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COSE LA FISIOLOGIA ? La Fisiologia La Fisiologia studia il funzionamento degli organismi viventi ed i loro meccanismi: dalla molecola (es. singola proteina)

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1 COSE LA FISIOLOGIA ? La Fisiologia La Fisiologia studia il funzionamento degli organismi viventi ed i loro meccanismi: dalla molecola (es. singola proteina) alla cellula fino allintero organismo Cellula Cellula è lunità strutturale e funzionale di un organismo multicellulare. stessi geni diversamente espressi. Tutte le cellule dello stesso organismo hanno gli stessi geni che però vengono diversamente espressi.

2 durante lo sviluppo embrionale inizia DIFFERENZIAMENTO ovvero la trasformazione di cellule non specializzate in cellule specializzate cellule specializzate Ogni organismo inizia da una singola cellula (luovo fecondato) che si divide rapidamente

3 Tipi cellulari Tessuti Organi Organismo Uovo fecondato

4 Cellule differenziate dello stesso tipo si aggregano in tessuti che si organizzano in organi (struttura che svolge una funzione) e sistemi (insiemi di organi addetti ad una funzione) fino a formare lintero organismo Ovviamente la linea di demarcazione tra i vari sistemi non è sempre chiara (es. pancreas fa parte sia del sistema endocrino che del sistema digerente)

5 tipi cellulari In un organismo identificati 200 diversi tipi cellulari classificabili per la funzione in: cellule muscolariforze meccaniche per movimento cellule nervosegenesi e conduzione segnali elettrici cellule epitelialisecrezione/assorbimento e protezione cellule connettivaliconnettono e supportano C. Muscolariforma allungata spesso multinucleate C. Nervosecon lunghe ramificazioni terminali con vescicole di neurotrasmettitori

6 C. Epiteliali forma variabile (appiattita od oblunga) poggiano su membrana basale sono strettamente connesse a formare barriera C. Connetivalile più varie (osso, sangue, adipociti …) spesso immerse in matrice connettivale ricca di proteine (elastina, collagene) Tessuti Tessuti = aggregati di un singolo tipo di cellule a formare tessuto muscolare tessuto nervoso tessuto epiteliale tessuto connettivale

7 Matrice Extra-Cellulare Cellule sono immerse in Matrice Extra-Cellulare = miscela di biopolimeri, minerali …. tessuto-specifici con funzione di supporto per attacco cellule trasmissione segnali (messaggeri chimici ad es.) Organi Organi strutture composte dai 4 tipi di tessuti organizzati in varie proporzioni e distribuzione TESSUTO CONNETTIVO TESSUTO CONNETTIVO: QUALSIASI STRUTTURA LA CUI FUNZIONE PRINCIPALE SIA QUELLA DI SUPPORTO FISICO AD ALTRE STRUTTURE (es. tendini, legamenti, ma anche osso) Anche FLUIDI CHE CONNETTONO LE VARIE PARTI DEL CORPO (es sangue, linfa)

8 In un organismo pluricellulare le cellule sono specializzate per svolgere funzioni diverse e la loro morfologia dipende dalla funzione che svolgono. SPECIALIZZAZIONE CELLULARE = DIFFERENZIAMENTO

9 Lo studio del funzionamento dei sistemi viventi può essere affrontato in diversi modi, ad es. fisiologia animale vs fisiologia vegetale fisiolgia umana vs fisiologia animale e comparata Nonostante la pluralità di approcci esistono alcuni temi centrali a tutta la fisiologia 1) Rapporto struttura/funzione Avviene a qualsiasi livello di organizzazione (molecola, cellula, tessuto organo individuo) ……… la struttura senza la funzione è un cadavere, la funzione senza la struttura è un fantasma

10 2) Omeostasi Concetto introdotto da C. Bernard nel XIX secolo che osservò come la vita richieda il mantenimento di un ambiente interno (milieu interieur) il più possibile costante. Il termine omeostasi fu poi coniato da W. Cannon per denotare gli stati stazionari degli organismi viventi che sono mantenuti tramite meccanismi fisiologici complessi. Parametri (variabili) regolati omeostaticamente sono ad es: livello di O 2 e CO 2 nel sangue, pH sangue, temperatura corporea. N.B.: la costanza dei parametri può essere più o meno rigida.

11 3) Feed-back Consiste in un circuito chiuso con il quale leffetto prodotto da una una causa (disturbo) su un sistema genera una risposta che torna indietro a modificare la causa che lo ha generato. 3) Plasticità La controparte dellomeostasi. Definisce la capacità di un sistema di modificarsi in modo persistente in seguito ad uno stimolo. Ossia la modificazione perdura al di là dello stimolo che la ha indotta. Es. modificazioni massa muscolare con esercizio fisico, adattamenti ad alta quota etc.

12 Se una variabile regolata aumenta, il sistema risponde facendola diminuire; al contrario, se la variabile diminuisce il sistema risponde provocandone laumento (feedback negativo). Es. cambiamenti T corporea: T corpo termocettori segnali a centri termoregolatori del cervello segnali agli effettori T corporea. Se la risposta del sistema va nella stessa direzione del cambiamento della variabile che lha prodotta (feedback positivo) Es. picco LH durante ovulazione: Ipofisi secerne LH che stimola ovaie a secernere estrogeni che aumentano secrezione LH da parte di ipofisi

13 5) Ridondanza Ovvero diverse strutture e meccanismi sostengono la medesima funzione Es. riconoscimento oggetto può avvenire tramite tatto, udito, vista; sintesi NO nei neuroni tramite 2 diversi enzimi (nNOS e iNOS). 6) Pleiotropismo Ovvero diverse funzioni possono essere sostenute dalla medesima struttura o meccanismo. Es. un gene una proteina può controllare diverse funzioni come lemoglobina che trasporta O 2, ma anche CO 2 e regola pH

14 COMPARTIMENTALIZZAZIONE Un sistema vivente e un sistema termodinamico aperto (cioè scambia con ambiente sia Energia che Materia). LAMBIENTE INTERNO DEL SISTEMA E MANTENUTO DIVERSO DA QUELLO INTERNO E COSTANTE LAMBIENTE ESTERNO E INVECE VARIABILE NEL TEMPO E NELLO SPAZIO

15 COMPARTIMENTALIZZAZIONE COMPARTIMENTALIZZAZIONE è un principio generale in fisiologia. E ottenuta tramite barriere selettive che regolano cosa e quanto può passare. membrana cellulare Tale barriera è tipicamente la membrana cellulare OMEOSTASI Essa è coinvolta nel mantenimento dellOMEOSTASI cioè il bilanciamento tra le diverse variabili fisiologiche E un processo dinamico e presuppone che quando una funzione è alterata tende a ripristinare il valore normale.

16 Negli organismi si distinguono 2 Compartimenti Liquidi che costituiscono il 60% del peso corporeo (p.c.): Liquido extra-cellulare (ECF) comprende il sangue, la linfa ed il liquido interstiziale e costituisce il 20% del p.c. Liquido intra-cellulare (ICF) costituisce il 40% del p.c. Ambiente EsternoAmbienteInterno Ambiente Esterno: Ambiente Interno: Na mM Na + 15 mM K + 4 mM K mM Cl mMCl - 20 mM Ca mM Ca ++ < mM R - ~100 mM COMPARTIMENTI LIQUIDI

17 I due comparti pur tra loro separati hanno possibilità di comunicazione INTRA 28 L INTERSTIZIALE 11 L plasma 3L ICF ECF Total Body Water ~ 42L

18 Da notare che lo strato di tessuto epiteliale che separa lambiente esterno da quello interno non ha soluzione di continuità (ovvero cè collegamento tra cute ed epiteli dei polmoni, intestino, tubuli renali) Scambio esterno/interno avviene Nei polmoni: passaggi di O 2 e CO 2 Nel s. gastrointestinale:assorbimentoe secrezione Nei reni:ultrafiltrazione, riassorbimento e secrezione

19 Cellula e un sistema termodinamico aperto (cioè scambia con ambiente sia Q che materia). membrana plasmatica Traffico di sostanze avviene attraverso membrana plasmatica (o plasmalemma) che separa 2 ambienti nettamente distinti: quello intra- e quello extra-cellulare che comunicano tramite trasporto di sostanze attraverso la membrana MEMBRANA PLASMATICA Al microscopio elettronico la membrana ha struttura trilaminare (spessore 6-8 nm) ed è costituita principalmente da lipidi e proteine.

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21 Fosfatidilserina, carica negativamente si trova nello strato interno significativa differenza di carica tra le due facce del doppio strato Es. distribuzione dei lipidi nel doppio strato lipidico nei globuli rossi umani fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilcolina sfingomielina glicolipidi il colesterolo è supposto essere distribuito omogeneamente La asimmetria del doppio strato è funzionalmente importante

22 LIPIDI: LIPIDI: sono composti da carbonio e idrogeno uniti tra loro da legami covalenti. I lipidi sono idrofobi. Nella m. sono prevalentemente fosfolipidi = molecole anfipatiche formate da una catena lipidica (apolare) ed una testa fosfato (polare). Formano un doppio strato lipidico in cui code apolari si dispongono faccia a faccia formando lo scheletro della m. e teste polari stanno sulla superficie della m. Membrana presenta anche glicolipidi

23 Le 3 catene di acidi grassi si uniscono ad 1 molecola di glicerolo per condensazione. Hanno funzione di riserva energetica. Alcuni acidi grassi (insaturi) hanno doppi legami, che impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a temperatura ambiente. La maggior parte dei grassi vegetali è composta da oli insaturi. La maggior parte dei grassi animali non ha doppi o tripli legami ed è satura.

24 PROTEINE: PROTEINE: hanno svariate funzioni: enzimatiche (es. ATPasi), trasporto (es.pompa Na/K), riconoscimento (es. anticorpi, recettori). Sono classificabili in: Proteine integrali (intrinseche) Proteine integrali (intrinseche) immerse nel doppio strato lipidico tramite interazioni idrofobiche, sporgono allesterno con i loro domini idrofilici Proteine periferiche (estrinseche)Proteine periferiche (estrinseche) attaccate alla superficie della m. (sia su versante extra- che intra-cellulare) tramite interazioni elettrostatiche con le proteine integrali

25 glicoproteine Alcune sono glicoproteine = proteine con catene laterali glucidiche. Sono situate principalmente sul versante extra- cellulare della m. a formare antigeni di superficie ( impronta digitale della cellula) recettori Altre sono recettori = proteine che riconoscono e legano una ligando (1° messaggero) cambiano conformazione trasferiscono messaggio al versante intracellulare della m. attivano o enzimi o proteine-canale (che cambiano conformazione e lasciano passare una specifica molecola o ione) 2° messaggero

26 mosaico fluido Modello che meglio descrive la m. e quello del mosaico fluido in cui molecole proteiche diffondono nel piano tangenziale accumulandosi ove e richiesta la loro presenza. Fluidita e rigidita della m. dipendono principalmente dal grado di insaturazione delle catene lipidiche (n° doppi o tripli legami) e dal colesterolo. La membrana svolge uno dei ruoli principali nella fisiologia cellulare: compartimentalizza la cellula regolando il passaggio di molecole e ioni


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