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Fisiologia Generale 2005-2006 by cometjunkie56

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									    www.personalweb.unito.it/mario.baratta

           Testi consigliati
Fisiologia degli Animali Domestici (Dukes, Ed.
Italiana curata da Prof. Chiesa, Idelson-Gnocchi,
2002)
Physiology of Domestic Animals (Sjaastad,
Hove, Sand, Scandinavian Veterinary Press,
2003)
Fisiologia Medica (Guyton & Hall, EdiSES)

Fisiologia degli Animali Domestici (Aguggini et
al., UTET)
     Cosa intendiamo per studio della
               Fisiologia?
E’ lo studio delle funzioni e delle attività coordinate di
               cellule, tessuti ed organi.
     Concetto di OMEOSTASI


Il mantenimento di condizioni stabili, o
 costanti, nel mezzo interno (Bernard, 1856)
     Quale controllo per l’omeostasi?

Il sistema nervoso (a rapido adattamento):
       -sez.sensitiva
                                     Centrale o
       -sez. di integrazione
                                     Autonomo
       - sez.motoria


Sistema ormonale (a lento adattamento)


La riproduzione (?)…. Sistema di adattamento
di un gruppo
   Come comunicano le cellule?
          1) mediante messaggi chimici
          2) mediante messaggi elettrici

I messaggi di natura chimica possono venire
inviati da una cellula a se stessa (comunicazione
autocrina) o alle cellule adiacenti (comunicazione
paracrina) per diffusione semplice, oppure
utilizzando sistemi di secrezione specializzati,
come le sinapsi (comunicazione nervosa), oppure
ancora     rilasciando    sostanze    nel  sangue
(comunicazione endocrina)
        Comunicazione chimica
Endocrina                    Paracrina




                             Epicrina
Autocrina


                Neurocrina
Comunicazione elettrica

                  Sinapsi
                  elettriche




                  Sincizio
                  miocardico
La risposta di una cellula dipende
dai sui recettori (specifici e ad alta affinità)
     Trasduzione del segnale




segnale



                                  Calcio
                Fosfolipasi C   IP3
           Gprotein
Comunicazione tra cellule contigue



   ADHESION
   JUNCTION




       TIGHT
     JUNCTION
                      GAP
                    JUNCTION
             La Cellula         Membrana
                                plasmatica

nucleo
                              citoplasma

Mammiferi:   100 miliardi
             200 tipi diversi
                          Dimensioni
                          Forma
                          Struttura interna
                          Funzione
Costituenti base:

         H2O 70-80%
         Elettroliti
         Proteine 10-20%
         Lipidi 20%
         Carboidrati 1%
La membrana plasmatica

                  Spessore=7-10 nm
La membrana plasmatica

            proteine 55%
            fosfolipidi 25%
            colesterolo 13%
            altri lipidi 4%
            carboidrati 3%
Comunicazioni attraverso la membrana
              cellulare:


                    1. Diffusione passiva
                       (gas respiratori,
                       sostanze lipofile ect)
                    2. Diffusione facilitata
                       (ioni)
                    3. Trasporto attivo
                       (glucosio, aminoacidi)
Le proteine di membrana
Soprattutto glicoproteine
    Integrali (o intrinseche) anfipatiche 70% totale
    Periferiche (o estrinseche) idrofile, deboli legami




        • Proteine canale (pori)
        • Proteine di trasporto (carrier)
        • Enzimi
I lipidi di membrana
doppio strato di fosfolipidi
                        Etanolammina
                        Serina
                        Colina
                        inositolo
           Modello a “Mosaico Fluido”:
 interazioni non covalenti→molecole libere di muoversi (rar
flip-flop)                 Diffusione laterale



                                    flip-flop



     flessione          rotazione




     colesterolo
I carboidrati di membrana:
        il glicocalice
       90% glicoproteine
       10% glicolipidi

            Funzioni:
  1) Carica elettrica negativa
  2) Adesione tra cellule diverse
  3) Recettori per altre molecole
  4) Recettori per il riconoscimento
     immunitario
Concentrazioni degli ioni in diversi tipi
               cellulari:

             Assone      muscolo    eritrocita

            int   est   int   est   int   est
    Na+     65    460   13    110   19    155

    K+      344   10    138   2,5   136     5

    Ca++    3,5   10     5     2     0      5

    Cl-     90    540    3    90    78    112

    SO4--    0    25     0     2     0      1

    Mg++    10    53    14     1    5,5    2,2
1   2   3   4
Diffusione
Diffusione attraverso la membrana cellulare


                       Diffusione
                       semplice




                        Diffusione
                        facilitata
  Diffusione attraverso la
   membrana cellulare
1) Semplice
-liposolubili:
    O2, N2, CO2,
    alcool
-non liposolubili:
     H2O, urea

2) Facilitata
    fruttosio
    Vitamine
          Proteine canale
1) Selettivamente permeabili
2)Molte presentano porte
   (gate)

Selettività: legata a diametro, forma
e natura cariche elettriche


   Ione Raggio anidro Raggio idrato Strato idrico
      Angstrom
   Na+   0,98           2,91         1,93
   K+   1,33            1,88         0,55
   NH4+ 1,45            1,89         0,44
   Cl-  1,8             1,92         0,12
              Il trasporto dell’acqua
La quantità di acqua che si può diffondere attraverso la
membrana cellulare è elevatissima: per 1 min si diffonde un
volume pari a 100 volte il volume dell’eritrocita. Non è chiaro il
perché:
È un composto aggregato in alcune molecole (4) di dimensioni
piccolissime con energia cinetica in grado di penetrare come
proiettili i pori di membrana.

 Rapporto tra diametro effettivo e permeabilità del doppio
 strato lipidico:
         sostanza        diametro         permeabilita’ rel.
 molecola di acqua       0.3 nm           1
 “           di urea     0.36 (20%>H2O)   0.0006 (<1000)
 ione sodio idrat        0.512            0.0000000002
 ione potassio idrat     0.396            0.0000000006
 glucosio                0.86             0.000009
Apertura e chiusura delle porte:
1. Porte voltaggio-dipendenti (voltage gating)
2. Porte a controllo chimico (ligand gating)
3. Porte a controllo meccanico

        1             2             3
      Diffusione facilitata/attiva
Mediata da un trasportatore




                            fruttosio
                            Vitamine B
                            Aminoacidi
                            monosaccaridi
  Insulina può aumentare fino a 20 volte la
  velocità di diffusione del glucosio
Trasporto attivo secondario
 Co-trasporto        Controtrasporto
      o                     o
  Simporto             Antiporto
Trasporto attivo primario
del calcio


Trasporto attivo primario
degli ioni idrogeno
               Fattori che influenzano la velocità di
                             diffusione
  Permeabilità della membrana
       • spessore della membrana
       • liposolubilità
       • numero di canali proteici
       • area della membrana
       • temperatura
       • peso molecolare
Differenza di concentrazione
Differenza di pressione transmembranaria*
Differenza di potenziale elettrico tra i 2 lati della membrana
in caso di ioni
* Somma delle forze complessive che vengono esercitate sulla membrana in 1 istante
(esempio nei capillari), è un processo mediante il quale l’H20 e i soluti permeabili sono
spinti attraverso una membrana da un gradiente di pressione idrostatica
        H2O                         NaCl

                                           Pressione
                                            osmotica


                      osmosi
Osmosi: è il movimento netto di acqua per effetto di
una differenza di concentrazione tra i due lati della
membrana. Il flusso di acqua da una parte all’altra è
legato direttamente alla concentrazione di gradiente.
La tendenza dell’acqua a muoversi può essere
bilanciata da una pressione detta
     pressione osmotica (mmHg o atm)
La pressione osmotica
          Pressione (Pa) = N/m2
          (forza per unità d’area)

          Legge di Boile     P = n·RT
                                   V
            n = numero di molecole
            osmoticamente attive


          Legge di Van’t Hoff π = iRTC
          Π= pres. Osmotica
          C = osmolalità (osm/kg)
          i = coefficiente osmotico
  Dipende dal numero delle particelle in soluzione
  e non dalla massa.
  Ogni particella esercita in media la stessa pressione
  contro la membrana.

NaCl (Na+ Cl-)         1 Mole = 2 Osmoli
      Osmolarità del plasma = 300 milliosmoli



                                                   IPOTONIC
                                     soluzione     ISOTONIC

                                                   IPERTONIC
La quantità di particelle in una soluzione = osmoli per
litro (osmolarità) o per kg di solvente (osmolalità)


1 Osm = numero di particelle del peso molecolare di una
sostanza non ionizzata (glucosio = 180 g; urea = 60 g) o il
numero di particelle del peso molecolare di una sostanza
ionizzata divisa il numero di ioni liberi (NaCl= 58/2=29 g)



Pressione osmotica: 1 Osm/L a 38°C è di 19.3 mmHg,
se il plasma ha 300 mOsm = 0,3 x 19,3 = 5,790 mmHg
     Perché la soluzione fisiologica (0,9% NaCl)
                    è isotonica?




PM NaCl = 58
1M = 58 g/l
1Osm =29 g/l

29×0,3=8,7 g/l ~ 9 g/l
                 ↓
                0,9 % NaCl
    Principio di elettroneutralità
             (effetto di Gibbs-Donnan)




   Il prodotto delle concentrazioni degli ioni
diffusibili è, ai lati della membrana, eguale a:

     [Na+]1 x [Cl-]1 = [Na+]2 x [Cl-]2
   [cationi]1=[anioni]1   [cationi]2=[anioni]2
  [Na+]1 = [Cl-]1 + [P-]1 e [Na+]2= [Cl-]2

 [Na+]1 > [Cl-]1       per la legge di Gibbs-Donnan:

  [Na+]1 [Cl-]1 = [Na+]22

 il valore minimo delle [ ] interne sarà quando:

Na+]1 = [Cl-]1 = [Na+]2 cioè [Na+]1+ [Cl-]1= 2 [Na+]2
                   ma non è possibile!
Na+]1 + [Cl-]1 > [Na+]2 + [Cl-]2




                Distribuzione ineguale degli ioni diffusibili!
                    Per la legge di Gibbs-Donnan:
                    [Na+]1 x [Cl-]1 = [Na+]2 x [Cl-]2

                 [Na+]1/[Na+]2=[Cl-]2/[Cl-]1
    Nella fibra nervosa il rapporto tra K+ e Cl- è di circa 20
•      se molti ioni negativi non diffusibili intracellulari vi è
     l’aumento degli ioni diffusibili di segno opposto: nelle
     cellule molto K+ e poco Cl-
•     dalla differente concentrazione di uno ione diffusibile
     ai lati di una membrana si instaura una differenza di
     potenziale !!
                 Conseguenze:
1) Gli anioni proteici spostano gli anioni
   diffusibili fuori dalla membrana e
   trattengono ioni di segno opposto (K+ ma
   anche ad es. H+)
2) La differente concentrazione degli ioni porta
   ad instaurarsi una pressione osmotica
3) Lo spostamento degli ioni diffusibili provoca
  un potenziale elettrico (equazione di Nerst)
     Le cellule viventi contengono
     un eccesso di anioni indiffusibili
                Ne consegue:

1) Distribuzione ineguale tra cationi ed anioni
  diffusibili anche in assenza di trasporto attivo

2) I cationi all’interno sono più numerosi che
   all’esterno (pH)

3) Tendenza della cellula a rigonfiarsi per gli effetti
   osmotici delle alte concentrazioni cellulari (trasporti
   attivi)

4) Lo spostamento degli ioni determina un potenziale
  elettrico
           Trasporto attivo
Contro gradiente elettrochimico
                                                     A
              Proteina   Proteine                    L
              canale     carrier                     T
                                    EN               A
                                         ER
                                              GI
 Diff.                                           A
                                                     B
 passiva                                             A
           TRASPORTO         TRASPORTO
            PASSIVO           ATTIVO                 S
                                                     S
                                                     A
         :
       L’equilibrio di Donnan è solo un punto di partenza
       per analizzare i meccanismi di distribuzione degli
       ioni tra cellula ed ambiente esterno


                           LA CELLULA DEVE ESSERE CONSIDERATA
                                UN SISTEMA DONNAN-SIMILE

•   Nella cellula il trasporto attivo gioca un ruolo determinante nella
    distribuzione degli ioni

•   La membrana cellulare è un complesso dinamico, non è una
    membrana semipermeabile perfetta

•   Il mezzo intracellulare non è una soluzione acquosa omogenea

•   Nel modello gli ioni diffusibili sono supposti completamente
    dissociati, ma nella cellula non è così
         Trasporto attivo
    Servono proteine trasportatrici
            ed energia


PRIMARIO                 SECONDARIO
   ATP              L’energia deriva da
                    un “immagazzinamento
                    energetico”realizzato
                    in un T.A. primario
La pompa Na+/K+


   Trasferisce ioni Na+ all’esterno della cellula e fa affluire ioni K+
all’interno

  E’ presente in tutte le cellule del corpo

  E’ responsabile del mantenimento delle differenze di
concentrazione del Na+ e del K+ tra esterno ed interno

  E’ responsabile del potenziale elettrico negativo all’interno

  E’ alla base del processo di trasmissione dei segnali nel sistema
nervoso
            La pompa Na+/K+




                 Funzioni:

1) Controllo del volume cellulare

2) Ruolo elettrogenico

								
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