Mercoledi 8,30-10,30 aula A002 esercitazioni A-L Mercoledi 8,30-10,30 aula A203 esercitazioni M-Z

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1 Introduzione al Corso FISIOLOGIA GENERALE Orario: Lunedi 8,30-11,30 aula D002 - Lezioni Mercoledi 8,30-10,30 aula A002 esercitazioni A-L Mercoledi 8,30-10,30 aula A203 esercitazioni M-Z Docenti: Dario Piazzalunga (dpiazzalunga@asst-pg23.it) Andrea Remuzzi (andrea.remuzzi@unibg.it)

2 Programma (1) Interazioni molecolari, metabolismo cellulare, energia e metabolismo cellulare, trasporti di membrana Neurofisiologia delle cellule eccitabili, conduzione nervosa, trasduzione recettoriale, trasmissione sinaptica, vie sensoriali e motorie, sistema nervoso centrale. Fisiologia sensoriale, sistemi cortico-spinali, vestibolo e postura, sistemi visivo ed uditivo, EEG, potenziali evocati, sistema nervoso autonomo, termoregolazione. Sistema motorio, contrattilità, meccanica muscolare, unità motorie, EMG. Pompa cardiaca e controllo intrinseco, ECG, principi di emodinamica, circolazione arteriosa, capillare e venosa, controllo nervoso e umorale della circolazione.

3 Programma (2) Meccanica respiratoria, scambio e trasporto dei gas, controllo nervoso e chimico della respirazione. Volume e composizione dei liquidi corporei, circolazione renale, filtrazione glomerulare e funzioni tubulari, clearance, equilibrio acido-base, regolazione volume e ph dei liquidi corporei. Apparato digerente. Ormoni. Sistemi di regolazione energetica e metabolismo. Sistema immunitario, risposta immunitaria, immunità acquisita.

4 Materiale didattico Testo Fisiologia Umana Silverthorn Materiale del corso (lezioni/esercitazioni) Modalità di valutazione Colloqui Due prove scritte (compitini) o Prova scritta Lunedi 11,30-12,30 Su appuntamento (per )

5 Fisiologia: definizione Studio del normale funzionamento di un organismo vivente, compresi i suoi meccanismi chimico-fisici Aristotele: conoscenza della natura Ippocrate: potere curativo della natura Studiata in maniera sistematica dal XVI secolo

6 Temi della fisiologia Correlazione tra struttura e funzione Produzione di energia Flusso di informazioni necessario al controllo delle funzioni Omeostasi

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9 Biomolecole Esterificazione Lipidi

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11 Biomolecole Carboidrati

12 Biomolecole Proteine

13 Biomolecole Proteine Aminoacidi ESSENZIALI Valore biologico VB N assorbito / N assunto x 100 VB latte umano > bistecca > riso 100: proteine uovo intero DGR calcolate su VB 70 (carne di manzo) Proteine vegetali: VB 40 Fabbisogno giornaliero: 1 gr /Kg

14 Denaturazione delle proteine Alterazioni del ph possono indurre denaturazione delle proteine

15 Legami delle proteine Affinità Attrazione di una proteina per un certo ligando Legame di una proteina (P) a un ligando (L) P + L PL Velocità di associazione = Velocità di dissociazione Reazione all equilibrio (costante di equilibrio o di dissociazione) K d = K eq = [P][L] [PL]

16 Biomolecole Nucleotidi e acidi nucleici

17 Biomolecole Nucleotidi e acidi nucleici

18 Biomolecole Nucleotidi e acidi nucleici DNA RNA

19 Biomolecole Dal DNA alle proteine: il codice genetico Proprietà: -Non ambiguo -Degenerato -Universale

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21 Quanta energia ci occorre? Metabolismo basale: 1 Kcal/h/Kg reni 7% cuore 9% rimanenza 14% fegato 26% Produzione da lavoro ozio: 2300 Kcal/ die lavoro leggero: Kcal lavoro moderato: Kcal lavoro medio: Kcal lavoro intenso: Kcal massima intensità: 4800 Kcal/ die cervello 18% muscolo scheletrico 26% Rendimento energetico -muscolo isolato 35% -Intero organismo 25%

22 Produzione di energia

23 Fotosintesi clorofilliana 6 CO H energia C 6 H 12 O O 2 Combustione Combustibile + comburente energia + acqua C 6 H 12 O O 2 6 CO H energia

24 Energia di attivazione

25 Enzimi Aumentano la velocità delle reazioni chimiche NON si modificano al termine della reazione CATALIZZATORI ORGANICI Si differenziano dai catalizzatori non enzimatici per Efficienza (Gli enzimi hanno spesso un efficienza catalitica prossima alla perfezione: ogni interazione una reazione) Specificità (ogni enzima catalizza, generalmente, una determinata reazione a carico di un substrato specifico) Regolabilità (possibilità di variazione da uno stato di bassa o nulla attività dell enzima ad uno di massima attività) Tutti gli enzimi conosciuti sono PROTEINE Agiscono abbassando l energia di attivazione Legano i reagenti su siti specifici e ne permettono l accoppiamento ottimale Senza catalisi enzimatica le reazioni sarebbero così lente da non avvenire in maniera apprezzabile alla temperatura corporea Spesso necessitano di cofattori (coenzimi) Apoenzima Oloenzima

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28 Inibizione enzimatica -Inibizione enzimatica irreversibile: formano legami covalenti stabili con residui di amminoacidi dell enzima indispensabili per l attività catalitica. Dovuta a sostanze tossiche: - composti organofosfati come diisopropilfluorofosfato e sarin (gas nervini) e parathion (insetticidi) inibiscono l acetilcolinesterasi -sali di arsenico e metalli pesanti (Pb, Hg) - Inibizione enzimatica reversibile: dovuta a sostanze che si legano in maniera reversibile, non covalente, all enzima inibitori competitivi: sono molecole strutturalmente simili al substrato che si legano reversibilmente al sito attivo, in competizione con il substrato (aumento della Km) inibitori non competitivi: si legano a siti diversi da quello catalitico e non interferiscono con il legame del substrato all enzima, ma ne bloccano la trasformazione in prodotto (riduzione della Vmax)

29 Regolazione dell attività enzimatica - modificazione covalente dell enzima -Fosforilazione: il più importante. Comporta l aggiunta di gruppi fosfato ad alcuni amminoacidi (Ser, Thr o Tyr) dell enzima. - Scissione: riguarda per es. gli enzimi digestivi, che sono secreti come zimogeni inattivi e sono attivati nel lume del tubo gastroenterico mediante proteolisi Proenzima (zimogeno) Enzima attivo - azione su sito secondario dell enzima (allosterismo) Gli enzimi allosterici (costituiti spesso da piu subunità) possiedono uno o piu siti allosterici, distinti dal sito catalitico, capaci di legare molecole regolatrici, detti effettori allosterici - induzione e repressione genica della biosintesi della proteina enzimatica (enzimi inducibili)

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31 Cofattori Inorganici indispensabili perché certi enzimi assumano la corretta forma tridimensionale e/o possano legare i substrati

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33 ATP: combustibile ULTIMO delle cellule 7-12 Kcal / mole di ATP Fabbisogno giornaliero per metabolismo basale: 40 Kg di ATP (pm 507,18 gr/mole)

34 Le vie metaboliche per la produzione di ATP Glicolisi anaerobia Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa

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37 Gluconeogenesi Glucosio indispensabile a metabolismo cerebrale e a eritrociti Comprende alcune reazioni catalizzate da enzimi differenti che nella glicolisi Consuma energia: necessita di ATP e GTP Inibita da prodotto di reazione, ADP, AMP, Pi, insulina Stimolata da acetilcoa, ATP, cortisolo, glucagone

38 Catabolismo delle proteine

39 Sintesi dei lipidi Principale substrato per produrre ATP

40 La lipolisi I lipidi producono più energia per unità di peso Lipidi: 9 kcal/g Carboidrati: 4 Kcal/g Se eccesso acetilcoa rispetto al ciclo di Krebs CORPI CHETONICI

41 Controllo ormonale del metabolismo energetico Isole di Langerhans

42 Controllo ormonale del metabolismo energetico Pancreas Esocrino Endocrino Isole di Langerhans Cellule beta: insulina (75%) Cellule alfa: glucagone (20%) Cellule D: somatostatina (<5%) Cellule F: polipeptide pancreatico

43 Glicemia ottimale a riposo: 100 mg/ml Glicemia sotto carico di glucosio: fino a 140 mg/ml Diabete mellito: glicemia a riposo > mg/ml Insulina e glucagone agiscono in maniera antagonista nella regolazione della glicemia Insulina: ipoglicemizzante Glucagone: ipeglicemizzante

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46 Insulina E l ormone del benessere Stimolo secretivo Incremento glucosio plasmatico Incremento aminoacidi plasmatici Ormoni gastrointestinali (incretina) Parasimpatico (simpatico inibisce) Azioni Favorisce l ingresso del glucosio nelle cellule Stimola l utilizzo e l immagazzinamento del glucosio Stimola l utilizzo degli aminoacidi nella sintesi proteica Stimola la sintesi dei lipidi

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48 Glucagone E un ormone dello stress, del digiuno Stimolo secretivo Ipoglicemia Aumento aminoacidi plasmatici Azione Glicogenolisi Gluconeogenesi Lipolisi

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50 Compartimenti e liquidi corporei

51 Membrane cellulari Separano la cellula dall ambiente esterno Isolamento fisico Regolazione scambi con l ambiente Comunicazione con l ambiente Supporto strutturale Creano una barriera idrofobica Formate da lipidi e proteine

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53 Le membrane dividono la cellula in compartimenti

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56 Passaggio di sostanze attraverso le membrane cellulari

57 Trasporto per diffusione

58 1 Diffusione di Soluti Flusso Molare Unidirezionale: Quantità di soluto (in moli) che attraversa un area unitaria nell unità di tempo n f 1 2 [moli/(cm 2 sec)] N A t 2 Dove: n=n o particelle N= numero di Avogadro A=area T=tempo

59 Il flusso è proporzionale alla pendenza del gradiente di concentrazione C flusso d[c ] dx La costante di proporzionalità è il coefficiente di diffusione (D) X o X flusso F -D d[c ] dx Prima Legge di Fick

60 Quali sono le unità di misura del coefficiente di diffusione (D)? flusso -D d[ C] dx [C] mol cm 3 x cm mol mol cm 2 s = D cm 3 cm = D mol cm 4 D cm2 s

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62 Una membrana costituita da un puro bilayer fosfolipidico è impermeabile alle proteine, alla maggior parte delle piccole molecole e agli ioni Gas Piccole molecole polari non cariche Etanolo Acqua Urea Grosse molecole polari non cariche Glucosio Ioni Molecole polari cariche Aminoacidi ATP Glc-6-P

63 Diffusione attraverso le membrane

64 Trasporto mediato da proteine

65 I trasportatori hanno le caratteristiche di enzimi I carriers agiscono cataliticamente come gli enzimi Legano selettivamente il loro substrato, cioè la molecola che deve essere trasportata Cambiano di conformazione per rilasciare il substrato dall altro lato Ritornano alla conformazione originale per legare un altra molecola di substrato Seguono una cinetica del tipo Michaelis-Menten