lezione1-2 omeostasi comp liquidi membrana
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8/13/2019 Lezione1-2 Omeostasi Comp Liquidi Membrana
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Fornire conoscenze di base sul funzionamento degli
organismi animali con particolare riferimento
alluomo focalizzando lattenzione sui meccanismi che
consentono il mantenimento dellomeostasi.
Obiettivi generali del corso
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Il concetto di omeostasi e la regolazione delle funzioni vitali. Il principio della retroazione. Conformit e regolazione.
Regolazione omeostatica diretta ed indiretta. Lambiente interno del vivente. Compartimenti liquidi dellorganismo e omeostasi
dellambiente interno.
La formazione dellambiente interno: le membrane biologiche. Dinamiche di membrana. Il potenziale di membrana e le basi ioniche del
potenziale di membrana.
I Sistemi di integrazione.
Il controllo nervoso ed endocrino. Messaggi chimici ed elettrici a confronto.Il sistema nervoso nei vertebrati: caratteristiche generali dellorganizzazione.
Il neurone. Segnali elettrici dei neuroni. Il potenziale dazione . La propagazione del potenziale dazione.
La comunicazione intercellulare nel sistema nervoso. La trasmissione sinaptica. Eventi presinaptici ed eventi postsinaptici. I recettori
chimici nellazione ionotropa rapida e nellazione metabotropa lenta.
I processi sensoriali. Lorganizzazione dei sistemi sensoriali. Funzioni del recettore. La fotoricezione, la meccanocezione, la
chemiocezione, lelettrocezione.
Il controllo riflesso di alcune funzioni vitali.Il sistema endocrino, classificazione degli ormoni. Controllo del rilascio ormonale.
I muscoli ed il movimento. Il muscolo scheletrico, il muscolo liscio, il muscolo cardiaco. Laccoppiamento eccitazione contrazione.
Fisiologia del sistema cardiovascolare
Il cuore come pompa. La gittata cardiaca. La regolazione della gittata cardiaca. I principi di pressione, resistenza e flusso nei sistemi
vascolari. I sistemi circolatori aperti e chiusi. Il flusso sanguigno e la pressione arteriosa. I vasi sanguigni. Il sangue: componente
corpuscolata e plasma. Le piastrine e la coagulazione.
La funzione respiratoria nel regno animale. Le leggi dei gas. Scambi gassosi. Epiteli ed organi respiratori. Respirazione cutanea,branchiale e polmonare. Il trasporto dei gas respiratori. I pigmenti respiratori. La ventilazione.
La fisiologia idrica e salina. Regolazione della concentrazione ionica, osmotica e idrogenionica. Osmoregolazione in ambiente acquatico
ed aereo. La funzione renale. Filtrazione, riassorbimento e secrezione. Meccanismo di concentrazione dellurina. Controllo endocrino della
funzione renale.
Nutrizione, assunzione del cibo e digestione.
Le funzioni del sistema digerente. Aspetti generali della digestione meccanica e chimica degli alimenti. Assorbimento intestinale.
PROGRAMMA FISIOLOGIA GENERALE
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La Fisiologia studia laspetto dinamico del fenomeno
vita, cio le diverse funzioni di un organismo.
Funzione: Insieme dei processi che consentono il
raggiungimento di uno scopo ben definito ed utile per
lorganismo.
OGGETTI DI STUDIO DELLA
FISIOLOGIA
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Ogni essere vivente costituisce una unit definita organismo per indicare lesistenza di una
precisa coordinazione morfologica e funzionale.
La caratteristica primaria che conferisce ad un vivente la possibilit di conservare la propria
identit senza dubbio un ampio grado di indipendenza dallambiente. Claude Bernard alla fine
del 1800 intu limportanza per il vivente di rendere le proprie funzioni indipendenti il pi
possibile dalle mutevoli condizioni ambientali, asserendo:
La costanza dellambiente interno la condizione della vita libera.
Negli organismi unicellulari la stabilit dellambiente interno garantita dalle particolari
propriet della membrana cellulare attraverso la quale vengono regolati in modo selettivo gli
scambi materiali ed energetici con lambiente esterno.
INTEGRITA DI UN ORGANISMO ED OMEOSTASI
Negli organismi pluricellulari, con laumentaredelle dimensioni corporee ed il differenziarsi dei
tessuti, le cellule perdono gran parte della
primordiale amplissima capacit di
autoregolazione. Nasce, quindi lesigenza che le
cellule degli organismi pi evoluti siano circondateda un particolare liquido extracellulare, prodotto
dallorganismo stesso, con il quale avvengono tutti
gli scambi metabolici, respiratori ed energetici.
Il liquido extracellulare costituisce lambiente
interno di un organismo.
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La costanza del liquido extracellulare garantita da un continuo processo di rinnovamento e
depurazione attuato da apparati regolatori molto perfezionati (respiratorio, circolatorio,
digerente ed escretore) che fungono da intermediari tra il mezzo interno e lambiente esterno.
OMEOSTASI
I diversi apparati sono a loro volta sottoposti
ad un continuo controllo da parte del sistema
nervoso ed endocrino. In questa continua
regolazione del mezzo interno consistelomeostasi dellorganismo.
Omeostasi: Insieme dei processi che permettono allorganismo di mantenere costanti i
parametri chimico-fisici del suo ambiente interno (es. pressione parziale di ossigeno,
temperatura, volume di acqua, concentrazione dei soluti, pH, etc.).
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Organismi animali
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CONFORMITA E REGOLAZIONE
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Le risposte che un animale adotta per far fronte ai cambiamenti intervenuti nel proprio
ambiente interno (salinit, [O2], pH, T etc.) si inseriscono in una delle tre seguenti categorie:
FUGA CONFORMITA - REGOLAZIONE.
FUGA: Lomeostasi pu essere mantenuta con espedienti comportamentali. Fuga nello spazio:ricerca di un micro habitat privo di stressori o migrazioni a grandi distanze. Fuga nel tempo:
diapausa degli insetti, ibernazione, estivazione, incistamento per sopravvivere alle difficolt
temporali.
CONFORMITA: Si ha quando al variare di un parametro ambientale (temperatura,
osmolarit, etc.) lanimale cambia il proprio parametro interno uniformandosi. Gli animali
sono detti conformi e la loro capacit di sopravvivere dipende dalla tolleranza dei loro tessuti.
REGOLAZIONE: Si ha quando lanimale mantiene i parametri del proprio ambiente costanti,
a prescindere dalle variazioni ambientali. Gli animali sono detti regolatori. Lampiezza della
zona di stabilit di un regolatore dipende dalle singole specie animali e dalla variabile
ambientale.
CONFORMITA E REGOLAZIONE
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PARZIALI CONFORMI E REGOLATORI
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VANTAGGI E SVANTAGGI
REGOLAZIONE: LIBERTA MA ALTA
COSTO ENERGETICO
CONFORMITA: SPAZI RISTRETTI MA
RISPARMIO ENERGETICO
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I sistemi di regolazione fisiologica mantengono le condizioni interne in un intervallorelativamente ridotto.
Le variazioni di un parametro interno possono essere causate da:
1) Perturbazioni dellambiente esterno (es. riduzione della presenza di O2 allesterno, aumento
della temperatura esterna, etc.)
2) Stato di attivit e salute dellorganismo stesso (es. aumento del fabbisogno di O2 ovvero
aumento della produzione di calore nel caso di lavoro muscolare).
Come lavorano i meccanismi omeostatici?
SISTEMI DI CONTROLLO A RETROAZIONE
NEGATIVA
Generalmente trovano sempre fondamento in un principionoto come retroazione o feed-back negativo, valido
anche al di fuori del mondo dei viventi (vedi legge di azione di
massa negli equilibri chimici).
I sistemi a feed-back negativo consistono in un ciclo di eventi
in cui linformazione sul cambiamento di un dato parametroinnesca una risposta che controbilancia lo stimolo
perturbatore.
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SCHEMA FEED BACK
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Elementi fondamentali di sistemi a
feedback
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TERMOSTATO
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CONTROLLO, REGOLAZIONE E
OMEOSTASI
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Feed back temperatura
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Organismo
In omeostasi
Cambiamento esterno Cambiamento interno
Perdita dellomeostasi
La risposta tenta
di compensare
Fallimento della compensazione Successo della compensazione
BenessereMalattia
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La molecola dellacqua
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DISTRIBUZIONE ACQUA CORPOREA
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Il corpo umano formato in grande
quantit da acqua, con:
nelluomo ~~ 60%60% (del peso corporeo)nella donna ~~ 55%55% (del peso corporeo)
In particolare alcuni organi, quali sangue,
polmoni e reni sono formati da elevate
percentuali (superiori all80%) di acqua
60%60%55%55%
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La percentuale di acqua nellorganismo varia molto in funzionevaria molto in funzionedelldelletet, diminuendo notevolmente nel soggetto anziano.
100%100% 80%80% 60%60% 50%50%
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Acqua ed Et
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Acqua e Grasso
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Compartimenti idrici
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Compartimenti interni in un animale con apparato circolatorio chiuso
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Compartimenti idrici in %
Mi i d i l i i i i d ll
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Misurazione dei volumi: principio della
diluizione
Mescolamento completo
Non diffusione negli altri compartimenti
Dosabile a basse [ ]
Non rapidamente escreto
Non tossico
Inerte
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V =V = QQCC
V =V =
QQ
CC
C = concentrazione
Q = quantitV = volume
ALBUMINA MARCATAALBUMINA MARCATA
INULINAINULINA
HH22O DEUTERATAO DEUTERATA
PLASMA
LEC
VAT
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BILANCIO IDRICO NELLUOMO
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Bilancio idrico nelluomo
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Composizione dei compartimenti
Composizione dei compartimenti
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Composizione dei compartimenti
COMPARTIMENTI IDRICI
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In ogni organismo lacqua costituisce la maggior parte del peso corporeo, la sua percentuale
dipende dalla specie animale. In un uomo adulto ad es. costituisce circa il 60-70% del peso.
Lacqua corporea suddivisa in due compartimenti dalla presenza della membrana cellulare:
1) compartimento liquido intracellulare costituito dai liquidi presenti allinterno delle cellule.
2) compartimento liquido extracellulare costituito dai liquidi presenti allesterno delle cellule.
Infatti, negli organismi pluricellulari la maggior parte delle cellule non viene a contatto diretto
con lambiente esterno (acquatico od aereo) dal quale sono anzi protette (tegumenti, cuticole),
ma sono immerse in un ambiente interno extracellulare tipico, generalmente diverso in
composizione da quello esterno e meno soggetto a variazioni, utile per la distribuzione di
sostanze. La presenza di questo liquido extracellulare evita che qualsiasi perturbazione
dellambiente esterno si rifletta direttamente nel compartimento intracellulare, serve quindi aproteggere lambiente interno delle cellule.
COMPARTIMENTI IDRICI
Il compartimento liquido extracellulare pu essere: 1) Unico se non esiste un apparato
circolatorio chiuso (Invertebrati). Il liquido pu avere le stesse caratteristiche chimico fisiche del
liquido presente nellambiente esterno ovvero essere diverso.
2) Duplice se presente un sistema circolatorio chiuso. In questo caso le cellule sono bagnate dal
liquido interstiziale, che pur derivando dal sangue ne separato. Distinguiamo allora 2a)
compartimento del liquido circolante (il plasma) 2b) compartimento del liquido interstiziale.
COMPOSIZIONE COMPARTIMENTI IDRICI
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Il compartimento intracellulare ed extracellulare hanno una composizione chimica diversa, per
la presenza della membrana plasmatica che non solo selettivamente permeabile nei confrontidei diversi soluti, ma sede anche di trasporti attivi.
La composizione chimica del mezzo intracellulare abbastanza uniforme nei vari viventi. Il
mezzo extracellulare ha una composizione molto pi variabile.
COMPOSIZIONE COMPARTIMENTI IDRICI
Entrambi sono comunque sempre composti da acqua, sali inorganici e sostanze organiche.
Ciascun compartimento elettricamente neutro.
Le concentrazioni dei singoli ioni nei due compartimenti sono profondamente diverse.
Allinterno delle cellule vi una prevalenza di K+, Mg2+, fosfati ed acidi organici, proteinati.
Allesterno delle cellule invece si ritrova una maggiore concentrazione di Na+, Ca2+, Cl-, HCO3-.
La composizione del plasma sanguigno identica a quella del liquidio interstiziale, con lunica
eccezione rappresentata dalla presenza di una certa quantit di proteinati, che non si ritrovano
normalmente nel compartimento interstiziale, essendo queste macromolecole impermeabili
allendotelio dei vasi.
MEMBRANA PLASMATICA
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MEMBRANA PLASMATICA
Fosfolipidi
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Fosfolipidi
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COLESTEROLO
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COLESTEROLO
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Movimenti dei fosfolipidi nellambito deldoppio foglietto
b. Movimenti di flessionea. Movimenti di rotazione
M i ti diff i li
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Movimenti diffusionali
Rapporto lipidi-proteine
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pp p p
Proteine di membrana
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Proteine di membrana
Modalit con cui pu venir limitata la libert di
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Modalit con cui pu venir limitata la libert di
movimento delle proteine membranali
A: Formazione di ammassi
B: Interazione con struttureextracellulari
C: Interazione con il
citoscheletro
PROTEINE
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Proteine strutturali: mantengono la forma della cellula ancorandosi al citoscheletro e formano
connessioni fra le cellule che tengono uniti i tessuti.
Proteine enzimatiche: catalizzano reazioni chimiche e giocano un ruolo importante nel
trasferimento di segnali dallambiente extracellulare al citoplasma della cellula (trasduzione del
segnale).
Recettori: legano specificamente e selettivamente una molecola (ligando). Lunione recettore
ligando scatena un altro evento a livello di membrana, ad es. attivazione di un enzima dimembrana.
Trasportatori: permettono il passaggio di molecole idrofile attraverso la membrana. Sono
ulteriormente suddivisi in canali ionici e proteine carrier.
Le proteine canale possiedono un poro acquoso che collega i compartimenti intra- ed
extracellulare, consentono il passaggio di acqua e ioni.
Le proteine carrier legano molecole specifiche e le trasportano attraverso la membranacambiando conformazione.
CANALI E CARRIER
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CANALE PER IL K+
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CANALE PER IL K
FUNZIONI DELLE PROTEINE
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Trasporti nella membrana
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Trasporti informa libera
Trasportimediati
Diffusione
nella matricefosfolipidica
Migrazione
In canalimembranali
Diffusione
facilitata
Trasporto
attivoprimario
Trasporto
attivosecondario
Trasporti nella membrana
cellulare
Passivi
(equilibranti)
attivi
( non equilibranti)
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