanina si accoppia sempre alla citosina del filamento opposto, mentre l'adenina alla timina del filamento opposto (DNA) o all'uracile (RNA)). Il carboidrato contenuto nel DNA è il desossiribosio e le basi azotate sono l'adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T).

- L'RNA: è formato da un singolo filamento di nucleotidi. Il carboidrato contenuto nell'RNA è il ribosio e le basi azotate sono l'adenina, guanina, citosina e l'uracile. Anche qui si segue la legge precedente.

N.B. La complementarità delle basi azotate è importante per sintetizzare l'RNA dal DNA.

Struttura cellulare

Quando le biomolecole vengono assemblate in un determinato modo, esse formano l'unità di base degli organismi viventi: la cellula. I componenti di base di una tipica cellula sono:

• Membrana plasmatica: Separa l'ambiente interno della cellula dall'ambiente extracellulare. È costituita da fosfolipidi, colesterolo, proteine e carboidrati. Il doppio strato fosfolipidico viene considerato fluido poiché i fosfolipidi non sono legati tra loro da legami chimici e possono muoversi lateralmente. Le molecole di colesterolo sono contenute nel doppio strato lipidico che possono causare cristallizzazioni della struttura e riduzione della fluidità.
• Nucleo: Una prominente struttura sferica all'interno della cellula. Avvolto dall'involucro nucleare è formato da due membrane che si fondono tra di loro, lasciando però dei piccoli spazi aperti chiamati pori nucleari che permettono il movimento molecolare tra nucleo e citoplasma. All'interno del nucleo c'è il nucleolo in cui viene sintetizzato un tipo di RNA chiamato rRNA (RNA ribosomale).
• Citosol: È un fluido gelatinoso all'interno della quale sono presenti degli enzimi che svolgono reazioni chimiche di catalizzazione per creare energia. Le molecole che poi devono essere secrete dalla cellula sono immagazzinate nel citosol all'interno di vescicole secretorie.
• Reticolo endoplasmatico: Formato da una rete di membrane che dà luogo a un compartimento interno chiamato lume. Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico: rugoso e liscio. Il reticolo endoplasmatico è fondamentale per la sintesi di molte biomolecole, dove il reticolo endoplasmatico rugoso prende parte alla sintesi di proteine che saranno poi secrete all'esterno della cellula, mentre il reticolo endoplasmatico liscio è la sede della sintesi dei lipidi (compresi trigliceridi e steroidi) ed è inoltre importante per l'immagazzinamento degli ioni calcio.
• Apparato del Golgi: Composto da sacculi appiattiti delimitati da membrana che prendono il nome di cisterne. Associato al reticolo endoplasmatico in un lato chiamato lato cis, nonostante di fatto siano separati. L'altro lato invece è associato alla membrana plasmatica che prende il nome di lato trans. La sua funzione è quella di elaborare le molecole sintetizzate nel reticolo endoplasmatico e le prepara, le impacchetta all'interno di vescicole per poi essere trasportate alla destinazione finale che può essere intracellulare o extracellulare.
• Mitocondri: Sono considerati come ''la fabbrica di energia'' delle cellule in quanto la maggior parte dell'energia utilizzabile dalle cellule, l'ATP quindi, è prodotta in questi organuli.
• Lisosomi: Piccoli organuli sferici circondati da una singola membrana. Contengono diversi enzimi in grado di degradare i prodotti di scarto intracellulari e quelli extracellulari che sono stati trasportati all'interno della cellula.
• Ribosomi: I ribosomi sono organuli composti da rRNA e proteine fondamentali per la sintesi proteica. Una volta che la sintesi proteica è avviata, i ribosomi rimangono liberi nel citosol, mentre altri aderiscono al reticolo endoplasmatico rugoso. Le proteine sintetizzate sui ribosomi liberi quindi possono rimanere libere nel citosol, entrare nei mitocondri, nucleo o perossisomi. Le proteine sintetizzate dal reticolo endoplasmatico rugoso verranno impacchettate nelle vescicole dell'apparato del Golgi e indirizzate verso la destinazione finale.
• Centrioli: Sono corte formazioni cilindriche costituite da fasci di filamenti proteici. La loro funzione è quella di organizzare lo sviluppo del fuso mitotico durante la divisione cellulare.
• Citoscheletro: È una rete flessibile di proteine fibrose (filamenti) che fornisce rigidità strutturale e sostegno delle cellule. Permette anche il trasporto intracellulare di materiali e il movimento di alcune cellule. I filamenti di cui è composto prendono il nome di microfilamenti, filamenti intermedi e microtubuli.

Microtubuli

Sono i più resistenti e sono strutture dinamiche sottoposte continuamente ad assemblaggio e disassemblaggio, costituite da proteine globulari denominate tubulina alfa e tubulina beta. Inoltre i microtubuli sono i componenti di due strutture mobili: le ciglia e i flagelli. Le ciglia e i flagelli sono protusioni della superficie cellulare e possono muoversi ondeggiando la cui funzione è quella di trasporto. I microtubuli appaiati sono connessi per mezzo di bracci di dienina che servono a generare la forza necessaria per far sì che i microtubuli scivolino l'uno sull'altro (movimento ondeggiante).

Adesioni cellula-cellula

Le cellule aderiscono le una sulle altre per mezzo di proteine specializzate chiamate molecole di adesione cellulare:

Giunzioni serrate

Comuni nel tessuto epiteliale, quello specializzato per il trasporto molecolare. Presentano delle proteine chiamate occludine, che fanno in modo che la membrana cellulare si fonda con le cellule adiacenti per formare una barriera impermeabile al movimento di sostanze tra le cellule. Le cellule epiteliali rivestono gli organi cavi che formano il tratto gastrointestinale o i tubuli renali, dove il compartimento interno di un organo cavo (lume) è separato dal citosol di ogni cellula epiteliale da una membrana apicale. Mentre la parte di membrana che si rivolge sul liquido interstiziale viene chiamata membrana basolaterale.

Giunzioni comunicanti

Sono note per la loro presenza nel tessuto muscolare liscio e nel cardiaco, dove consentono una contrazione simultanea dell'organo. Sono costituite da regioni in cui due cellule adiacenti sono connesse da proteine di membrana chiamate connessine.

Trasporto cellulare

Il processo mediante il quale le molecole si muovono all'interno e\o all'esterno della cellula comunemente chiamato trasporto di membrana. Le molecole non polari possono permeare la membrana plasmatica e quindi si muovono per diffusione. Le molecole polari invece non possono permeare la membrana plasmatica poiché...