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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



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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)