N° 2195
FONDAMENTI DI BIOLOGIA ANATOMIA E FISIOLOGIA
TEORIA ESERCIZI 2017-18
Centro Stampa
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Fondamenti di Fisiologia,Anatomia e Biologia.
• Piani anatomici: sono delle linee immaginarie che attraversano il corpo e sono utili per descrivere oggettivamente i movimenti e le posizioni del corpo. I piani anatomici sono tre:
Piano mediano: piano che taglia verticalmente il corpo in due parti;
Piano trasversale: piano che divide il corpo in due metà superiore e inferiore;
Piano frontale: piano che divide il corpo in parte anteriore e parte posteriore.
Tessuti
Il tessuto è un insieme di cellule aventi la stessa morfologia e la stessa funzione. Vengono generalmente divisi in quattro
categorie:
• Tessuto epiteliale
tessuto che riveste l'esterno del corpo (la pelle) e le varie cavità ed organi corporei. Gli epiteli si trovano ovunque occorra tenere separati due liquidi.
Alcune cellule epiteliali formano ghiandole,organi specializzati nella sintesi e secrezione di un prodotto. (es. ghiandola pituitaria,ghiandola surrenale.)
• Tessuto connettivo
ci si riferisce a qualsiasi struttura che abbia come funzione principale quella di fornire un supporto fisico ad altre strutture. (es. tendini,osso)
Nella maggior parte dei casi il tessuto connettivo è formato da cellule distanziate immerse in una massa di materiale non cellulare,chiamata matrice extracellulare. La matrice extracellulare contiene due importanti proteine fibrose quali l'elastina,che fornisce elasticità, e il collagene,che fornisce resistenza alla tensione e allo stiramento.
Il termine tessuto connettivo comprende anche fluidi come il sangue e linfa.
• Tessuto muscolare
tessuto eccitabile formato da cellule specializzate nella contrazione,chiamate fibre. Queste cellule si trovano nei muscoli di braccia,gambe ed altre parti del corpo i cui movimenti sono sotto il controllo volontario (muscolo scheletrico), ma si trovano anche in strutture ed organi che non sono sotto il controllo volontario (muscolo cardiaco e liscio).
• Tessuto nervoso
tessuto eccitabile in grado di produrre e condurre impulsi elettrici.
Questo tessuto è costituito da neuroni che sono specializzati nella trasmissione di informazioni sotto
L'omeostasi è il mantenimento di una condizione costante dell'ambiente interno. Dire che l'ambiente interno viene regolato per rimanere costante significa che la composizione, la
temperatura ed il volume del liquido extracellulare non cambiano significativamente. Il liquido extracellulare viene normalmente mantenuto ad una temperatura di circa 37 °C (la temperatura corporea normale).
Quando l'ambiente si riscalda,la temperatura corporea aumenta e questo aumento attiva dei meccanismi regolatori che riducono la temperatura corporea fino a riportarla a valori normali.
La temperatura è libera di variare in un intervallo relativamente ristretto, per questo motivo è una delle cosiddette variabili regolate.
Se una variabile regolata aumenta,il sistema risponde facendola diminuire;se al contrario si riduce, il sistema risponde facendola aumentare. I sistemi che si comportano in questo modo vengono definiti sistemi a feedback negativo.
La maggior parte dei meccanismi di regolazione omeostatica produce degli aggiustamenti quando esistono delle differenze tra il valore reale di una variabile regolata e il valore desiderato, chiamato set point. Ogni differenza costituisce un segnale d'errore. Per poter funzionare in maniera corretta un meccanismo omeostatico deve essere in grado di rilevare le oscillazioni della variabile regolata, capacità assicurata dai sensori, cellule sensibili ai cambiamenti delle variabili. I sensori inviano segnali al centro integrativo il quale manda risposte in uscita tramite gli effettori. Un esempio di sistema a feedback negativo è il riflesso barocettivo nella regolazione della pressione arteriosa.
Esistono anche sistemi a feedback positivo. La risposta dei sistemi a feedback positivo va nella stessa direzione del cambiamento della variabile che l'ha prodotta. Il feedback positivo è utile ad alcuni meccanismi fisiologici per permettere ad una variabile di cambiare molto rapidamente in risposta ad uno stimolo. Vi sono comunque fattori che agiscono per arrestare il feedback positivo rimuovendo lo stimolo iniziale o limitando la capacità di risposta allo stimolo. Vari esempi di sistemi a feedback positivo sono: il parto,l'apertura dei canali sodio nei potenziali d'azione (depolarizzazione della membrana), la coagulazione del sangue.
Biologia della cellula
La cellula è l'unità essenziale di ogni essere vivente. Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule;
alcuni sono costituiti da un'unica cellula (organismi unicellulari) ed altri da un insieme molto grande (organismi pluricellulari).
Le cellule non contengono tutte gli stessi organelli; si fa distinzione tra procarioti, ossia organismi sprovvisti di nucleo, ed eucarioti, organismi con cellule provviste di nucleo.
Struttura della cellula
Le cellule si differenziano in oltre 200 tipi diversi ognuno dei quali ha una funzione specifica.
Le cellule hanno gli stessi costituenti di base.
La membrana plasmatica Questa membrana separa la cellula dal suo ambiente esterno. Dal punto di vista strutturale la membrana
plasmatica viene anche definita
a mosaico fluido. E' costituita da un doppio strato fosfolipidico, dove le teste dei fosfolipidi sono idrofile e le code sono idrofobe. Questa caratteristica consente la fluidità della membrana perché i fosfolipidi e le altre molecole non
sono legate chimicamente tra loro. Viene definito mosaico perché sul mare fosfolipidico sono presenti proteine di membrana, le quali possono essere proteine integrali di membrana e proteine periferiche di membrana.
Mitocondri
I mitocondri sono delimitati da due membrane, una esterna ed una interna.
La membrana esterna forma una barriera con il citosol mentre la membrana interna divide il mitocondrio in due compartimenti:lo spazio intermembrana e la matrice mitocondriale.
Sono generatori di energia chimica per la cellula.
interviene nella sintesi dei lipidi.
Apparato del Golgi
L'apparato del Golgi è composto da sacculi appiattiti delimitati da membrana,detti cisterne. Questo apparato è strettamente legato da un lato al reticolo endoplasmatico (lato cis, il lato ricevente) e dall'altro lato alla membrana plasmatica (lato trans, il lato distribuente).
Citoscheletro
E' una rete flessibile di proteine fibrose (dette filamenti) che fornisce resistenza e sostegno alle cellule, quindi la funzione principale del
citoscheletro è il supporto meccanico e strutturale.
I filamenti che lo compongono sono i
microfilamenti,i filamenti intermedi e i microtubuli.
La classificazione si basa sul loro diametro.
I microfilamenti sono composti da actina.
I filamenti intermedi sono costituiti da cheratina (peli e capelli) oppure miosina (cellule muscolari).
I microtubuli sono composti da tubulina α e tubulina β. I microtubuli sono i componenti di ciglia e flagelli.
Nucleo
Il nucleo contiene il materiale genetico della cellula stessa, il DNA. Il Dna si trova sotto forma di cromatina. Intorno al nucleo vi è l'involucro nucleare, a sua volta formato da due membrane. Queste membrane si fondono tra di loro lasciando spazi aperti definiti pori nucleari. All'interno del nucleo vi è una struttura chiamata nucleolo, sito in cui avviene la sintesi di RNA ribosomale.
I nucleotidi contengono un carboidrato a cinque atomi di carbonio, una base azotata e uno o più gruppi fosfato. Tra i polimeri di nucleotidi vi sono gli acidi nucleici che garantiscono la
conservazione e l'espressione dell'informazione genetica: l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA).
Le basi azotate dei nucleotidi vengono suddivise in due classi:
• pirimidine: contengono un singolo anello di atomi di carbonio citosina,timina ed uracile;
• purine: contengono un doppio anello di atomi di carbonio adenina,guanina;
Il DNA può essere definito come una doppia catena polinucleotidica,antiparallela,orientata (poiché il DNA ha una certa polarità),complementare,spiralizzata,informazionale.
Le basi azotate appartenenti al DNA sono l'adenina,la citosina,la guanina e la timina e si accoppiano secondo la legge della complementarietà delle basi azotate che afferma che tutte le volte che in cui i due filamenti di acidi nucleici sono legati da legami idrogeno, la guanina di un filamento è sempre appaiata alla citosina del filamento
opposto, mentre l'adenina è appaiata alla timina del filamento opposto. Le terminazioni dei filamenti vengono indicate come 3' o 5', dove 3' corrisponde al carboidrato terminale e 5'
corrisponde al fosfato terminale.
L'RNA è formato da un singolo filamento di nucleotidi. Il carboidrato dell'RNA è il ribosio e le basi azotate sono la citosina,l'adenina,la guanina e l'uracile.
La complementarietà delle basi azotate è
necessaria per sintetizzare l'RNA dal DNA nella fase della trascrizione.
Replicazione del DNA
Ogni filamento di DNA funziona da stampo per la sintesi di un nuovo filamento. Questo processo è definito come semiconservativo
in quanto in ogni nuova molecola di DNA vi è un filamento vecchio unito ad un filamento nuovo.
Il processo di replicazione inizia con l'azione dell'elicasi, un enzima che srotola il DNA formando una forcella di replicazione. I nucleotidi sono presenti liberi nel nucleo nella loro forma trifosfato e si allineano al nuovo filamento in crescita secondo la legge della complementarietà, così che agisca l'enzima DNA polimerasi il quale catalizza una reazione che aggiunge il nuovo nucleotide alla catena polinucleotidica in crescita.
La DNA polimerasi catalizza la replicazione solo in direzione 5' → 3'. Il nuovo filamento
sintetizzato viene chiamato filamento leading. Per il filamento 3'→5' la DNA polimerasi catalizza parti del nuovo DNA in direzione 5' → 3' formando alcuni segmenti chiamati frammenti di
Okazaki. La DNA ligasi unisce i frammenti di Okazaki per formare il filamento lagging (ritardato).
La replicazione del DNA è molto precisa ma è possibile che si verifichino alterazioni del DNA chiamate mutazioni.
Sintesi proteica
complementare a tre basi dell'mRNA chiamata codone, che codifica per lo stesso amminoacido.
In ogni filamento di mRNA si trova uno specifico codone detto codone di inizio AUG che codifica per l'amminoacido metionina.
Trascrizione Il primo
passaggio è costituito dallo srotolamento della doppia elica di DNA e dalla sua separazione in due filamenti in corrispondenza del tratto in cui si verifica la trascrizione. La porzione di DNA con il gene è identificata per mezzo della sequenza promotrice, una specifica sequenza a cui si lega l'RNA polimerasi e che ne definisci la direzione. I due filamenti di DNA si separano ed espongono le loro basi all'accoppiamento complementare con nucleotidi liberi. L'RNA polimerasi catalizza
conducendo alla formazione di un polinucleotide chiamato pre-mRNA.
All'interno di un gene ci sono regioni con basi in eccesso che devono essere rimosse, chiamate introni. I restanti segmenti codificanti chiamati esoni vengono uniti tra loro;questo fenomeno è detto splicing (montaggio) ed è tipico degli organismi eucariotici. Nella fase post-trascrizionale è presente anche l'aggiunta di due elementi quali un gruppo chimico chiamato cappuccio (CAP) all'estremità 5',necessario per l'inizio della traduzione, e una coda poli(A) all'estremità 3' allo scopo di proteggere l'mRNA dalla degradazione nel citoplasma.
Traduzione
Avviene nel citoplasma grazie alla presenza dei ribosomi. I ribosomi allineano l'mRNA con i tRNA che trasportano gli amminoacidi corrispondenti ad una determinata sequenza di basi e contengono gli enzimi che catalizzano la formazione di legami peptidici tra gli amminoacidi per poter formare un polipeptide.
Il primo passaggio della traduzione è definito inizio: determinati fattori di inizio si legano al CAP, mentre altri fattori di inizio formano un complesso con la subunità ribosomale minore e con un tRNA carico provvisto di un anticodone complementare al codone di inizio (AUG). Gli enzimi nel ribosoma catalizzano la formazione di un legame peptidico. La prima molecola di tRNA è rilasciata dal sito P del ribosoma. A questo punto il ribosoma si sposta di un codone lungo l'mRNA,
posizionando il secondo tRNA nel sito P. Un nuovo tRNA occupa il sito A,portando il successivo amminoacido che verrà aggiunto alla catena polipeptidica.
Ciclo cellulare
Il ciclo cellulare di una cellula può essere diviso in due periodi: l'interfase e la divisione cellulare.
L'interfase è il periodo che intercorre tra due successive divisioni cellulari;
può essere suddivisa in quattro fasi:
G0,G1,S e G2. Nella fase G0 la cellula non compie azioni implicate nella divisione cellulare. Nella fase S si verifica la replicazione del DNA. Dopo la fase G2 la cellula inizia la divisione cellulare.
La divisione cellulare viene a sua volta divisa in due fasi:
la mitosi e la citochinesi.
La mitosi comprende due fasi distinte:
• profase: il DNA è stato replicato e condensato sotto forma di
cromosomi;
• prometafase: l'involucro nucleare si disgrega, i centrioli si muovono nei poli opposti della cellula ed il fuso mitotico incomincia a svilupparsi fra i centrioli;
• metafase: le coppie di cromosomi si allineano sull'asse centrale della cellula e si attaccano al fuso mitotico a livello dei loro centromeri;
• anafase: i cromatidi fratelli di ogni coppia di cromosomi si separano e si spostano ai poli opposti della cellula muovendosi lungo il fuso mitotico;
• telofase: l'involucro nucleare si riforma,il fuso mitotico si disgrega.
La citochinesi è la divisione del citoplasma. Il citoplasma inizia a dividersi durante le ultime fasi della mitosi.
Segnali elettrici nel sistema nervoso
Meccanismi di trasporto
Il trasporto di molecole attraverso una membrana viene detto attivo se richiede energia e passivo se non la richiede. Il trasporto di molecole segue gli stessi principi delle reazioni chimiche: movimenti spontanei (passivi) avvengono da uno stato ad alta energia ad uno a bassa energia. L'energia di una soluzione dipende dalla concentrazione del soluto; l'energia aumenta all'aumentare della
concentrazione di soluto.
Le forze che guidano i trasporti sono di tre tipi:
• forze chimiche: quando vi è una differenza di concentrazione ai due lati di una membrana;
• forze elettriche: quando vi è una differenza di potenziale elettrico ai due lati di una membrana, detto potenziale di membrana. Nel liquido intracellulare ed extracellulare i cationi e gli anioni sono presenti in numero diverso,per cui questi due ambienti non sono elettricamente neutri. Per la maggior parte delle cellule il potenziale di membrana vale -70 mV;
l'ampiezza del potenziale di equilibrio e del potenziale di membrana: se sono uguali,la forza elettrochimica è nulla e lo ione è in equilibrio; altrimenti se il potenziale di equilibrio è maggiore del potenziale di membrana la forza chimica è maggiore della forza elettrica e la forza elettrochimica agirà nel senso della forza chimica,invece se il potenziale di equilibrio è minore del potenziale di membrana la forza elettrica sarà maggiore della forza chimica, quindi la forza elettrochimica agirà nel senso della forza elettrica.
Diffusione ed osmosi
La diffusione semplice è il trasporto di molecole attraverso il doppio strato lipidico di una membrana biologica. I fattori che
influenzano la velocità di trasporto mediante diffusione sono tre:
l'ampiezza della forza motrice,la superficie della membrana e la permeabilità della membrana. La permeabilità delle membrane cellulari è
influenzata dai seguenti fattori: la solubilità nei lipidi della sostanza che diffonde, la dimensione e la forma delle molecole che diffondono,la temperatura e lo spessore della membrana.
L'osmosi è il flusso di qualsiasi solvente attraverso una membrana semipermeabile che si genera in risposta ad una differenza di potenziale chimico tra i due lati della membrana. Nel corpo umano il solvente principale è l'acqua. La concentrazione dell'acqua all'interno della cellula è minore di quella esterna. In condizioni corporee normali, la concentrazione dell'acqua è 55,5 molare e la concentrazione dei soluti è circa 0,3 molare.
La concentrazione totale di particelle di soluti in una soluzione viene chiamata osmolarità.
Una mole di soluto viene detta osmole. In fisiologia si usano spesso i termini milliosmole e milliosmolare. Due soluzioni con identica osmolarità vengono dette isoosmotiche, di conseguenza si definisce iperosmotica una soluzione la cui osmolarità è maggiore di un'altra e ipoosmotica una soluzione la cui osmolarità è minore di un'altra.
La pressione osmotica di una soluzione è una misura indiretta della concentrazione dei soluti presenti e viene espressa in unità di pressione.
Quando l'acqua si muove per osmosi da basse
concentrazioni di soluto ad alte concentrazioni, l'acqua si muove contro un gradiente di pressione osmotica.
La tonicità di una soluzione è determinata dalla maniera in cui essa influisce sul volume cellulare e ciò non dipende solo dalla concentrazione dei soluti, ma anche dalla capacità dei soluti di permeare le membrane cellulari. Una soluzione viene detta isotonica quando non altera il volume cellulare.
Una soluzione che provoca il raggrinzimento delle cellule è detta ipertonica mentre una soluzione che provoca rigonfiamento è detta ipotonica.
Per esempio, in caso di una forte emorragia, viene somministrata al paziente della soluzione fisiologica chiamata soluzione salina isotonica per ricostruire il volume perduto in attesa di una
trasfusione di sangue; oppure l'iperglicemia genera una iperosmoticità ed ipertonia del fluido extracellulare, che causa il raggrinzimento delle cellule corporee.
Proteine di membrana
La membrana cellulare è caratterizzata da proteine che hanno un ruolo importante nel trasporto di ioni. Alcune fungono da trasportatori ed altre da canali ionici. I trasportatori,che sono di tipo attivo,generano un gradiente mentre i canali ionici,che sono di tipo passivo, dissipano il gradiente.
Cellule del sistema nervoso
Il sistema nervoso è composto da due principali tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali.
I neuroni sono cellule eccitabili che comunicano trasmettendo impulsi elettrici. Le cellule eccitabili sono capaci di produrre ampi e rapidi segnali elettrici definiti potenziali d'azione. Le cellule gliali compongono il 90 % del sistema nervoso e svolgono funzioni di supporto strutturale e metabolico per i neuroni.
Neuroni
