Risposte domande aperte esame fisiologia

RISPOSTE FISIOLOGIA

- Domande generali:

Spiegare il concetto di diffusione attraverso membrane biologiche, quale forza spinge

la diffusione? Parametri per determinarne la velocità? Differenza tra diffusione

semplice e facilitata? Quale è usato per il movimento degli ioni attraverso i canali di

membrana?

Con il termine diffusione si intende una tipologia di trasporto passivo ovvero che non

richiede dispendio energetico in quanto utilizza il moto cinetico e il gradiente di

concentrazione. Quindi secondo il fenomeno della diffusione le molecole si muovono

per gradiente fino al raggiungimento dell’equilibrio. Quindi la forza che va a spingere

la diffusione è proprio il gradiente di concentrazione, più questo è elevato più forte

sarà la forza che spingerà la diffusione. La velocità con cui avviene la diffusione è

influenzata da diversi parametri come la permeabilità della membrana, lo spessore

della membrana, la quantità di superficie disponibile per il trasporto ma anche la

grandezza stessa delle molecole. In particolare poi la velocità di diffusione diminuisce

sulle lunghe distanze, varia a seconda della capacità di sciogliersi delle molecole nello

strato lipidico mentre la diffusione aumenta se aumenta la temperatura. La diffusione

si divide in semplice (per le molecole solubili nel doppio strato ovvero riescono a

diffondersi e ad attraversare liberamente la membrana) e facilitata (per quelle

molecole che non passano liberamente, in questo caso vengono utilizzati carrier o

proteine canale che permettono il passaggio) i due processi si equivalgono a gradienti

bassi mentre per gradienti più alti la diffusione facilitata è meno efficiente in quanto

raggiunge saturazione. Gli ioni utilizzano il fenomeno della diffusione facilitata tramite

proteine canale per il movimento attraverso i canali di membrana.

Spiegare il concetto di osmosi, definisci i parametri di un sistema osmotico e le forze

che determinano il movimento delle molecole.

Per osmosi si intende il processo di diffusione tramite il quale un solvente (acqua)

attraversa una membrana semipermeabile per passare seguendo il gradiente di

concentrazione da una zona a bassa concentrazione verso una zona ad alta

concentrazione. Alcuni concetti importanti per definire il sistema osmotico sono:

l’osmolarità ovvero il numero di particelle per litro che si ottiene moltiplicando la

molarità (numero di molecole) per il numero di particelle che si formano per ogni

molecole e la pressione osmotica che indica la pressione che bisogna attuare per

opporsi al fenomeno dell’osmosi. La forza che determina il movimento delle molecole

è quindi il gradiente di concentrazione che genera una forza chimica.

Differenza tra trasporto attivo e trasporto passivo attraverso la membrana, fornisci un

esempio per ogni tipologia di trasporto.

Il trasporto passivo è quello che si verifica senza il consumo di energia poiché utilizza il

moto cinetico e segue il gradiente di concentrazione. Si tratta infatti di un processo

che avviene per diffusione e che va a diminuire l’energia libera e far aumentare

l’entropia. Il trasporto attivo invece è quello che richiede il consumo di energia poiché

ci si muove contro gradiente e andando a creare disequilibrio. Questo trasporto si

suddivide poi in primario (richiede l’uso di una pompa e riguarda lo spostamento di

ioni) e secondario (richiede l’uso di proteine trasportatrici che spostano le sostanze).

Un esempio di trasporto passivo è l’osmosi. Un esempio di trasporto attivo è invece la

pompa sodio potassio, quest’ultima è infatti dotata di tre siti di legame per il sodio e

tre siti di legame per il potassio, il sodio si lega ai 3 siti di legame in seguito tramite

l’ATP vi è la fosforilazione della proteina che provoca la liberazione verso l’esterno del

sodio, in seguito si legano 2 molecole di potassio provocando il distacco del gruppo

fosfato e la liberazione verso l’interno del potassio.

Enuncia le principali differenze tra messaggeri idrofili e lipofili.

I messaggeri chimici possono essere suddivisi in base alla loro natura in idrofili

(vengono secreti con esocitosi nel plasma dove si sciolgono ed entrano in circolo,

questi tipi di messaggeri comunicano poi con recettori di membrana in quanto non

sono in grado di attraversare autonomamente la membrana poiché lipofobici ovvero

non si sciolgono nel doppio strato fosfolipidico) e in lipofili (sono quei messaggeri che

sono in grado di sciogliersi nel doppio strato fosfolipidico cosi da attraversare la

membrana, questi messaggeri comunicano infatti con recettori intracellulari)

- Sistema nervoso:

Spiegare cos’è il potenziale di equilibrio elettrochimico per uno ione e perché il

potenziale di membrana a riposo di una cellula nervosa è spesso molto vicino al

+

potenziale di equilibrio del K .

Il potenziale d’equilibrio elettrochimico per uno ione è dato dall’equazione di Nerst:

[IONE ]

61 mV out

= questo può essere diverso dal potenziale di membrana che

E log

ione [IONE ]

z ¿

consiste nella differenza di potenziale presente lungo la membrana in quanto il LIC ha

un numero di anioni maggiore mentre il LEC ha un numero di cationi maggiore. Se il

potenziale d’equilibrio di uno ione è uguale al potenziale di membrana lo ione si trova

all’equilibrio, se invece è diverso si può osservare il rapporto d’attività per il quale lo

ione raggiunge l’equilibrio. Si può osservare che il potenziale di membrana di riposo

+

dipende dalla concentrazione di ioni K , il potenziale di riposo è infatti molto vicino a

quello d’equilibrio del potassio in quanto all’interno della cellula vi è un’alta

concentrazione di potassio e inoltre la membrana presenta un’alta permeabilità a

questa sostanza favorendone quindi il passaggio.

Spiegare come i canali voltaggio-dipendenti producono il potenziale d’azione e perché

si tratta di un fenomeno tutto-o-nulla. Grafico del potenziale d’azione con indicazione

di apertura e chiusura di canali voltaggio-dipendi e dei periodi refrattari.

Il potenziale d’azione viene definito come fenomeno tutto o nulla in quanto se viene

raggiunto un valore di soglia viene generato altrimenti non succede nulla. Importante

in tutto questo è il lavoro dei canali voltaggio dipendenti che funzionano nel seguente

modo: quando vi è un potenziale di riposo il cancello di attivazione chiude i canali in

seguito uno stimolo depolarizzante che raggiunge il valore di soglia provoca l’apertura

del cancello di attivazione con conseguente rapido ingresso di sodio che aumenta la

depolarizzazione, in seguito si chiudono quelli per il sodio e contemporaneamente si

aprono quelli per il potassio provocando una fuoriuscita di potassio con conseguente

ripolarizzazione della cellula. Si può quindi vedere come quando la depolarizzazione

raggiunge la soglia si attivano i canali che provocano la formazione di un potenziale

d’azione che trasmette l’informazione. I periodi refrattari si dividono in

assoluto e relativo. Quello

assoluto è il periodo in cui la

cellula è depolarizzata, i canali

del sodio sono inattivi e nessuno

stimolo potrà provocare un

potenziale d’azione. Quello relativo invece è il periodo in cui la cellula è iperpolarizzata

e quindi serve uno stimolo forte per provocare la generazione di un potenziale

d’azione.

Spiegare come il potenziale d’azione è trasportato attivamente lungo l’assone di una

cellula nervosa.

Il potenziale d’azione ha la particolarità di mantenere la stessa ampiezza mentre viene

trasportato e trasmette l’informazione. Questo è permesso grazie alla continua nuova

generazione di potenziale lungo l’assone. Questo avviene in quanto in corrispondenza

del picco di potenziale l’assone risulta carico positivamente e quindi attivo, il resto

dell’assone invece è a riposo ovvero carico negativamente. Nella zona attiva

dell’assone si osserva l’ingresso di sodio che va a rigenerare continuamente il

potenziale, il quale poi essendo carico positivo viene attratto dalle zone successive

dell’assone che invece sono cariche negativamente. Dopo che il potenziale è passato

le aree che da attive tornano a riposo osservano una fuoriuscita di potassio che

permette il ritorno al potenziale di riposo. Importante nella trasmissione del potenziale

è anche il lavoro svolto dalla guaina mielinica che forma uno strato isolante cosi che la

presenza di cariche all’esterno dell’assone non vada ad influire sulla trasmissione del

potenziale. Ci sono poi aree sprovviste di guaina mielinica, i nodi di Ranvier, nei quali il

potenziale va a rigenerarsi.

Spiegare i passaggi intermedi tra l’arrivo di un potenziale d’azione in un terminale pre

sinaptico e la generazione di un potenziale eccitatorio o inibitorio nella membrana post

sinaptica.

La sinapsi è composta da una serie di eventi: per prima cosa nelle vescicole sinaptiche

vengono sintetizzati e immagazzinati i neurotrasmettitori. In seguito il potenziale

d’azione che invade la terminazione presinaptica provoca una depolarizzazione e a

conseguente apertura dei canali ionici permettendo l’ingresso di ioni calcio. Questi ioni

vanno a favorire la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana presinaptica

i trasmettitori vengono emessi in pacchetti nella fessura

cosi tramite esocitosi

sinaptica. Il trasmettitore attraversa la fessura e si lega ai recettori

postsinaptici provocando l’apertura dei canali e conseguente ingresso di ioni

che formano una corrente postsinaptica che va a modificare l’eccitabilità della

cellula postsinaptica. Infine i trasmettitori vengono rimossi attraverso

degradazione enzimatica o riassunzione gliale e anche all’interno della cellula

presinaptica le vescicole vengono recuperate dalla membrana presinaptica alla

quale si erano legate. La sinapsi che si va a originare in seguito al legame tra

trasmettitore e recettore può essere eccitatoria o inibitoria, eccitatoria se si

verifica una depolarizzazione mentre inibitoria se si verifica una

iperpolarizzazione.

Spiegare i passaggi intermedi tra la produzione di un EPSP e la generazione di un

potenziale d’azione nella cellula post sinaptica.

Le sinapsi eccitatorie provocano sulla membrana postsinaptica una piccola

depolarizzazione che genera un EPSP, quindi a livello delle sinapsi non si genera un

potenziale d’azione per la mancanza di canali voltaggio dipendenti per il sodio. Si

creano invece queste correnti elettriche EPSP che convergono verso un punto preciso

del neurone il monticolo assonico dal quale si origina l’assone. In questo punto sono

presenti i canali voltaggio dipendenti che danno origine a potenziale d’azione se le

correnti che arrivano raggiungono la soglia. Tutte le correnti eccitatorie e inibitorie che

giungono in questo punto subiscono sommazioni spaziali e temporali che permettono

o no il raggiungimento della soglia e la eventuale formazione di un potenziale

d’azione.

Spiegare in termini generali il ruolo del sistema nervoso vegetativo e la sua

organizzazione anatomica. Quali organi sono controllati da questo sistema? In che

modo i due rami del sistema autonomico collaborano in questo controllo?

Il sistema nervoso vegetativo o autonomo è la sezione di sistema nervoso che

controlla l’attività degli organi interni per garantire il mantenimento dell’omeostasi.

Questo sistema si suddivide in simpatico che prevale durante la fase di attacco o fuga

e in parasimpatico che prevale durante la fase di riposo o digestione. Solitamente vi è

la prevalenza di uno dei due sistemi sull’altro anche se non si raggiunge mai una

condizione di dominanza assoluta di uno dei due sistemi. Questo sistema è costituito

da una porzione centrale costituita da tutti quegli elementi che compongono il sistema

nervoso centrale e da una porzione più periferica che invece è costituita dai neuroni

afferenti ed efferenti che trasmettono le informazioni. Questo sistema va a controllare

diversi organi tra cui il muscolo liscio, il muscolo cardiaco, le ghiandole esocrine e

alcune endocrine.

- Sistema sensoriale:

Spiegare l’origine del potenziale generatore in un recettore sensoriale e spiegare la

relazione tra la sua ampiezza e la frequenza dei potenziali d’azione prodotti e

l’intensità della sensazione.

Quando uno stimolo colpisce una cellula recettoriale provoca l’apertura o la chiusura

dei canali ionici con conseguente generazione di flusso ionico. Questa alterazione

dell’eccitabilità della cellula va a stimolare il rilascio da parte delle vescicole dei

neurotrasmettitori. Questi una volta rilasciati comunicano con il neurone afferente

legandosi ai recettori presenti sulle sue terminazioni e andando a generare in

quest’ultimo un potenziale generatore che se raggiunge la soglia va a trasmettere le

informazioni al sistema nervoso centrale. Fondamentali sono quindi gli stimol