Biologia Cellulare: Struttura della Cellula

La cellula è composta da: nucleo, citoplasma e membrana cellulare
Il liquido extracellulare è caricato positivamente, mentre il liquido intracellulare (o citoplasma) è ricco di cariche negative
Nel lato esterno della cellula c'è una concentrazione maggiore di sodio (Na+), cloro (Cl-) e calcio (Ca2+), mentre il potassio (K+) è più concentrato nel citoplasma che nel liquido extracellulare

L'omeostasi indica la capacità dell'organismo di mantenere una stabilità interna
Essa viene mantenuta attraverso dei sistemi di regolazione, quali:
- Feedback negativo: l'organismo risponde contrastando l'effetto dello stimolo destabilizzante
- Feedback positivo: l'organismo risponde rinforzando l'azione dello stimolo iniziale
- Feedforward (controllo anticipatorio): l'organismo innesca il circuito di risposta in anticipo rispetto al cambiamento

Le membrane cellulari sono selettivamente permeabili
Esistono due tipi di trasporto:
- Trasporto passivo: processo che sposta le molecole lungo il loro gradiente di concentrazione e non richiede apporto di energia
- Trasporto attivo: processo che sposta le molecole contro il loro gradiente di concentrazione e richiede l'utilizzo di energia
Il trasporto passivo comprende:
- Diffusione semplice: diffusione diretta attraverso il doppio strato lipidico della membrana
- Diffusione facilitata: diffusione mediante l'aiuto di proteine di membrana
- Diffusione regolata: diffusione tramite canali ionici, che regolano il movimento degli ioni
Il trasporto attivo comprende:
- Trasporto attivo primario: l'energia necessaria deriva direttamente dall'idrolisi dell'ATP
- Trasporto attivo secondario: sfrutta l'energia ricavata nel gradiente di concentrazione di una molecola

Il potenziale di membrana è il disequilibrio elettrico e chimico fra il liquido extracellulare e quello intracellulare
Il potenziale di riposo è il potenziale di membrana in condizioni di non stimolazione (-70mV)
Il potenziale d'azione è una rapida variazione del potenziale di membrana verso un valore positivo, con conseguente ritorno al potenziale di riposo
Il periodo refrattario corrisponde al periodo di tempo che segue un potenziale d'azione, durante il quale uno stimolo normale non può generare un secondo potenziale d'azione

L'equazione di Nerst descrive il potenziale di equilibrio di un singolo ione
L'equazione di Goldman-Hodgkin-Katz calcola il potenziale di membrana a riposo risultante dal contributo di tutti gli ioni che possono attraversare la membrana

Il sistema nervoso comprende il sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) e il sistema nervoso periferico
L'encefalo, a sua volta, è formato da: prosencefalo, tronco encefalico e cervelletto

Il neurone è l'unità funzionale del sistema nervoso e ha la funzione di ricevere, elaborare e trasmettere informazioni ad altri neuroni mediante impulsi nervosi
Il neurone è formato da un corpo cellulare o soma, da un assone, specializzato nella conduzione rapida di un segnale nervoso, e da molti dendriti, che rappresentano il sito principale per la ricezione dei segnali da altri neuroni
Esistono diversi tipi di neuroni:
- Sensitivi (afferenti): raccolgono stimoli sensoriali e trasmettono l'informazione dal SNP al SNC
- Motori (efferenti): inviano impulsi motori dal SNC al SNP

La sinapsi è il punto di connessione tra due o più neuroni che consente l'elaborazione dell'informazione nervosa e la trasmissione del segnale
Esistono due tipi di sinapsi:
- Sinapsi elettrica: permette la trasmissione quasi istantanea di un segnale elettrico tra due neuroni adiacenti per mezzo di proteine integrali
- Sinapsi chimica: la più diffusa; a differenza della sinapsi elettrica, tra i neuroni è presente uno spazio sinaptico chiamato fessura sinaptica, dove vengono rilasciati i neurotrasmettitori

Nel corpo umano ci sono tre tipi di tessuto muscolare: scheletrico, cardiaco e liscio
Le cellule che compongono il tessuto scheletrico sono le fibre muscolari, le quali a loro volta sono formate da: sarcoplasma, sarcolemma (membrana plasmatica), tuboli T (invaginazioni del sarcolemma), reticolo sarcoplasmatico, miofibrille → strutture filamentose organizzate in sarcomeri

La contrazione muscolare è il risultato di una serie di eventi che portano all'attivazione delle proteine contrattili
Gli eventi che portano alla contrazione sono:
- Il rilascio dell'acetilcolina (neurotrasmettitore) nella giunzione neuromuscolare
- L'apertura dei canali del sodio e la depolarizzazione della membrana
- La propagazione del potenziale d'azione lungo il sarcolemma e nei tuboli T
- L'apertura dei canali del calcio e l'entrata del Ca2+ nel citoplasma
- La formazione del ponte acto-miosinico e la contrazione muscolare

Il sistema cardiocircolatorio è formato dal cuore e dai vasi sanguigni, quali arterie, vene e capillari
Il cuore è diviso in quattro camere: due atri e due ventricoli

La contrazione cardiaca è generata dalle cellule miocardiche specializzate, denominate cellule pacemaker
Il sistema nervoso può far accelerare o rallentare i battiti del cuore, ma non può generarli
Le fasi che portano alla contrazione cardiaca sono:
- L'attivazione spontanea delle cellule pacemaker
- L'apertura dei canali del sodio e la depolarizzazione della membrana
- La formazione del potenziale pacemaker
- La propagazione del potenziale d'azione lungo il miocardio
- La contrazione muscolare e la pompa del cuore### Scambio e trasporto dei gas polmonari
L'aria inspirata raggiunge gli alveoli con una pressione parziale di ossigeno di 100mmHg e una pressione parziale di anidride carbonica di 40mmHg
L'ossigeno si diffonde dagli alveoli verso i capillari
L'ossigeno è trasportato nel sangue disciolto nel plasma (piccole quantità) o legato all'emoglobina all'interno dei globuli rossi (grande quantità)
L'ossigeno viene rilasciato dall'emoglobina e si diffonde nelle cellule
Nelle cellule avviene la respirazione cellulare, che consuma l'ossigeno e produce anidride carbonica come sostanza di scarto
La PO2 si abbassa a 40mmHg, mentre la pressione PCO2 si alza a 46mmHg

Il grafico mostra il grado di affinità dell'emoglobina all'ossigeno
La curva dell'affinità può essere modificata da vari fattori, come la temperatura, la PCO2 e il pH

La prima legge termodinamica stabilisce la conservazione dell'energia nel corpo umano, sistema aperto
La seconda legge termodinamica stabilisce che tutto tende verso disordine, aumentando l'entropia
L'ATP è la moneta di scambio di energia e viene prodotto tramite due reazioni: glicolisi e ciclo di Krebs
La glicolisi avviene nel citoplasma e produce ATP e piruvato
La glicolisi non richiede ossigeno e produce solamente 2 molecole di ATP per molecola di glucosio
Il ciclo di Krebs avviene a livello mitocondriale e richiede la presenza di ossigeno
Il ciclo di Krebs produce 30/32 molecole di ATP per molecola di glucosio
L'energia viene estratta dai nutrienti in 3 fasi:
- Produzione di acetil-CoA a partire da piruvato, amminoacidi e acidi grassi
- Acetil-CoA viene ossidato durante ciclo di Krebs
- NADH e FADH2 raccolgono e trasportano elettroni e protoni nella catena respiratoria mitocondriale per la produzione di ATP