CURSUL 1Fiziologie generală

1. Fiziologia membranei celulare

2. Transportul prin membrană

3. Fiziologia neuronului

4. Conducerea excitaţiei în fibrele nervoase

5. Fiziologia sinapsei

6. Fiziologia fibrei musculare striate

1

1. FIZIOLOGIA MEMBRANEI CELULARE

Singer şi Nicolson (1972) - modelul mozaicului fluid lipoproteic Rolul membranei - ”barieră” cu permeabilitate selectivă şi dinamică

- asigură diferenţa de concentraţie intra - extracelular

1 şi 2 – glicoproteine 5 – proteine periferice 9 - strat lipidic

3 – glicolipide 6 – proteine integrale 8, 10 - fosfolipide

4 – colesterol 7 - citoschelet

2

I. Lipidele membranare: fosfolipide, colesterol şi glicolipide

1. FOSFOLIPIDELE matricea fosfolipidică conţine:- fosfatidil-colina, - fosfatidil-serina, - fosfatidil-etanol-amina, - sfingo-mielina.

Rol structural formează dublul strat lipidic al membraneiRol funcţional:a) determină permeabilitatea selectivă a membranei:

- permeabilă pentru molecule liposolubile (acizi grasi, etanol) şi gaze (O2 şi CO2)

- parţial permeabilă pt. apă şi molecule hidrofobe cu diametru mic

- impermeabilă pentru molecule hidrofile3

b) sursă de mesageri intracelulari: - IP3 – inozitol trifosfat- DAG – diacilglicerol

Rol - reglarea contractilităţii muşchiului neted - modificarea secreţiei celulare

4

c) sursă de mesageri extracelulari: - PROSTAGLANDINE

- LEUCOTRIENERol - efecte pe diverse ţesuturi

2. COLESTEROLUL Rol: asigură flexibilitate şi stabilitatea membranei celulare

3. GLICOLIPIDELE Rol: în interacţiuni celulare 5

II. Proteinele membranare- reprezintă ½ din masa membranei

Categorii:1. PROTEINE PERIFERICE – externe şi interne

- situate la suprafaţa externă sau internă a matricei fosfolipidice

- rol enzimatic - extern acetilcolinesteraza - intern adenilatciclaza

2. PROTEINELE INTEGRALE - străbat matricea fosfolipidică de pe o suprafaţă pe alta

- rol funcţional: - receptori,

- transport prin membrană – canale ionice şi proteine transportoare

6

Funcţiile generale ale proteinelor:- proteine-enzime (adenilatciclaza, fosfolipaza C)- proteine-canal (acvaporinele, canalele ionice)- proteine-transportoare (“carrier”)- proteine-receptor- proteine reglatoare (proteinele G)- proteine de ataşare intercelulară (integrinele) şi proteine de

comunicare intercelulară (conexonii)

7

2. TRANSPORTUL PRIN MEMBRANA

2.1. TRANSPORT PASIV

2.2. TRANSPORT ACTIV

2.1. TRANSPORTUL PASIV

Caracteristici:• spontan • fără consum de energie• sub acţiunea unor forţe fizice • în sensul reducerii unor gradiente

Tipuri de transport pasiv:

A) Difuziune simplă

B) Difuziune facilitată

C) Osmoză 8

A) Difuziunea simplă • prin dublu strat lipidic (acizi graşi, alcool, O2, CO2) • prin canale (canale ionice, canale de apa)

Canalele ionice- sunt proteine integrale - asigură transportul pasiv şi selectiv al ionilor - trecerea în sensul gradientului electrochimic

Exemple: 1. canale ionice voltaj dependente - în neuroni şi fibre

musculare- canale rapide de Na+, - canale de K+, - canale lente de Ca2+, - canale de Cl-

9

2. canale ionice operate mecanic - se activează la întinderea membranei celulare

- in celule musculare netede, - celule endoteliale,- celule auditive

3. canalele ionice operate de liganzi intracelulari sau extracelulari

10

B) Difuziunea facilitată

= transport pasiv al substanţelor organice neionizate care nu pot traversa membrana decât cu ajutorul unei proteine “carrier”

Exemplu: difuziunea facilitată a glucozei creşte de 10-20 de ori în prezenţa insulinei

C) Osmoză

= trecerea apei printr-o membrană semipermeabilă, dinspre soluţia mai diluată spre cea mai concentrată (în sensul gradientului de concentraţie al apei).

11

2.2. TRANSPORTUL ACTIV PRIN MEMBRANA CELULARĂ

Caracteristici:• se realizează contra gradientului• se realizează cu consum de energie• e posibil în prezenţa unei proteine specifice “carrier” • are caracter limitativ determinat de disponibilitatea

transportoruluiRoluri:• transportul moleculelor organice (glucoza, aminoacizi) şi a

ionilor (Na+, K+, Ca2+, Fe2+, I-)• asigură diferenţa de concentraţie a substanţelor între mediul

intra şi extracelularTipuri:

a) Transport activ primar b) Transport activ secundar

12

a) Transportul activ primar

Caracteristici:

- proteina transportoare este în acelaşi timp şi ATP-ază

- ATP ADP + Pi + E

- ATP-azele care transportă ioni se numesc pompe ionice.

Exemple:• pompa Na+/K+ (Na+/K+- ATP-aza);• pompa H+/K+ (H+/K+ - ATP-aza);• pompa de Ca2+ (Ca 2+- ATP-aza);• pompele protonice (H+- ATP-azele).

13

Pompa Na+/K+ - cea mai importantă ATP-ază de transportRoluri:- transportă 3 Na+ spre ext. şi 2 K+ spre int. pentru 1 ATP- mecanism principal de asigurare a homeostaziei

celulare- menţine potenţialul de repaus şi participă la refacerea echilibrului ionic după repolarizare

b) Transportul activ secundar- foloseşte gradientul de concentraţie creat de TA primar pentru a asigura transportul unei alte substanţe, cuplat

cu transportul de Na+ 14

3. FIZIOLOGIA NEURONULUIŢesutul nervos este alcătuit din:

- celulele specializate - neuronii

- celulele accesorii - celulele gliale.  

NEURONUL = unitatea morfo-funcţională a sistemului nervos

- este o celulă diferenţiată cu rol în recepţionarea, prelucrarea, stocarea şi transmiterea informaţiei.

Structura - corp celular - pericarionul

- prelungiri - axonul şi dendritele

15

Funcţiile specifice ale neuronilor sunt:

1. excitabilitatea

- dezvoltarea stării de excitaţie în urma acţiunii unui stimul,

- se bazează pe fenomene de membrană (modificări de permeabilitate şi polaritate) traduse prin potenţial de

acţiune;

2. conductibilitatea

- transmiterea excitaţiei pe toată suprafaţa membranei;3. memoria

- capacitatea de a reţine şi conserva informaţiile.

16

Potenţialul de repaus neuronalDefiniţie: PR = diferenţa de potenţial între suprafaţa internă a

membranei - electric negativă şi cea externă - electric pozitivă, în condiţii de repaus.

Valoare: determinată prin tehnica microelectrozilor = - 60 mV - 90 mV

Factori determinanţi: repartiţia inegală a sarcinilor electrice de o parte şi de alta a membranei

Na+ intră în celulă, K+ va ieşi (transport pasiv), dar pompa Na+-K+ (transport activ) readuce valorile concentraţiilor la cele de mai sus pompa Na+-K+ este factorul activ în determinarea potenţialului de repaus

Ioni Concentraţie intracelulară

Concentraţie extracelulară

Na+ 10 mEg/l 140 mEg/l

K+ 140 mEg/l 5 mEg/l

17

Potenţialul de acţiune neuronalDefiniţie = modificarea rapid reversibilă a diferenţei de potenţial

membranar, sub acţiunea unui stimul cu valoare prag.

Valoare: +20 mV, +30 mV tehnica microelectrozilorFazele PA:

a. Prepotenţialul - depolarizarea localizată cu atingerea potenţialului prag,- durata de 15 ms, - produsă prin permeabilizarea membranei faţă de Na+

b. Potenţialul de vârf (spike) - durata 1 ms şi o amplitudine de 120 mV, - alcatuit din: fază ascendentă - depolarizarea

fază descendentă - repolarizarea. c. Postpotenţialul pozitiv

- restabilirea echilibrului ionic prin intervenţia pompei Na+/K+ 18

Potenţialul de acţiune neuronal

19

4. CONDUCEREA EXCITAŢIEI PRIN FIBRA NERVOASĂ

Mecanismul conducerii:- prin dendrite celulipet: dendrite pericarion- prin axon celulifug: pericarion axon

Conducerea excitaţiei prin fibrele amielinice:- se face din aproape în aproape- viteză de conducere redusă- consum mare de energie

Conducerea excitaţiei prin fibrele mielinice:- saltator de la un nod la altul- viteza de conducere mare- consum energetic mai redus

20

1. Legea integrităţii fiziologice - o fibră nervoasă secţionată sau parţial lezată, comprimată sau tracţionată, nu poate conduce excitaţia.

2. Legea conducerii izolate - fibrele nervoase conduc independent impulsurile proprii. Excitaţia nu se transmite la fibrele învecinate.

3. Legea conducerii bilaterale - o fibră nervoasă excitată la mijlocul ei conduce excitaţia în ambele sensuri – spre axon şi spre pericarion. Sinapsele asigură transmiterea unidirecţională a impulsului.

4. Legea conducerii nedecremenţiale - conducerea excitaţiei se face fără scăderea amplitudinii potenţialului de acţiune propagat de-a lungul fibrei, respectând legea “totul sau nimic”.

Legile conducerii prin axon

21

5. FIZIOLOGIA SINAPSEIDefiniţie: sinapsa = ansamblul joncţional interneuronal care

asigură transmiterea unidirecţională a impulsului nervos excitator sau inhibitor

Componente:1. Componenta presinaptică = terminaţia butonată a axonului,

care conţine mitocondrii, neurofibrile şi vezicule cu mediator chimic.

2. Fanta sinaptică = spaţiul dintre membrana presinaptică şi membrana postsinaptică.

3. Componenta postsinaptică = o porţiune diferenţiată a membranei postsinaptice (neuron, muşchi).

22

1. Invazia butonului sinaptic de către influxul nervos

- influxul nervos determină la nivelul membranei presinaptice un influx masiv de Na+ şi Ca2+ cu eliberarea mediatorului din veziculele sinaptice

2. Eliberarea mediatorului în fanta sinaptică

- în prezenţa ionilor de Ca2+ şi a ATP-ului, veziculele presinaptice îşi varsă conţinutul în fanta sinaptică printr-un proces de exocitoză

3. Propagarea transsinaptică a influxului nervos - difuziunea mediatorului chimic,- acţiunea mediatorului chimic asupra membranei postsinaptice,- inactivarea mediatorului chimic

Secvenţa fenomenelor transmiterii sinaptice

23

5. FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE STRIATE

Organizarea morfofuncţională a fibrei musculare scheletice:- formă cvasicilindrică, - diametru între 25 şi 100 m, - lungime de 1-300 mm, - citoplasma este organizată în:

- citoplasmă contractilă: miofibrilele,

- citoplasmă necontractilă nuclei, organite celulare, sistemul sarcotubular, mioglobina.

24

Miofibrilele= organite speciale contractile- grosime 0,2 - 2 m, dispuse pe întreaga lungime a fibrei- organizarea - succesiune de discuri care conţin actină şi miozină- sarcomerul = unitatea morfofuncţională a miofibrilei

- delimitat de două membrane Z succesive- se scurtează în timpul contracţiei prin glisarea

filamentelor de actină printre cele de miozină apropierea membranelor Z

Structura miofilamentelor: proteine contractile actina şi miozina proteine reglatoare troponina şi tropomiozina

25

Miozina = proteină complexă, asimetrică, formată din 6 lanţuri polipeptidice: 2 lanţuri grele şi 4 lanţuri uşoare

26

Actina 2 forme de actină:

actina globulară (actina G) monomerică actina fibrilară (actina F) polimerică Proprietăţile actinei capacitate de polimerizare interacţiunea cu miozina

Troponin-C

F-Actin[

Tropomyosin

Troponin-I

Troponin-T

G-Actin monomer

27

Tropomiozina- dispusă sub formă de bastonaşe de-a lungul miofilamentului de actină- rol:

se interpune între filamentul de actină şi cel de miozină

împiedică interacţiunea actomiozinică în condiţii de repaus

28

Troponina- este ataşată de unul din capetele moleculei de tropomiozină- complex de 3 molecule reglatorii :

-Troponina C fixează Ca++ deplasarea tropomiozinei cuplarea acto-miozinică

-Troponina T leagă complexul troponinic de tropomizină

-Troponina I inhibă activitatea ATP-azică a capului miozinei

29

Sistemul sarcotubularTubulii T (transversali) continuare intracelulară a sarcolemei

Tubulii L (longitudinali) sunt reprezentaţi de reticulul sarcoplasmatic care prezintă

dilataţii laterale bogate în Ca2+, numite cisterne terminale

Triada sarcoplasmatică- conţine:1 tubul T şi 2 cisterne terminale- asigură cuplarea excitaţiei cu contracţia

30

FIZIOLOGIA PLĂCII MOTORII

= joncţiunea neuro-musculară alcătuită din:

- componenta presinaptică - terminaţia neuronului;

- fanta sinaptică;

- componenta postsinaptică - membrana fibrei musculare.

31

Secvenţa transmiterii impulsului în placa motorie1. eliberarea acetilcolinei în fanta sinaptică2. difuziunea acetilcolinei în fanta sinaptică spre sarcolemă

3. acţiunea acetilcolinei asupra receptorului nicotinic postsinaptic

4. înlăturarea acetilcolinei din fanta sinaptică

32

CUPLAREA EXCITAŢIE-CONTRACŢIE ÎN FIBRA MUSCULARĂ SCHELETICĂ

Definiţie = declanşarea, întreţinerea şi întreruperea contracţiei

Declanşarea contracţiei musculare

1. Propagarea potenţ. de acţ. de-a lungul sarcolemei pătrunde prin tubii T deschiderea canalelor de Ca++ ale reticolului sarcoplasmatic

2. Creşte concentraţia Ca++ citosolic (10-7M – 10-5M )

3. Ca++ se fixează pe troponina C complexul troponină-tropomiozină îşi schimbă poziţia tropomiozina este deplasată lateral formarea punţilor actomiozinice contracţia

Relaxarea musculară - Ca++ este pompat activ în reticolul sarcoplasmatic Ca++ citosolic (10-5M – 10-7M ) stoparea contracţiei relaxare 33