Il livello cellulare di
organizzazione: la
struttura cellulare
Cattedra di
Fisiologia Umana
1. La diversità delle cellule nel corpo umano
Le cellule del corpo hanno molte
differenti forme ed una varietà di
speciali funzioni.
Questi
esempi
danno
una
indicazione della varietà di forme e
dimensioni.
2. Diagramma per lo studio della struttura cellulare
3. La membrana cellulare
•
•
(a) Veduta diagrammatica di una struttura di membrana che mostra il
doppio strato di fosfolipidi e le proteine associate.
(b) La struttura di una membrana cellulare è simile a quella di una
micella. Le estremità idrofobiche delle molecole fosfolipidiche nella
membrana cellulare creano una barriera tra l'ambiente acquoso
intracellulare ed i fluidi extracellulari.
4. Diffusione attraverso le membrane cellulari
Piccoli ioni e molecole solubili
diffondono attraverso i canali
di membrana. Le molecole
liposolubili
possono
attraversare la membrana
diffondendo
attraverso
il
doppio strato fosfolipidico. Le
grandi molecole che non
sono liposolubili non possono
diffondere affatto attraverso
la membrana.
5. Osmosi
•
•
•
Fase 1: due soluzioni contenenti diverse concentrazioni di soluti sono separate da una
membrana selettivamente permeabile. Le molecole d'acqua (punti piccoli) iniziano ad
attraversare la membrana verso la soluzione con la più alta concentrazione di soluti (cerchi
più grandi) (soluzione B).
Fase 2a: in condizioni di equilibrio la concentrazione di soluti ai due lati di membrana è
uguale. Il volume della soluzione B è aumentato a spese della soluzione A.
Fase 2b: l'osmosi può essere prevenuta impedendo le modificazioni di volume.
L'ammontare della pressione richiesta per arrestare il flusso osmotico fornisce una misura
della pressione osmotica.
6. Flusso osmotico attraverso le
membrane cellulari
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(a) Poiché questi globuli rossi sono
immersi in una soluzione salina
isotonica non si verifica alcun flusso
osmotico e le cellule presentano il loro
normale aspetto.
(b) L'immersione in una soluzione salina
ipotonica dà origine ad un flusso
osmotico di acqua all'interno della
cellula. Il rigonfiamento può continuare
fino alla rottura della membrana
cellulare.
(c) L'esposizione ad una soluzione
ipertonica dà origine ad un movimento di
acqua diretto fuori dalle cellule. I globuli
rossi si raggrinzano e divengono rugosi.
7. Filtrazione e flusso di massa
• Nei vasi ematici più sottili la pressione
ematica spinge l'acqua ed i nutrienti
disciolti fuori del torrente circolatorio
verso il fluido interstiziale. Le proteine
ematiche sono troppo grandi per
attraversare le aperture tra le cellule che
circondano i vasi.
• Il flusso di massa si verifica poiché le
adiacenti molecole d'acqua sono attratte
l'una all'altra dalla formazione di legami
di idrogeno. Le molecole d'acqua
attraversano una membrana in gruppo
ed i soluti disciolti possono essere
trasportati.
8. Diffusione facilitata
In questo processo una molecola extracellulare
come il glucosio si lega ad un sito recettoriale
localizzato su una proteina vettrice. Il legame
modifica la forma della proteina che poi libera la
molecola permettendone la diffusione nel
citoplasma.
9. Il trasporto attivo: La pompa di scambio
sodio-potassio
L'azione della pompa Na+–K+ è
un esempio di trasporto attivo
che dipende dall'energia fornita
dall'ATP. Per ogni molecola di
ATP trasformata in ATP questa
pompa ionica trasporta tre ioni
NA+ fuori dalla cellula e due ioni
K+ all'interno della cellula.
10. Concentrazione dei gradienti attraverso la
membrana cellulare
Le dimensioni dell'abbreviazione per
ogni
ione
indicano
la
sua
concentrazione relativa. Le frecce
indicano la capacità relativa del
sodio e del potassio di attraversare
la membrana.
11. Meccanismi di unione cellulare.
• (a) In una giunzione serrata i legami delle proteine
di membrana creano una connessione
citoplasmatica tra le due cellule.
• (b) Una giunzione occludente è formata dalla
fusione degli strati esterni delle due membrane
cellulari.
• (c) In una giunzione intermedia le membrane sono
legate assieme da cemento intercellulare. Una
rete di microfilamenti rafforza la regione di
adesione.
• (d) Un desmosoma presenta una rete di
microfilamenti più organizzata. I desmosomi
fanno aderire una cellula ad un'altra e
attaccano una cellula a strutture extracellulari
come le fibre proteiche nel tessuto connettivo.
• (e) Un complesso giunzionale è costituito da una
giunzione occludente, una giunzione i
ntermedia e da un desmosoma. La giunzione
occludente è la più vicina alla superficie
cellulare.
Il livello cellulare di organizzazione:
meccanismi di controllo a livello
cellulare
Cattedra di
Fisiologia Umana
13. Attivazione energetica e funzione
enzimatica
L’attivazione energetica richiesta
dalla reazione è inferiore in
presenza
di
un
enzima
appropriato. Questo permette che
la reazione abbia luogo molto più
rapidamente, senza il bisogno di
condizioni
estreme
che
potrebbero danneggiare la cellula.
14. Vie metaboliche ed enzimi regolatori
Il primo stadio in ogni via metabolica o branca di essa è controllato da un enzima
regolatore diverso. Il destino del glucosio penetrato in una cellula è determinato
dall’attività degli enzimi regolatori che controllano le vie metaboliche.
15. Metabolismo cellulare
Le cellule ricavano
Molecole organiche dai
fluidi extracellulari e le
spezzano per ottenere
ATP. Solo circa il 40%
dell’energia rilasciata
attraverso il catabolismo
è catturata in ATP il
resto è perso
come calore. L’ATP
generato attraverso il
catabolismo fornisce
energia per tutte le
attività vitali cellulari
compreso l’anabolismo.
16. Glicolisi
La glicolisi spezza una molecola di
glucosio a 6 atomi di carbonio. Questo
processo coinvolge diverse fasi
enzimatiche con un guadagno netto di due
molecole di ATP per ogni molecola di
glucosio convertita a acido piruvico. Inoltre
due molecole due molecole del coenzima
NADH sono convertite a NADH2. Sia
l’acido piruvico che l’NADH2 possono
ancora facilmente dare energia attraverso
la respirazione aerobica. Il successivo
catabolismo dall’acido piruvico comincia
con la sua entrata nel mitocondrio. Dove
uno dei tre atomi di carbonio è rimosso
come biossido di carbonio gli altri due
sono legati al coenzima A che li trasporta
nel ciclo del TCA
17. Vie cataboliche alternative
19. Turnover metabolico e produzione
cellulare di ATP
