I campi di studio della Fisiologia

Fisiologia: Fisiologia: ““studio della naturastudio della natura””(Fysis, “natura” e Lógos, “discorso”)

STUDIO DEL NORMALE FUNZIONAMENTO DI UN ORGANISMO VIVENTE E DELLEPARTI CHE LO COMPONGONO

Studio delle funzioni vitali del corpo umano..di tutti gli animali e piante

Anatomia (Struttura) e Fisiologia (Funzione) sono strettamente correlate

Funzioni - Approccio Teleologico (télos, “fine” e lógos, “discorso”)

Processi - Approccio Meccanicistico

sovrapposizioni

OmeostasiLa tendenza degli organismi viventi a mantenere in uno stato di equilibrio le proprie caratteristiche al variare delle condizioni esterne.

Termine coniato nel 1929 dal fisiologo americano Walter B. Cannon. Homeo- ( simile) –stasis (nel senso di condizione).

Parametri soggetti a controllo omeostatico

Fattori Ambientali(osmolarità, Temperatura pH)

Materiali per le necessità cellulari(nutrienti, acqua, sodio, calcio,altri ioni inorganici, ossigeno)

Secrezioni interne(es ormoni)

Parte I - Fondamenti di Biologia cellulare e Biofisica della cellula Dinamiche di membrana. Struttura della membrana plasmatica. Il modello a mosaico fluido. Le proteine, i lipidi e i carboidrati della membrana. Proteoliposomi. Tecniche per lo studio delle proteine di membrana.Il trasporto di membrana di piccole molecole. Equazione generale dei trasporti. Forze agenti: potenziale chimico ed elettrochimico. Trasporti passivi: la diffusione. Trasporto mediato dalle proteine di membrana. Trasporti attivi primari e secondari. Trasportatori ABC e farmaco resistenza. Trasporti mediati da vescicole.

Parte II - ElettrofisiologiaPotenziale elettrochimico. Potenziale di diffusione. Potenziale di membrana a riposo.

Parte III - Comunicazione Cellulare e Trasduzione Dei Segnali CellulariSegnali elettrici. Eccitabilità. Potenziale d'azione. Basi ioniche dell’eccitabilità di membrana. Proprietà molecolari e funzionali dei canali ionici voltaggio-dipendenti. Eccitabilità della fibra nervosa, muscolare scheletrica e cardiaca. Propagazione dell’impulso.Segnali chimici. Trasmissione sinaptica. Sinapsi elettriche. Sinapsi chimiche: struttura, funzionamento e regolazione. Inibizione presinaptica. Integrazione sinaptica. Il calcio e il rilascio di neurotrasmettitori. Neurotrasmettitori: classificazione, natura chimica e farmacologia. Modulazione dell’attività sinaptica. Farmaci e droghe per lo studio delle sinapsi. La tecnologia del DNA ricombinante per lo studio di alcune sinapsi. Accoppiamento elettro-meccanico: la contrazione del muscolo scheletrico e cardiaco. Scossa muscolare. Unità motoria. Controllo della contrazione. Trasduzione del Segnale. Recettori di membrana, secondi messaggeri, Ormoni, Fattori di crescita. Meccanismi d’azione ed applicazioni biotecnologiche.

Parte IV - Distribuzione dell'acqua e dei soluti nell'organismo: equilibrio elettrico, chimico ed osmotico, osmosi e osmolarità.Sistemi tampone del sangue e della cellula.

Parte V - Il sistema immunitarioRisposte anticorpali e risposte mediate da cellule.

TESTI CONSIGLIATI

SILVERTHORN “Fisiologia Umana” ED. AMBROSIANA M. BERNE, M. LEVY “ Fisiologia” ED. ABROSIANAB. ALBERTS "Biologia Molecolare della cellula" ED. ZANICHELLI H. LODISH: “Biologia Molecolare della cellula” ED. ZANICHELLI

Facoltà di Scienze BiotecnologicheCorso di Laurea in Biotecnologie per l’Innovazione di Processi e Prodotti

Programma del corso di Fisiologia ed elementi di Biofisica (7+1)

Docente: Dott. Grazia Paola Nicchia

Compartimenti liquidi funzionali del corpo

Le membrane del corpo

Invenzione dei microscopi nel XVI secolo

Sottile strato di tessuto che riveste una cavità o separa due

compartimenti

LA MEMBRANA PLASMATICA

Funzioni di una membrana cellulare (membrana plasmatica o plasmalemma)

Funzione contenitiva(Isolamento fisico)

Funzione di scambio(Regolazione degli scambi con l’ambiente)

Funzione di riconoscimento(comunicazione tra cellulae ambiente)

Supporto strutturale

Struttura delle membrane

Film molto sottile di molecole lipidiche e proteiche tenute insieme da interazioni non covalenti

Le membrane cellulari sono strutture dinamiche e fluide(Modello a mosaico fluido, Singer e Nicolson 1972)

Il doppio strato lipidico forma la struttura base della membrana e funge da barriera selettiva

Le molecole lipidiche sono disposte come un doppiostrato dello spessore di circa 5-8 nm

Figura 3.4

I LIPIDI

DELLA MEMBRANA PLASMATICA

I lipidi costituiscono circa il 50% della massa delle membrane

FOSFOLIPIDI, COLESTEROLO e GLICOLIPIDI

I principali lipidi della membrana sono i FOSFOLIPIDI o (FOSFOLIPIDI o (fosfogliceridifosfogliceridi))

Abbiamo anche il Fosfatidil Inositolo coinvolto nella trasduzione del segnale

Derivano daGlicerolo

Variano indimensioni, forma e carica

Deriva daSerina

Sono molecole anfipatiche e insature (legami cis)

Testa polare e due code idrocarburiche idrofobiche (14-24 atomi di C)

Possono avere uno o piu’ legami cis (sature o insature). Questo e la lunghezza degli acidi grassi influenza la compatezza e quindi la fluidità

FOSFATIDILCOLINA

I principali lipidi della membrana sono i FOSFOLIPIDI o (FOSFOLIPIDI o (fosfogliceridifosfogliceridi))

Le MICELLE

sono importanti nei meccanismi di digestione e

assorbimento dei grassi nel TGI

Comportamento dei fosfolipidi in soluzioni acquose

I LIPOSOMI

possono contenere molecole idrosolubili al loro interno.

Oggi sono usati per il trasporto di farmaci attraverso la cute.

La forma e la natura delle molecole lipidiche determinano il loro comportamento in soluzione acquosa

Proprietà di autoriparazione

Fornita dalle stesse forze che spingono i fosfolipidi a formare doppi strati

Caratteristica fondamentale per per la creazione di una cellula vivente

I liposomi

Diffusione dei lipidi nel doppio strato (1970)

Preparazioni utili a questi studi

Le membrane nere

Si sono utilizzati lipidi marcati

I lipidi non migrano da uno strato all’altro. Questo processo (flip-flop) avviene solo durante il processo di sintesi dei lipidi nel reticolo endoplasmatico.

I movimenti dei fosfolipidi all’interno della membrana sono:

- diffusione laterale- rotazione attorno al loro asse maggiore - flessione

Diffusione dei lipidi nel doppio strato

La fluidità del doppio strato lipidico

La fluidità di un doppio strato lipidico dipende:

1) dalla temperatura

2) dalla sua composizione

1) La membrana resta fluida a temperature più basse.

2) Più le catene lipidiche sono corte o hanno doppi legami e più le membrane sono fluide.

Il colesterolo rende i doppi strati lipidici meno fluidi in quanto rende il doppio strato meno deformabile in quelle regioni in cui esso interagisce con altri fosfolipidi.

Fa così diminuire la permeabilità del doppio strato a piccole molecole solubili in acqua

IL COLESTEROLO

Componente essenziale del doppio strato. Puo’ costituire fino al 50 % dei lipidi di membrana.

Serve a stabilizzare la membrana in condizioni di temperatura corporea normale

I GLICOLIPIDI

Si trovano nella metà non citoplasmatica del doppi strato lipidico (distribuzione asimmetrica)Rappresentano il 5% dei lipidi del monostrato esterno

Nella membrana apicale degli epiteli possono avere funzione protettiva (es. enzimi e pH).

Glicolipidi carichi possono essere importanti per i loro effetti elettrici.

Importanti nei processi di riconoscimento (Ganglioside GM1, recettore di superficie per la tossina colerica presente nelle cellule epiteliali dell’ intestino).

Funzioni

Glicolipide Neutro

(NANA= acido N-Acetil NeuroAminico)

I glicolipidi piu’ complessi, i GANGLIOSIDI (circa una quarantina), contengono oligosaccaridi con uno o piu’

residui di acido sialico che conferisce carica netta negativa. Nelle cell nervose rappresentano circa il 5-

10 % dei lipidi.

I glicolipidi nelle cell animali derivano da serina

I “lipid raft” o zattere lipidiche

Piccole Aree Specializzate della Membrana (di circa 70 nm di diametri) in cui sono concentratiSfingolipidi, Colesterolo e Proteine

Gli sfingolipidi avendo catene idrocarburiche lunghe creano delle forze

attrattive maggiori favorendo la formazione di microdomini.

I lipid raft aiutano a concentrare proteine (es per facilitare il trasporto in piccole

vescicole, o facilitando la trasmissione del segnale)

Nei lipid raft i due monostrati sono comunicanti tra loro

Asimmetria del doppio strato lipidico(Membrana Plasmatica di globulo rosso)

INT: Fosfatidiletanolamina e Fosfatidilserina

EXT: Fosfatidilcolina e Sfingomielina (Colina)

L’asimmetria dei lipidi è funzionalmente importante: ex PKC richiede PS per la sua attività

Il colesterolo si pensa sia distribuito in modo uguale

nei monostrati

Alcune funzioni dei fosfolipidi di membrana

PI = fosfatidilinositolo : fosfolipide minore coinvolto nella

trasmissione del segnale

Fosfolipasi: Enzimi che tagliano i fosfolipidi

Legami esteri

Legami fosfoesteri

LE PROTEINE

DELLA MEMBRANA PLASMATICA

Le proteine di membrana

02476Mitocondrialeinterna45244Epatocita84349Eritrocita37918Mielina

CarboidratiLipidi ProteineMembranaComposizione chimica di alcune membrane (in % )

La quantità e i tipi di proteine in una membrana sono altamente

variabili

Da un punto di vista anatomico si dividono in

PROTEINE INTEGRALI

PROTEINE PERIFERICHE

PROTEINE ANCORATE AI LIPIDI

Le proteine di membrana

Alfa-elica anfipatica

Lipide con legame covalente. Prodotte come proteine solubili

nel citosol

Oligosaccaride legato al fosfatidilinositoloAncora di GPI (glicosilfosfatidilinositolo)

Rilasciate dalla fosfolipasi C

Proteine Integrali di Membrana (Transmembrana)

Natura Anfipatica

Il legame covalente con un lipide ne aumenta

l’anfipaticitàInterazioni non covalenti

Proteine Periferiche di Membrana

L’organizzazione strutturale riflette la funzione

Possono avere da 1 a 12 segmenti