• La sopravvivenza degli organismi in
particolare di quelli complessi come
l’uomo è in gran parte dipendente
dalle loro capacità di rispondere
adeguatamente,
sia
sul
piano
metabolico che comportamentale a
stimoli esogeni ed endogeni di varia
natura, tra cui, quelli molto importanti
associati all’apparato sensoriale .
A queste risposte sono preposti:
• Il sistema nervoso
• Il sistema endocrino ed immunitario
Tessuto nervoso
• I componenti principali del tessuto
nervoso sono:
èLe cellule nervose o neuroni,
neuroni cellule
eccitabili
èLe cellule gliali o glia,
glia non eccitabili
• Il sistema nervoso rappresenta nell’uomo
solo il 2,5% del peso corporeo e di questo
i 9/10 appartengono al cervello.
• Nonostante questo:
è riceve il 15% della gittata cardiaca
è consuma il 20% di O2 totale
è utilizza il 25% di glucosio totale
• Quindi
il
cervello
è
l’organo
metabolicamente
più attivo dell’organismo per l’elevata
richiesta energetica
Neuroni
• I neuroni hanno la peculiarità di generare e
trasmettere l’impulso nervoso.
• Sono presenti nel tessuto nervoso centrale e
periferico in molti differenti tipi. Si
distinguono in:
èNeuroni sensoriali (addetti a recepire
segnali)
èInterneuroni (che elaborano ed integrano i
segnali)
èNeuroni Motori (che ricevono i segnali da
quelli sensoriali o interneuroni e li
trasmettono come stimoli alle fibre
muscolari o a cellule recettive
Cellule gliali o Glia
• Hanno una funzione di protezione in quanto
circondano i neuroni e offrono in tal modo
un’azione di supporto meccanico e di
assistenza metabolica.
• Si distinguono in cellule:
èMacrogliari:
Macrogliari astrociti, oligodendrociti
(cellule di Schwann)
èMicrogliari
• Le cellule gliali nell’adulto superano
numericamente i neuroni nel rapporto di
10:1
• Sono
piccole
cellule
ubiquitarie,
interposte tra neurone e neurone e fra
capillari sanguigni.
• Oltre a funzioni di sostegno e assistenza
metabolica, sono deputate:
èalla formazione di tessuto cicatriziale
èal controllo del fluido extracellulare
èalla difesa contro sostanze estranee
L’insieme delle cellule endoteliali dei capillari e l’involucro
delle cellule gliali costituisce la cosiddetta “Barriera
ematoencefalica”
ematoencefalica che agisce da filtro selettivo fra il sangue e le
cellule neuronali. Lo scambio di metaboliti tra astrociti e
neuroni è molto intenso.
Neurone
• E’ costituito da un
corpo cellulare detto
soma e da più o meno
folte ramificazioni
denominate dendriti.
• Il soma e i dendriti
costituiscono l’area
ricevente
• Dal soma si diparte una
lunga estensione
filiforme detta assone
Una volta sviluppati e
differenziati i neuroni
cessano di duplicarsi, il
nucleo sintetizza RNA
per la sintesi proteica,
ma non DNA.
Questo spiega la scarsa
o nulla capacità di
riparazione delle cellule
nervose.
Il soma contiene
mitocondri che
producono
ATP per sostenere la
propagazione degli
impulsi nervosi.
Nell’assone sono
presenti dei microtubi
nei quali possono
scorrere proteine,
lipidi ed altre sostanze
(neurotrasmettitori)
sintetizzati nel soma e
destinati alla pre-sinapsi.
Questo movimento viene
chiamato flusso assonale
che può essere lento o
veloce
• Per tutta la sua lunghezza l’assone è rivestito
da una guaina mielinica che ha proprietà
isolanti e consente un rapido movimento del
segnale.
• La guaina si interrompe nei nodi del Ranvier
dove hanno sede i canali del Na+ a contatto
con l’ambiente extracellulare.
Composizione del tessuto
nervoso
• Il contenuto di acqua nel tessuto nervoso è
notevole:
èla sostanza grigia, ricca di neuroni, ne contiene
circa l’85%
èla sostanza bianca ricca di fibre nervose
mielinizzate ne contiene circa il 70%
• La parte del peso secco più abbondante è
costituita dai lipidi (semplici e complessi)
• Le proteine costituiscono circa il 40% del peso
secco
• I neuroni hanno
pochissimo glicogeno,
quantità maggiore è presente negli astrociti
Trasmissione del segnale
• Gli impulsi nervosi vengono trasmessi
da cellula a cellula, attraverso le
terminazioni nervose denominate:
sinapsi
che permettono il collegamento di ogni
neurone con altri neuroni o con cellule
di tipo diverso come il muscolo
scheletrico, il muscolo liscio o una
ghiandola endocrina
Genesi dell’impulso nervoso
• Una corrente elettrica è determinata da
un flusso di elettroni. Tutte le cellule
viventi, nervose e non, hanno un
piccolo eccesso di molecole cariche
negativamente
all’interno
rispetto
all’esterno.
• La cellula nervosa presenta una
differenza di potenziale tra i due lati
della membrana cellulare che è pari a:
-70 mVolt
• Questa differenza di potenziale viene
definita come di :
riposo o Potenziale di membrana
Questa differenza di potenziale è
dovuta
ad
una
differente
concentrazione di ioni nei due
comparti:
èquello interno al neurone
(lato citoplasmatico)
è quello esterno al neurone
(lato interstiziale)
Nel primo c’è una maggior
concentrazione di K+ ma soprattutto di
grosse proteine a carica negativa.
Nel secondo (extracellulare) vi è una
maggior concentrazione di Na+ e Cl-
K+
-
Na+
-
Cl-
Cl-
K+
Na+
Na+
-
K+
-
-
Na+
Cl-
K+
K+
-
Cl-
Cl-
-
K+
K+
Na+ Cl-
Na+
Cl-
-
K+
-
Na+
Na+ Cl-
-70 mV
-
Membrana
Assone
Trasmissione del segnale
• Se uno stimolo viene applicato all’assone
questo perturba la membrana.
• Alcune specifiche proteine presenti sulla
membrana definite “proteine recettoriali”
recettoriali
modificano
la
loro
conformazione
determinando una apertura:
• che porta all’ingresso massiccio di ioni Na+,
per gradiente ( e la parziale uscita di ioni K+)
• Questa entrata massiccia determina una
modificazione del potenziale che si innalza
arrivando a + 40 mV
• Generando un Potenziale d’azione
Proteine a controllo di potenziale
• A livello dei nodi del Ranvier vi è una
abbondanza di proteine recettoriali che
subiscono modificazioni conformazionali
a causa di uno stimolo elettrico
+
Na+
+40
• Il potenziale d’azione permane per
pochissimo tempo in quanto il Na+
entrato viene rapidamente ripompato
all’esterno, e di conseguenza il K+
riportato all’interno per l’intervento di
specifiche
proteine
di
membrana
denominata:
Pompa Na+/K+ - ATPasi
• che
consumando
ATP
riportano
all’esterno il Na+ e all’interno il K+,
riportando in tal modo il potenziale al
valore di riposo:
-70 mV
La pompa Na/K ATP
asi porta all’esterno
3Na+ scambiandoli
con 2 K+ che
rientrano nel
neurone riportando
in tal modo il
potenziale al valore
di riposo. Questo
meccanismo prevede
il consumo di 1 ATP
• Questa polarizzazione della membrana si
propaga lungo l’assone come un’onda
fino ad arrivare alla terminazione
nervosa, dove potrà venir trasmessa al
neurone adiacente.
• Il punto di contatto tra neurone e
neurone (o fibra muscolare) avviene a
livello delle sinapsi
• Abbiamo una pre-sinapsi (costituita dal
neurone afferente)
• e una post-sinapsi (legata al neurone
efferente)
La sinapsi
La sinapsi è la struttura che connette l’estremità distale di un
neurone con un dendrite o il soma del neurone successivo o più
in generale con una cellula recettoriale.
La trasmissione del segnale a livello sinaptico può essere:
elettrica
chimica
Le sinapsi contengono delle vescicole nelle quali sono presenti i
neurotrasmettitori
Pre -sinapsi
Post -sinapsi
Sinapsi elettrica
• Le
sinapsi
elettriche
si
formano
essenzialmente tra neuroni a livello cerebrale
e nell’ippocampo.
• La membrana avvolgente l’estremità distale
di un neurone afferente è a stretto contatto
con quella del neurone efferente.
• Per cui le variazioni ioniche che hanno
colpito la membrana del neurone afferente
vengono immediatamente trasmesse alla
membrana del neurone efferente: si tratta di
un processo rigido non modulabile
Sinapsi chimiche
• La sinapsi chimica prevede il rilascio
da parte della terminazione nervosa del
neurone afferente detta pre-sinapsi di
un
composto
di
derivazione
aminoacidica
denominato
neurotrasmettitore che va a interagire
con la membrana post - sinaptica (del
neurone efferente) determinando una
modificazione di alcune proteine di
membrana che permettono l’ingresso
di ioni e di conseguenza la variazione
del potenziale di membrana
Proteine Recettoriali
• La trasmissione del segnale tra neurone
e neurone viene mediata da proteine
recettoriali poste sulla membrana della
terminazione nervosa.
• Esistono due differenti e distinte
categorie:
èRecettori legati a canali ionici
èRecettori non legati a canali ionici
Ligando
Na+
Il neurotrasmettitore
(ligando) si lega ad un
recettore della
membrana del neurone
adiacente e modifica la
struttura del recettore
Questo determina
un’apertura lungo la
quale possono inserirsi
gli ioni Na+
Il (ligando) neurotrasmettitore si lega recettore che viene
attivato e produce, all’interno del neurone un secondo
messaggero, ad esempio AMP ciclico che attiva una protein
chinasi che a sua volta fosforila una proteina “canale” che
cambia conformazione, “si apre” e gli ioni Na+ possono entrare
nel neurone
Actina
cAMP
Sinapsina
Neurotrasmettorori
• Sono noti almeno 30 neurotrasmettitori,
ciascuno dotato di attività o attivatoria
od inibitoria.
Quelli più comuni sono:
èAcetilcolina (le fibre nervose che la
utilizzano sono dette colinergiche)
èNoradrenalina (le fibre nervose che la
utilizzano sono dette adrenergiche)
• Tutte le fibre nervose che innervano i
muscoli volontari (neuroni motori) sono
colinergiche.
• Tutte le fibre nervose che innervano i
muscoli involontari sono in parte
colinergiche e adrenergiche.
Ad esempio: le fibre che afferiscono ai
muscoli
lisci
stimolandoli
sono
colinergiche; quelle che vi afferiscono
inibendoli sono adrenergiche.
• La noradrenalina agisce come neuro
trasmettitore nel sistema nervoso
simpatico ed in alcune zone del sistema
nervoso centrale.
• La serotonima è il neurotrasmettitore dei
neuroni ipotalimici adibiti al controllo del
sonno, della fatica e delle percezioni
sensoriali
• La dopamina è il neurotrasmettitore dei
neuroni che fanno capo al sistema
reticolato del corpo striato, una regione
dell’encefalo adibita al controllo dei
movimenti.
Metabolismo del tessuto nervoso
n
n
n
Come già sottolineato il cervello consuma il
20% dell’ossigeno in maniera costante,
indipendentemente dalla “attività mentale”.
Fa
quindi
un’attività
metabolica
esclusivamente di tipo aerobico.
La mancanza anche per un breve periodo di
ossigeno causa immediate e gravi
disfunzioni.
Glucidi
n
Il substrato di elezione del tessuto nervoso è il
glucosio che viene metabolizzato interamente a
CO2.
Esochinasi
Glucosio + ATP
n
Glucosio 6P + ADP
L’attività della esochinasi è 20 volte più elevata
che negli altri tessuti, in modo da poter agire
anche quando la concentrazione di glucosio sia
bassa. L’esochinasi è legata alla membrana
esterna mitocondriale e perciò è meno sensibile
alla inibizione del glucosio 6P.
n
n
n
n
Gli enzimi glicolitici sono presenti oltre che
nel soma anche nell’assone.
Il consumo di glucosio del cervello umano
al giorno è di 100-130 g
I 9/10 del glucosio assunto dal circolo
vengono ossidati via glicolisi à Ciclo di
Krebs per produrre ATP per far
funzionare le pompe Na/K ATPasi.
1/10 circa viene utilizzato nel Ciclo dei
pentosi, per sintetizzare NADPH.H+ che
serve per la sintesi degli acidi grassi e
fosfolipidi e sfingolipidi
n
n
n
n
I neuroni hanno pochissimo glicogeno
(garantisce glucosio per pochissimi minuti).
Non è funzionante la gluconeogenesi in
quanto manca la fruttosio 1,6 di fosfato
fosfatasi.
Se manca glucosio in circolo, ad esempio in
uno stato di elevata ipoglicemia prolungata,
il sistema nervoso centrale va in coma.
Parte del glucosio viene utilizzato anche
per sintetizzare alcuni aminoacidi non –
essenziali.
Metabolismo lipidico
n
n
n
n
Il tessuto nervoso è uno dei più ricchi in
lipidi.
I lipidi rivestono una importante funzione in
quanto sono componenti fondamentali della
struttura cellulare.
I neuroni sintetizzano in particolare:
Colesterolo, fosfolipidi e sfingolipidi,
partendo da glucosio
Amino Acidi e Proteine
n
n
n
n
La maggior parte degli aminoacidi presenti nel
cervello vengono forniti dal sangue, il loro
trasporto all’interno richiede l’intervento di
specifiche proteine trasportatrici.
Esistono
almeno
7
differenti
proteine
trasportatrici
Gli amino acidi che entrano servono per
sintetizzare proteine cerebrali, ma anche formare
nuovi neuro-trasmettitori
Gli amino acidi più abbondanti dei neuroni sono:
n l’acido glutammico e l’acido aspartico
n
n
L’elevato turnover delle proteine tissutali e dei
neuro-trasmettitori,
determina
una
elevata
concentrazione di Ammoniaca che deve essere
smaltita rapidamente.
L’eliminazione dell’ammoniaca avviene utilizzando
l’acido glutammico:
Ac. Glutammico + NH3 + ATP
Glutammina + ADP + P
Glutammina sintetasi
L’acido glutammico deriva dall’acido Alfa –
chetoglutarico che è un componente del ciclo di
Krebs e pertanto può derivare dal glucosio.
Ipoglicemia
n
n
n
In situazioni di digiuno, il sistema nervoso
può utilizzare substrati alternativi per la
produzione di energia, in particolare
vengono utilizzati massicciamente i:
n Corpi chetonici
Acido acetoacetico e acido Beta-idrossi
butirrico prodotti dal fegato durante il
digiuno
L’ossidazione dei Corpi chetonici può
passare dall’1% al 20%
Utilizzazione dei Corpi Chetonici
n
Il tessuto nervoso è in grado di utilizzare i
corpi chetonici, in quanto dispone di un
enzima (3-chetoacil CoA transferasi) noto
come tioforasi che è in grado di trasferire
sull’acido acetacetico il Coenzima A, donato
dal succinil CoA, un componente del ciclo di
Krebs.
Succinil CoA
Acido Acetacetico
Acido Succinico
Acetoacetil CoA
n
L’acido aceto acetil CoA viene aggredito da
un’enzima la acetoacetil CoA Tiolasi che fa
parte della Beta – ossidazione (è l’ultimo
enzima del processo) e trasformato in 2
molecole di acetil CoA che possono entrare
nel ciclo di Krebs.
Acetoacetil Coa + CoA
2 Acetil CoA
Ciclo di Krebs
Fegato
Ac. Grassi
Acetil CoA
Ac. Acetoacetico
NADH.H+
NAD+
Ac. ß-idrossi butirrico
Sangue
Cervello
H2 0
CO2
Acetil Coa
Ac. Acetoacetico
NADH.H+
NAD+
Ac. ß-idrossi butirrico
