Il livello cellulare di organizzazione: la struttura cellulare. Cattedra di Fisiologia Umana

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1 Il livello cellulare di organizzazione: la struttura cellulare Cattedra di Fisiologia Umana

2 1. La diversità delle cellule nel corpo umano Le cellule del corpo hanno molte differenti forme ed una varietà di speciali funzioni. Questi esempi danno una indicazione della varietà di forme e dimensioni.

3 2. Diagramma per lo studio della struttura cellulare

4 3. La membrana cellulare (a) Veduta diagrammatica di una struttura di membrana che mostra il doppio strato di fosfolipidi e le proteine associate. (b) La struttura di una membrana cellulare è simile a quella di una micella. Le estremità idrofobiche delle molecole fosfolipidiche nella membrana cellulare creano una barriera tra l'ambiente acquoso intracellulare ed i fluidi extracellulari.

5 4. Diffusione attraverso le membrane cellulari Piccoli ioni e molecole solubili diffondono attraverso i canali di membrana. Le molecole liposolubili possono attraversare la membrana diffondendo attraverso il doppio strato fosfolipidico. Le grandi molecole che non sono liposolubili non possono diffondere affatto attraverso la membrana.

6 5. Osmosi Fase 1: due soluzioni contenenti diverse concentrazioni di soluti sono separate da una membrana selettivamente permeabile. Le molecole d'acqua (punti piccoli) iniziano ad attraversare la membrana verso la soluzione con la più alta concentrazione di soluti (cerchi più grandi) (soluzione B). Fase 2a: in condizioni di equilibrio la concentrazione di soluti ai due lati di membrana è uguale. Il volume della soluzione B è aumentato a spese della soluzione A. Fase 2b: l'osmosi può essere prevenuta impedendo le modificazioni di volume. L'ammontare della pressione richiesta per arrestare il flusso osmotico fornisce una misura della pressione osmotica.

7 6. Flusso osmotico attraverso le membrane cellulari (a) Poiché questi globuli rossi sono immersi in una soluzione salina isotonica non si verifica alcun flusso osmotico e le cellule presentano il loro normale aspetto. (b) L'immersione in una soluzione salina ipotonica dà origine ad un flusso osmotico di acqua all'interno della cellula. Il rigonfiamento può continuare fino alla rottura della membrana cellulare. (c) L'esposizione ad una soluzione ipertonica dà origine ad un movimento di acqua diretto fuori dalle cellule. I globuli rossi si raggrinzano e divengono rugosi.

8 7. Filtrazione e flusso di massa Nei vasi ematici più sottili la pressione ematica spinge l'acqua ed i nutrienti disciolti fuori del torrente circolatorio verso il fluido interstiziale. Le proteine ematiche sono troppo grandi per attraversare le aperture tra le cellule che circondano i vasi. Il flusso di massa si verifica poiché le adiacenti molecole d'acqua sono attratte l'una all'altra dalla formazione di legami di idrogeno. Le molecole d'acqua attraversano una membrana in gruppo ed i soluti disciolti possono essere trasportati.

9 8. Diffusione facilitata In questo processo una molecola extracellulare come il glucosio si lega ad un sito recettoriale localizzato su una proteina vettrice. Il legame modifica la forma della proteina che poi libera la molecola permettendone la diffusione nel citoplasma.

10 9. Il trasporto attivo: La pompa di scambio sodio-potassio L'azione della pompa Na + K + è un esempio di trasporto attivo che dipende dall'energia fornita dall'atp. Per ogni molecola di ATP trasformata in ATP questa pompa ionica trasporta tre ioni NA + fuori dalla cellula e due ioni K + all'interno della cellula.

11 10. Concentrazione dei gradienti attraverso la membrana cellulare Le dimensioni dell'abbreviazione per ogni ione indicano la sua concentrazione relativa. Le frecce indicano la capacità relativa del sodio e del potassio di attraversare la membrana.

12 11. Meccanismi di unione cellulare. (a) In una giunzione serrata i legami delle proteine di membrana creano una connessione citoplasmatica tra le due cellule. (b) Una giunzione occludente è formata dalla fusione degli strati esterni delle due membrane cellulari. (c) In una giunzione intermedia le membrane sono legate assieme da cemento intercellulare. Una rete di microfilamenti rafforza la regione di adesione. (d) Un desmosoma presenta una rete di microfilamenti più organizzata. I desmosomi fanno aderire una cellula ad un'altra e attaccano una cellula a strutture extracellulari come le fibre proteiche nel tessuto connettivo. (e) Un complesso giunzionale è costituito da una giunzione occludente, una giunzione i ntermedia e da un desmosoma. La giunzione occludente è la più vicina alla superficie cellulare.

13 Il livello cellulare di organizzazione: meccanismi di controllo a livello cellulare Cattedra di Fisiologia Umana

14 13. Attivazione energetica e funzione enzimatica L attivazione energetica richiesta dalla reazione è inferiore in presenza di un enzima appropriato. Questo permette che la reazione abbia luogo molto più rapidamente, senza il bisogno di condizioni estreme che potrebbero danneggiare la cellula.

15 14. Vie metaboliche ed enzimi regolatori Il primo stadio in ogni via metabolica o branca di essa è controllato da un enzima regolatore diverso. Il destino del glucosio penetrato in una cellula è determinato dall attività degli enzimi regolatori che controllano le vie metaboliche.

16 15. Metabolismo cellulare Le cellule ricavano Molecole organiche dai fluidi extracellulari e le spezzano per ottenere ATP. Solo circa il 40% dell energia rilasciata attraverso il catabolismo è catturata in ATP il resto è perso come calore. L ATP generato attraverso il catabolismo fornisce energia per tutte le attività vitali cellulari compreso l anabolismo.

17 16. Glicolisi La glicolisi spezza una molecola di glucosio a 6 atomi di carbonio. Questo processo coinvolge diverse fasi enzimatiche con un guadagno netto di due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio convertita a acido piruvico. Inoltre due molecole due molecole del coenzima NADH sono convertite a NADH2. Sia l acido piruvico che l NADH2 possono ancora facilmente dare energia attraverso la respirazione aerobica. Il successivo catabolismo dall acido piruvico comincia con la sua entrata nel mitocondrio. Dove uno dei tre atomi di carbonio è rimosso come biossido di carbonio gli altri due sono legati al coenzima A che li trasporta nel ciclo del TCA

18 17. Vie cataboliche alternative

19 19. Turnover metabolico e produzione cellulare di ATP