Fisiologia (12 CFU) Informazioni sul corso

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1 Fisiologia (12 CFU) Informazioni sul corso Docenti: Carlo Capelli, Antonio Cevese Struttura lezioni: Obiettivi Diversa enfasi sugli argomenti Ridondanza slides per 45 minuti circa (quando possibile) Domande alla fine della lezione Bibliografia

2 Fisiologia Generale e dell Esercizio Dove rintracciare le informazioni WEB page Carlo Capelli - Homepage: Homepage_di_Carlo_Capelli.html - Teaching Programmi e orari Testi Downloads Materiale didattico Calendari lezioni e di lavoro - Seminars - CV

3 Libri di Riferimento 1. FISIOLOGIA DELL UOMO Autori Vari a cura di A Veicsteinas e PE di Prampero edi.ermes, Milano 2. DAGLI ABISSI ALLO SPAZIO G Ferretti, C Capelli edi. ermes, Milano 3. Fisiologia Generale ed Umana, Rhoades-Pflanzer, II edizione italiana sull IV americana, Piccin Editore, Padova 4. Per consultazione, Fisiologia Medica, a cura di F Conti, II edizione, edi.ermes, Milano

4 1. Fisiologia Cellulare Le membrane cellulari Prof. Carlo Capelli Fisiologia Generale e dell Esercizio Laurea in Scienze delle attività motorie e sportive Università di Verona

5 Obiettivi Composizione dei compartimenti extra ed intracellulare Membrane cellulari Pori o canali cellulari Processi di trasporto transmembranario

6 Compartimenti extra ed intra-cellulare Negli organismi pluricellulari ogni cellula è circondata da un mare interno : LEC: liquido extra-cellulare ( di composizione simile a quella dell acqua di mare : soluzione di NaCl allo 0.9% :soluzione fisiologica) LIC: liquido intra-cellulare Il LIC e il LEC sono separati dalla membrana cellulare LIC: 2/3 dell acqua corporea totale LEC: 1/3 dell acqua corporea totale: 1/4 plasma 3/4 liquido interstiziale Acqua corporea totale = 60% massa corporea LEC = 20% massa corporea plasma = 5% massa corporea (un soggetto che pesa 50 kg ha circa 2.5 di plasma (e circa 5 l di sangue: HCT = 45%)

7 Soluti corporei Nei liquidi corporei non c è solo acqua ma anche soluti Diverse modalità per esprimere la loro concentrazione Moli = peso molecolare espresso in grammi Equivalenti = mole di una sostanza ionizzata per la sua valenza Osmoli = moli di una sostanza per il numero di particelle liberate in soluzione 1 mole di NaCl = = 58.5 gr 1 mole di NaCl = 2 equivalenti 1 mole di NaCl = 2 osmoli Equilibrio elettrico 1 mole di CaCl 2 = 3 equivalenti e 3 osmoli Concentrazione osmolale: mmoli / kg H 2 O Concentrazione osmolare: mmoli / l H 2 O Soluzioni acquose diluite

8 Composizione LEC e LIC Na + K + Cl - Pr - Membrana cellulare Le differenze di composizione tra LIC e LEC sono dovute alla natura delle barriere (al tipo di membrana cellulare)

9 Struttura della membrana plasmatica Modello a mosaico fluido Le membrane contengono essenzialmente proteine e lipidi organizzati in un doppio foglietto lipidico Le membrane hanno diversi rapporti peso proteine/membrane (es. eritrociti 1/1; membrane mitocondriali 3,2/1) Proteine estrinseche Proteine intrinseche

10 Proteine di membrana Proteine estrinseche o periferiche - si dissociano facilmente dalla membrana (aumento della concentrazione di sali nel mezzo, uso di chelanti, variazioni di ph). - quando sono dissociate dalla membrana non contengono lipidi. - sono solubili in acqua. - sono associate alla membrana mediante interazioni di tipo elettrostatico. Proteine intrinseche - si dissociano dalle membrane solo dopo trattamenti drastici con detergenti, denaturanti o solventi organici. - posseggono una parte apolare più o meno estesa che penetra all interno della membrana e che la ancora ad essa (struttura ad α-elica, talvolta anche β- foglietto) mentre la parte polare è immersa nel mezzo acquoso; rapida diffusione laterale e rotazione sull asse perpendicolare - sono generalmente poco solubili in acqua. - quando sono isolate rimangono associate a lipidi.

11 Asimmetria delle proteine di membrana Le proteine di membrana sono sovente distribuite in modo diseguale L asimmetria è in relazione con la funzionalità cellulare Esempio della proteina estrinseca spectrina solo presente sul versante citoplasmatico Al contrario molte proteine-recettore sono localizzate sulla superficie esterna Se tali proteine attraversano da parte a parte il foglietto fosfolipidico costuiscono potenzialmente un meccanismo per convertire un segnale extracellulare in una risposta intracellulare

12 Lipidi di membrana Fosfolipidi (glicerofosfolipidi, sfingofosfolipidi) Glicolipidi (glicerofosfolipidi, sfingoglicolipidi) Steroli (colesterolo) Sono molecole anfipatiche (molecole insolubili in acqua con regioni idrosolubili) La maggior parte dei fosfolipidi, messi in sospensione in un eccesso di acqua forma spontaneamente doppi strati Es.o della Fosfatidilcolina: teste polari interagiscono elettrostaticamente, stabilizzando il doppio strato. L interazione è fra il gruppo -N + (CH 3 ) 3 di un lipide con il gruppo - PO 4 - di un altro lipide.

13 Organizzazione in fase dei lipidi biologici Delle varie fasi possibili la fase lamellare, la fase esagonale e la fase micellare sono importanti dal punto di vista biologico. La scelta del tipo di di fase sembra condizionata dalle dimensioni della testa polare rispetto alle dimensioni della parte apolare

14 Movimenti dei fosfolipidi di membrana Il doppio foglietto è una struttura dinamica I doppi strati lipidici esistono in due fasi: fase gel (solida), fase fluida. La temperatura (Tc) è il parametro che regola la transizione da una fase all altra La mobilità delle catene aumenta nello stato fluido. 1. Movimenti di flessione e rotazione (nell ambito delle molecole) e stabilizzazione da parte del colesterolo

15 Movimenti dei fosfolipidi di membrana 2. Diffusione laterale nelle membrane (movimenti nell ambito dei foglietti): il lipide diffonde sulla superficie di un doppio strato per scambio con una molecola di lipide contigua, o per occupare uno spazio libero vicino Meccanismo rapido Il cammino percorso X segue la legge: X 2 = 4D t Dove D = coefficiente di diffusione. Nei doppi strati in fase gel D = cm 2 /s, nei doppi strati in fase fluida D = 10-8 cm 2 /s. In una cellula batterica il tempo di diffusione da un estremo all altro è 1/2s nella fase fluida e 8 m nella fase gel.

16 Movimenti dei fosfolipidi di membrana 3. Flip-flop (movimenti tra i foglietti): i fosfolipidi si spostano da una metà all altra del doppio strato Il flip-flop spontaneo è un meccanismo molto lento in quanto la testa polare deve attraversare uno strato apolare per passare da un lato all altro della membrana. (Il tempo di vita media di un lipide su di un lato di una membrana si misura in settimane)

17 Asimmetria fosfolipidica Numerosi sono i fosfolipidi di membrana Non sono distribuiti in modo simmetrico

18 Carboidrati di membrana 2-10 % della massa della membrana, ma importanti funzioni fisiologiche Parte glucidica delle proteine (glicoproteine) e dei lipidi (glicolipidi) Sono strutture idrofiliche che non penetrano la membrana e sono distribuiti in modo asimmetrico Glicolipidi: presenti solo sulla metà esterna Glicoproteine: la maggior parte delle proteine esposte all esterno sono legate a carboidrati Svolgono anche probabili funzioni recettoriali

19 Processi di trasporto transmembranario Le forze che causano il movimento di acqua e soluti attraverso le membrane cellulari sono: Diffusione (semplice, facilitata) Filtrazione Osmosi Trasporto attivo (primario, secondario)

20 Bibliografia Fisiologia dell Uomo, autori vari, Edi.Ermes, Milano Capitolo 1: Neurofisiologia generale (Capitoli 1.1, 1.2,1.3) Fisiologia Generale ed Umana, Rhoades-Pflanzer Capitolo 3: La struttura e le funzioni della cellula