Riassunto esame Fisiologia Umana, prof. Cuppini, libro consigliato Fisiologia di Berne e Levy

CELLULA EUCARIOTE

Le cellule eucariote, sono più complesse e più grandi rispetto a quelle

procariote (10 volte + grandi). Caratteristica principale che contraddistingue le

EUCARIOTI da PROCARIOTI è la presenza del NUCLEO racchiuso all’interno

della MEMB.PLASMATICA (aspetto non è rispettato dagli ERITROCITI):

MEMB.PLASMATICA: separa l’ambiente INTRACELLULARE da quello

• EXTRACELLULARE.

Funzioni:

trasporto selettivo molecole dentro-fuori cellula, attraverso

o PROTEINE DI MEMB.

comunicaz. Intercellulare attraverso RECETTORI proteici x

o neurotrasmettitori-ormoni.

Presenza di complessi proteici con att.enzimatica.

o Ecc.

o

STRUTTURA

All’interno della memb. ritroviamo LIPIDI – PROTEINE.

LIPIDI di memb.  la memb. è composta da fosfolipidi (diversi tipi,

elenco pag.6), molecole anfipatiche , cioè caratterizzate da una testa

“polare” e quindi idrofila e due code “apolari” cioè idrofobe (non si

dissolvono in acqua e non si associano con sostanze idrofile) che formano

un doppio strato fosfolipidico, in cui sono immerse PROTEINE e altri

componenti presenti in quantità minore. Nel doppio strato fosfolipidico, le

code dei fosfolipidi sono rivolte all’interno, mentre le teste idrofile

rivolte verso l’ambiente acquoso del versante interno ed esterno.

I fosfolipidi possono differire in termini di lunghezza delle catene di

acidi grassi, numero di doppi legami e presenza di gruppi polari

(contenenti gruppi fosfato).

Le diverse tipologie di fosfolipidi, si dispongono in maniera diversa nella

costituzione della memb. (vedi tab.pag.6).

Altri LIPIDI presenti nella memb.:

Colesterolo (steroide): La sua struttura ciclica e rigida permette di

svolgere un ruolo di regolatore della fluidità della memb. cellulare,

conferendogli un’adeguata compattezza con la sua struttura ciclica,

evitando così che la membrana cristallizzi a basse temperature, perdendo

la sua funzionalità biologica (aumenta la stabilità meccanica e la

flessibilità delle cellule, così facendo però diminuisce la permeabilità a

piccole cellule idrosolubili). Si trova in prossimità di un acido grasso

insaturo e la sua regione polare sporge nello strato acquoso

extracellulare.

Glicolipidi: tra i quali il GLICOSILFOSFATIDILINOSITOLO (GPI), svolge un

ruolo importante nell’ancorare le proteine al foglietto esterno. Anche in

questo caso regione polare sporge nella faccia esterna, mentre la parte

idrofobica si trova all’intero.

Funzione e fluidità  Il doppio strato fosfolipidico rende stabile l’intera

struttura della membrana e le catene di acidi grassi ne determinano la

fluidità, inoltre sono un’efficace barriera a sostanze idrofile. Del

resto la variabilità della fluidità della membrana (stato di

liquido-cristallino a temperatura fisiologica) è determinata da diversi

fattori.

Quelli che l’AUMENTANO sono:

Aumento temperatura

 Presenza di acidi grassi a catena corta

 Aumento dell’insaturazione degli acidi grassi, impedisce alla

 molecola di associarsi strettamente con LIPIDI CIRCOSTANTI

 aumento fluidità.

Scarse molecole di colesterolo



Quelli che la DIMINUISCONO sono:

Interazione dei gruppi negativi dei fosfolipidi (gruppo fosfato) con

 ioni Ca++

Un’adeguata fluidità è essenziale x lo svolgimento di molte

funzioni della membrana stessa. Questa fluidità permette ai fosfolipidi

e alle proteine a essi associate di spostarsi lateralmente nello strato della

membrana in cui si trovano, per tale motivo viene definita a mosaico

fluido.

Poiché le molecole, a temperature più basse, si muovono lentamente e la

fluidità diminuisce, le varie funzione della membrana possono rallentare.

Per risolvere questo problema, alcuni organismi cambiano la

composizione lipidica delle loro membrane quando si trovano a basse

temperature, sostituendo grassi saturi con grassi insaturi  AUMENTO

FLUIDITA’.

Alcune membrane contengono lipidi (SFINGOLIPIDI – COLESTEROLO) che

si aggregano a formare RAFT LIPIDICI (zattere), al quale sono

associati specifiche proteine che si muovono su di essa. Tra le

funzione dei RAFT LIPIDICI c’è quella di segregare meccanismi e

molecole di segnale.

PROTEINE di memb.  costituiscono quasi il 50% della composizione

della cellula. Si classificano in:

Proteine INTEGRALI: sono immerse nel BILAYER FOSFOLIPIDICO,

o dove aa idrofobici si associano a catene di ac.grassi (idrofobiche

anche loro).

Ci sono poi proteine INTEGRALI, denominate proteine

TRANSMEMBRANA, le quali attraversano completamente il

bilayer affacciandosi sulla FACCIA ESTERNA-INT. Per questo loro

orientamento, tali proteine hanno sia una regione idrofobica  a

forma di alfa-elica, si estende attraverso lo spazio IDROFOBICO

dell’intera memb. ; sia una idrofilia  gli aa costituenti questa

regione, sono esposti all’ambiente acquoso su entrambi i lati (faccia

INT-EST).

Proteine ANCORATE: sono ancorate alla memb. x mezzo di

o ancore lipidiche localizzate in uno dei 2 foglietti del bilayer

(est-int). In particolare PROTEINA e MOLECOLA LIPIDICA, sono

connesse mediante legame covalente (es. GLICOLIPIDE

localizzata sul foglietto esterno, ancora le proteine a tale foglietto).

Proteine PERIFERICHE: si associano con i gruppi polari di

o testa dei lipidi di memb., ma più comunemente si legano a

PROTEINE INTEGRALI – PROTEINE ANCORATE.

Le PROTEINE PERIFERICHE vengono facilmente rimesse dalla

memb., mentre quelle INTEGRALI e ANCORATE richiedono

detergenti.

• NUCLEO: contiene la maggior parte del materiale genetico della cellula

(DNA), e svolge varie funzioni:

è la sede della replicazione del DNA;

 controlla le attività cellulari;

 assemblaggio dei ribosomi a partire da RNA e proteine

 specifiche che avviene in specifiche regioni detti: nucleoli

Memb. nucleare  il nucleo è formato da 2 membrane, ognuno delle quali è un

doppio strato fosfolipidico, che nel loro insieme formano la MEMBRANA

NUCLEARE. Le 2 membrane sono separate da uno spazio di circa 10-20 nm e

sono perforate da circa 3500 pori nucleari (diametro 9nm), che collegano

l’interno della cellula con il citoplasma. A livello di questi pori, la membrana

esterna del rivestimento nucleare è in continuità con quella interna. I pori sono

costituiti da oltre 100 diverse proteine che interagiscono tra loro attraverso

interazioni idrofobiche.

Funzione pori nucleari  sono i canali che regolano il movimento di

materiali tra il nucleo e il citosol (funzionano un po’ come i cancelli a

tornello degli stadi).

Attraverso i pori passano piccole sostanze come ioni e molecole con peso

molecolare inferiore a 10.000 Da. Anche molecole più grandi possono passare

attraverso i pori, ma con un tempo maggiore. Il passaggio x molecole di grandi

dimensioni, come ad esempio le proteine sintetizzate nel citoplasma, hanno

bisogno di una sequenza segnale (sequenza di aminoacidi) che permette di

legarsi ad un recettore proteico del poro, che ha una forma tridimensionale,

comportando il cambiamento della struttura tridimensionale del

recettore cosicché esso stira il poro x lasciar passare la proteina che viene così

fatta entrare nel nucleo.

In certi siti, la membrana esterna dell’involucro si estroflette verso il citoplasma

e risulta in continuità con la membrana di un altro organello, il RETICOLO

ENDOPLASMATICO.

Inoltre nella EUCARIOTE sono presenti molti altri organelli citoplasmatici

immersi appunto nel CITOPLASMA:

Citoplasma:

• Mitocondri: I mitocondri sono la sede della respirazione cellulare.

• Da un punto di vista strutturale hanno 2 membrane:

membrana esterna  liscia e protettiva, offre poca resistenza al

o passaggio di sostanze verso e dà il mitocondrio.

membrana interna  che esercita un controllo molto più stretto

o su ciò che entra ed esce dalla matrice mitocondriale, la quale

contiene quegli enzimi che permettono di svolgere il ciclo

dell’acido citrico – beta ossidazione – ossidazione

amminoacidi – ciclo urea. Tale membrane tende poi a ripiegarsi

verso l’interno in molti punti dando origine a strutture che vengono

chiamate creste mitocondriali, sulle quali sono presenti

complessi enzimatici che andranno a costituire la CATENA

TRASPORTO DEGLI ELETTRONI e sui quali avviene il processo di

fosforilazione ossidativa.

All’interno della matrice è anche presente del DNA ciclico che

comprende 16.659 nucleotidi, ed è composto da 37 geni. I geni

mitocondriali, nell’uomo, sono ereditati per linea materna, in assenza di

mutazioni il DNA della madre è identico a quello del figlio, e così per le

generazioni successive, per i discendenti di linea materna. Il mtDNA

svolge funzioni di codifica numerosi enzimi necessari alla

fosforilazione ossidativa – codifica RNA necessario x trascrizione

e traslazione mtDNA – responsabile processi patogeni in seguito

a mutazione mtDNA – coopera con genoma nucleare

nell’espressione di geni nucleari-mitocondriali – ecc.

Ret.endoplasmatico ruvido: è un’estesa rete membranaria presente in

• tutto il citoplasma, ed è particolarmente sviluppato nelle cellule che

producono e secernono proteine. La sua caratteristica rugosa è

dovuta alla presenza sulla superficie della memb. dei RIBOSOMI.

In questo organello vengono espletate le funzioni di traslazione mRNA

e la modificazione post-traslazionale delle proteine destinate ad

essere secrete dalla cellula.

Ret.endoplasmatico liscio: mancano i ribosomi, determinando una

• superficie LISCAI. All’interno del lume del REL, possono entrare le

proteine sintetizzate del RER che subiscono delle modifiche

conformazionali; oltretutto il REL svolge altre importanti funzione come

quello di sintesi di lipidi e ormoni steroidei ed è responsabile della

detossificazione da farmaci e veleni.

Nel muscolo scheletrico e cardiaco, prende il nome di

RET.SARCOPLASMATICO LISCIO e svolge la funzione di coordinare la

2+

contrazione muscolare, immagazzinando ioni Ca e rilasciandoli.

Apparato Golgi: è costituito da cisterne appiattite, definite sacculi e da

• piccole vescicole racchiuse da membrana, definite vescicole del Golgi.

L’apparato di Golgi, sembra avere 3 parti funzionali distinte: una

base, un compartimento di mezzo e un apice. I sacculi localizzati nel

compartimento di base, costituiscono la regione cis (stesso lato) che è

la più vicina al nucleo, mentre quelli disposti nel compartimento

apicale costituiscono la regione trans. Nei sacchi che caratterizzano la

regione CIS si fondono le vescicole provenienti dal RER, le quali

permettono il trasferimento all’app.Golgi delle proteine sintetizzate nel

RER. A livello della regione TRANS dell’app.Golgi, le proteine subiscono

modificazioni (es.glicosilazione) e vengono divise in pacchetti che

andranno poi ad essere smistate ad altre parti della cellula

(es.memb.plasmatica, lisosomi, ecc).

Lisosomi: sono organelli associati alla memb. con un interno acido

• (pH=4,5) e nel quale sono contenuti numerosi enzimi (proteasi,

nucleasi, lipasi, glicosidasi). La sua funzione è quella di degradazione di

quelle SOST.ESTERNE portate all’interno della cellula attraverso processi

di ENDOCITOSI e FAGOCITOSI. I lisosomi degradano anche gli ORGANELLI

INTRACELLULARI attraverso il processo di autofagia. Gran parte di

quanto viene degradato, va poi ad essere riciclato dalla cellula. Il

processo di degradazione non è casuale e in molti casi ha un bersaglio

preciso.

Proteasomi: hanno funzione digestiva, ma al contrario dei LISOSOMI,

• non sono associati alla membrana. Servono a degradare

principalmente le proteine intracellulari selezionate x la

degradazione (ma possono anche degradare proteine associate alla

memb.)

Ribosomi: si trovano in tutto il CITOSOL, dove svolgono la funzione di

• tradurre l’mRNA x le proteine citosoliche e x le proteine che non

verranno né secrete nella cellula né incorporate nella memb,

come ad esempio gli enzimi x il MITOCONDRIO.

Perossisomi: Sono organelli costituiti da una sola membrana, dove al

• loro interno sono presenti 3 enzimi specializzati nella decomposizione dei

perossidi tossici (perossido di idrogeno H2O2): Uricasi,

D-aminoacido-ossidasi, e catalasi. Essi svolgono la funzione di

decomporre i perossidi tossici senza che vadano in contatto con altre

componenti della cellula, in quanto essendo altamente tossici, sono in

grado di danneggiare le membrane e le macromolecole biologiche. I

perossisomi delle cellule del fegato, partecipano inoltre alla

detossificazione, cioè alla demolizione di molecole dannose, come ad

esempio l’alcol.

Citoscheletro: è composto da:

• Microfilamenti (filamenti actina): nelle cellule muscolari hanno

o un ruolo essenziale nell’att.contrattile; in altre cellule (macrofagi)

hanno un ruolo nella locomozione; costituisce l’interno dei

microvilli; lega l’interno cellula con cellule adiacenti

attraverso giunzioni cellulari.

Filamenti intermedi: hanno funz. principalmente strutturale e

o sono in grado di legare l’interno della cellula alle cellule

adiacenti e alla matrice extracellulare circostante attraverso

DEMOSOMI e EMIDESMOSOMI.

Microtuboli: svolge varie funzioni: trasporto all’interno della

o cellula di vescicole (es. trasporto vescicole contenenti

neurotrasmettitori da SOMA neurone lungo ASSONE) attraverso

proteine motrici (chinesina  trasporto CENTRO cellula 

PERIFERIA; dineina  trasporto PERIFERIA  CENTRO);

spostamento cromosomi durante MITOSI e MEIOSI, movimento

CIGLIA e FLAGELLI (es.coda spermatozoi).

Vicino al nucleo della cellula si trova un centro organizzatore dei

microtuboli, dal quale essi si estendono verso la periferia della

cellula.

MEMBRANA CELLULARE: trasporto trans-membrana

MECCANISMI DI TRASPORTO TRANSMEMBRANARIO

Liquidi INTRACELLULARE – EXTRACELLULARI sono costituititi principalmente da

H2O, in cui sono disciolti SOLUTI (ioni, glucosio, aa).

Il normale funzionamento cellulare, richiede il continuo spostamento di H2O –

SOLUTI attraverso le pareti della cellula, ma la presenza della

MEMB.PLASMATICA, con il suo interno IDROFOBICO, costituisce una barriera

al movimento di “quasi” tutti i SOLUTI, compreso H2O. Il loro passaggio è

mediato grazie alla presenza di specifiche proteine trasportatrice.

Possono invece passare senza il bisogno di trasportatori gas (es. O2 – CO2) e

etanolo.

Le diverse tipologie di PROTEINE TRASPORTATRICI di memb.

CANALI IDRICI (acquaporine) oltre ad attraversare la memb. x

o OSMOSI, l’H2O si serve di specifici canali ad ATT. CONTROLLATA. In

questi canali, il passaggio di acqua che può entrare e uscire dalla cellula

può essere modulata attraverso il meccanismo di GATING

(apertura-chiusura canale). Nonostante ciò questi canali possono

rimanere aperti continuamente, funzionando come dei pori ad att. NON

CONTROLLATA.

Questi canali si dividono in quelli permeabili solo H2O e in quelli

permeabili anche a sost. a BASSO PESO MOLECOLARE e prendono

il nome di ACQUAGLICEROPORINE, in quanto permettono il passaggio del

GLICEROLO.

CANALI IONICI  sono presenti in tutte le cellule (particolarmente

o importanti x il funzionamento di cellule eccitabili: neuroni –

cell.muscolari).

Caratteristica proprie dei canali ionici e che permettono di differenziarsi

l’uno con l’altro sono:

SELETTIVITA’  Avremo canali che permetteranno il passaggio di

 uno specifico ione, altri che saranno NON selettivi 

consentendo il passaggio di tutti gli ioni (cationi-anioni).

Come vengono riconosciuti se ANIONI – CATIONI?  il canale è

formato da aa che a seconda della POLARITA’ (+ o -) attraggono

rispettivamente cariche (- o +).

Come avviene la selezione di ioni aventi la stessa carica?

+ + +

(es. Na - K ) Sebbene il numero atomico di Na sia inferiore di

+ +

quello di K , il diametro complessivo di Na è maggiore di quello di

+ +

K perché proprio in virtù delle sue dimensioni inferiori Na è

circondato da un alone di H O di idratazione più grande di quello

2

+ +

che circonda K . I CANALI IONICI x Na si trovano ad utilizzare un +

meccanismo di selezione basato sulla DISIDRATAZIONE del Na 

+

cioè il canale Na è formato da aa polari che attraggono molecole

+

H2O spogliando il Na il quale si trova nelle sue dimensione

originali, a questo punto la selezione viene fatta in base alla

+ +

GRANDEZZA atomo Na (più piccolo del K ).

+

I CANALI x K si servono di un meccanismo selettivo basato sulla

+

GRANDEZZA K .

REGOLABILITA’ (meccanismo di gated)  ci sono canali

 sempre aperti, altri oscillano tra apert-chiuso. Tale

regolabilità è determinata da fattori come: voltaggio membrana

2+

– messaggeri intracellulari (Ca -ATP-GMPc) – molecole

eccitatore-inibitore (es.acetilcolina  apertura canali x ingresso

cationi nella placca motrice cell.musc.sch.).

TRASPORTATORI SOLUTI  ne esistono differenti tipologie, divise in 3

o categorie:

Uniporto  permettono il passaggio di un’unica molecola

o (es.GLUT2  trasportatore glucosio).

Sinporto  permettono il passaggio di 2 o più molecole/ioni

o nella stessa direzione.

Antiporto  permettono il passaggio di 2 o più molecole/ioni

o in direzioni opposte.

TRASPORTATORI ATP-dipendenti  sono trasportatori che x svolgere

o la loro funzione richiedono ATP (quindi energia  TRASPORTO

ATTIVO). Si differenziano in:

ATPasi x trasporto di IONI:

o tipo P: vengono fosforilate durante il ciclo di

 trasporto. Un esempio di