Fisiologia

FISIOLOGIA

14/01/2020

La fisiologia spiega le funzioni fisiologiche dell’organismo.

La fisiologia si occupa della visione integrata dell’organismo dove tutti devono

lavorare per mantenere l’omeostasi.

L’unita base dell’organismo è la cellula. Le cellule hanno dimensioni differente (10/20

micron).

Le cellule sono in continua variazione (muoiono e si rinnovano). Ci sono alcuni tessuti

in cui la rinnovazione delle cellule sono veloci e in altre più lente.

Abbiamo diversi tipi cellulare ognuna con una diversa funzione. Le cellule presenta

una stessa forma: membrana, ambiente citoplasmatico con all’interno degli organelli

che a loro volta sono delimitate da delle membrane. L’organello principale è il nucleo

che contiene il DNA. Tutti li organelli hanno una diversa funzione (es. apparato di

Golgi, mitocondri, lisosomi etc…)

Le cellule sono tra loro connesse e comunicano tra loro.

Fondamentale per la cellula è la membrana citoplasmatica che ha una funzione di

barriera che regola il passaggio di determinate sostanze.

La membrana plasmatica, in generale tutte le membrane, sono delle strutture a attive.

La membrana è fondamentale dal punto di vista strutturale della cellula perché

previene la rottura (=citolisi) della cellula, nel momento in cui c’è un danno di essa.

In generale quando parliamo della funzione della membrana parliamo di funzione

strutturale: mantiene l’integrità della cellula mantenendo separati dell’ambiente

(intra e extra cellulare). Funzione filtro selettivo: È una barriera che permette il

passaggio di vari elementi, permette il passaggio selettivo di determinata molecole.

Funzione superficie di comunicazione: delle proteine di membrana sono dei

recettori che riconoscono altre molecole di segnale (i ligandi raggiungono le cellule

bersaglio attraverso i recettori). Ci sono delle proteine abbinate a g-protein che

Il glicolipide è

permette anch’esso la comunicazione tra cellule.

neutro

Funzione superficie catalitica: le membrane presente sulla loro superficie degli

enzimi che hanno funzione catalitica.

Dal punto di vista dell’ambiente intra e extra cellulare dobbiamo sapere che hanno

ambiente diversi. Differenza di concentrazioni di ioni intra e

extra cellulare

Il modello che descrive La membrana cellulare mosaico fluido perché le sue

componenti non sono statiche, ma sono in continuo dinamismo perché i componenti

continuano a cambiarsi e a muoversi a livello della superficie . Ha uno spessore di 7

nanometri (nm).

Nella membrana ci sono delle proteine, e ella struttura centrale che costituisce lo

spessore ci sono i fosfolipidi.

In generale i lipidi si muovono a livello della membrana ma ci sono anche zone in cui i

lipidi sono più polarizzate. La presenza di queste lipidi in determinate zone sere per la

comunicazione cellulare.

Dal punto di vista della composizione lipidica ci sono i fosfolipidi e sfingolipidi (lipid

raft)

Ci sono le caveolae che sono sempre delle componenti lipidiche, esse sono strutture di

ancoraggio (=mantenere concentrate determinate molecole).

Le proteina all’interno della membrane sono numerose e la mobilita delle proteine è

più limitata rispetto a quello dei lipidi.

Si formano dei legami proteina - proteina (limita la mobilita). Talvolta le proteine sono

legate ai lipidi, possono essere ancorate alla superficie intra e extra cellulare (es.

componenti proteiche del citoscheletro), possono legarsi alla matrice extra cellulare,

proteiche possono avere interazioni con cellule adiacenti.

In sintesi: la componente abbondante sono i lipidi (fosfolipidi, colesterolo; sfingolipidi

e glicolipidi), ci sono anche i carboidrati che legano le proteine di membrana o la

componente lipidica, ci sono anche le proteine.

I lipidi hanno funzione:

Strutturale: Sono la componete che principalmente svolge la unzione di impalcatura

della membrana.

Di barriera: Sono idrofobici, si organizzano in modo tale da funzionare da barriera

Metabolica: possono essere utilizzati, degradati etc..

I movimenti dei lipidi sulla membrana Rotazione (ruotare su se stesso) e



oscillazione (muoversi lateralmente senza spostarsi), diffusione laterale (spostarsi

lateralmente su tutta la superficie della membrana), ripiegamento delle catene

aciliche (dipende dalla struttura del lipide), flip flop (è raro: il lipide sposta la sua

testa nei diversi ambienti -intra ed extra-, per avvenire deve esserci un enzima

flipfasi-).

I DUE STRATI FOSFOLIPIDICHE HANNO COMPOSIZIONE ASIMMETRICA:

Le proteine

Sono il 50% della massa della membrana. Definiscono la struttura della membrana e

fa si he che le diverse membrane siano diverse tra loro ( la membrana di …. È diversa

dalla membrana di …). Definisce le funzione fisiologie dei singoli tipi cellulari. Le

proteine possono essere separate dalle componenti lipidi, ma ciò dipende dal tipo di

proteina che ho ( ci sono proteine transmembranali o intrinseche e proteine periferiche

o estrinseche)

Proteine periferiche: sono legate a lipidi, ad acidi grassi o ai glicosil-fofatidil-inositolo

(GPI) e legano, a volte, legano con proteine intrinseche

Proteine periferiche di superficie: possono avere un ruolo protettivo e informazionale.

Sul lato extracellulare si associano catene saccaridiche (glicoproteine) questo non



avviene nell’ambiente intracellulare.

Proteine periferiche citoplasmatiche: hanno un ruolo strutturale (mantengono la

struttura dell’ambiente citoplasmatico).

Le proteine transmembranali: sono proteine più semplice e presentano una

componente rivolta all’ambiente intra e extra cellulare e rivolta anche verso la

membrana, possono attraversale il doppio strato lipidico.

Le funzione intrinseche di membrana possono avere diverse funzioni:

Trasporto di ioni e molecole

Recettoriali: legano delle molecole di segnale che sono localizzate a livello extra e

intra cellulare (es. possono legare gli ormoni). La comunicazione recettoriale è sempre

specifica

Enzimatica: infatti la membrana ha anche una funzione catalitica

Di collegamento: agiscono come intermediari tra due proteine

Strutturale: mantenere la struttura della membrana

Meccanica: possono essere dei punti di ancoraggio

Membrana plasmatica può essere identificata come una via di scambio, non solo di

ioni e molecole, ma anche energetico e di informazioni.

Tramite la membrana le molecole devono passare molecole nutritive, devono eliminare

prodotti di rifiuto, e devono liberare molecole secrete.

Le molecole si muovono da un lato all’altro della membrana senza che si verifichi un

vero e proprio passaggio attraverso la membrana.

Endocitosi: permette l’ingresso di materiale nella cellula. È un processo attivo che

richiede energia metabolica (fagocitosi, pinocitosi)

Esocitosi: trasferimento di materiale all’esterno. È tipica delle cellule ghiandolari. C’è

la secrezione esocrina quando rilasciano i loro prodotti all’esterno (es. sudore) e la

secrezione endocrina cioè quando rilasciamo i loro prodotti nell’organismo (es. ormoni)

Gli esocitosi aumentano la superficie della membrana, MA la dimensioni della

membrana in genere non vengono alterate in quando ci sono processi di endocitosi e

esocitosi in continuo.

Alcune molecole possono attraversare la membrana grazie ai trasporti membranali e,

a volte, sfruttano dei gradienti.

ESOCITOSI E L’ENDOCITOSI SONO TRASPORTI CHE NON ATTRAVERSANO LA

MEMBRANA, INVECE QUELLI CHE UTILIZZANO I TRASPORTI DI MENBRANA

ATTRAVERSANO LA MEMBRANA.

Con il trasporto attraverso la membrana alcune molecole diffondono O Diffusione



2

semplice

Gli ioni non possono attraversare la membrana per diffusione

Altre molecole richiedono proteine trasportatrici (glucosio) Trasporto mediato



Le forze che muovono le molecole sono:

Forza chimica: sposta il soluto dall’ambiente meno/più concentrato e più/meno

concentrato

Forza elettrica: è dovuta ad una diversa distribuzione di ioni.

Forza elettrochimica: Forza totale data dalla combinazione della forza chimica ed

elettrica

DEFINIZIONE DI FLUSSO Velocità di Flusso = numero di moli che attraversano la

 2

membrana in un dato tempo per unità di superficie (moli/cm min)

Il flusso netto deriva dalla somma algebrica dei flussi unidirezionali (dei due

spostamenti: da 1 a 2 e viceversa)

F = (f )-(f )

A 1-2 2-1

F = nullo, se (f )=(f ) perché è la stessa che si sposta da 2 a 1



A 1-2 2-1

Fattori che agisce sulla velocità: più elevato è il gradiente più la velocità è elevata. Un

altro fattore che agisce sulla velocità è la superficie, più è grande più è veloce. Un

altro fattore è la permeabilità.

La diffusione di membrana viene regolato dalla I legge di Fick: è direttamente

proporzionale Al coefficiente di diffusione di soluto, all’area della membrana e alla

differenza di concentrazione attraverso la membrana. È inversamente proporzionale

Allo spessore della membrana.

ACQUA

E’ una molecola di dimensione piccole, polare, può muoversi per diffusione facilitata (il

flusso netto di acqua è nullo)

Osmosiflusso di acqua attraverso una membrana lungo il proprio gradente di con

Dipende dalla concertazione dei soluti.

Pressioni osmotica pressione necessario per bloccare l’osmosi (fermare il passaggio

di acqua). Dipende dal numero di particelle nell’unita di volume. Piu elevato è

maggiore sarà la pressione esercitata per bloccare l’osmosi

OsmolaritàEsprime le osmoli di soluto per litro di soluzione

In base alle pressioni osmotiche possono essere: ISO-OSMOTICHE , IPO-OSMOTICHE,

IPER-OSMOTICHE.

La pressione osmotica deve essere costante: La π nelle cellule deve essere costante

- è richiesta per il corretto svolgimento delle reazioni biochimiche

- variazioni di π corrispondono a variazioni di volume

La pressione osmotica è legata al volume. La pressione osmotica se alterata può

alterale la funzione cellulare, perché possono determinare un eccessivo rigonfiamento

e la cellula va incontro a lisi cellulare o raggrinzimento (addensamento del citosol) e

la cellula va incontro a incompatibilità, perché perde troppa acqua.

Esposizione ad ambiente ipotonico [RIVEDI QUESTA PARTE DELLA VIDEO LEZIONE]



Trasporti tramite proteine

Proteine di trasporto:

Proteine canale

Proteine trasportatrici (carriers)

I trasporti mediati da carrirs sono più lenti e riconosce la molecola che deve muovere

(ha una specificità chimica di legame – un carriers una molecola trasportata).

La velocita dipende dal numero di carrers (e non alla differenza del gradiente)

Se abbiamo 2 molecole e 2 carriers in una zona c’è la competizione (chi si lega prima

trasporta prima) i carriers possono legare una sola molecola alla volta

perché

Caratteristiche specificità, cinetica saturazione, competizione (=Uguale a quello



delle reazioni enzimatiche)

Parliamo di uniporto quando abbiamo lo spostamento di una molecola e basta

Parliamo di simporto e antiporto quando abbaiamo lo spostamento di 2 molecole

Con i simporto la direzione del trasporto è uguale nel antiporto la direzione del

trasposto è opposta

I trasporti mediati attivi e passivi

Passivo il ligando e la proteina di trasporto hanno la stessa affinità ai due lati della



membrane

Attivo L’attività tra ligando e carriers è differente ai due lati della membrana



Nel trasporto passivo la formazione del legame dipende dalla concentrazione del

ligando ai lati della membrana. Il trasporto avviene in un solo senso a seconda della

differenza di concentrazione. Raggiunge l’equilibrio quando il gradiente ai due lati

della membrana è uguale a 0.

Un esempio che utilizza la diffusione facilitata passiva è il GLUCOSIO (= è uniporto,

specifica per il D-glucosio, una volta entrata nella cellula non può uscire). Anche gli

AMMINOACIDI usano la stessa diffusione.

Gli ioni necessitano della presenza di trasporto di tipo attivo.

Trasporto attivo: Possono muovere le molecole anche contro gradiente che con

Si dividono in trasporto attivo primario e secondario.

Quelli primari spostano da ambienti meno concentrato a più concentrato. Sono

 + +

ubiquitari (es pompa di scambio Na /K )

Questo ha anche un effetto osmotico.

A riposo la pompa è aperta verso l’ambiente intracellulare e quindi c’è una maggiore

affinità con gli ioni sodio; Una volta che il sodio si lega c’è una modificazione

conformazionale e si apre verso l’esterno e l’affinità sminuisce quindi rilascia il sodio

nell’ambiente extracellulare. Ora il trasportatore ha più affinità con il potassio e si

lega ai siti di legame, si modifica di nuovo viene defosforilato il potassio e cambia la

sua conformazione ritornando come prima di conseguenza l’affinità cambia (cioè

diminuisce) e quindi viene rilasciato il potassio verso l’interno.

++ +

Stessa cosa succede con il Calcio (Pompa del Ca ), dipende dalla presenta di ATP, Ca

+ ++

, Mg

Quelli secondari Sono simporto o antiporto. Utilizzano come fonte di energia il

gradiente creato dai trasporti attivi primari.

(Questo avviene con le cellule epiteliali dell’intestino con Sodio e Glucosio)

I canali ionici spostano gli ioni (essendo cariche non possono passare il canale doppio

lipidico).

Passano attraverso dei pori (alcune volte è selettivo altre no). Si trovano in tutte le

membrane. Sono fondamentali per mantenere la differenza di voltaggio a cavallo della

membrana, determinano gli impulsi elettrici (forma di comunicazione veloce es.

neuroni), fanno passare gli ioni calcio (è il secondo messaggero che attiva delle

cascate dei trasduzione del segnale), importante per il riassorbimento di secrezione

(ad es. a livello renale)

Anche questi si dividono in attivi e passivi

Passivo sono sempre attivi



Attivo si aprono e si chiudono. Possono essere attivati da una presenza di un



ligando, deformazione meccanica della membrana e per variazione del potenziale di

membrana

Possiamo identificare 3 macrofamiglie dei canili ionici: SEGNALI MECCANICI, SEGNALI

CHIMICI, SEGNALI ELETTRICI.

I canali ionici possono attraversare la membrana una o più volte (proteina

transmembrana). Sono proteine di macromolecole, possono essere proteine di

ancoraggio, posso avere delle catene carboidrati.

Presentano porzioni idrofiliche e idrofobiche.

Quando il canale è aperto dentro entra acqua. [FILTRO DI SELETTIVITA ?]

Il canale regola la selettività in base alla affinità di carica, al diametro del poro e per

l’energia di solvatazione (interazione tra lo ione e le molecole di acqua vicino)

POTENZIALE DI MEMBRANA

La membrana agisce come un condensatore, cioè separa le cariche

Questo fa si che ci sia una differenza di

potenziale.

Il potenziale esterno è definito 0 e il

potenziale interno invece contiene più

cariche negative.

Se abbiamo una differenza di cariche vuol

dire che nella membrana passa corrente (da

+ a – e viceversa)

Depolarizzazione = riduzione nella separazione delle cariche che determina un

potenziale di membrana meno negativo

Iperpolarizzazione = aumento nella separazione delle cariche che determina un

potenziale di membrana più negativo

MEMBRANA DELLE CELLULE GLIALI

Sono permeabili quasi esclusivamente agli ioni potassio.

La diffusione di potassio all’esterno della cellula autolimitante in quanto origina una

differenza di potenziale maggiore

Quando: Fz(gradiente) motrice chimica = Fz (gradiente) motrice elettrica, Si parla di

potenziale di equilibrio per K (E ) (di qualsiasi ione)

+ data dall’equazione di

K

Nerst (ci basta sapere la concentrazione intra ed extra cellulare per poter calcolare il

tutto) Possiamo calcolare il potenziale di equilibrio con qualsiasi

specie ionica

Per calcolare il potenziale di equilibrio (a riposo) della membrana: devo sapere la

concentrazione degli ioni e la permeabilità di un determinato ione. Questo si esprime

con l’equazione di Goldman Questa equazione si

applica SOLO quando Vm è costante, cioè quando la cellula è a riposo.

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17/01/2020

POTENZIALE DI MEMBRANA (vedi slides seconda lezione da 13)

Ogni cellula ha un potenziale di membrana dovuto alla separazione delle cariche a

cavallo della membrana stessa (doppio strato fosfolipidico). Quindi la separazione di

cariche a cavallo della membrana della cellula è chiamata potenziale di membrana

Vm= Vi- Ve

Per convenzione il potenziale di membrana a riposo è uguale a quello intracellulare

Vm=Vi

Nelle cellule eccitabile (nervose e muscolari) c’è un potenziane di -60 mV < Vr <



-90Mv

Le cellule non eccitabili hanno un potenziale di riposa tra i -20 mV< Vr < -30 mV

Le uniche cellule del nostro organismo che non hanno potenziale sono le cellule del

nodo senoatriale

Quando noi consideriamo una corrente per convenzione la direzione della corrente è

data dalla direzione delle cariche positive.

In un soluzione i cationi si muovono seguendo la direzione della corrente, gli anioni si

muovono in direzione opposta.

[DEFINIZIONE DI DEPOLARIZZAZIONE E IPERPOLARIZZANTE]

CONDUZIONE ELETTROTONICA

Se io inietto una corrente su una membrana/cellula essa varierà al suo voltaggio.

Quindi considerando una resistenza costante se aio applico una corrente varierà la V.

Questa variazione del potenziale di membrana viene chiamata POTENZIALE

GRADUATO (modulabile in ampiezza e nel tempo)

In ampiezza perché subiscono un decremento allontanandosi dal punto di generazione

GRADUATI; e nel