Teoria di Biologia per i test di ammissione di Medicina, Odontoiatria, Veterinaria, Professioni Sanitarie

APPROFONDIMENTO

La contrazione delle cellule muscolari dipende dall’interazione delle due proteine, actina e miosina.

Come abbiamo visto, nel muscolo scheletrico e in quello cardiaco queste proteine sono disposte in

raggruppamenti regolari ripetuti, i sarcomeri, che determinano le caratteristiche striature. Le cellule

dei muscoli lisci contengono anch’esse actina e miosina, che però in questo caso non sono disposte

in raggruppamenti regolari e, perciò, non formano striature.

Quando il muscolo è stimolato, i filamenti spessi si attaccano ai filamenti sottili e li tirano verso il

centro del sarcomero; dal momento che i filamenti sottili sono ancorati alla linea Z, ogni sarcomero

si accorcia e la miofibrilla, nel suo insieme, si contrae. I filamenti sottili sono costituiti principalmente

da molte molecole globulari di actina assemblate in due lunghe catene. I filamenti spessi, invece,

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sono composti da fasci di molecole di miosina. Una molecola di miosina è costituita anch’essa da

due lunghe catene proteiche, ma ognuna è formata da circa 1800 amminoacidi e possiede una

«testa» globulare a una estremità. Le due catene proteiche miosiniche sono avvolte l’una intorno

all’altra, con le teste globulari libere e sporgenti verso l’esterno. Le teste della miosina hanno due

funzioni importanti:

1. sono i siti di legame in cui, durante la contrazione, si esercita una forza sui filamenti sottili;

2. agiscono come enzimi che scindono ATP in ADP, fornendo in questo modo energia per la

contrazione muscolare.

Quando una fibra è stimolata, le teste delle molecole di miosina si spostano verso i filamenti sottili,

ai quali si attaccano formando ponti trasversali temporanei. Le teste si muovono come un remo,

tirando il filamento spesso e spingendo quello sottile.

La ripetizione di questi rapidi cicli di «aggancio-sgancio-riaggancio» fa muovere i due filamenti l’uno

sull’altro. I filamenti sottili ai lati opposti del sarcomero si muovono l’uno verso l’altro, cosicché le

linee Z delimitanti il sarcomero si avvicinano.

L’ATP è essenziale per la contrazione dei sarcomeri sia perché la sua idrolisi da parte della molecola

di miosina fornisce l’energia per il ciclo sia perché l’arrivo di una nuova molecola di ATP libera la

testa della miosina dai siti di legame presenti sulla molecola di actina, consentendo l’inizio di un

nuovo ciclo. Nella muscolatura scheletrica la contrazione viene resa possibile, oltre che dagli ioni

calcio (Ca2+), anche da altri due gruppi di molecole organiche, la troponina e la tropomiosina. Le

molecole di tropomiosina sono delle lunghe e sottili funi doppie, poste lungo le molecole di actina

del filamento sottile, che bloccano i siti di legame dei ponti trasversali presenti su quelle molecole.

Le molecole di troponina sono aggregati di proteine globulari situati a intervalli regolari sulle catene

di tropomiosina.

Per contrarsi il muscolo ha bisogno di energia, quindi di ATP; purtroppo la quantità di ATP che può

accumulare dura solo per 5 secondi, poi deve essere nuovamente sintetizzata. Il muscolo riesce a

procurarsi ATP in tre modi:

1. con la scissione di creatinfosfato e ADP in creatina e ATP; la molecola di creatinfosfato si

trova all’interno delle fibre muscolari, ma produce ATP solo per i primi 15 secondi;

2. con la respirazione aerobia a livello dei mitocondri, reazione che utilizza ossigeno e glucosio

producendo 36 molecole di ATP, diossido di carbonio e acqua; benché efficiente, questo

processo è lento e necessita di molto ossigeno (a riposo o in lieve movimento il 95%

dell’energia che usiamo viene prodotta in questo modo);

3. con la glicolisi anaerobia quando i muscoli necessitano ATP in breve tempo e non sono

presenti quantità adeguate di ossigeno o glucosio; tale processo produce acido lattico.

Riassumendo:

1. Gli ioni Ca2+ vengono rilasciati dal reticolo sarcoplasmatico sotto stimolo dell’impulso

nervoso.

2. Gli ioni Ca2+ si legano alla troponina che cambia conformazione ed, essendo a sua volta

legata alla tropomiosina, la sposta dai siti di attacco actina miosina. Così, i siti di legame per

la miosina sui filamenti di actina vengono esposti. 8

3. Le teste della miosina si legano all’actina; la liberazione di gruppi P provoca una modifica

nella conformazione della miosina, che genera la forza contrattile.

4. Le teste della miosina agganciano l’actina, liberano l'ADP e il fosfato inorganico e si piegano

con forza di circa 45° verso la porzione centrale del filamento spesso, trascinando il filamento

sottile verso il centro del sarcomero.

5. L’ADP viene rilasciato; l’ATP si lega alla miosina, causandone il distacco dell’actina.

6. L’ATP viene idrolizzato; la testa della miosina torna nella sua conformazione distesa. L’ADP

e il fosfato rimangono legati alla miosina «caricandola» di energia.

7. Se gli ioni Ca2+ sono stati riassorbiti il muscolo si rilassa.

8. Se gli ioni Ca2+ rimangono disponibili nel citoplasma, il ciclo si ripete e la contrazione

muscolare si protrae nel tempo.

TESSUTO NERVOSO

Le unità fondamentali e funzionali di questo tessuto sono i neuroni, cellule in grado di trasmettere

gli impulsi nervosi. Il tessuto nervoso contiene anche un altro tipo di cellule, le cellule gliali, con

funzione di nutrimento, isolamento e sostegno dei neuroni. Appartengono alle cellule gliali, per

esempio, gli astrociti (le cellule più numerose) e gli oligodendrociti che producono la mielina.

In un neurone possiamo identificare tre strutture diverse:

1. un corpo cellulare (o soma o ancora PIRENOFORO), che contiene il nucleo e la maggior parte

dei dispositivi metabolici della cellula;

2. dendriti, estensioni di solito numerose, corte e filamentose che, insieme al corpo cellulare,

ricevono gli stimoli da altre cellule;

3. un assone (o neuriti), un filamento in grado di condurre rapidamente un segnale

elettrochimico, ossia l’impulso nervoso, a grandi distanze. Gli assoni sono anche detti fibre

nervose. I nervi infatti sono fasci di assoni, di solito centinaia e anche migliaia, che

trasportano le informazioni dal sistema nervoso centrale alla periferia e viceversa; ogni

assone è in grado di trasmettere un messaggio separato, come avviene per i fili di un cavo

telefonico.

I neuroni sono cellule specializzate nel ricevere segnali dall’ambiente esterno, da quello interno e

da altri neuroni, nell’integrare i segnali ricevuti e nel trasmettere l’informazione ad altri neuroni, ai

muscoli o alle ghiandole.

Dal punto di vista funzionale si riconoscono tre tipi di neuroni:

o i neuroni sensoriali, che ricevono le informazioni dalla periferia del corpo (per

esempio dalla pelle) o dagli organi interni e le trasmettono al sistema nervoso

centrale, formato da encefalo e midollo spinale;

o gli interneuroni, che formano interconnessioni tra due o più neuroni del sistema

nervoso centrale;

o i neuroni motori, che trasmettono segnali dal sistema nervoso centrale agli effettori,

come i muscoli o le ghiandole. I neuroni possono raggiungere lunghezze notevoli: per

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esempio, l’assone di un singolo neurone motorio può estendersi dal midollo spinale

per tutta la lunghezza della gamba fino alle dita dei piedi.

APPARATO TEGUMENTARIO

Costituito dalla cute e dagli annessi cutanei. La sua funzione è quella di dividere mediante una

struttura resistente l’ambiente interno dall’ambiente esterno. L’apparato tegumentario ha anche

un ruolo importante nella termoregolazione.

La pelle o cute è l’organo di maggiori dimensioni del corpo umano. Consta di 2 componenti:

- epiteliale, l’epidermide che è la parte più superficiale. L’epidermide non è altro, quindi, che

un foglietto epiteliale costituito da diversi strati di cellule appiattite in modo da formare un

epitelio pluristratificato. Le cellule che lo compongono sono i CHERATINOCITI. L’epidermide

è soggetto a continuo ricambio. Lo strato più profondo, quello basale, è costituito da una

sottopopolazione cheratinocitaria dotata di capacità proliferativa e responsabile della

sostituzione delle cellule morte che desquamano dagli strati più superficiali. Bisogna

ricordarsi che negli anfibi la pelle NON è fatta da squame, ma presente uno strato corneo.

Man mano che le cellule si avvicinano alla superficie si riempiono di proteine del

citoscheletro, le cheratine, che man mano si appiattiscono, muoiono e sfaldano dallo strato

più superficiale della cute, lo strato corneo. Oltre ai cheratinociti, nell’epidermide, troviamo

anche i MELANOCITI, con il compito di produrre melanina che è responsabile della

pigmentazione cutanea, dell’assorbimento di radiazione ultraviolette nocive, oltre a cellule

del sistema immunitario. Sono cellule dotate di lunghi prolungamenti ramificati e di strutture

specializzate, i melanosomi (lisosomi), che producono appunto il pigmento melanina.

- connettivale, come il derma che è la parte più profonda. Il derma è costituito da connettivo

fibroso contenente 2 componenti della matrice, collagene ed elastina, capaci di dare

resistenza ed elasticità alla cute. Nel derma si trovano anche vasi sanguigni che forniscono

le sostanze metaboliche all’epidermide ed anche terminazioni nervose responsabili della

sensibilità tattile, dolorifica e termica. Sotto il derma, troviamo l’ipoderma o chiamato anche

connettivo sottocutaneo, costituito da connettivo lasso contenente gli adipociti (sono cellule

specializzate ad accumulare lipidi di riserva).

L’apparato tegumentario consta anche degli annessi cutanei: peli, capelli, unghie, ghiandole

sebacee, sudoripare, mammarie. 10

L’alfa cheratina è il principale costituente dello strato corneo dell’epidermide, delle unghie, capelli

e corna nei mammiferi. La cheratina è una proteina ricca di un amminoacido solforato chiamato

cisteina. Oltre all’alfa cheratina presente nei mammiferi, esiste anche la beta cheratina presente,

invece, nei rettili e negli uccelli. Grazie ai vari atomi di zolfo, le catene di cheratina possono

mantenere una stretta coesione, avvolgendosi come un’elica. Sono proprio questi legami, chiamati

disolfuro, ad assicurare una certa rigidità e la solidità dei peli, delle unghie e dei capelli.

APPARATO LOCOMOTORE

Lo scheletro umano è un endoscheletro, ossia una struttura di sostegno posta all’interno del corpo;

tale struttura è costituita da 206 ossa singole legate tra loro da 68 articolazioni. Le varie ossa hanno

una loro specifica funzione, tra cui quella di sostenere il peso del corpo, di permettere i vari

movimenti e di proteggere gli organi interni. Le ossa hanno anche funzioni di deposito di Sali minerali

importanti come il calcio e il fosforo, e intervengono nella emopoiesi, cioè