Insegnamento di Fisiologia
1. Fisiologia generale
Claudio Babiloni
Dipartimento di Fisiologia Umana e Farmacologia
Università di Roma “La Sapienza”
Notizie utili

Testo consigliato: Carlson N., Fondamenti di Psicologia
Fisiologica, V edizione, ed. it. a cura di L. Petrosini, L.
De Gennaro e C. Guariglia, Casa Editrice Piccin 2003.

Figure di questa lezione prese dai testi (i) Eusebi e Gatti,
Fisiologia e Scienza dell’Alimentazione, Masson, 1998;
(ii) Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998; (iii) Gertmann e
Stanfield, EdiSES, 2003. Copie dei lucidi disponibili su
sito WEB
http://hreeg.ifu.uniroma1.it/Education2/Materiale_didatti
co.htm

Indirizzo email: [email protected]
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Selezione naturale:
all’interno di una specie si
osserva una notevole
variabilità di
caratteristiche
morfologiche e fisiologiche
tra i vari esemplari
(espressione della
variabilità genetica); la
pressione selettiva
ambientale provoca la
sopravvivenza dei soli
esemplari che si adattano
all’ambiente
Le giraffe che hanno il collo più lungo hanno più possibilità di nutrirsi (adattamento
all’ambiente), cosicchè di generazione in generazione si selezione una popolazione di giraffe
con il collo sempre più lungo (finchè questo favorisce l’adattamento)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Deriva genetica:
all’interno di piccole
popolazioni la
sopravvivenza dei
membri può dipendere
da eventi casuali
(accidentali) più che
dall’avere la dotazione
genetica piu’ favorevole
all’adattamento rispetto
alla pressione ambientale
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Effetto del fondatore: un evento casuale può isolare pochi membri
di una specie in un nuovo ambiente e può darsi che quei pochi
membri non fossero quelli con la dotazione genetica più adatta alla
pressione dell’ambiente; si osservano cosi’ maggiori casi di
malformazioni etc.
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Evoluzione dal ratto alla scimmia: si espandono le
regioni cerebrali “associative” non devolute all’analisi
sensoriale e all’esecuzione dei movimenti
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Evoluzione dalla scimmia
all’Uomo: si espandono le
regioni cerebrali
“associative” non devolute
all’analisi sensoriale e
all’esecuzione dei
movimenti
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Evoluzione in razze di arvicole (roditori): la pressione
ambientale seleziona caratteristiche cerebrali (volume
dell’ippocampo) e comportamentali (ampiezza del
territorio, promiscuità sessuale)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
L’evoluzione degli ominidi agli uomini: dalla stazione eretta
allo sviluppo di nuove caratteristiche cerebrali e abilità
comportamentali
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Il più antico ominide: Sahelanthropus tchadensis
NOME
Sahelanthropus
tchadensis
COMPARSA
7 milioni di anni fa
SCOMPARSA
5 milioni di anni fa
INDIRIZZO
Africa
PESO
?
STATURA
?
CAPACITA'CRANICA
?
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Il più antico antenato degli uomini: l’Australopithecus
(“Lucy”)
NOME
Australopithecus afarensis
COMPARSA
4,1 milioni di anni fa
SCOMPARSA
3 milioni di anni fa
INDIRIZZO
Africa
PESO
30/45 Kg
STATURA
1/1.5 m
CAPACITA'CRANICA
380/550 cc (34.4% del dell’Homo
sapiens, sapiens)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Transizione ominide-uomo(“Homo abilis”): un gene ferma la
produzione di acido N-glycolylneuramine, il cervello è accresciuto,
appaiono i primi strumenti (battere, schiacciare, scavare)
NOME
Homo habilis
COMPARSA
2.5 milioni di anni fa
SCOMPARSA
1.6 milioni di anni fa
INDIRIZZO
Africa (Great Rift Valley system
dell’Africa est)
PESO
40 Kg
STATURA
1.4 m
CAPACITA'CRANICA
640 cc (47.4% del dell’Homo
sapiens, sapiens)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Homo “erectus” ( “ergaster”,“erectus”): cervello e corpo sono
accresciuti, si crea una cultura tecnologica (armi, fuoco) e si
spinge oltre l’Africa
NOME
Homo erectus
COMPARSA
1,8 milioni di anni fa
SCOMPARSA
500.000 mila anni fa
INDIRIZZO
Africa, Europa, Asia
PESO
60/70 Kg
STATURA
1.6/1.8 m
CAPACITA'CRANICA
1000 cc (74% dell’Homo sapiens, sapiens)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Homo “sapiens arcaicus”: l’antenato degli uomini moderni
(Homo “neanderthalensis” e “sapiens”)
NOME
Homo sapiens arcaicus
COMPARSA
500.000 mila anni fa
SCOMPARSA
130.000 mila anni fa
INDIRIZZO
Africa, Europa, Asia
PESO
60 Kg
STATURA
1.5/1.6 m
CAPACITA'CRANICA
1200 cc (88% dell’Homo sapiens, sapiens)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Homo “di Neanderthal”: cervello e corpo più grandi, vive in piccoli
gruppi, ha il culto dei morti, un linguaggio essenziale, domina
l’Europa per 250.000 anni nella morsa delle ere glaciali, si estingue
dopo il contatto con l’Homo “sapiens, sapiens”
NOME
Homo neanderthalensis
COMPARSA
500.000 mila anni fa
SCOMPARSA
130.000 mila anni fa
INDIRIZZO
Europa, Asia
PESO
65 Kg
STATURA
CAPACITA'CRANICA
1.6 m
1245/1740 cc
(110% dell’Homo sapiens, sapiens)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Homo “sapiens, sapiens”: creatività e linguaggio molto
sviluppati promuovono arte, cultura, tecnologia, ampi gruppi
sociali, commercio e armi fino a dominare il pianeta
NOME
Homo sapiens arcaicus
COMPARSA
200.000 mila anni fa
SCOMPARSA
(non estinto))
INDIRIZZO
Tutto il pianeta
PESO
70 Kg
STATURA
1.7/1.8 m
CAPACITA'CRANICA
1350 cc
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Concetti chiave sull’organizzazione dell’organismo
Sistema fisiologico: insieme di organi, ognuno costituito da tessuti cellulari (epiteliale, nervoso, muscolare e
connettivo). Organismo (umano): insieme di sistemi fisiologici che operano in un “ambiente interno” separato
da un “ambiente esterno” mediante la barriera cute. Compartimenti dell’organismo: barriere principalmente
epiteliali e membrane cellulari dividono l’organismo in compartimenti che contengono liquido (acqua corporea
totale = volume totale di acqua formato da liquido intra-cellulare e liquido extra-cellulare; liquido extracellulare = plasma sanguineo, linfa e liquido tra le cellule o interstiziale). Il problema del rifornimento delle
cellule dell’organismo: l’ambiente esterno e’ troppo lontano perché le cellule possano direttamente assumere
sostanze/gas vitali e riversarvi i rifiuti metabolici. Sostanze/gas vitali e rifiuti devono prima raggiungere il
liquido che circonda ogni cellula = il “mezzo interno” (plasma sanguineo per le cellule del sangue e liquido
interstiziale per le altre cellule). Il sangue scambia sostanze/gas vitali e rifiuti con il “mezzo interno”
(passano la parete capillare fino allo spazio interstiziale e, infine, passano la membrana cellulare). Il primo
principio organizzativo dell’organismo: l’omeostasi per la sua sopravvivenza (dinamico mantenimento di
composizione e temperatura del “mezzo interno”). Sistemi fisiologici impegnati nell’omeostasi: sistema
respiratorio polmonare = scambio di gas vitali (ossigeno e anidride carbonica) tra l’ambiente esterno e il
sangue; sistema gastrointestinale = assunzione e digestione di sostanze vitali dall’ambiente esterno ed
espulsione dei rifiuti nell’ambiente esterno attraverso le feci; sistema cardiovascolare = circolazione del sangue
che trasporta sostanze/gas vitali per le cellule e i loro prodotti/rifiuti; sistema renale e urinario = controllo del
volume e della composizione del sangue ed escrezione dei rifiuti nell’ambiente esterno attraverso le urine;
sistema endocrino = regolatore dei sistemi fisiologici; sistema nervoso = controllo del comportamento e
regolatore del sistema endocrino e degli altri sistemi fisiologici; sistema immunitario = difesa dell’organismo da
virus, batteri e sostanze tossiche che alterano il “mezzo interno”. Meccanismi di regolazione dei sistemi
fisiologici: controllo a feed-back e forward. Il secondo principio organizzativo fondamentale
dell’organismo: la riproduzione per la sopravvivenza della specie (sviluppo delle cellule germinali e dei
sistemi riproduttivi, ricerca del partner, accoppiamento, fecondazione, gravidanza, parto e cure parentali).
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
La cellula: la più piccola unità vivente
Cellula: la più
piccola unità vivente,
specializzata per svolgere
le diverse funzioni
dell’organismo. Vi sono 4
tipi di cellule: nervosa,
muscolare, epiteliale,
connettivale. Vi sono
diversi tipi di cellule
connettivali (es. cellule del
sangue, delle ossa, della
glia, etc.)
Fig. 1.2 di Germann-Stanfield,
Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Sistema fisiologico: insieme di organi, ognuno
costituito da tessuti cellulari

Tessuto: formato da cellule
di un unico tipo

Organo: i tessuti si
combinano per formare gli organi.
L’organo cuore è formato da
tessuto muscolare, tessuto nervoso
(nervi), tessuto epiteliale
(valvole), e tessuto connettivo
(tendini valvolari)
Sistema
fisiologico:
più organi formano un sistema di
organi o sistema fisiologico. Ad
esempio, il sistema
cardiovascolare è formato dal
cuore e dai vasi sanguinei
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 2.6 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Organismo umano: un insieme di sistemi fisiologici
operanti in un “ambiente interno”
Sistemi
fisiologici:
operano in un “ambiente interno”
separato da un “ambiente esterno”
mediante la cute, principalmente
formata dai tessuti epiteliale e
connettivale
Compartimenti idrici
dell’organismo: barriere

principalmente epiteliali (es. parete
dei capillari) e membrane cellulari
dividono l’organismo in
compartimenti che contengono
liquido. Acqua corporea totale =
volume totale di acqua formato da
liquido intra-cellulare e liquido
extra-cellulare
Liquido extracellulare:

Fig. 1.1 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
è formato da plasma sanguineo, linfa e liquido tra le cellule (liquido interstiziale)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Il sangue come vettore per rifornire e liberare dai rifiuti il
“mezzo interno”
Il
rifornimento: l’ambiente esterno e’ troppo lontano perché le cellule possano direttamente
assumere sostanze/gas vitali e riversarvi i rifiuti metabolici. Sostanze/gas vitali e rifiuti devono prima
raggiungere il liquido che circonda ogni cellula = il “mezzo interno” (plasma sanguineo per le cellule del
sangue e liquido interstiziale per le altre cellule)

Il sangue: riceve sostanze/gas vitali da, e riversa rifiuti per, l’ambiente esterno tramite polmoni (gas
vitali) e tubo digerente (acqua, elettroliti e nutrienti). Riversa rifiuti nell’ambiente esterno anche tramite
i reni (acqua, elettroliti). Trasporta elementi del sistema immunitario e segnali chimici per le cellule
(ormoni)
Il
“mezzo interno”: le sostanze/gas vitali che entrano ed escono dalle cellule sono trasportate dal
sangue e attraversano parete (cellule endoteliali) o pori capillari, lo spazio (liquido) interstiziale e la
membrana cellulare. Sangue e liquido interstiziale costituiscono il “mezzo interno”, sede degli scambi
Fig. 13.12 di GermannStanfield, Fisiologia umana,
EdiSES, 2003
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Il primo principio organizzativo dell’organismo:
l’omeostasi del “mezzo interno”
L’omeostasi:
dinamico mantenimento di
volume, composizione,
temperatura e acidità del
“mezzo interno” (plasma
sanguineo e liquido
interstiziale), come
condizione essenziale per la
sopravvivenza
dell’organismo
Differenze
“in”-
“out”: Tra “mezzo
interno” (“outside”) e
liquido intra-cellulare
(“inside”) esistono notevoli
differenze di concentrazione
di sostanze/ioni. Molta
energia della cellula e’
deputata al mantenimento
(omeostasi) di tali
concentrazioni
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Sistemi fisiologici impegnati nell’omeostasi
S.
polmonare: scambio di gas vitali
(ossigeno e anidride carbonica) tra l’ambiente
esterno e il sangue; bilancia l’acidità del sangue

S. gastrointestinale: assunzione di
acqua, nutrienti e sali inorganici dall’ambiente
esterno; digestione dei nutrienti; espulsione dei
rifiuti nell’ambiente esterno attraverso le feci
S.
cardiovascolare: circolazione del
sangue che trasporta sostanze/gas vitali per le
cellule e i loro prodotti/rifiuti
S.
renale e urinario: controllo del
volume e della composizione del sangue ed
escrezione dei rifiuti nell’ambiente esterno
attraverso le urine; bilancia l’acidità del sangue
S.
endocrino: regolatore dei sistemi
fisiologici
S.
nervoso: controllo del comportamento
e regolatore del sistema endocrino e degli altri
sistemi fisiologici
S.
immunitario: difesa dell’organismo
da virus, batteri e sostanze tossiche
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1.3 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Il secondo principio organizzativo dell’organismo: la
riproduzione per la sopravvivenza della specie
 Oltre l’omeostasi: la riproduzione. Alcuni organi del sistema riproduttivo non hanno nessun
ruolo nel mantenimento dell’omeostasi per la sopravvivenza dell’organismo. La loro asportazione non provoca
nessun effetto nella capacità dell’organismo di regolare volume, temperatura, composizione e acidità del
“mezzo interno”. Tali organi seguono un altro importante principio organizzativo: la riproduzione
 I comportamenti riproduttivi: costituiscono la categoria più importante dei comportamenti sociali,
poiché, senza di essi, la maggioranza delle specie non sopravvivrebbe. Questi comportamenti, che includono il
corteggiamento, l’accoppiamento, la cura della prole e la maggior parte delle forme di comportamento
aggressivo, rappresentano le categorie più singolari dei comportamenti sessualmente dimorfici, cioè che
differiscono a seconda del genere di appartenenza
 Riproduzione contro omeostasi: alcuni comportamenti riproduttivi mettono a rischio la vita
dell’organismo. Si pensi alla diffusione delle malattie per contagio sessuale dovute a rapporti sessuali non
protetti con persone a rischio di infezione. In questi casi prevale l’istinto (forte motivazione inconsapevole) di
garantire la sopravvivenza della specie e della propria prole anche a discapito della propria vita. Vi sono
numerosi esempi di adulti che hanno rischiato la vita per salvare la vita di bambini
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Sistemi fisiologici impegnati nella riproduzione
S. riproduttivo: apparato per
l’accoppiamento e la gestazione
femminile; sviluppo delle cellule
germinali, produzione di ormoni
sessuali
Fig. 8.8 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
S. nervoso di relazione:
rappresentazione di mondo esterno,
bisogni e aspettative del partner,
strategie comportamentali per ricerca
del partner, corteggiamento,
accoppiamento, parto e cure parentali
.
S. nervoso autonomo:
controllo dell’attività erettile del pene
e dell’eiaculazione

S. neuroendocrino: regolatore
degli ormoni sessuali per sviluppo
delle cellule germinali, sviluppo e
controllo dell’apparato riproduttivo,
facilitazione dei circuiti nervosi per
ricerca del partner, corteggiamento,
accoppiamento, parto e cure parentali
Fig. 8.1 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 8.4 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Meccanismi di regolazione dei sistemi fisiologici
Regolazione
a feedback negativo: un sensore
Fig. 1.6 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
rileva il valore attuale della
variabile fisiologica (es.
temperatura corporea), manda il
segnale ad un centro integrativo che
compara tale valore con quello(i) di
riferimento (set point). In caso di
differenza, viene mandato un
segnale di errore a effettori che
agiscono per portare il valore della
variabile al valore di riferimento o
entro l’intervallo dei valori di
riferimento. E’ il meccanismo di
controllo fisiologico più diffuso
nell’organismo
Regolazione
a feed-
back positivo: la differenza
del valore della variabile rispetto a
quello(i) di riferimento innesca un
segnale di errore che promuove
processi volti ad aumentare ancora
di più quella differenza
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 9.4 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
Concetti chiave sui trasporti attraverso le membrane cellulari
Differenze di composizione del liquido intra ed extra-cellulare: sono dovute alle caratteristiche delle
membrane cellulari. La struttura della membrane cellulare: è formata da due strati di fosfolipidi con le
“code” idrofobe e le “teste” idrofile verso il liquido intra ed extra-cellulare. Le funzioni della membrana
cellulare dipendono dalle proteine. Le proteine che attraversano la membrane (“integrali”) costituiscono
canali per l’acqua e gli ioni idratati come anche trasportatori e pompe per il passaggio di sostanze/ioni. Le
proteine su una faccia della membrana (“periferiche”) facilitano i processi biochimici (enzimi), captano ioni e
biomolecole (recettori) o hanno funzioni strutturali associate al citoscheletro. Trasporto attraverso la
membrana: passivo o “in discesa” (= senza consumo di energia ATP) per differenza di concentrazione
(gradiente chimico) o carica elettrica (gradiente elettrico) tra i due lati della membrana; attivo (consumo di ATP)
o “in salita” contro tali gradienti. Trasporto senza proteine: diffusione semplice (“in discesa”) per agitazione
termica casuale di gas e soluti liposolubili mediante soluzione nei costituenti lipidici della membrana.
Caratteristiche del trasporto tramite proteine: lentezza, numero limitato di “sedili” (saturazione) ed effetti di
specificità e competizione tra i soluti trasportati. Trasporto passivo mediante proteine canali o
trasportatrici: diffusione facilitata o “in discesa” di zuccheri, aminoacidi e ioni in direzione del gradiente
chimico o elettrico (es. entrata del glucosio attraverso la membrana muscolare). Trasporto attivo mediante
proteine: Trasporto attivo primario “in salita” (con consumo di energia ATP) contro un gradiente chimico o
elettrico (es. pompa K+/Na+ nella membrana nervosa e muscolare). Trasporto attivo secondario “in salita”
sfruttando il movimento di un altro soluto lungo il suo gradiente chimico-elettrico (es. scambio di Na+ verso
l’interno e di Ca++ verso l’esterno nella membrana muscolare; si consuma energia ATP per portare fuori il
Na+). Trasporto mediante vescicole: endocitosi (invaginazione della membrana che racchiude i soluti) ed
esocitosi (fusione di vescicole e membrana ed espulsione di soluti). Pressione osmotica: spinge l’acqua
(solvente) dal lato della membrana in cui vi sono più soluti (ioni/biomolecole) rispetto che acqua. L’osmosi di
acqua non è “diffusione” ma “pressione” perché non dipende dalla concentrazione assoluta di acqua ma da
quella dei soluti rispetto all’acqua.
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
La membrana cellulare: struttura e funzioni
Membrana cellulare: le sue
caratteristiche determinano la
differenze di composizione del
liquido intra- ed extra-cellulare
.
Fig. 1-2 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
Struttura: è formata da due strati
di fosfolipidi con le “code” idrofobe e
le “teste” idrofile verso il liquido
intra- ed extra-cellulare. Vi sono
canali per il passaggio di piccole
molecole (es. l’acqua)
Funzioni: dipendono dalle
proteine. Le proteine che attraversano
la membrane (“integrali”)
costituiscono canali per gli ioni,
trasportatori e pompe per il passaggio
di sostanze/ioni. Le proteine su una
faccia della membrana (“periferiche”)
facilitano i processi biochimici
(enzimi), captano ioni e biomolecole
(recettori) o hanno funzioni strutturali
associate al citoscheletro
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1.1 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Trasporto attivo e passivo attraverso la membrana
 Trasporto passivo: o “in
discesa” (= senza consumo di energia
ATP). Si attua per differenza di
concentrazione (gradiente chimico
dovuto ad agitazione termica casuale
dei soluti) o carica elettrica (gradiente
elettrico) tra i due lati della membrana.
Il gradiente può essere espresso dal
concetto di forza chimica e forza
elettrica
Diffusione
semplice di
molecole liposolubili: per
soluzione nei costituenti lipidici della
membrana (acidi grassi, ormoni
stereoidei, ossigeno, anidride carbonica
e vitamine liposolubili). Non richiede
consumo di ATP (“in discesa”) e la
mediazione di proteine di membrana

Trasporto attivo: richiede
consumo di ATP perché si svolge “in
salita” contro i suddetti gradienti.
Servono proteine di membrana
Fig. 4.1 di Germann-Stanfield,
Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 4.3 di Germann-Stanfield,
Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Trasporto attraverso la membrana con proteine trasportatrici (I)
 Generalità: le proteine
trasportatrici hanno un numero
limitato di “sedili” (saturazione)
e possono portare solo certi tipi
di soluti (effetti di specificità e
competizione tra tali soluti). La
velocità di trasporto e’ più lenta
rispetto alla diffusione semplice
Diffusione “facilitata”:
“in discesa” (senza ATP) in
direzione del gradiente chimico
(es. entrata del glucosio
attraverso la membrana
muscolare)
Trasporto
Fig. 1-4 Costanzo, Fisiologia,
EdiSES, 1998
Fig. 4.11 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
attivo
primario: “in salita” (con
consumo di energia ATP) contro
un gradiente chimico o elettrico
(es. pompa K+/Na+ nella
membrana nervosa e muscolare)
Pompa
K+/Na+
Fig. 1.2 di Eusebi-Gatti,
Fisiologia, Masson, 1998
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Trasporto attraverso la membrana con proteine trasportatrici (II)
Trasporto
attivo
secondario: “in salita” sfruttando
il movimento “trainante” di un altro
soluto lungo il suo gradiente chimicoelettrico (es. scambio di Na+ verso
l’interno e di Ca++ verso l’esterno
nella membrana muscolare; si
consuma energia ATP per portare
fuori il Na+). Cotrasporto se il soluto
trasportato va nella stessa direzione di
quello “trainante”. Controtrasporto in
caso contrario
Trasporto
mediante
Fig. 1-7. di Costanzo,
Fisiologia, EdiSES, 1998
Fig. 1-8. di Costanzo,
Fisiologia, EdiSES, 1998
vescicole: endocitosi
(invaginazione della membrana che
racchiude i soluti) ed esocitosi
(fusione di vescicole e membrana ed
espulsione di soluti)
Fig. 1.7 di Eusebi-Gatti,
Fisiologia, Masson, 1998
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Osmosi
Fig. 1-9 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
Pressione
osmotica: spinge
l’acqua (solvente) dal lato
della membrana in cui vi
sono più soluti
(ioni/biomolecole) che
acqua
L’osmosi di acqua non è
“diffusione”
ma
“pressione” perché non
dipende
dalla
concentrazione assoluta di
acqua ma da quella dei
soluti rispetto all’acqua
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Concetti chiave su potenziali di membrana, conduzione e
trasmissione dell’informazione nel sistema neuro-muscolare
Potenziali di diffusione ed equilibrio: i canali proteici si aprono/chiudono variando la loro conduttanza a specifici ioni, in funzione del potenziale di
membrana o del contatto tra ligandi e recettori di membrana. Il flusso di ioni attraverso la membrana genera un potenziale di diffusione ai suoi due lati.
Tale flusso continua fino al potenziale di equilibrio (= equilibrio tra forze chimiche ed elettriche agenti sugli ioni). Potenziale di membrana a riposo:
in una cellula nervosa o muscolare a riposo il potenziale è negativo all’interno della membrana rispetto all’esterno (circa -70 mV),. La negatività dipende
dalle proteine negative (anioni) del citosol troppo grandi per attraversare la membrana e dall’azione di pompe ioniche che portano più Na+ e Ca++ fuori
che K+ dentro la cellula. A riposo, la conduttanza al K+ e’ molto più alta di quella al Na+, per questo non entra Na+ a dispetto delle forze elettriche e
chimiche verso l’interno della cellula. Potenziali d’azione: quando la polarità negativa del potenziale di membrana si riduce (depolarizzazione) oltre
circa -40 mV, si aprono bruscamente i canali potenziale-dipendenti del Na+ (aumento della conduttanza). L’entrata brusca di Na+ riduce ulteriormente
la negatività, fino a valori positivi del potenziale di membrana. La brusca apertura dei canali potenziale-dipendenti del K+ determina la rapida uscita del
K+ (toglie positività all’interno della cellula) e valori di elevata negatività di membrana (iperpolarizzazione). L’apertura di canali potenziale-dipendenti
del Ca++ (entra Ca++) ripristina il potenziale a riposo. Conduzione del potenziale d’azione: il potenziale di azione in un punto della membrana fa
aprire i canali potenziale-dipendenti del Na+ nel punto vicino rigenerando il potenziale d’azione. La comunicazione tra cellule muscolari cardiache
mediante sinapsi elettrica: canali proteici (giunzioni strette) collegano il citosol di due cellule vicine, permettendo la propagazione del potenziale
d’azione. La comunicazione tra neuroni mediante sinapsi chimica: l’arrivo del potenziale d’azione al terminale nervoso determina l’apertura di
canali potenziale-dipendenti del Ca++, l’entrata del Ca++, la migrazione di vescicole di neurotrasmettitore verso la membrana pre-sinaptica, il rilascio
per esocitosi del neuro-trasmettitore nello spazio sinaptico, il contatto tra neurotrasmettitore (ligando) e recettore post-sinaptico, l’apertura/chiusura di
canali ligando-dipendenti con effetti sul flusso ionico transmembranario e sul potenziale post-sinaptico. Giunzione neuromuscolare. La sinapsi tra
neurone e membrana muscolare è caratterizzata da neurotrasmettitore acetilcolina e recettori post-sinaptici collegati a canali ionici per Na+ K+ Ca++.
Ogni potenziale d’azione del neurone determina un potenziale d’azione sulla membrana della fibra muscolare e una contrazione muscolare. Struttura
del muscolo scheletrico. Ordinata sequenza di unità funzionali (sarcomeri) in cui un motoneurone innerva piu’ fibre muscolari (unità motoria). Le fibre
muscolari (multi-nucleate) sono costituite da proteine contrattili (actina, miosina), proteine regolatrici e una rete tubolare. Tale rete è formata da un
tubulo trasverso come invaginazione della membrana muscolare e da un reticolo sarcoplasmico con cisterne terminali contenenti Ca++. Contrazione nel
muscolo scheletrico. Il potenziale d’azione si propaga lungo la membrana muscolare (ingresso di Ca++ extracellulare) e il tubulo trasverso (rilascio di
Ca++ intracellulare). Il Ca++ modifica le proteine regolatrici e scopre sull’actina i siti di legame per la miosina. La biomolecola energetica ATP
modifica la miosina e fa scorrere la miosina sull’actina (contrazione muscolare). L’ATP fa distaccare la miosina dall’actina (nuovo ciclo). Il pompaggio
del Ca++ nel reticolo endoplasmico ripristina la conformazione delle proteine regolatrici e il rilascio muscolare. Muscolo cardiaco: rispetto al muscolo
scheletrico, il potenziale d’azione è piu’ duraturo e l’entrata del Ca++ intracellulare innesca il rilascio del Ca++ delle cisterne terminali sarcoplasmiche.
Muscolo liscio: rispetto al muscolo scheletrico, la fibre sono nucleate, non c’e sequenza di sarcomeri e manca il tubulo trasverso. Processo a tre stadi
dell’ossidazione del glucosio: rappresenta una importante fonte di energia in forma di ATP ed è costituito da glicolisi, ciclodi Krebs e fosforilazione
ossidativa. Creazione di energia mediante il sistema creatina/creatinfostato: copra la spesa energetica per un periodo di qualche secondo
tempo necessario per produrre ATP da altre fonti energetiche. Metabolismo dei grassi e delle proteine per la produzione di energia: la
gluconeogenesi
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Potenziale di membrana
Canali della membrana: si
aprono/chiudono variando la loro
conduttanza a specifici ioni, in
funzione del potenziale di membrana
o del contatto tra ligandi e recettori
di membrana
Potenziali di diffusione: il
flusso di ioni attraverso la membrana
genera un potenziale di diffusione ai
suoi due lati. Esempio (Fig.): vi è più
Na+Cl- nel comparto di sinistra e una
membrana permeabile solo al Na+.
Per differenza di concentrazione
(forza chimica) il Na+ passa nel
comparto di destra sviluppando li un
potenziale positivo
Potenziale di equilibrio:
Tale flusso continua fino al potenziale
di equilibrio della membrana, che
rappresenta l’equilibrio tra forze
chimiche ed elettriche agenti sugli
ioni (nell’esempio: Na+)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1-10 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
Potenziale di membrana a riposo
Negatività
della membrana
a riposo: in una cellula nervosa o
muscolare a riposo il potenziale è
negativo all’interno della membrana
rispetto all’esterno (circa -70 mV)
Sbilanciamento di cariche
elettriche dai due lati della
membrana: tale negatività dipende

dalle proteine negative (anioni) del
citosol, troppo grandi per attraversare
la membrana, e dall’azione di pompe
ioniche che portano più Na+ e Ca++
fuori che K+ dentro la cellula
Permeabilità agli ioni
(conduttanza) della
membrana: a riposo, la

conduttanza al K+ e’ molto più alta di
quella al Na+, per questo non entra
Na+ a dispetto delle forze elettriche e
chimiche verso l’interno della cellula
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1.3 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Potenziale di azione
Entrata
del Na+ e
depolarizzazione: quando la
polarità negativa del potenziale di
membrana a riposo si riduce
(depolarizzazione) oltre circa -40 mV,
si aprono bruscamente i canali
potenziale-dipendenti del Na+
(aumento della conduttanza).
L’entrata brusca di Na+ riduce
ulteriormente la negatività, fino a
valori positivi del potenziale di
membrana (ripolarizzazione)
del K+ ed
iperpolarizzazione: la brusca
Fig. 1.5 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Neurone o muscolo
scheletrico
Uscita
apertura dei canali potenzialedipendenti del K+ determina la rapida
uscita del K+ (toglie positività
all’interno della cellula) e valori di
elevata negatività di membrana
(iperpolarizzazione). L’apertura di
canali potenziale-dipendenti del Ca++
(entra Ca++) ripristina il potenziale a
riposo
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Muscolo cardicaco. Il
potenziale d’azione è più
duraturo per l’apertura
prolungata dei canali Ca++
Conduzione del potenziale d’azione
Propagazione
del
potenziale d’azione. A: nel
segmento iniziale dell’assone del
neurone il potenziale d’azione è
associato all’entrata di Na+ e alla
conseguente depolarizzazione (fino a
polarità positiva). Nei segmenti vicini
si osserva il potenziale negativo a
riposo. B: Forze elettrochimiche
spingono le cariche positive interne
verso il segmento vicino inattivo. C:
L’arrivo delle cariche positive
depolarizza il sito vicino oltre la
soglia, causa l’apertura dei canali
potenziale-dipendenti del Na+
rigenerando il potenziale d’azione
Tipi di propagazione: la
propagazione del potenziale d’azione
e’ punto per punto (A) nell’assone
privo di mielina e (B) per salti in
corrispondenza dei nodi demielinizzati nell’assone mielinizzato
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1-14 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
Fig. 1.6 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Rapida trasmissione del potenziale d’azione tra cellule
muscolari cardiache: la sinapsi elettrica
Le giunzioni strette: sono
canali proteici (giunzioni strette o
comunicati) che collegano il citosol
di due cellule muscolari cardiache
vicine. Esse permettono il passaggio
di ioni e piccole molecole e, quindi,
la rapida propagazione del potenziale
d’azione (si noti la differenza rispetto
alle giunzioni tramite filamenti intercellulari con funzione di stretto
ancoraggio tra le cellule muscolari
cardiache: desmosomi)
 Sinapsi elettrica: è il piccolo
spazio tra le cellule, costituito dalle
giunzioni strette. Le sinapsi elettriche
impediscono una modulazione della
trasmissione tra le cellule
dell’informazione portata dal
potenziale d’azione (il potenziale
d’azione passa direttamente). Esse
sono rare nel sistema nervoso
dell’uomo
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 2.27 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Trasmissione del potenziale d’azione tra cellule nervose: la
sinapsi chimica
Sinapsi chimica: separa la
membrana pre- e post-sinaptica. Il
messaggero neuro-trasmettitore
(aminoacido, peptide) attraversa la
sinapsi. Si può modulare la
trasmissione al momento di sintesi,
invio, ricezione e degradazione del
neuro-trasmettitore
Le fasi della trasmissione
sinaptica: arrivo del potenziale

d’azione (bottone pre-sinaptico),
apertura di canali potenziale-dipendenti
del Ca++, entrata di Ca++, migrazione
di vescicole di neurotrasmettitore verso
la membrana pre-sinaptica, esocitosi
del neuro-trasmettitore nella sinapsi,
ricezione del neurotrasmettitore
“ligando” (membrana post-sinaptica),
apertura/chiusura di canalali ligandodipendenti con effetti sul flusso ionico
transmembranario e sul potenziale
post-sinaptico, degradazione e
ricaptazione del neurotrasmettitore
Claudio
Babiloni, Fisiologia generale

Fig. 7.2 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Meccanismi di trasduzione nelle sinapsi chimiche
Risposte
veloci a livello dei
canali ligando-dipendenti: la
ricezione del neurotrasmettitore
“ligando” fa aprire/chiudere il canale
ionico (generalmente K+, Na+, Ca++)
Risposte lente ad
accoppiamento diretto: la

ricezione del neurotrasmettitore
“ligando” determina l’apertura del
canale ionico tramite la mediazione
della proteina G (moltiplicano gli
effetti)
Risposte lente mediate da
secondi messaggeri: la ricezione

del neurotrasmettitore “ligando”
determina l’apertura del canale ionico
tramite la mediazione della proteina G
e l’ulteriore intervento di enzini e
secondi messaggeri intra-cellulari (che
possono inoltre innescare sintesi di
nuovi recettori etc.)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 7.3 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Sinapsi inibitorie ed eccitatorie
Sinapsi
eccitatorie veloci e
potenziale post-sinaptico
eccitatorio: il neurotrasmettitore
Fig. 7.4 di Germann-Stanfield, Fisiologia
umana, EdiSES, 2003
“ligando” fa aumentare la
concentrazione di cariche positive
(K+, Na+, Ca++) all’interno della
membrana post-sinaptica con effetto
gradualmente depolarizzante
“eccitatorio” sul potenziale postsinaptico (es. più entrata di Na+ che
uscita di K+)
Sinapsi inibitorie veloci e
potenziale post-sinaptico
inibitorio: il neurotrasmettitore

“ligando” fa aumentare la
concentrazione di cariche negative
(es. entrata di Cl-, uscita di K+)
all’interno della membrana postsinaptica con effetto gradualmente
iper-polarizzante “inibitorio” sul
potenziale post-sinaptico (es. uscita di
K+)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 7.5 di Germann-Stanfield,
Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Trasmissione neuromuscolare
Giunzione
o placca
neuromuscolare: è la sinapsi tra
Fig. 1.8 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
il terminale pre-sinaptico del
motoneurone alfa (controlla la
contrazione muscolare) e una zona
specializzata con molte pliche della
fibra muscolare (membrana postsinaptica)
Fasi: arrivo del potenziale
d’azione (bottone pre-sinaptico),
apertura di canali potenzialedipendenti del Ca++, entrata di Ca++,
migrazione di vescicole di
acetilcolina (ACh) verso la membrana
pre-sinaptica (neurone), esocitosi
dell’ACh nella sinapsi, ricezione
dell’ACh sulla membrana postsinaptica (placca motoria), apertura di
canali per cationi (K+, Na+, Ca++),
potenziale post-sinaptico eccitatorio,
potenziale d’azione (fibra muscolare),
degradazione dell’ACh dell’enzima
acetilcolinesterasi (AChE)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1-15 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
Il muscolo scheletrico
Struttura: il muscolo è costituito
da fascicoli muscolari intercalati da
tessuto connettivo. Ogni fascicolo è
costituito da fibre muscolari
(polinucleate: molti nuclei che
condividono il citoplasma) avvolte
dal sarcolemma. Ogni fibra
muscolare è formata da miofibrille
avvolte dal reticolo sarcoplasmatico.
Ogni miofibrilla mostra un’ordinata
sequenza di unità funzionali
(sarcomeri). Ogni sarcomero presenta
miofilamenti proteici contrattili spessi
e sottili, delimitati da due dischi
(linee Z). Si riconoscono le bande I e
H (filamenti sottili) e le bande A
(sovrapposizione di filamenti sottili e
spessi). Un moteneurone spinale alfa
innerva più fibre muscolari, che
costituiscono l’unità motoria
Proteine: filamenti spessi =
“miosina”; filamenti sottili = “actina”
e proteine regolatrici tropomiosina e
troponina
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1.15 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998
Rete tubulare (tubulo trasverso e reticolo sarcoplasmatico) e
contrazione del muscolo scheletrico

Rete tubolare: è formata da un tubulo trasverso (tubulo a T), una invaginazione della membrana
muscolare (sarcolemma), e da un reticolo sarcoplasmatico con cisterne terminali contenenti Ca++ intracellulare. Un tubulo trasverso e ai suoi lati le due cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico costituiscono
una “triade” funzionale. Il tubulo trasverso e’ caratterizzato da una proteina-recettore voltaggio-dipendente, la
cui attivazione al giungere del potenziale d’azione fa aprire il canale per il Ca++ intra-cellulare posto nelle
cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico
Il
meccanismo dello scorrimento dei filamenti: la contrazione muscolare si associa al
restringimento delle bande I e della zona H della miofibrilla, che riflettono l’actina. Al contrario, la banda A che riflette
principalmente la miosina non cambia lunghezza (= non vi è contrazione della miosina). Inoltre, si avvicinano tra loro
le linee (strie) Z, che delimitano il sarcomero della miofibrilla. La generalizzazione del fenomeno determina
l’accorciamento di miofibrille, fibre muscolari, fascicoli muscolari e dell’intero muscolo. Questa descrizione mostra
che la contrazione muscolare dipende dallo scorrimento dei filamenti di miosina su quelli dell’actina (e non dalla
contrazione dei filamenti)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Accoppiamento eccitazione-contrazione
Fasi
di un singolo evento: 1. L’acetilcolina
liberata dal neurone si lega ai recettori della placca motrice
e da luogo al potenziale d’azione muscolare. 2. Il
potenziale d’azione viaggia sulla superficie della
membrana muscolare (= ingresso di Ca++ extra-cellulare) e
in profondità lungo il tubulo trasverso (T). 3. I recettori
voltaggio-dipendenti del tubulo trasverso aprono i canali
Ca++ delle cisterne del reticolo sarcoplasmatico (= rilascio
di Ca++ intra-cellulare); 4. Ca++ soprasoglia si lega alla
troponina spostando la tropomiosina e scoprendo
sull’actina i siti per la testa della miosina. 5. La testa della
miosina (forma ad alta energia) si innalza fino a legarsi
all’actina. Si stacca un fosfato e la testa della miosina si
piega tirando l’actina verso il centro del sarcomero (“colpo
di forza” e contrazione muscolare). Si stacca l’ADP dalla
miosina (forma a bassa energia) che rimane rigidamente
legata all’actina. Un nuovo ATP si lega alla testa della
miosina (che ritorna ad alta energia) e la stacca dall’actina
(fine di un ciclo dei ponti trasversi). 6. Il Ca++ viene
pompato attivamente dentro il reticolo sarcoplamatico. 7.
Sull’actina i siti per la miosina vengono coperti dalla
tropomiosina. Si consideri che sul filamento di miosina vi
sono numerose teste (ponti trasversi) che in presenza di
ATP e Ca++ soprasoglia danno vita a numerosi cicli dei
ponti trasversi e alla conseguente contrazione muscolare
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Fig. 1-24 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998
La singola scossa muscolare
Scossa
singola: un motoneurone assieme a tutte le fibre muscolari che innerva viene definito unità motoria. La
scossa singola è la risposta meccanica di una unità motoria ad un singolo potenziale d’azione. Dato un potenziale
d’azione la scossa singola è sempre uguale
Fasi: periodo di latenza (pochi millisecondi) tra la comparsa del potenziale d’azione nel sarcolemma e la
contrazione muscolare; fase di contrazione (10-100 millisecondi) dalla fine della latenza al picco della tensione
muscolare (grammi) e fase di rilasciamento (fino alla tensione nulla). Una stimolazione ad alta frequenza può indurre
scosse singole con caratteristiche anormali. Muscoli diversi sono caratterizzati da scosse singole con caratteristiche
diverse in funzione della forza che sono in grado di produrre e della velocità con cui raggiungono il picco della forza
Tipi
di contrazione: la contrazione isotonica si verifica quando il muscolo genera una forza muscolare
almeno pari al carico (es. un peso) determinando un accorciamento del muscolo. La contrazione isometrica si verifica
quando la forza muscolare generata è inferiore al carico (nessun movimento). Si noti l’andamento della tensione
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Caratteristiche della contrazione muscolare
Tetano: quando la concentrazione intra-cellulare del Ca++ è elevata, i siti di legame della miosina sull’actina
restano esposti e la contrazione muscolare diviene sostenuta e prolungata
Relazione
lunghezza-tensione: la tensione attiva massimale si sviluppa in corrispondenza della
lunghezza muscolare alla quale si verifica una sovrapposizione ottimale dei filamenti sottili e spessi, che consente la
formazione del maggior numero possibile di ponti trasversi. La tensione attiva risulta dalla sottrazione della tensione
passiva (che si sviluppa stirando il muscolo a differenti lunghezze o precarichi) dalla tensione totale (la tensione
muscolare massima sviluppata partendo da differenti lunghezze)
Relazione
forza-velocità: velocità dell’accorciamento in funzione della variazione della forza di
opposizione alla contrazione (postcarico) che viene prefissata (contrazione isotonica). La velocità dell’accorciamento
dipende dalla velocità alla quale si formano i ponti trasversi di actina e miosina
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Muscolo cardiaco e potenziali d’azione
Il muscolo cardiaco: presenta giunzioni strette che rapidamente propagano il potenziale d’azione tra le
fibre muscolari cardiache. Rispetto al muscolo scheletrico, il potenziale d’azione (150-300 ms) e il periodo
refrattario del muscolo cardiaco sono di lunga durata per l’apertura dei canali Ca++. La conseguente entrata del
Ca++ extra-cellulare innesca il rilascio del Ca++ intra-cellulare delle cisterne terminali sarcoplasmatiche che
con l’ATP sostengono la contrazione muscolare

Fasi del potenziale d’azione: inversione del potenziale per rapida apertura dei canali del Na+ con
entrata di Na+; lieve ripolarizzazione iniziale per rapida chiusura dei canali del Na+ e apertura di quelli del K+
con uscita di K+; stabilizzazione del potenziale d’azione per lenta apertura dei canali Ca++ con entrata di Ca++,
bilanciata dall’apertura dei canali del K+ con uscita di K+; ripolarizzazione del potenziale per chiusura dei
canali Ca++ e apertura di quelli K+; potenziale di membrana a riposo per apertura dei canali del K+ con entrata
di K+
 Il nodo senoatriale (SA): diversamente dalle altre fibre cardiache, il nodo SA presenta (1) potenziali
d’azione spontanei a cadenza automatica; (2) un potenziale di membrana a riposo instabile per lenta apertura di
canali del Na+ con entrata di Na+; tale entrata determina la depolarizzazione spontanea del potenziale di
membrana alla base del segnapasso; (3) un’inversione di potenziale rapida per apertura di canali transitori (T)
del Ca++ con entrata di Ca++, (4) assenza della lieve ripolarizzazione e del successivo plateau. Come per le
altre fibre, la ripolarizzazione dipende dall’apertura dei canali del K+ con uscita di Ka+
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Muscolo liscio
Muscolo liscio: avvolge
organi cavi (tratto gastrointestinale,
vescica, utero), bronchioli, vasi
sanguinei, uretere e muscoli oculari.
Rispetto al muscolo scheletrico, la
fibre sono nucleate, non c’e
sequenza di sarcomeri (manca la
striatura) e manca il tubulo
trasverso. Il muscolo liscio muove
(es. chimo e urina) e regola la
tensione (es. vasi sanguinei)
Fig. 11.29 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003
Il muscolo liscio
unitario: presenta giunzioni

comunicanti che rapidamente
propagano il potenziale d’azione tra
le fibre muscolari lisce. Esso
presenta attività spontanee
segnapassi, definite come onde
lente (tratto gastrointestinale,
vescica, utero e uretere)
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Accoppiamento eccitazione-contrazione del muscolo liscio
Muscolo liscio multiunitario: (iride, muscolo ciliare e vasi deferenti) come per il muscolo
scheletrico, ogni unità motoria è indipendente. Tali unità sono regolate da fibre del sistema nervoso simpaticoparasimpatico Accoppiamento eccitazione-contrazione: il Ca++ extra-cellulare entra mediante
canali regolati dal neuro-trasmettitore od ormone come anche dal potenziale di membrana. Il Ca++ intracellulare esce dal reticolo sarcoplasmatico per effetto di secondi messaggeri (IP3). Si forma il complesso Ca++calmodulina, che si lega alle chinasi delle catene leggere della miosina, dando luogo ai ponti trasversi di actina e
miosina. Ciò si attua con consumo di un ATP per ciclo. Si ha rilasciamento muscolare quando il Ca++ è ritirato
nel reticolo sarcoplasmatico da apposite pompe ioniche
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Energia per la cellula muscolare dal glucosio (I)
Ossidazione del glucosio: un processo a tre stadi libera energia dal glucosio per sintetizzare ATP: la
glicolisi e il ciclo di Krebs (fosforilazione del substrato) come anche la fosforilazione ossidativa (aggiunta di
gruppi fosfati e rimozione di elettroni). Vi partecipano due importanti coenzimi, i quali sono componenti non
proteiche (cofattori) aggiuntive degli enzimi proteici. I coenzimi non hanno la funzione di facilitare (catalizzare)
le reazioni chimiche pur partecipando a tali reazioni. Questi coenzimi sono il flavin adenin-dinucleotide (FAD),
un derivato della vitamina B12 o riboflavina, e il nicotinamide adenosin dinucleotide (NAD*), un derivato della
vitamina B3 (niacina)
La glicolisi: avviene nel citoplasma senza bisogno di ossigeno. 1 molecola di glucosio + 2 coenzimi
NAD* + 2 ADP + 2 gruppi fosfati (Pi) reagiscono chimicamente per produrre 2 ATP. Inoltre, si producono 2
molecole di piruvato per il ciclo di Krebs e 2 molecole di coenzima ridotto NADH + 2 ioni idrogeno (H+) per la
fosforilazione ossidativa
Il ciclo di Krebs: inizia quando il quando il piruvato prodotto dalla glicolisi, in presenza di ossigeno,
entra nella matrice dei mitocondri e viene trasformato nel coenzima Aacetil CoA durante un passaggio chimico
di collegamento. In sintesi, 2 molecole di piruvato + 8 NAD* + 2 FAD + 2 ADP + 2 Pi + 6 H2O reagiscono
chimicamente per produrre 2 ATP. Si producono, inoltre, 6 CO2 + 8 NADH + 8H* + 2 FADH2 . In assenza di
ossigeno, il piruvato viene convertito in lattato (enzima lattato deidrogenasi), che consente di convertire il
NADH in NAD* e di alimentare almeno la glicolisi per produrre ATP
Fosforilazione ossidativa: avviene nella membrana mitocondriale in presenza di ossigeno e si basa
per gran parte sui coenzimi ridotti (con elettroni da cedere) e sull’anidride carbonica (CO2) prodotti dalla
glicolisi e dal Ciclo di Krebs. La fosforilazione ossidativa comprende due processi simultanei: (i) la catena di
trasporto elettronico e (ii) l’accoppiamento chemiosmotico
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Energia per la cellula muscolare dal glucosio (II)
La catena di trasporto elettronico : trasporta un flusso di elettroni dai coenzimi donatori (NADH e
FADH2) all’ossigeno (accettore di elettroni). Per ogni coppia di elettroni del NADH si producono 3 ATP, mentre
per ogni coppia di elettroni del FADH2 si producono 2 ATP. La scarsità di ossigeno riduce la produzione di ATP
e i livelli di coenzima NAD* (necessari anche per glicolisi e ciclo di Krebs)
L’accoppiamento chemiosmotico: stabilisce il legame tra il trasporto elettronico e la sintesi
dell’ATP. Usa l’energia liberata nella catena di trasporto elettronico per spostare ioni idrogeno attraverso la
membrana mitocondriale interna (H2) contro il loro gradiente di concentrazione. Tale spostamento attiva
l’enzima ATP sintetasi che produce ATP mediante trasferimento di un gruppo fosfato (P) nell’ADP. Nella
fosforilazione ossidativa, 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 34 ADP + 34 Pi + 6 molecole di ossigeno (O2)
reagiscono chimicamente per produrre 34 ATP. Inoltre si producono 10 NAD* + 2 FAD + 12 H 2O
Riassunto: 1 molecola di glucosio + 6 O2 → 2 ATP nella glicolisi + 2 ATP nel Ciclo di Krebs
(fosforilazione del substrato) + 34 ATP nella fosforilazione ossidativa + 6 CO2 + 6 H2O
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Energia per la cellula muscolare: oltre il glucosio
Altri zuccheri : fruttosio, saccarosio e mannosio vengono convertiti in prodotti intermedi che possono
entrare nel processo della glicolisi etc.
Il metabolismo del glicogeno: il glicogeno è una riserva energetica costituita da molecole (polimero)
di glucosio legate. Si forma glicogeno (glicogenesi) quando vi è glucosio in eccesso nel sangue. La carenza di
glucosio innesca il processo contrario di idrolisi del glicogeno (glicogenolisi). Le cellule muscolari scheletriche
ed epatiche sono particolarmente efficienti in questi processi.
Metabolismo dei grassi: I grassi (lipidi) sono importanti fonti di energia per produrre ATP disponibili
in riserve di trigliceridi. Quando vi è bisogno di energia, i trigliceridi vengono scissi (lipolisi) in glicerolo e
acidi grassi. Quando vi è un eccesso di molecole energetiche, essi sono riconvertiti in trigliceridi (lipogenesi)

Metabolismo delle proteine: le proteine vengono scisse in aminoacidi (proteolisi), private del gruppo
amminico e, infine, convertite in piruvato, acetil CoA o in un prodotto intermedio del ciclo di Krebs
Formazione di nuovo glucosio: la gluconeogenesi produce glucosio da (1) glicerolo, (2) lattato e
(3) aminoacidi. Glicerolo, lattato e aminoacidi vengono trasformati in prodotti intermedi o finali dei processi di
fosforilazione del substrato (glicolisi-Ciclo di Krebs). Altri aminoacidi e gli acidi grassi sono convertiti in acetil
CoA, che entra nel processo di ossidazione del glucosio per produrre ATP. Una molecola di acido grasso
permette la sintesi di molte più molecole di ATP di quanto non permetta una molecola di glucosio. Il
catabolismo degli acidi grassi genera un gran numero di coenzimi ridotti che entrano nella catena di trasporto
elettronico (fosforilazione ossidativa) per produrre ATP. Infine, anche alcuni derivati dell’acetil CoA (chetoni)
sono utilizzati per produrre ATP
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
Il metabolismo della cellula muscolare durante l’esercizio fisico
Il sistema creatina/creatinfosfato: poiché le scorte cellulari di ATP sono limitate, durante l’attività
muscolare si riduce l’ATP e aumenta l’ADP. Ciò innesca l’attività enzimatica per produrre ATP. Il fosfato per la
reazione ADP + P →ATP è accumulato nel creatinfosfato. La produzione di ATP dal creatinfosfato dura qualche
secondo, tempo necessario per produrre ATP da altre fonti energetiche
Effetti dell’esercizio moderato e continuo: per i primi secondi si usano le scorte di glicogeno
muscolare, poi si usa il glucosio e gli acidi grassi provenienti dal sangue. Dopo 30 minuti, la fonte energetica
principale è costituita dai grassi

Effetti dell’esercizio intenso: il principale processo energetico è la fosforilazione del substrato, in
particolare la glicolisi (senza ossigeno). Il piruvato prodotto dalla glicolisi viene trasformato in lattato (alla base
dei dolori muscolari) quando il piruvato è in eccesso rispetto alle possibilità metaboliche del ciclo di Krebs, per
esempio per scarsità di ossigeno o per insufficiente velocità dell’ossidazione del glucosio
Rilassamento muscolare e rigenerazione delle scorte energetiche: Durante il riposo
muscolare, il lattato nel citoplasma è convertito in piruvato che entra nel ciclo di Krebs per produrre ATP.
Inoltre, si verificano reazioni chimiche di direzione opposta a quelle che dal glucosio generano ATP. L’ATP è
usato per fosforilare la creatina in creatinfosfato. Il glucosio inutilizzato viene convertito in glicogeno.
L’ossigeno non utilizzato viene in parte legato nella mioglobina, una molecola simile all’emoglobina del sangue
Claudio Babiloni, Fisiologia generale
AUTOVALUTAZIONE
Organizzazione dell’organismo
Definizione di sistema fisiologico e di organismo (umano)
Definizione di acqua corporea totale e liquido extra-cellulare
Definizione di “mezzo interno” e di “omeostasi”
Indicare i sistemi fisiologici impegnati nell’omeostasi
Descrivere i meccanismi di regolazione a feed-back e forward dei sistemi fisiologici
Trasporti transmembranari
Descrivere le principali componenti della membrane cellulare
Descrivere il ruolo delle proteine della membrana
Indicare le caratteristiche del trasporto passivo e attivo attraverso la membrana
Indicare la differenza tra cotrasporto e controtrasporto attivo transmembranario
Descrivere i determinanti del gradiente elettrico e chimico che regola i flussi transmembranari degli ioni
Indicare le differenza tra endocitosi ed esocitosi
Definire la pressione osmotica:
Potenziali e trasmissione neuro - muscolare
Definire i potenziali di diffusione ed equilibrio
Indicare le differenze tra potenziale di membrana a riposo e potenziali d’azione
Descrivere il meccanismo di conduzione del potenziale d’azione
Caratterizzare le proprietà della sinapsi elettrica e chimica
Descrivere la giunzione neuromuscolare
Indicare le fasi dell’accoppiamento tra eccitazione della membrana muscolare e contrazione delle fibre del muscolo scheletrico
Descrivere le principali diversità tra muscolo scheletrico, muscolo cardiaco e muscolo liscio
Descrivere il processo a tre stadi dell’ossidazione del glucosio, che rappresenta una importante fonte di energia in forma di ATP
Descrivere il metabolismo dei grassi e delle proteine per la produzione di energia
Claudio Babiloni, Fisiologia generale