Fisiologia Umana: Processi Cellulari

Potenziale d'Azione

• Rapida e transitoria inversione del potenziale di membrana, essenziale per la comunicazione tra cellule eccitabili (neuroni e cellule muscolari).

• Fasi:

  • Depolarizzazione: il potenziale diventa meno negativo per l'apertura dei canali voltaggio-dipendenti per il sodio (Na+), che entra nella cellula.
  • Ripolarizzazione: il potenziale ritorna al valore di riposo per la chiusura dei canali per il sodio e l'apertura dei canali voltaggio-dipendenti per il potassio (K+), che esce dalla cellula.
  • Iperpolarizzazione: il potenziale diventa temporaneamente più negativo del potenziale di riposo, a causa della continua fuoriuscita di potassio.

• Soglia: livello di depolarizzazione necessario per innescare il potenziale d'azione.

• Periodo refrattario: periodo successivo a un potenziale d'azione in cui è difficile o impossibile generarne un altro.

  • Periodo refrattario assoluto: nessun potenziale d'azione può essere generato, indipendentemente dallo stimolo.
  • Periodo refrattario relativo: un potenziale d'azione può essere generato, ma richiede uno stimolo più forte del normale.

• Propagazione: nei neuroni, il potenziale d'azione si propaga lungo l'assone; la velocità dipende dal diametro dell'assone e dalla presenza di mielina.

  • Mielina: guaina isolante formata da cellule di Schwann (nel sistema nervoso periferico) o oligodendrociti (nel sistema nervoso centrale), aumenta la velocità di conduzione del potenziale d'azione.
  • Nodi di Ranvier: interruzioni della guaina mielinica dove si trovano i canali ionici voltaggio-dipendenti; il potenziale d'azione "salta" da un nodo all'altro (conduzione saltatoria), aumentando la velocità di propagazione.

Membrana Plasmatica

• Struttura che delimita la cellula, separando l'ambiente intracellulare da quello extracellulare.

• Funzioni:

  • Barriera selettiva: regola il passaggio di sostanze dentro e fuori dalla cellula.
  • Comunicazione cellulare: riceve segnali dall'esterno e li trasmette all'interno.
  • Supporto strutturale: mantiene la forma della cellula.

• Componenti:

  • Fosfolipidi: formano un doppio strato lipidico con teste polari idrofiliche rivolte verso l'ambiente acquoso e code apolari idrofobiche rivolte verso l'interno della membrana.
  • Proteine: possono essere integrali (inserite nel doppio strato lipidico) o periferiche (associate alla superficie della membrana); funzioni: trasporto, recettori per segnali chimici, enzimi e ancoraggio al citoscheletro.
  • Carboidrati: presenti sulla superficie esterna della membrana, legati a lipidi (glicolipidi) o proteine (glicoproteine); coinvolti nel riconoscimento cellulare e nella comunicazione.

• Trasporto attraverso la membrana:

  • Trasporto passivo: non richiede energia, avviene secondo il gradiente di concentrazione o elettrochimico.
    • Diffusione semplice: passaggio di piccole molecole apolari attraverso il doppio strato lipidico.
    • Diffusione facilitata: passaggio di molecole polari o ioni attraverso la membrana con l'aiuto di proteine trasportatrici (canali o carriers).
    • Osmosi: movimento di acqua attraverso una membrana semipermeabile da una regione a bassa concentrazione di soluti a una regione ad alta concentrazione di soluti.
  • Trasporto attivo: richiede energia (ATP), avviene contro il gradiente di concentrazione.
    • Trasporto attivo primario: utilizza direttamente l'ATP per trasportare le molecole; esempio: pompa sodio-potassio (Na+/K+ ATPasi).
    • Trasporto attivo secondario: utilizza l'energia immagazzinata nel gradiente di concentrazione di un'altra molecola per trasportare la molecola di interesse; esempio: cotrasporto (simporto e antiporto).
  • Trasporto vescicolare: richiede energia.
    • Endocitosi: ingresso di materiale nella cellula tramite la formazione di vescicole dalla membrana plasmatica.
      • Fagocitosi: ingestione di particelle solide.
      • Pinocitosi: ingestione di liquidi e piccole molecole.
      • Endocitosi mediata da recettori: ingestione selettiva di molecole che si legano a specifici recettori sulla membrana plasmatica.
    • Esocitosi: rilascio di materiale dalla cellula tramite la fusione di vescicole con la membrana plasmatica.

Sinapsi

• Giunzione tra due neuroni o tra un neurone e una cellula effettore (muscolare o ghiandolare) che permette la trasmissione del segnale.

• Tipi:

  • Sinapsi chimiche: il segnale viene trasmesso tramite neurotrasmettitori.
  • Sinapsi elettriche: il segnale viene trasmesso direttamente tramite giunzioni comunicanti (gap junctions).

• Sinapsi chimiche:

  • Elementi coinvolti:
    • Neurone presinaptico: neurone che invia il segnale.
    • Neurone postsinaptico: neurone che riceve il segnale.
    • Fessura sinaptica: spazio tra il neurone presinaptico e il neurone postsinaptico.
    • Neurotrasmettitori: sostanze chimiche che trasmettono il segnale attraverso la fessura sinaptica.
    • Recettori: proteine sulla membrana del neurone postsinaptico che si legano ai neurotrasmettitori.
  • Processo di trasmissione sinaptica:
    • Sintesi e immagazzinamento dei neurotrasmettitori nel neurone presinaptico.
    • Arrivo di un potenziale d'azione al terminale presinaptico.
    • Apertura dei canali voltaggio-dipendenti per il calcio (Ca2+).
    • Influx di calcio nel terminale presinaptico.
    • Fusione delle vescicole contenenti neurotrasmettitori con la membrana presinaptica e rilascio dei neurotrasmettitori nella fessura sinaptica (esocitosi).
    • Legame dei neurotrasmettitori ai recettori sulla membrana del neurone postsinaptico.
    • Apertura o chiusura di canali ionici sulla membrana postsinaptica, causando un cambiamento nel potenziale di membrana (depolarizzazione o iperpolarizzazione).
    • Terminazione del segnale: rimozione dei neurotrasmettitori dalla fessura sinaptica tramite:
      • Degradazione enzimatica.
      • Ricaptazione nel neurone presinaptico o nelle cellule gliali.
      • Diffusione fuori dalla fessura sinaptica.
  • Potenziali postsinaptici:
    • Potenziali postsinaptici eccitatori (EPSP): depolarizzazione della membrana postsinaptica, che aumenta la probabilità di generare un potenziale d'azione.
    • Potenziali postsinaptici inibitori (IPSP): iperpolarizzazione della membrana postsinaptica, che diminuisce la probabilità di generare un potenziale d'azione.
  • Integrazione sinaptica: Somma dei potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori a livello del cono di emergenza dell'assone per determinare se generare o meno un potenziale d'azione.

Comunicazione Cellulare

• Processo attraverso il quale le cellule interagiscono e si scambiano informazioni tra loro.

• Tipi:

  • Comunicazione diretta: avviene tramite giunzioni comunicanti (gap junctions) che permettono il passaggio diretto di molecole tra cellule adiacenti.
  • Comunicazione paracrina: una cellula rilascia segnali che agiscono su cellule vicine.
  • Comunicazione autocrina: una cellula rilascia segnali che agiscono su se stessa.
  • Comunicazione endocrina: le cellule rilasciano ormoni che vengono trasportati dal flusso sanguigno a cellule bersaglio distanti.
  • Comunicazione sinaptica: trasmissione del segnale tra neuroni tramite sinapsi.

• Fasi:

  • Sintesi e rilascio del segnale da parte della cellula emittente.
  • Trasporto del segnale alla cellula bersaglio.
  • Rilevamento del segnale da parte di recettori sulla cellula bersaglio.
  • Trasduzione del segnale: conversione del segnale extracellulare in un segnale intracellulare.
  • Risposta cellulare: cambiamento nell'attività della cellula bersaglio in risposta al segnale.
  • Terminazione del segnale: interruzione della risposta cellulare.

• Recettori:

  • Recettori di membrana: proteine sulla superficie della cellula che si legano a segnali idrofilici (che non possono attraversare la membrana plasmatica). Esempi: recettori accoppiati a proteine G, recettori tirosin-chinasi, canali ionici ligando-dipendenti.
  • Recettori intracellulari: proteine all'interno della cellula (nel citoplasma o nel nucleo) che si legano a segnali idrofobici (che possono attraversare la membrana plasmatica). Esempi: recettori per ormoni steroidei, recettori per ormoni tiroidei.

• Trasduzione del segnale:

  • Vie di trasduzione del segnale: sequenze di eventi intracellulari che amplificano e trasformano il segnale ricevuto dal recettore.
  • Secondi messaggeri: piccole molecole o ioni che trasmettono il segnale all'interno della cellula. Esempi: cAMP, cGMP, calcio (Ca2+), diacilglicerolo (DAG), inositolo trifosfato (IP3).
  • Proteine chinasi: enzimi che fosforilano altre proteine, attivandole o inattivandole.
  • Fosfatasi: enzimi che defosforilano le proteine, invertendo l'effetto delle chinasi.

• Risposta cellulare: Può includere cambiamenti nell'espressione genica, nel metabolismo, nella forma o nel movimento della cellula.

Esplora i processi cellulari fondamentali, inclusi il trasporto di membrana, i potenziali d'azione e l'omeostasi. Scopri i ruoli del reticolo sarcoplasmatico, dei recettori e del sistema nervoso. Approfondisci il sistema renina-angiotensina-aldosterone e il feedback nel sistema endocrino.