Appunti fisiologia

Il funzionamento dei neuroni

I neuroni sono formati da un corpo cellulare (soma), dai dendriti che hanno il compito di ricevere informazioni da altri neuroni e l'assone che invia le informazioni. Possono avere diverse conformazioni: neuroni unipolari, bipolari, pseudounipolari, multipolari. In base alla loro funzione si differenziano in: afferenti (trasmettono informazioni dai recettori al SNC), effettori (trasmettono informazioni dal SNC agli organi effettori), interneuroni (interposti tra gli altri neuroni). La maggior parte dei neuroni libera più di un neurotrasmettitore, per esempio, gli interneuroni del midollo spinale liberano due neurotrasmettitori inibitori GABA e glicina. I co-trasmettitori funzionano in base alla frequenza della stimolazione: se è bassa viene preferita la liberazione di un neurotrasmettitore a molecole piccole; se la frequenza di stimolazione è alta avviene la liberazione dei trasmettitori di entrambi i tipi. Potenziali graduati I potenziali graduati agiscono a breve.

distanza dal punto d'origine. Possono essere depolarizzanti (eccitatori) e iperpolarizzanti (inibitori). Se il potenziale graduato è sottosoglia non viene generato un potenziale d'azione. Se il potenziale graduato è sovrasoglia viene generato un potenziale d'azione. Un singolo potenziale graduato in genere non è sufficiente per generare un potenziale d'azione; i potenziali graduati però possono sommarsi spazialmente e temporalmente.

Muscolo e contrazione muscolare

Le fibre muscolari dei muscoli sono lunghi sincizi multinucleati formati dalla fusione di molti mioblasti che al microscopio appaiono striati. Questo regolare alternarsi di parti chiare e scure è il risultato di una ben definita disposizione delle proteine contrattili in bande. All'interno della fibra muscolare si trovano le miofibrille, dove le proteine contrattili sono organizzate in strutture chiamate sarcomeri, che si susseguono adiacenti l'una all'altra lungo

Tutto il decorso della fibra muscolare e rappresentano l'unità funzionale dei muscoli striati scheletrici. Le proteine contrattili sono organizzate in polimeri di actina che costituiscono i miofilamenti sottili mentre le molecole di miosina si aggregano formando i miofilamenti spessi. L'osservazione al microscopio delle fibre che si contraggono ha portato alla formulazione della teoria dello scorrimento dei filamenti secondo la quale i filamenti proteici contrattili non modificano la loro lunghezza ma durante l'accorciamento muscolare l'avvicinamento delle linee Z è il risultato di un reciproco scorrimento dei filamenti di actina e miosina. Il sarcomero è l'unità funzionale del tessuto muscolare striato scheletrico. Nel sarcomero si distinguono i miofilamenti spessi costituiti dall'aggregazione di molecole di miosina, e i miofilamenti sottili formati da actina, troponina, tropomiosina. Ogni sarcomero è delimitato da due linee Z consecutive.

Al centro del sarcomero si osserva la linea M. Nella zona della banda A si ha la sovrapposizione dei miofilamenti spessi e sottili, la porzione globulare della miosina, detta testa della miosina, interagisce con il filamento di actina per formare il cosiddetto ponte trasversale o crossbridge.

Proteine contrattili

La miosina è una proteina lunga circa 150 nm, la cui forma ricorda quella di una "mazza da golf" e in cui si distinguono una coda, formata da due filamenti avvolti a spirale, e due teste. La regione della testa della miosina, dove si osservano un sito di legame per l'adenosintrifosfato (ATP) e uno per l'actina, è definito dominio motore, perché produce il movimento poiché qui si verifica l'idrolisi dell'ATP. L'aggregazione di circa 300 molecole di miosina porta alla formazione di un miofilamento spesso.

Proteine regolatorie

L'interazione tra le proteine contrattili actina e miosina è controllata dalla

troponinae dalla tropomiosina, definite per questo proteine regolatorie. La troponina è unaproteina globulare formata da tre subunità: la troponina C, così denominata perché lega il calcio, la troponina I, o inibitoria che, se legata all'actina inibisce l'ATPasi e latroponina T, che lega il complesso della troponina alla tropomiosina. Latropomiosina è formata da due filamenti che sono avvolti a formare una superelicache si dispone nel solco tra le due catene del filamento di actina. Proteine strutturali Le proteine strutturali hanno il compito di mantenere ordinatamente organizzati glielementi contrattili e di trasmettere la forza prodotta dalla contrazione. La nebulina èuna proteina filamentosa gigante che si estende per la lunghezza del filamento sottilee svolge un ruolo nel processo di polimerizzazione della G-actina in F-actina. Ladistrofina è ancora il sistema contrattile alla membrana sarcoplasmatica ed evita chequesta si

La proteina danneggiata durante la contrazione muscolare è la distrofina. È funzionalmente compromessa in alcune patologie come la distrofia muscolare di Duchenne, causando danni alla membrana cellulare, ingresso di ioni Ca2+ e attivazione dei sistemi proteolitici che portano alla necrosi cellulare.

Un'altra proteina strutturale è la titina, che ha un decorso longitudinale e si estende dalla linea Z fino alla linea M. Nella banda A, la titina prende contatto con la miosina, mentre nella banda I funziona da connessione elastica e contribuisce a determinare le proprietà elastiche del muscolo.

Proteina	Categoria	Posizione	Funzione
Actina	Contrattile	Miofilamento sottile	Interagisce con la miosina nel processo di contrazione muscolare
Tropomiosina	Regolatoria	Miofilamento sottile	Impedisce o rende possibile l'interazione actina-miosina
Miosina	Contrattile	Miofilamento spesso	Interagisce con l'actina nel processo di contrazione muscolare
Troponina	Regolatoria	Miofilamento sottile	Legando il calcio influenza l'attività contrattile

della tropomiosina

Titina

Strutturale

Miofilamento spesso

Regola la centratura dei miofilamenti spessi durante la contrazione muscolare e determina la lunghezza dei sarcomeri a riposo

Nebulina

Strutturale

Miofilamento sottile

Controlla il numero di monomeri di actina che formano il miofilamento sottile

Meccanismo della contrazione

Quando il muscolo si accorcia, la lunghezza del sarcomero diminuisce e si evidenzia una riduzione sia della banda I sia della banda H, cioè di quelle porzioni di fibra dove non si ha sovrapposizione tra miofilamenti spessi e sottili; al contrario, la dimensione della banda A rimane invariata. La teoria dello scorrimento dei filamenti secondo la quale durante la contrazione muscolare i filamenti proteici non modificano la loro lunghezza e la riduzione della distanza tra le linee Z è associata all'aumentare del grado di sovrapposizione dei miofilamenti sottili di actina con quelli spessi di miosina. Il ciclo chemomeccanico descrive i meccanismi molecolari

alla base dell'interazione tra actina e miosina durante la contrazione muscolare. L'innalzamento della concentrazione intracellulare di Ca2+ è la condizione necessaria e sufficiente perché la fibra muscolare passi da una condizione di riposo a quella attivata M-ADP-P. L'aumento di Ca2+ all'interno della fibra consente il legame del Ca2+ alla troponina e il conseguente spostamento della tropomiosina. Si liberano quindi, sul miofilamento sottile di actina, i siti di legame per le teste della miosina consentendo la formazione delle interazioni actomiosiniche, i cosiddetti ponti trasversali o crossbridge A-M*-ADP-P. La liberazione del fosfato dalla testa della miosina rappresenta l'evento che scatena il power stroke, o colpo di forza, che determina lo scorrimento del filamento di actina A-M**-ADP. In seguito al power stroke si libera ADP dalla testa della miosina e il legame tra stato di rigor dell'actina e la miosina diventa molto forte ( ) A-M**-neuromuscolare chiamata fessura sinaptica.

giunzionali.

Reticolo sarcoplasmatico

Il reticolo sarcoplasmatico è costituito da:

• tubuli disposti su un piano trasversale (sistema T) che permettono ai potenziali d'azione di entrare velocemente nella cellula muscolare;
• tubuli disposti longitudinalmente (reticolo longitudinale) che avvolgono ogni sarcomero e contengono ioni Ca²⁺.

La triade è il punto di contatto tra tubuli T e le cisterne dei tubuli longitudinali.

Accoppiamento eccitazione-contrazione

Ogni singolo motoneurone può innervare più fibre muscolari. L'insieme del motoneurone e di tutte le fibre che esso innerva prende il nome di unità motoria.

L'accoppiamento eccitazione-contrazione rappresenta l'insieme di tutti i processi che, partendo dall'attivazione di una fibra muscolare a opera della giunzione neuromuscolare, producono la contrazione muscolare. L'accoppiamento eccitazione-contrazione ha come elemento critico la rimozione, indotta da un aumento

della concentrazione del calcio citoplasmatico, del blocco dell'interazione tra actina e miosina operato dalle proteine regolatorie troponina e tropomiosina. La liberazione di acetilcolina da parte del motoneurone induce nella fibra muscolare un potenziale di placca che evoca sempre un potenziale d'azione che si propaga in entrambe le direzioni e all'interno dei tubuli. Questa depolarizzazione scatena una sequenza di eventi che portano alla liberazione di calcio dal reticolo sarcoplasmatico e al conseguente aumento della sua concentrazione citoplasmatica. Il rilassamento del muscolo scheletrico si verifica quando la sinapsi neuromuscolare non viene più attivata e la concentrazione di calcio citoplasmatico ritorna quindi a valori bassi per azione di trasporti attivi che accumulano gli ioni calcio all'interno del reticolo sarcoplasmatico.