Corpo umano1° anno

Capitolo 1

Concetti generali

Energia

• Energia è un “entità dinamica “ in continua trasformazione.

• Sole > alberi> carbone > elettricità

Locomozione

Consumi domestici

Forme di energiaLavoro

Industrie

EnergiaE = M . C

2

Massa come forma di energia , che può liberarsi e trasformarsi in altre forme.

La “Massa” è la fonte di energia primariada cui derivano tutte le altre

massaatomica

Chimica

Termica

Meccanica

MassaMassa = quantità di materia contenuta in un corpo.

LegnoFerroGrassiProteineAcquaCartaPlasticaVetro…

Tipi di materia

“Agglomerati”Di Energia

Energia chimica

Nella materia l’energia e sotto forma di energia chimica

L’energia chimica è data da un equilibrio più o meno stabile di 2 fattori elettrici opposti.

Per convenzione questi fattori sonodefiniti come carica negativa e carica positiva

(avrebbero potuto chiamarsi anche yin e yang)

La materia è pertanto un aggregato di cariche positive e negative

Elementi e composti

• Gli elementi sono gli “aggregati energetici”elementari che compongono la materia ( vedi TAVOLA PERIODICA degli ELEMENTI semplificata a pag. 17 e 18: la sua

prima stesura, a cura del chimico russo Mendeleev, risale al 1869).• Gli elementi rinvenuti a oggi (gennaio 2016)

sono 118 e con questi sono composti tutti i tipi di materiali sulla Terra e nella sua atmosfera.

• Questi 118 aggregati energetici sono appunto i 118 tipi di atomi presenti sulla Terra.

• Tipi di atomi : Calcio, Ferro, Carbonio, Azoto, Oro, Ossigeno, Idrogeno... …118

++- -

- +-

+-+

---+++

-++--+

-- --++

+++- -

Atomi di elementiOssigeno (O), Calcio (Ca),Idrogeno (H), Azoto (N)…

-++--+

++--

+-+

+++- -

-+-

----++

---+++

Gli atomi si possonounire tra loro a formaremolecole (composti) : H2O, Nacl, NaOH….

++--++----+-+--++--

++-+-+--+

++--+++ ++--+++

+-++

-+--

+-++-+--

Le molecole si possonounire tra loro a formare strutture più omeno complesse

Aggregati energetici

Organismo umano ed energia

L’organismo umano può essere letto come un aggregato energetico immerso in ecosistema di altri aggregati energetici con cui dovrà interagire.Interagire per difendersi, relazionarsi, nutrirsi e riprodursi.

Il mantenimento dello stato vitale, si può anche intendere,come tutti quelli scambi energetici che avvengono all’interno della “massa uomo” e tra l’uomo e l’ambiente che lo circonda.Tutti questi scambi energetici devono avvenire in modo da garantire un funzionamento ottimale degli apparati e sistemi corporei.

La malattia si può anche intendere come una perturbazione di questo equilibrio per cause interne (genetiche, vecchiaia) o esterne (batteriche, virali, ambientali e accidentali).

La cura sarà finalizzata a ristabilire un ottimale scambio energetico mediante interventi manuali, verbali, meditativi e medicamentosi.

Struttura dell’atomo

L’ atomo è una particella a sua volta costituita da particelle più semplici caricate positivamente (protoni) e negativamente (elettroni).Ognuno dei 105 elementi ha un suo particolare numero di protoni ed elettroni.

+

+

-

- L’atomo del Litio è costituito da 3 protoni , che formano il nucleo, e 3 elettroni che orbitano attorno al nucleoLe cariche positive sono uguali a quelle negative e l’atomo è elettricamente neutro.Un atomo può perdere o acquistare elettroni , rimanendo lo stesso elemento

+

-

-

-

-

+

++

Litio

Ione Litio +

Ioni positivi e Ioni negativi

-

-

-

-

-

-

-

+

++

+

+

+

++

2 atomi neutri

A

B

L’elettronepassa da Ba A

IONE -

IONE +

++

+

-

--

--

-

-

+

+

+

“Dinamismo atomico”

• Nella dinamica della vita gli atomi elettricamente neutri sono poco rappresentati.

• Gli atomi tendono continuamente a perdere o acquistare elettroni assumendo la conformazione di ione.

Modello atomico• Gli elettroni attorno al nucleo sono disposti

secondo uno schema preciso.• Attorno al nucleo abbiamo un primo livello (n

1) che può ospitare 2 elettroni• Attorno al primo livello abbiamo un secondo

livello (n 2) che può ospitare fino a 8 elettroni)• I livelli successivi (n 3, n 4…) potranno

ospitare fino a 8 elettroni (in realtà dal terzo livello in su la disposizione è più complessa)

• L’ultimo livello può essere riempito parzialmente

Livelli atomici (schema)

2 +

10 +

18 +

n 1 2 elettroni

n1 due elettroni, n2 otto elettroni

n1 due elettroni, n2 otto elettroni, n3 otto elettroni

Il numero positivo dentro il nucleo indica il numerodi protoni caratteristico di quell’atomo, questo

numero è detto NUMERO ATOMICO

Atomi e livelli atomici 1

1+H, idrogeno, numero atomico 1

3+

11+

Li, Litio, numero atomico 3

Na, sodio, numero atomico 11

Tutti e3 gli

elementipresentanoun elettrone

nel livellopiù esterno

Atomi e livelli atomici 2

6+

14+

C, carbonio, numero atomico 6

S, silicio, numero atomico 14

Tutti e 2 glielementi

presentano 4elettroni nellivello piùesterno

Atomi e livelli atomici 3

2+

10+

He, elio numero atomico 2

Ne, neon, numero atomico 10

Tutti e 2 gli elementipresentano il livelloesterno completo

Tutti i 118 elementi possono essere raggruppati in gruppi, con la caratteristica di avere lo stesso numero di elettroni nel livello più esterno. Tutti gli elementi che appartengono allo stesso gruppo hanno caratteristiche chimiche simili:reattività, conducibilità, conformazione spaziale …H , Li e Na apparterranno allo stesso gruppo; C e Si apparterranno ad un altro gruppo; He e Ne apparterranno ad un altro gruppo ancora (vedi pag. 18).

Tabella periodica degli elementi• La tabella nella prossima diapositiva è una

rappresentazione semplificata della “Tabella periodica degli elementi”

• I numeri in testa ad ogni colonna (1 a, 2 a,…rappresentano il numero di elettroni nell’ultimo livello di quel gruppo.

• I numeri dentro ad ogni casella rappresentano il numero atomico (numero di protoni) di quell’elemento.

• Gli elementi in rosso sono quelli più rappresentati nella composizione del corpo umano

• La colonna con in testa lo 0 significa che gli elementi di quella colonna hanno l’ultimo livello completo. Questi elementi sono detti “gas nobili”.

1H

2He

3Li

4Be

5B

6C

7N

8O

9F

10Ne

11

Na12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

19

K20Ca

33As

34Se

35Br

36Kr

37

Rb38Sr

52Te

53I

54Xe

55

Cs56Ba

85At

86Rn

87

Fr88Ra

1a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 0

Legami chimici

Un atomo è una struttura instabile nel senso che tende a perdere o acquistare elettroni per completare l’ultima orbita e acquistare la struttura di un gas nobile.

3+ 3+Litio Perde un elettrone(+)

Ione litio +

9+Floro 9+Acquista un elettrone

Ione floro -

(-)

-

Legame ionico 1• Gli atomi che tendono a perdere elettroni per

acquisire la struttura di gas nobile sono quelli a sinistra della tabella, cioè con pochi elettroni nell’ultima orbita, mentre quelli che tendono ad acquisirli sono quelli a destra, cioè quelli con molti elettroni nell’ultima orbita.

• La forza con cui un atomo tende ad attirare elettroni prende il nome di elettronegatività

• Gli elementi a destra della tabella saranno piùelettronegativi di quelli di sinistra.

Legame ionico 2

( per ogni elemento sono indicati solo gli elettroni del livello più esterno)

Na Na + (perde un elettrone e si carica +)

Cl Cl - (acquista un elettrone e si carica -)

Il Na + e il Cl- avendo cariche opposte (ione+ e ione-) eserciteranno una attrazione reciproca, legandosi fra loro, aformare la molecola di NaCl = Cloruro di Sodio.

Na+ + Cl- NaCl

Il legame ionico avviene tra 2 atomi che hanno una marcata differenza di elettronegatività

Legame covalente

Il legame covalente avviene quando 2 atomi hanno identico valore di elettronegatività (non esiste un dominante)

H + H I 2 atomi di H hanno lo stesso valore di elettronegatività

Per poter completare il livello esterno (2 elettroni) mettono in comune il rispettivo elettrone

H + H H H

I 2 elettroni orbiteranno il 50% del tempo attorno ad un atomo di H e l’altro 50% attorno a quell’altro.

H + H H2

Il legame covalente è un legame più forte del legame ionico

Legami: “visione complessiva”

Le molecole formate da legami ionici sono molecole “ fortemente polarizzate”, nel senso che gli elettroni (negativi) tenderanno a stare dalla parte dell’elemento più elettronegativo.

NaClPolo positivo Polo negativo

+ -

Le molecole pertanto eserciteranno tra loro forze attrattive per poli opposti (come calamite)

+ NaCl -+ NaCl -

+NaCl-

Legame a idrogeno

(+) H2O (-) La molecola dell’acqua è fortemente polarizzata e le molecole eserciteranno tra loro una forte attrazione reciproca, il cosiddetto legame a idrogeno

(+) H2O (-)

(+) H2O (-)

(+)

H2O

(-) (+

) H2 O

(-)

I legami a idrogeno danno all’acqua proprietà particolari

1) Elevata tensione superficiale

2) Alto punto debollizione (alta capacitàtermica)

3) L’elevata polarità della molecola la rende un solvente ideale per molecole polarizzate tipo NaCl, ma non per i lipidi.

Le molecole biologiche 1

Gli elementi reagiscono tra loro formando molecole in cui le cariche elettriche sono spesso “sbilanciate” e la molecola è polarizzata.

Alcune molecole sono entità molto “grandi”, una molecola di DNA è miliardi di volte più grande di un molecola di glucosio

Moltissime reazioni sono reversibili H+ + Cl - HCl per cui molte reazioni presentano nello stesso momento sia i reagenti che il prodotto, questo significa che nei liquidi biologici c’è una costante presenza di ioni positivi e negativi, che sono determinanti per moltissime reazioni biologiche

Da un punto di vista della comprensione generale è utile immaginare le molecole biologiche come strutture grandi, tridimensionali, anche con la presenza contemporanea nella stessa molecola di polarità negative e positive.

Molecole biologiche 2

++++++++

_ _ __ _ _

++

Glicogeno

Fe

emoglobina

RNA

+-

(vit B12)

+

-

-+

+

-

- + + -

ioni

Reazioni chimica• La reazione chimica è un processo per il quale

da una o più sostanze si ottengono una o piùsostanze diverse.

• Dal punto di vista metabolico esistono 2 tipi di reazioni : anaboliche e cataboliche.

• Sono anaboliche quelle reazioni in cui i prodotti finali hanno un contenuto energetico più alto dei prodotti di partenza

• Sono cataboliche quelle reazioni dove i prodotti finali hanno un contenuto energetico più basso dei prodotti di partenza.

“Energia” di una molecola• Una molecola grande e complessa ha in genere

un contenuto energetico più grande di una molecola piccola

• La presenza di legami covalenti dà, a quella molecola, un contenuto energetico più alto rispetto ad una molecola con legami ionici.

• Fondamentalmente “l’energia” di una molecola è data dal: numero, tipo e orientamento spaziale dei legami atomici al suo interno.

Reazioni cataboliche

CH4 + O2 CO2 + H2O

energia

Il metano ha 4 legami covalenti (con una particolare disposizione spaziale) che gli danno un contenuto energetico importante; reagendo con l’ossigeno libera energia e produce acqua e anidride carbonica con un contenuto energetico complessivo più basso.

+ calore

Nell’organismo un importante reazione catabolica vede coinvolto il glucosio che reagendo con l’ossigeno libera energia

C6H12O6 + O2 CO2 + H2O

L’energia prodotta dal catabolismo del glucosio non viene dispersa ma viene usata per sintetizzare la molecola dell’ ATP

energia

ATP “la molecola energetica”

P P + P P P

P

+ acqua

Energia Di Legameenergia

(ADP) (ATP)

L’ADP (adenosin-di-fosfato) in presenza di energia e di Fosforo (P) si lega alla molecola formando l’ATP (adenosin-tri-fosfato).

L’ ATP è di fatto la “moneta energetica” spendibile in tutti i processi biologici che richiedono un apporto di energia

P

PP +

Energia disponibile

(H2O)

Reazioni anaboliche• Sono reazioni anaboliche tutte quelle razioni

metaboliche che richiedono un apporto di energia.

1) Amminoacidi Proteine(sostanze semplici) (sostanze complesse)

2) Sintesi di sostanze complesse (ormoni, enzimi, DNA…)

Metabolismo

Catabolismo Anabolismo

Stato solido : sostanza dotata di forma e volume pro priSolidi covalenti (molto duri)

Legami covalenti tra tutti gli atomi

carbonio

(diamante)Legame Ionico nellamolecola

Solidi ionici (meno duri)

Forze attrattive tra lemolecole

(sale da cucina)

IL carbonio• IL carbonio grazie alla sua struttura atomica

(4 elettroni nell’ultimo livello) ha la caratteristica di formare legami covalenti con altri atomi di carbonio per formare strutture molto stabili.

• Questa sua “qualità” biochimica ha fatto si che le catene di atomi di carbonio siano la struttura di base della gran parte delle molecole biologiche della “vita”

Stato liquido: la sostanza assume la forma del contenitore

• Le attrazioni tra molecole sono presenti anche nei liquidi, solo che sono piùdeboli che nei solidi.

• Queste forze si evidenziano nella curvatura superficiale di un liquido in un contenitore (tensione superficiale) e dalla forma a sfera che piccole particelle di liquido tendono ad assumere

Gocciadi liquido

Liquido inun contenitore

Tensionesuperficiale

Soluzioni, sospensioni• Per soluzione si intende la dispersione di una

sostanza (soluto) in una fase liquida (solvente)• Il sale da cucina in soluzione acquosa è una

soluzione nel senso che il sale reagisce con l’acqua e si scompone in ioni Na+ e Cl-.

• Raggiunto il limite di solubilità il soluto si deposita sul fondo e la soluzione si dice satura.

• Si dice sospensione quando una sostanza non reagisce e non si scioglie rimanendo in sospensione : Argilla in acqua, olio in acqua.

VES (velocità di eritrosedimentazione)Le strutture biologiche, in virtù della loro composizione presentano

una relativa distribuzione delle cariche negative e positive. I globuli rossi presentano sulla membrana esterna solo cariche negative.

Messi in contenitore in virtù della carica negativa essi si respingeranno uno con l’altro non sedimentando immediatamente alla base del contenitore

Col passare del tempo i globuli rossi cominceranno a morire perdendo le cariche negative in superficie

Dopo un certo periodo di tempo i globuli rossi saranno tutti morti e sedimenteranno sul fondo.

Qualsiasi fattore che limiti il numero di cariche negative sullamembrana dei globuli rossi aumenterà la velocità di sedimentazione dei globuli rossi sul fondo

In (a) abbiamo il sangue di un individuo sano, i globuli rossi si respingono e tendono a non sedimentare.

Dopo un certo periodo di tempo saranno tutti sul fondo (b)

In c abbiamo il sangue di un individuo con una generica infiammazione, in questo individuo i globuli rossi sono dotati di meno cariche negative e sedimenteranno in un tempo più breve.(d)

VES (2)

a b

c dGlobuli rossi

Dopo unora

Dopomezzaora

VES (3)

• La VES è un indagine generica che indica la presenza di un processo infiammatorio ( da un infezione batterica al cancro)

• In laboratorio si misura l’altezza del sedimento dopo un ora in una provetta.

Individuo sano: altezza sedimento 1-10 mm Ammalato: altezza sedimento 90 – 100 mm

• Molte reazioni chimiche sono reversibili, cioè la reazione procede nei due sensi, non sempre con la stessa velocità.

• La reazione 3 ci indica che l’H e il Cl associandosi non formeranno solo HCl ma che una parte dell’HCl si dissocia riformando H e Cl. Le 2 reazioni non procedono con la stessa velocità, le 2 frecce significano che la reazione è piùveloce verso sinistra.

• Il fatto che la reazione è sposata a sinistra indica che l’HCl e presente più in forma dissociata che associata.

• Il rapporto tra la forma associata e quella dissociata è sempre costante, questa costante prende il nome di costante di equilibrio

1

2

3

4

5

6

Forma dissociata Forma associata

Equilibri

Soluzioni acide e basiche.

• Definiremo acida, una soluzione dove sono presenti ioni H +

Definiremo basica una soluzione dove sono presenti ioni OH-

• Definiremo neutra una soluzione dove la conc. di H+ e OH – sono uguali.

• La misura dell’acidità e basicità ci viene data dal PH

PH 7PH 0 PH 14

(molti H+) Molti OH-

(Cresce L’acidità) (cresce la basicità)Neutro

Acidi e basi forti e deboli• L’acido cloridrico e l’acido acetico

sono 2 acidi (rilasciano H+); però l ’ HCl è molto più dissociato dell’acido acetico, rilascia più ioni H+, pertanto l’acido cloridrico è un acido più forte dell’acido acetico.

• La soda caustica e l ’ idrato d’ammonio sono 2 basi, la soda caustica essendo più dissociata sarà una base più forte, rilasciando in soluzione più ioni OH- dell’idrato d’ammonio.

• L’acqua è dissociata in ioni H+ e OH-, ma essendo gli H+ e gli OH-in numero uguale, l’acqua è neutra.

(acido Cloridrico)

(acido Acetico)

(Soda caustica)

(Idrato di Ammonio)

PH fisiologico• Le reazioni fisiologiche avvengono nella

maggioranza a PH leggermente basico (7,4) a parte alcuni liquidi fisiologici come il succo gastrico PH 2, e la bile PH5

• Il plasma ha un PH di 7,4 e il Liquido cerebrospinale ha un PH di 7,36.

• E’ fondamentale il mantenimento del PH fisiologico.

• In genere il PH fisiologico si altera verso l’acidità• L’organismo mette in atto diversi sistemi (sistemi

‘Tampone’) per il ripristino del PH fisiologico (tutti finalizzati, in caso di acidosi, a togliere o neutralizzare ioni H+)

Soluzioni tampone

Le soluzioni tampone sono reazioni in cui gli ioni H+ dissociati (che creano acidità) sono combinati con dei sali. Lo ione H+ combinato perde la natura di ione e non influisce più sul valore dell’acidità.

HCl H+ + Cl - (situazione di iperacidità gastrica)

NaHCO3 Na+ + HCO3- (ingestione di sale )

Gli ioni H+ dell’ HCl si andranno a combinare con lo ione carbonato (HCO3 -) a formare l’acido carbonico. L’acido carbonico è poco dissociato pertanto rilascia pochi ioni H+ in soluzione.

H+ + HCO3- H2CO3

Da un punto di vista strettamente quantitativo molti atomi di idrogeno sono passati da una forma dissociata ad una associata e questo alza il PH diminuendo l’acidità della soluzione

Ossa e acidosi 1

Ca(HCO)2

ossa sangue

Ca+ + HCO3 -

Il bicarbonato di calcio (costituente delle ossa) è in equilibrio con i suoi ioni sciolti nel sangue.

In caso di acidosic’è un aumento di H+ nel sangue

H+ H+ H+

(1)

(2)

H+ HCO3- H2CO3

Lo ione HCO3-si combineràcon H+ formando H2CO3poco dissociatoe l’aciditàdiminuisce

(3)

Ossa e acidosi 2

La perdita di ioni HCO3- andati a tamponare l’acidità comporta un

aumento della dissociazione del Ca(HCO3), per il rispetto della costante di equilibrio. (se calano gli ioni deve calare anche il sale)

Ca(HCO)2 Ca+ + HCO3-

(a combinarsi con H+)

(aumento del calcio ematico con il rischio di calcoli)

Diminuzione della densità minerale ossea

conseguenze

Reni ed Acidosireni sangue

H+H+

H+H+H+

1) I reni possono togliere ioni H+ dal sangue ed eliminarli con l’urina

Na+Na+

Na+Na+Na+

2) L’eliminazione degli H+ comporta da parte del rene una immissione nel sangue di ioni Na +. Questo scambio avviene per rispettare l’equilibrio tra cariche positive e negative nel sangue.(un positivo escreto un positivo riassorbito)

Cause di acidosi• Insufficienza respiratoria• Digiuni prolungati• Dieta iperlipidica e iperproteica• Errori alimentari.

Un’alimentazione che contrasta l’acidosi è ricca di Sali minerali.I Sali minerali esplicano la stessa funzione del bicarbonato di calcio:

tamponano l’acidità e fanno in modo che il bicarbonato di calcio rimanga nelle ossa.

Gli alimenti ideali ricchi di Sali minerali sono le verdure

Pressione osmotica• La pressione osmotica è una grandezza da

considerare relativamente al volume degli ioni in una soluzione.

Caratteristiche dell’acqua:• Possibilità di formare legami idrogeno• Alta tensione superficiale• Elevata capacità di trattenere il calore• Ottimo solvente• Reagente in molte reazioni metaboliche

In 2 contenitori separati da membrana impermeabile al soluto ma non al solvente, se la concentrazione del soluto èuguale nei 2 contenitori, non si genera nessun flusso (soluzioni isotoniche)

solutosolvente

a bSe la concentrazione di soluto è piùalta nel contenitore a (soluzione ipertonica), si genera un flusso di solvente da b verso a : flusso passivo dalla soluzione più diluita o ipotonica a quella più concentrata.

La “spinta” del solvente tende a far alzare il livello della soluzione nel contenitore a . Questa “spinta”prende il nome di Pressione Osmotica

“Spinta” del solvente

Pressione Osmotica 2

Na

k

Mg

Na

Cellule e pressione osmotica

Se una cellula si trova immersa in un ambiente ipotonico si genera un flusso osmotico di liquido verso l’interno della cellula.

Na

k

kMg

Na

Na

Na Na

Na

Na

Se una cellula si trova immersa in un ambiente ipertonico si genera un flusso osmotico li liquido dalla cellula verso l’esterno

A B

Il flusso osmotico è relativo alla concentrazione di ioni fuori e dentro la cellula.

Per esempio: una cellula può aumentare la concentrazione di ioni al suo interno fino ad avere una concentrazione di ioni più alta di quella presente nel liquido extracellulare e passare dalla situazione B alla situazione A.

ioni

Pressione osmotica e capillari

P.idrostatica P. Osmotica

Capillari arteriosi

I capillari sanguigni sono strutture fenestrate in grado di scambiare con l’ambiente esterno ( gas, nutrienti, cataboliti…)

I Capillari arteriosi trapassano nei capillari venosi.

2 tipi di pressione agiscono a livello dei capillari: 1) la pressione idrostatica, che è la pressione esercitata dal cuore, che tende a spingere i liquidi verso l’esterno e 2) la pressione osmotica che in virtù degli ioni sciolti nel sangue tende a richiamare i liquidi verso l’interno.

A livello dei capillari arteriosi prevale la pressione idrostatica per cui prevarranno i processi espulsivi (ossigenazione e rinnovo tessuti)

A livello dei capillari venosi prevale la pressione osmotica, pertanto saranno più attivi i processi di rimozione dai tessuti.

Capillari venosi

Liquidi corporei• I liquidi corporei, in generale, risultano composti per il

90% di acqua e per il rimanente 10 % di ioni, proteine, gas, cataboliti…

• Nel corpo umano questi liquidi sono distinti in 2 tipi:

• 1) liquidi intracellulari (sono i liquidi dentro le cellule)• 2) liquidi extracellulari (tutti i liquidi fuori dalle cellule)

cioè sangue, liquido interstiziale, linfa, liquido cerebrospinale…

Questi 2 liquidi si differenziano, in generale, per il fatto che i liquidi intracellulari sono ricchi di potassio mentre i liquidi extracellulari sono più ricchi in sodio.

Liquidi corporei 2• La distribuzione dei liquidi corporei e regolata

principalmente dalla pressione osmotica e da quella cardiaca.

• Una alterazione della pressione cardiaca può alterare questa distribuzione

• Una anomala distribuzione di ioni può modificare la pressione osmotica e creare una alterata distribuzione di liquidi corporei.

• Chiameremo edema un accumulo di liquidi negli spazi interstiziali fra le cellule dei tessuti, dovuto a una alterazione dell’equilibrio tra pressione cardiaca e pressione osmotica.

Edema 1

Fisiologico richiamo osmotico

(1) Alterazione della permeabilitàdei vasi (per es: allergie -> istamina) con fuoriuscita di ioni

(2) Anomalo richiamo osmotico di liquido in una cavità interstiziale con formazione di edema

Edema 2

Le proteine nel sangue sono più o meno costanti ed esercitano una fisiologica attrazione osmotica a carico dei liquidi extracellulari.

I digiuni prolungati fanno calare drasticamente la concentrazione di proteine nel sangue e conseguentemente diminuirà il richiamo per osmosi dei liquidi extracellulari, che ristagneranno negli spazi interstiziali, formando edema

Richiamo osmotico

Richiamo osmoticodiminuito

edema

Edema 3

Sangue venoso fegato Sangue venoso

Il fegato “filtra” il sangue venoso proveniente dall’apparato digerente

fegato

Se il fegato è ipofunzionale e danneggiato nella struttura (cirrosi, tumore) non riesce a filtrare efficacemente il sangue che tenderà a fuoriuscire dai vasi causando edema e rischio di emorragie addominali

Edema 4

Il circolo linfatico è un sistema circolatorio privo di una forza propulsiva, come lo è il cuore per il circolo sanguigno.Al suo interno scorre la linfa che circola grazie alla contrazione muscolare.Ostruzioni dei vasi o scarsa attività muscolare possono causare edema.

ostruzione

edemalinfa

Caratteristiche degli esseri viventi• Crescere e svilupparsi• Scambiare energia con l’esterno• Possedere informazioni relative alla propria

organizzazione• Essere in grado di riprodursi trasmettendo le

informazioni relative alla propria organizzazione• Essere in grado di adattarsi all’ambiente.

Fanno eccezione a queste regole i virus e i prioni

Composizione del corpo umano• Il corpo umano risulta composto per il 60-70%

di acqua di cui il 60% è intracellulare e il 40% èextracellulare.

• Composizione in bioelementi1) Per il 96% in peso risulta composto da:

Ossigeno, Carbonio, Idrogeno e Azoto e per il 3,3% da: Calcio, Fosforo, Zolfo, Potassio, Sodio, Cloro e Magnesio, nel loro insieme definiti MACROCOSTITUENTI.

2) Per lo 0,7% da Iodio, Fluoro,Ferro, Zinco, Bromo, Silicio, Rame e altri, che nel loro insieme sono definiti MICROCOSTITUENTI.

IL carbonioIl carbonio grazie alla caratteristica di formare 4 legami covalenti stabili con altrettanti atomi e/o molecole è in grado di creare strutture molecolari stabili e anche molto grandi.Quasi tutte le molecole biologiche: carboidrati, lipidi, proteine, DNA, RNA…hanno un “telaio” di atomi di Carbonio. ( un po’ come il mattoncino del Lego)

C H

H

H

H

C C C C C C

Elettroni disponibili per legami covalenti con atomi e/o molecole

Atomo di Carbonio cheforma 4 legami covalenticon 4 atomi di idrogeno

(catena carboniosa)

=

La linea sottintende 2 elettroni

GlucosioSerina (amminoacido)

Catena carboniosa satura nessun doppio legame(molto stabile)

Catena carboniosa insatura 1 doppio legame (instabile)

Catena carboniosa insatura 1 triplo legame(molto instabile)

L’atomo di carbonio tende a instaurare dei legami semplici per avere maggiore stabilità.La catena carboniosa insatura, in presenza di una molecola di idrogeno, spezza il doppio legame tra i 2 atomi di carbonio.I 2 atomi di carbonio si legano rispettivamente, con un legame covalente, ai 2 atomi di idrogeno.Ai 2 atomi di carbonio rimane un elettrone disponibile ciascuno che mettono in comune per un legame covalente

“Nuovi” legami con i 2 atomi di idrogeno “Nuovo” legame

tra i 2 atomi di carbonio

energia

H2O

CO2

cellulosa

Fruttosio

amido

CO2 + H2O GLUCIDIClorofilla

CellulosaAmidoFruttosio

GLUCIDI

Glucidi

Monosaccaridi

Fruttosio Galattosio Glucosio

F Ga Gl

Si trova libero e combinato nel mondo animale e vegetale

Non si trova libero negli organismi

Si trova libero e combinatonel mondo vegetale

I monosaccaridi sono composti

da un’unicamolecola

F Ga Gl Gl GlGl

Disaccaridi

Saccarosio Lattosio maltosio

I disaccaridi risultano compostidall’unione di 2 molecole

Largamente diffuso nel mondo vegetale

Sintetizzato dalle ghiandole mammarie

Presente nel mondo vegetale come fase intermedia della scomposizione dell’amido

Polisaccaridi

I polisaccaridi sono costituiti da lunghe catene di molecole di monosaccaridi, più o meno ramificate. (le lunghe catene di molecole prendono in generale il nome di polimeri) = Glucosio

Amido Glicogeno

Cellulosa

Cellofan

Polisaccaridi : proprietàAmido, glicogeno, cellulosa sono polimeri costituiti da molecole di glucosio ma il diverso orientamento spaziale conferisce loro caratteristiche diverse:

•AMIDO: la Ptialina salivare e gli enzimi pancreatici riescono a digerirlo e scomporlo in molecole di glucosio•GLICOGENO: il glicogeno viene sintetizzato dall’organismo umano partendo dal glucosio, in caso di necessità il glicogeno viene scomposto in molecole di glucosio che viene utilizzato a fini energetici•La CELLULOSA non viene scissa dai succhi digerenti e il glucosio non può essere utilizzato. Riveste però un ruolo nutrizionale importante in quanto è componente fondamentale della fibra alimentare.

Lipidi• I lipidi sono molecole

che hanno la caratteristica di avere nella loro molecola uno o più acidi grassi

• La natura dell’acido grasso determina le proprietà del lipide

• La presenza di doppi legami rende l’acido grasso piùinstabile.(tende a traformarli in due legami semplici ciascuno)

(saturo)

(monoinsaturo)

(polinsaturo)

(omega 6) 2 doppi legami

(omega 3) 3 doppi legami

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono catene carboniose da 4 a 20 atomi di carbonio con un gruppo ( COOH) alla fine. Possono avere zero, uno o più doppi legami

Gliceridi

I gliceridi sono lipidi formati dall’unione di una molecola di glicerina e da uno a tre acidi grassi

GLICRINA

GLICRINA

GLICRINA

Acido grasso

Acido grasso

Acido grasso

Acido grasso

Acido grassoAcido grasso

OH

OH OH

Monogliceridi Digliceridi Trigliceridi

La natura dell’acido grasso determina lo stato fisico del lipide: Gli acidi grassi insaturi sono più fluidi dei saturi, perciò i lipidi vegetali, in genere più ricchi di grassi insaturi, a temperatura ambiente saranno liquidi; mentre quelli animali, composti di grassi saturi, saranno solidi.

Dal punto di vista del metabolismo umano i gliceridi, sotto forma di trigliceridi, si accumulano nei tessuti in forma di grasso corporeo (adipe)

GLICERINA

Acido grasso

Fosfogliceridi

Acido grasso

Acido fosforico

I fosfogliceridi sono formati dalla unione di una molecola di glicerina con 2 acidi grassi e una molecola di acido fosforico.Sono componenti importanti delle membrane cellulari

Le membrane cellulari sono determinanti nel definire una buon funzionamento dell’attività cellulare.

La natura degli acidi grassi dei fosfogliceridi è in buona parte definito dal tipo di alimentazione.

Un alimentazione ricca di grassi saturi definirà una membrana “infarcita”di acidi grassi saturi, meno fluida: ciò renderà tutti i processi metabolici a livello di membrana meno funzionali.

Acido grassosfingosina

Alcol

SfingolipidiGli sfingolipidi sono formati dalla unione di una molecola di sfingosina, un alcol e un acido grasso. Formano la guaina di Mielina che avvolge i neuroni

I neuroni sono cellule del tessuto nervoso in grado di condurre l’impulso motorio e sensoriale; la guaina di mielina è fondamentale per la funzionalità del neurone. Alcune malattie degenerative del sistema nervoso (sclerosi multipla) sono state collegate alla carenza di grassi insaturi nella dieta, che può alterare la sintesi della mielina e una guaina meno funzionale.

fibra nervosa

Guaina di mielina

Lipoproteine

proteina

trigliceride

colesterolo

I lipidi, non essendo solubili nel sangue, per essere veicolati debbono legarsi ad una proteina.

Esistono diversi tipi di lipoproteine a secondo del “tragitto” fisiologico che devono percorrere.

Chilomicroni : dal digerente al fegato

LDL: Dal fegato alla periferia (colesterolo ‘cattivo’)

HDL: Dalla periferia al fegato.

I tipi di grassi assunti col cibo influenzano la sintesi delle lipoproteine.

Gli acidi grassi insaturi omega 3 (e omega 6) favoriscono la sintesi delle HDL; oltre ad altri accorgimenti alimentari e abitudini di vita

Prostaglandine

Acido grasso

Molecole formate da un anello a 5 atomi di carbonio e 2 catene laterali ad una delle quali è legata un acido grasso.

Gruppo di molecole ad attività ormonale sintetizzate direttamente dalle cellule.Agiscono su pressione del sangue, aggregazione piastrinica, modulazione del sistema immunitario e metabolismo glucidico e lipidico.Le prostaglandine agiscono in modo antitetico : se una aggrega le piastrine, un’altra le disaggrega, se una stimola l’immunitario, un’altra lo deprime: attraverso le Prostaglandine le cellule influenzano direttamente la fisiologia dei tessuti di cui fanno parte.Per la sintesi delle Prostaglandine sono fondamentali gli acidi grassi polinsaturi che devono essere introdotti con l’alimentazione.Una carenza relativamente a questi nutrienti, può provocare una sbilanciamento nella sintesi delle Prostaglandine.

Altri lipidi

Alcune molecole di interesse biologico, anche se prive di acidi grassi, vengono classificate come lipidi. Due di queste sono l’Isoprene e il Ciclopentanodeidrofenandrene da cui derivano:

isoprene

Oli essenziali

Sostanze aromatiche

Vit. A, E, K

Ciclopentanodeidrofenandrene

Colesterolo

Ormoni

Vit D

Proteine• Rappresentano il 50% del peso secco del corpo• Sono costituite da polimeri più o meno lunghi

composti da vari fra 20 tipi di amminoacidi Sono fondamentali in quasi tutte le funzioni

metaboliche:1)Struttura contrattile dei muscoli2)Trasporto gas respiratori3) Funzioni strutturali: composizione ossa e

connettivi4) Immunitario : composizione degli anticorpi5) Composizione degli enzimi6) Composizione di molti ormoni

Amminoacidi

CNH2 COOH

H

CH2OH(Amminoacido Serina)

Gli amminoacidi che costituiscono le proteine umane sono venti. Sono tutti costituiti da un carbonio centrale legato a 4 gruppi. Tutti gli amminoacidi hanno i gruppi NH2 e COOH e differiscono tra loro per la diversa composizione degli altri gruppi o radicali (in rosso nella figura)

AlaninaNH2 COOH

Glicina Lisina

Serina COOHNH2

COOHNH2COOHNH2

Alcuni amminoacidi in struttura semplificata

Struttura delle proteine

Gli amminoacidi si legano tra loro con i rispettivi gruppi COOH e NH2 formando catene anche lunghe migliaia di unità.

CONH CONH

Nella formazionedel legame si libera unamolecola di H2O

…. ….

L’organismo partendo dai 20 amminoacidi sintetizza tutte le proteine per le proprie esigenze metaboliche e strutturali.

Durante questo lavoro di sintesi è importante la presenza di tutti i 20 amminoacidi. 10 di questi se non sono presenti, l’organismo riesce a fabbricarli, i rimanenti 10 l’organismo non riesce a fabbricarli e devono essere introdotti con l’alimentazione. Questi ultimi prendono il nome di amminoacidi essenziali.

Struttura spaziale delle proteine

Il lungo polimero degli amminoacidi di una proteina assume, in virtùprincipalmente dei legami idrogeno, forme globulari a volte molto complesse

amminoacidi

EnzimiLe reazioni metaboliche (digestione, assimilazione, contrazione muscolare…) avvengono tutte a 37 gradi, a pressione atmosferica ed in tempi relativamente brevi. Questo è reso possibile dagli Enzimi.

Un enzima è una proteina che favorisce la velocità di una reazione, rendendo possibile il fatto che le reazioni metaboliche possano avvenire in frazioni di secondi; le stesse reazioni, senza l’azione enzimatica, avrebbero tempi incompatibili con la vita!

Ogni enzima è altamente specifico, nel senso che favorisce solo una reazione (per es. per arrivare da A a E ci sono 4 reazioni intermedie)

A

Enzima 1

b c

Enzima 2

d

Enzima 3

E

Enzima 4

Metabolismo

Tramite l’alimentazione l’organismo assume grassi, proteine e glucidi; prima di essere utilizzati per il proprio metabolismo questi nutrienti debbono essere scomposti attraverso l’apparato digerente in:•Glucidi: in Glucosio•Proteine: in Amminoacidi•Lipidi: in Acidi Grassi

Piatto

Bocca

Stomaco

Duodeno

Cellule intestinali

Fegato

= glucosio = galattosio = fruttosio

Amido Saccarosio Lattosio Maltosio

Glucosio finale(sintesi glicogeno) (produzione energia)

Metabolismo dei glucidi

Zuccheri nel sangue

• La glicemia misura il tasso di glucosio nel sangue: il suo valore, a digiuno, deve essere attorno al grammo per litro.

• Il fruttosio incide poco sulla glicemia in quanto deve essere trasformato in glucosio nel fegato e viene in buona parte convertito in trigliceridi.

• La cosiddetta intolleranza al Lattosio è in realtàuna carenza di enzima lattasi. La carenza di questo enzima, che scinde il lattosio a glucosio e galattosio, lascia indigerito il lattosio nell’intestino, dove per osmosi attira acqua, causando diarrea.

Metabolismo Proteico

Proteine alimentari

Nello stomaco, grazie alla pepsina le proteine sono scisse in frammenti (peptoni)

Nel duodeno grazie agli enzimi pancreatici abbiamo la liberazione degli amminoacidi

amminoacidi

Gli amminoacidi digeriti nel duodeno sono inviati al fegato dove possono:

1) Essere convertiti in altri amminoacidi

2) Usati per la sintesi di proteine

3) Inviati ad altri distretti per la sintesi di proteine

4) Metabolizzati per produrre energia (in mancanza d’altro)

Metabolismo lipidico

trigliceridi

colesterolo

arrivano indigeriti nel duodeno dove grazie alla bile e alla lipasi pancreatica sono scomposti in

Acido grasso

Acido grasso

Acido grasso

glicerina

colesterolo

(Lipidi alimentari)

(1)

(2)

proteina

colesterolo

trigliceridi

(3)

All’interno delle cellule intestinali vengono sintetizzati i Chilomicroni ed inviati al fegato

Fegato

LDL

HDL

(4)

monogliceridi

Principi nutrizionali

• Dopo la digestione i nutrienti vengono scomposti fondamentalmente in 3 principi nutrizionali : Glucosio, amminoacidi e acidi grassi.

• Glucosio: utilizzato a scopo energetico• Acidi grassi: utilizzati a scopo funzionale e

energetico• Amminoacidi: utilizzati a scopo plastico,

funzionale ed eventualmente energetico.

Produzione energetica dal glucosio

glucosio

Glicolisianaerobica

Ciclo di KrepsGlicolisiAerobica

8 molecole di ATP

2 mol.Acidolattico

AcetilCo A

30molecole di ATP

OS

SI

GE

NO

CO2

H2O

Cellula

mitocondrio

Glicolisi anaerobica e ciclo di Kreps• La produzione energetica dal glucosio nella cellula

avviene in 2 fasi• Il glucosio viene demolito attraverso una serie di

reazioni, in assenza di ossigeno, a 2 molecole di acido lattico queste reazioni sviluppano una quota energetica di 8 molecole di ATP.

• Successivamente l’acido lattico, dopo essere trasformato in Acetil CoA entra dentro i mitocondri dove reagendo con l’ossigeno sviluppa 30 molecole di ATP producendo come residuo acqua ed anidride carbonica.

• La reazione di demolizione dell’acido lattico a CO2, H2O, con produzione di ATP viene definita OSSIDAZIONE

Produzione energetica dai lipidi

La demolizione degli acidi grassi a scopo energetico avviene dentro i mitocondri

COOH-CH2-CH2-CH2-CH3

Vengono staccati 2 atomi di carbonio alla volta, trasformati in Acetil CoA, ed immessi nei mitocondri per l’ossidazione

Acetil CoAO2

CO2

H2O

ATP

Se la produzione energetica avviene solo a scapito dei lipidi, come nel caso di digiuno o di un’alimentazione iperlipidica, abbiamo un eccesso di produzione di Acetil CoA (demolizione tumultuosa), i quali non riescono ad entrare tutti dentro i mitocondri. La conseguenza sarà che gli Acetil CoAeccedenti si combineranno tra loro formando acidi (corpi chetonici) , creando acidosi metabolica

Acido grasso

Produzione energetica dalle proteine

H-C-NH2

COOH

CH2OH

amminoacido

Deaminazione

H-C

COOH

CH2OH

Acetil CoAO2

ATP CO2

H2O

La produzione energetica dagli amminoacidi da un punto di vista metabolico non è conveniente. Comporta una perdita di massa magra (Gli amminoacidi nel sangue sono in parte di origine alimentare e in parte provengono dalle proteine corporee ); per essere immessi nel ciclo di Kreps gli amminoacidi debbono essere privati del radicale ammonio (deaminazione).

Il radicale ammonio è tossico e viene eliminato dal fegato e reni. Un eccesso proteico nell’alimentazione può pertanto comportare un affaticamento renale ed epatico ed un accumulo di radicale ammonio nel sangue.

Energia ed eccessi ponderali

• L’ Acetil CoA è l’imbuto metabolico in cui convergono: Glucidi, Lipidi e Proteine.

• Si è visto che un’alimentazione iperlipidica porta, per un eccesso di Acetil CoA, alla formazione di corpi chetonici.

• Un’altra strada che possono percorrere gli Acetil CoA (qualunque sia la loro provenienza) è il percorso inverso, cioè la formazione di acidi grassi e depositarsi come eccesso lipidico nei tessuti.

Tessuti che “funzionano” solo a glucosio

• Si è visto che per le proprie esigenze energetiche le cellule possono “bruciare”glucosio, proteine e grassi.

• Alcuni tessuti (cellule nervose e gonadi) non sono in grado di “bruciare” grassi e proteine e debbono sopperire alle proprie esigenze energetiche solo con il glucosio.

• In caso di carenza il glucosio il fegato può trasformare l’acido lattico, il glicerolo e gli amminoacidi in glucosio con cui rifornire le cellule nervose e le gonadi (Neoglucogenesi)

Metabolismo dell’alcol etanolo• L’etanolo viene assorbito agevolmente nello

stomaco e lungo tutto l’intestino. In parte viene eliminato come tale attraverso reni e polmoni, e il resto trasformato in acido acetico nel fegato. L’acido acetico può essere trasformato in AcetilCoA ed entrare nelle reazioni correlate. Come nelle diete iperlipidiche, l’Acetil CoA viene prodotto in modo “tumultuoso” con conseguente acidosi e accumulo di grasso nel fegato (steatosi). Inoltre l’energia prodotta viene dissipata in calore e non utilizzata a fini metabolici.

La cellula• E’ l’unità biologica alla base di tutti gli esseri viventi.

• Struttura delimitata da una membrana flessibile e dinamica attraverso cui avvengono gli scambi con l’ambiente e le altre cellule.

• All’interno della membrana si trova il citoplasma dove avvengono i processi metabolici cellulari

• E’ dotata di un nucleo di materiale genetico o DNA contenente le informazioni relative al suo metabolismo

• Le sue informazioni possono essere trasmesse alla progenie

• Le cellule hanno dimensioni da 10 a 100 micron ( 1 micron = 1millesimo di millimetro).

Cellula procariote • Dal punto di vista evolutivo è la più antica forma

di organizzazione cellulare• Nel citoplasma non sono presenti organelli• Il materiale genetico è organizzato in una unica

molecola di DNA• Non sono mai organizzate in tessuti e sono

presenti solo allo stadio di vita unicellulare• Hanno struttura Procariote alcune alghe

unicellulari ‘azzurre’ (per es. Chlorella, Klamath, Nori, Spirulina..) e tutti i batteri.

Cellula eucariote• Sono cellule più grandi, complesse ed evolute

rispetto le procariote• Le funzioni metaboliche avvengono in definite

strutture (organelli), dentro il citoplasma.• Il materiale genetico (DNA) è organizzato in

cromosomi dentro il nucleo.• E’ presente anche allo stadio di vita

unicellulare (Ameba, Tripanosoma)• Tutti gli organismi pluricellulari sono formati da

cellule eucariote (dalla spugna all’uomo)

membrana

mitocondri

Lisosomi (contengono enzimi digestivi)

NucleoCon

cromosomi

Reticolo endoplasmatico(sintesi dei lipidi)

Ribosomi(sintesi proteica)

Filamenti proteici(citoscheletro)

Apparato del Golgi (sistema vescicolare dove vengono accolte ed escrete le proteine)

Cellula

Cellule differenziate.• In un organismo pluricellulare le cellule sono

organizzate in vari tipi di tessuti.• Ci sono tessuti contrattili, secernenti, di

sostegno, eccitabili, di deposito e altri.• All’inizio dello sviluppo dell’organismo (fase

embrionale) le cellule sono indifferenziate (staminali), poi maturando si differenziano acquistando le caratteristiche relative al tessuto di appartenenza.

• Le cellule costituenti i differenti tessuti hanno caratteristiche morfologiche e biochimiche diverse.

Cellula nervosa (neurone) molto specializzata, eccitabile, conduce lo stimolo, molto attiva metabolicamente, lunga fino a 45 cm.

Cellula epatica : molto attiva la sintesi proteica

Cellula muscolare (miofibrilla) ricca di filamenti proteici e mitocondri

emoglobina Globulo rosso (eritrocita) cellula senza nucleo, vita breve, privo di organelli, è pieno di emoglobina.

trigliceridi

Adipocita : cellula del tessuto adiposo, ha l’aspetto di un enorme sacca (vacuolo) piena di trigliceridi; organelli e nucleo sono schiacciati contro la membrana.

Leucocita (macrofago) cellula competente del sistema immunitario, molto mobile, in grado di fagocitare (inglobare) sostanze e materiali, e distruggerli grazie ai lisosomi.

lisosomi

Spermatozoo : Cellula aploide riproduttiva dotata di un lungo flagello mobile (coda) di natura proteica.

Membrana plasmatica cellulare

• Tutte le cellule sono dotate di membrana.• Tutti i processi metabolici e osmotici di scambio

con l’ambiente esterno avvengono attraverso la membrana.

• Gli acidi grassi rivestono un ruolo fondamentale nella funzionalità di membrana, nel senso che la qualità degli stessi, determina la qualità degli scambi di membrana.

• Gli acidi grassi omega 3 e 6 danno alla membrana quella struttura a “mosaico fluido”che determina una fisiologica attività di membrana

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

Struttura della membrana plasmaticaesterno

Membrana costituita da un “ mosaico” di molecole di fosfogliceridi con una testa polare e una coda costituita da 2 acidi grassi, non polarizzati

+-

Testa polarizzata

Acidi grassi

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

interno

Colesterolo

Grassiinsaturi

Grassisaturi

La presenza di grassi saturi e colesterolo rende la membrana rigida, meno fluida con compromissione degli scambi attraverso la membrana

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

esterno

interno

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+ -

Canalicolo = struttura proteica di membrana

+ -

(1)

(2) (3)

Le sostanze polari non possono attraversare la membrana in quanto respinte dalle cariche + e – della superficie (1)

Le sostanze non polari (lipidi) possono attraversare la membrana (2)

Le sostanze polarizzate possono attraversare la membrana in corrispondenza delle strutture canalicolari costituite da proteine, che ne consentono il passaggio (3)

Proteine di membrana• Le proteine di membrana sono strutture per il

trasporto di sostanze (soluti). Esse si legano al soluto e lo veicolano all’interno della cellula.

• Possono veicolare sostanze ionizzate e molecole come: ormoni, enzimi, zuccheri …modulando la loro entrata a seconda delle esigenze cellulari.

• Il consumo di energia (ATP) delle proteine di membrana dipende dalla concentrazione del soluto dentro e fuori la membrana: passaggio osmotico (senza consumo di ATP) o trasporto attivo (con consumo di ATP)

Doppio strato lipidico Proteina di trasporto

Fuori

Dentro

soluto

ADP

ATP

Trasporto con dispendio energetico = trasporto attivo: la proteina di membrana consuma ATP per trasportare un soluto da un ambiente dove questo è meno concentrato ( fuori dalla cellula) a dentro la cellula dove il soluto è più concentrato.

Trasporto di membrana con dispendio energetico

Concentrazione esterna bassa di soluto

Fuori

Dentro

Trasporto di membrana senza dispendio energetico

Il flusso di soluto da fuori la cellula, dove questo è più concentrato, a dentro la cellula dove questo è meno concentrato avviene attraverso la proteina di membrana, senza dispendio energetico (flusso osmotico).

Concentrazione esterna alta di soluto

+

+ +

+ +

+

+

+

+

+

+ +

+ +

+

+

-

-

+

-

(A)

(B)

Il consumo energetico per il trasporto del soluto èelevato nella situazione (A), dove gli ioni interni e ioni esterni possiedono la stessa carica.

La maggiore richiesta energetica serve a vincere la naturale repulsione tra cariche uguali.

Nella situazione (B), a paritàdi soluto introdotto la richiesta energetica sarà piùbassa di (A) in quanto il flusso sarà facilitato dalla naturale attrazione tra cariche diverse.

Trasporto relativo alle cariche del soluto

energia

energia

H+ H+ H+

H+ H+ H+

H+ H+ H+

H+ H+ H+

Sangue

H+

H+ H+ H+ H+ H+

H+ H+H+

H+

H+

H+

H+

Conc. H+

Bassa PH 7

Conc H+

AltaPH 2

La concentrazione di ioni H+ èmolto alta nello stomaco (PH 2) mentre nel sangue è bassa (PH 7).

L’acidità molto forte nello stomaco è creata dalle cellule gastriche (mucosa gastrica) che sono interposte tra il sangue e la cavitàgastrica.

Esse introiettano da un polo, quello verso il sangue, ioni H+, e “spingono” gli stessi ioni H+ nella cavità gastrica attraverso il polo opposto.

Questo tipo di trasporto prende il nome di Trasporto Transcellulare in quanto attraversa tutta la cellula e riesce a creare concentrazioni molto alte di ioni H+nello stomaco.

Cellulagastrica

Cavità gastrica

Pompa Sodio- Potassio

2 K+

3 Na+

ATP

ADP

esterno interno

La concentrazione intracellulare di K è circa 15 volte quella del Na, mentre quella extracellulare è circa l’inverso.

Questa differenza di concentrazione èmantenuta dall’espulsione attiva (con consumo di energia) di 3 ioni Na+ fuori dalla cellula e dalla loro sostituzione con 2 ioni K+

dentro, da parte di una proteina di trasporto di membrana (pompa Sodio-Potassio).

La pompa Sodio-Potassio trasportando 3 ioni Na positivi fuori e 2 ioni positivi dentro contribuisce a creare una disuguale distribuzione di cariche tra l’esterno e interno la membrana in modo che l’esterno risulta positivo e l’interno negativo. Concentrazioni di Potassio alte sono fondamentali per:

1)Sintesi proteica

2) Sintesi enzimatica

3) Mantenimento del potenziale di membrana ( positivo fuori, negativo dentro)

-+

Potenziale di membrana

+

++

+

+

+

+ +-

-

-

--

-

-

- La differente distribuzione di cariche, viene misurata come potenziale di membrana, le cellule hanno un potenziale di membrana di - 60 millivolt 0

+

-

60 millivolt

La differente distribuzione di cariche della membrana, viene definita MEMBRANA POLARIZZATA (nel senso che presenta 2 polarità)

-

Neurone a riposo (polarizzato) -60

Uno stimolo provoca in un punto unInversione di polarità +30 (depolarizza)

Il punto depolarizzato si ristabilizza mentre si depolarizza quello adiacente

La depolarizzazione (per punti)prosegue per tutta la fibra

Lo stimolo, punto x punto, percorre tutta la fibra fino al prossimo neurone, che a sua volta, sarà stimolato dalla depolarizzazione e la trasmetterà.

++

Potenziale ariposo

Potenziale dieccitazione

1

2

34

mielina

Virus

DNAcellulare

DNAvirale

DNAvirale

DNAvirale

DNAvirale

DNAvirale

Il virus introduce il proprio DNA dentro la cellula infettandola.Il DNA virale, usando i materiali e organelli della cellula, replica se stesso e si moltiplica.Quando la cellula muore i virus fuoriescono e possono trasmettere l’infezione ad altre cellule.

PrioniProteinasana Prione

2

La proteina anomala (Prione) si “stende” su una proteina sana e la modifica rendendola uguale a se stessa e disfunzionale. L‘alterazione continua fino alla totale modifica del tessuto.

1

Metabolismo autotrofo ed eterotrofo

• Per metabolismo autotrofo si intende il metabolismo di quegli organismi in grado di utilizzare la luce solare per la sintesi dei glucidi partendo dall’acqua e dalla anidride carbonica.

• Per metabolismo eterotrofo si intende il metabolismo di quegli organismi che non sono in grado di produrre glucidi e se li devono procurare ingerendo altri organismi.

Procarioti Eucarioti Eucarioti

Unicellulari unicellulari pluricellulari

Evoluzione e complessità

Alghe azzurreBatteri

AmebeFlagellatiFunghi

FunghiAlgheVegetaliAnimaliUomo

Microrganismi come patogeni (batteri)• Alcuni batteri si possono insediare su tessuti

umani e tramite il loro sviluppo produrre tossine e infiammazione, con decorso a volte molto severo, in genere si sviluppano in condizioni favorevoli (per loro): disbiosi, caduta delle difese immunitarie, età avanzata, alimentazione impropria…

• Si vuole rimarcare che aldilà della possibile infezione è fondamentale per il loro sviluppo lo stato del nostro terreno fisiologico

Metabolismo batterico• I batteri risultano adattati a quasi tutti gli

ambienti con relativi diversi tipi di metabolismo.

• Alcuni riescono ad ossidare completamente i glucidi: ma gli enzimi della glicolisi aerobica non sono nei mitocondri bensì nella membrana.

• Altri batteri sono in grado di compiere solo la glicolisi anaerobica e producono acido lattico.

Batteri (buoni)I batteri rivestono un ruolo fondamentale nella trasformazione econservazione degli alimenti.

Batteri dello Yogurt

Glucidi Glicolisi anaerobica Acido lattico

Batteri del formaggio

Glucidi glicolisi anaerobica acido lattico acido butirrico

Batteri del vino

Glucidi glicolisi anaerobica acido lattico alcol etilico

… e altri ancora : burro, birra, salumi, crauti, tamari…

Contrasto dei batteri

I batteri in particolari situazioni ambientali a loro non favorevoli (temperatura, umidità) possono assumere la conformazione di spore. La spora è una forma di resistenza vitale, assunta dal batterio, per superare condizioni ambientali a lui non favorevoli.

Batterio in condizioni ambientali favorevoli

Sotto forma di spora il batterio non compie alcuna attività metabolica e si blocca; al ripristino delle condizioni ambientali favorevoli, potrà riattivarsi

Sterilizzazione e disinfestazione

Per sterilizzazione si intende l’uccisione di tutti i microrganismi: può essere fatta col calore, uso di sostanze chimiche, filtrazione e irraggiamento.

La disinfestazione o disinfettazione uccide solo in parte i microrganismi bloccandone altri.

Un batterio sotto forma di spora è notevolmente più resistente alla sterilizzazione e alla disinfezione dell’equivalente non sotto forma di spora.

Funghi come patogeni• Anche se assomigliano alle piante hanno un

metabolismo di tipo etetrotrofo e possono accumulare glicogeno.

• Si nutrono di materiale organico e possono insediarsi su organismi viventi e diventare patogeni. Le malattie causate dai funghi sono dette micosi

• Le persone ammalate o immunodepresse sono particolarmente esposte alle micosi: è il caso tipico del fungo Candida albicans che compare normalmente in molte persone senza causare particolari problemi, ma in persone debilitate può proliferare e causare infezioni a carico della mucosa orale, vaginale e intestinale.

Commensalismo, simbiosi, parassitismoI microrganismi possono instaurare con l’uomo, con gli animali e con le piante rapporti di convivenza di diverso tipo•Commensalismo: il microrganismo invade l’ospite senza danneggiarlo.•Simbiosi: Il microrganismo e l’ospite traggono entrambi dei benefici: protisti e batteri entrano nella composizione della flora batterica dei ruminanti e dell’uomo.•Parassitismo: L’ospite viene danneggiato dalla presenza del microrganismo come nel caso dei batteri e protisti patogeni.

Ameba (Entamoeba Histolitica)

senza membrana, si alimenta con l’emissioni di pseudopodi

L‘Ameba è un organismo pluricellulare parassita che può infettare l’intestino dell’uomo causando gravi dissenterie.Viene espulsa con le feci e in questa fase rimane latente.

In condizioni igieniche precarie le feci col parassita possono direttamente/indirettamente infettare acqua e/o cibo

Se l’ameba viene ingerita dall’uomo, nell’intestino essa esce dalla fase latente, si rivitalizza e causa l’infezione.Questo tipo di infezione segue il cosiddetto circuito orofecale

La Giardia enterica (Giardia Lamblia) presenta un ciclo infettivo analogo

Feciinfette

intestino

Ameba

Tripanosoma GambienseParassita flagellato Il Tripanosoma è un parassita del

sangue, responsabile della Malattia del Sonno.

Il ciclo infettivo inizia quando un vettore (zanzara) preleva indirettamente il parassita da un individuo infetto.

Nella zanzara il parassita rimane latente.

Quando la zanzara punge un altro individuo il Tripanosoma può passare nel sangue del nuovo ospite, riattivarsi e provocare la malattia.

sangue

parassita

zanzara