Fisiologia: osmolarità, tonicità e trasporto attivo di membrana

Osmolarità di una soluzione

2º lezione di FISIOLOGIA del 24/10/2022 OSMOLARITA' DI UNA SOLUZIONE: E' LA CONCENTRAZIONE TOTALE DI PARTICELLE DEI SOLUTI PERMEANTI O NON PERMEANTI LA CELLULA IN UNA SOLUZIONE, quindi è LA SOMMA DI TUTTE LE PARTICELLE DISCIOLTE IN UNA SOLUZIONE. (Molarità X il nºdi particelle per molecola = Osmolarità) ESP: Se la nostra soluzione è costituita da: - 0,1 molare (M) glucosio= 0,1 Osm(osmolare) - 0,1 M NaCl= 0,2 Osm(Na+ & Cl-) Siccome sappiamo che il NaCl si divide in Na + e Cl - , di fatto sono tre particelle di cui sommiamo tutto: - 0,1 M glucosio + 0,1 M Na+0,1M Cl= 0,3 Osm(glu& Na+ & Cl-)

Classificazione delle soluzioni in base all'osmolarità

UNA SOLUZIONE SI DICE: isoosmotica = 300 mOsm (milliosmoli) iperosmotica > 300 mOsm ipoosmotica < 300 mOsm Se sommiamo tutte le particelle permeanti e non permeanti la cellula abbiamo una soluzione di 300 mOsm, per convenzione si assume che tutti i soluti intracellulari siano non permeanti. Osmolarità intracellulare = 300 mOsm Cellula 300 mOsm

Tonicità di una soluzione

TONICITA' DI UNA SOLUZIONE: E' LA CONCENTAZIONE DEI SOLUTI CHE NON PERMEANEANO LA CELLULA. E' La Concentrazione dei soluti non permeanti rispetto a quelli del liquido intracellulare.La tonicità di una soluzione è determinata dalla maniera in cui essa influisce sul Volume cellulare e non ha unità di misura in quanto è solo un termine comparativo.

Gradi di tonicità

Esistono tre gradi di tonicità di una soluzione comparata ad un'altra:

• ipertonicità: se contiene una maggiore concentrazione di soluti non permeanti rispetto alla soluzione presente sull'altra faccia della membrana; ipertonica -> provoca il raggrinzimento cellulare
• ipotonicità: se contiene una minor concentrazione di soluti non permeanti rispetto alla soluzione presente sull'altra faccia della membrana; ipotonica -> provoca rigonfiamento cellulare
• isotonicità: se contiene un'uguale concentrazione di soluti su entrambi i lati della membrana; isotonica -> non altera il volume della cellula

Molecole d'acqua Molecole di soluto (a) Isotonico (b) Ipotonico (c) Ipertonico 1.a) isotonico: = 300 mOsm 2.b) ipotonico: < 300 mOsm 3.c) ipertonico: > 300 mOsm Perché avviene questo? Quando si dice una soluzione isotonica, ipertonica o ipotonica è di fatto la quantità di acqua che c'è nella soluzione.-In una soluzione isotonica i soluti e l'acqua sono equilibrati e non c'è gradiente; -In una soluzione ipertonica nella parte extra-cellulare c'è meno acqua e più soluti; l'acqua si muoverà dall'interno della cellula all'esterno ed è per questo che si raggrinzisce (acqua marina). -In una soluzione ipotonica nella parte extra-cellulare ci sono meno soluti e più acqua; l'acqua si muoverà dall'esterno verso l'interno della cellula ed è per questo che si gonfia. La soluzione fisiologica viene utilizzata in clinica ed è costituita: 0.9% NaCl (9 gr in 1000 ml). Questa soluzione è isotonica perché non permea, mantiene l'equilibrio di 300 mOsm ed è il valore esatto di una cellula immersa in una soluzione.

Osmolarità e concentrazione dei soluti

OSMOLARITA': misura che indica la concentrazione totale di una soluzione dei soluti permeanti (urea pallino giallo) e non permeanti (pallino viola)

Esempio di cellula in soluzione isoosmotica

Esempio 1. Cellula posta in una soluzione isoosmotica Questa è una soluzione con 300 mOsm di Cellula UREA ed è una soluzione isoosmotica, di base l'urea riesce ad attraversare la 300 mOsm membrana ed entra nella cellula, l'interno Concentrazione dell'urea = 300 mOsm della cellula diventa iperosmotica quindi · = Soluto non permeante diventa > 300 mOsm. Insieme all'urea · = Urea incomincerà ad entrare anche l'acqua, quindi all'interno della cellula troveremo più soluti rispetto all'esterno della e si creerà una soluzione ipotonica. O · oCellula Flusso d'acqua >300 mOsm Concentrazione dell'urea = 300 mOsm · = Soluto non permeante o = Urea 2. Urea permea ed entra secondo gradiente 3. Aumenta l'osmolarità intracellulare 4. H2O entra per aumento di soluti all'interno(osmosi)

Osmolarità nei compartimenti corporei

L'osmolarità è una concentrazione, una misura che viene adoperata in fisiologia per esprime quello che accade e quello che c'è in vari compartimenti ad esempio: - PLASMA 278 mOsm - LIQUIDO INTERSTIZIALE 295-296 mOsm - LIQUIDO INTRACELLULARE 298 mOsm Queste piccole differenze di osmolarità permettono di far entrare l'acqua. Osmolarità dei compartimenti corporei Osmolarità = Molarità x nº particelle per molecola (OsM, osmol/L) Eritrocita Endotelio capillare Membrana cellulare mM mM mM [Na+] = 142 [K] = 4 [Ca2+] = 2,5 [Mg2+] = 1,1 [Na+] = 145 [K] = 4 [Ca2+] = 1-2 [Mg2+] = 0,6 [Na+] = 12 [K] = 140 [Ca2+] < 0,0001 [Mg2+] = 1,6 [CI ] = 104 [HCO3] = 24 [CI ] = 117 [HCO3] = 27 [CI ] = 4 [HCO3] = 12 [A ] = 138 Liquido intracellulare C Plasma Liquido interstiziale Osmolarità 278 mOsM 295 - 296 mOsM 298 mOsM Plasma Liquido interstiziale Liquido intracellulare

Trasporto attivo

TRASPORTO ATTIVO La membrana plasmatica è ricca di proteina di membrana, 50% dell'aria della membrana è occupata da proteine che hanno diverse funzioni negli enzimi, proteine strutturali. Quelle che andremo a studiare nello specifico sono le proteine di trasporto. TRASPORTO ATTIVO: Richiede ENERGIA (adenosina trifosfato ATP) -> CONTRO GRADIENTE ELETTROCHIMICO. Il trasporto attivo è essenziale per queste funzioni: - produzione di segnali elettrici;-regolazione della contrazione muscolare; - assorbimento nel tratto digerente; -regolazione dei liquidi corporei da parte dei reni.

Tipi di trasporto attivo

COME AVVIENE IL TRASPORTO ATTIVO: Ci sono due tipi:

Trasporto attivo primario

TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO: serve a far muovere le sostanze attraverso la membrana contro gradiente che usa direttamente ATP, questi tipi di strutture proteiche si chiamano POMPE, queste proteine riescono a pompare ioni contro gradiente( andare contro la forza naturale) dal più concentrato al meno concentrato, spostano i soluti contro gradiente e funzionano sia come proteine trasportatrici che come enzimi perché sono le stesse pompe che producono l'energia stessa per avviare questo trasporto infatti sono anche delle ATPasi. La più IMPORTANTE POMPA E' LA Na+/ K+ ATPasi (pompa sodio-potassio) questa proteina è capace di spostare: - 3 ioni Na+ al di fuori della cellula quindi verso il compartimento più concentrato di Na+ (145) - 2 ioni K+ all'interno della cellula quindi verso il compartimento più concentrato di K+(140) Queste pompe lavorano quindi contro gradiente e la loro funzione è quella di RICARICARE IL POTENZIALE DI MEMBRANA. Le concentrazioni efferenti all'interno e all'esterno della cellula sono essenziali per la vita della cellule e devono soprattutto mantenere tali.Liquido extracellulare Na Va Na Na P P Liquido intracellulare ATP ADP (a) (b) (c) K K K P K P Il potenziale di membrana è quello squilibrio di cariche elettriche all'interno e all'esterno della cellula che si mantiene grazie a questa proteina(pompe).

Ciclo della pompa Na+/K+ ATPasi

+ + Ciclo della pompa Na /K ATPasi ADP ATP Not 2 1 1 1 6 4 P ® 5 1. I 3 ioni Na+ si legano al sito citosolico 2. Fosforilazione ATP-dipendente 3. La proteina subisce un cambio conformazionale, il Na+ viene rilasciato all'esterno 4. I 2 ioni K+ si legano al sito extra-cellulare 5. Defosforilazione 6. La proteina ritorna alla conformazione originale e i 2 ioni K+ vengono rilasciati all'interno Una molecola di ATP, 3 ioni Na+, 2 ioni K+ >Il ciclo dura 10 millisecondi, questa proteina mangia metà delle calorie che noi introduciamo. La pompa Na+/K+ è essenziale affinché il sistema nervoso funzioni.

Trasporto attivo secondario

IL TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO utilizza l'energia di un gradiente di concentrazione o di un gradiente elettrochimico che è stato precedentemente creato da un trasporto attivo primario. Quando il trasporto attivo primario funziona crea un gradiente. Ad esempio la pompa ATPasi crea un gradiente perché mantiene sempre costante l'alta concentrazione di Na+ all'esterno e la bassa concentrazione di K+ all'interno della cellula, quindi il flusso si associa al flusso del Na+ perché chi svolge il trasporto secondario di solito è una proteina cotrasportatore è una molecola capace di far entrare 2 molecole alla volta esempio: Glucosio Na+ COTRASPORTO entra Glucosio e Na+ Quello che accade è che il trasporto attivo primario crea il gradiente del Na e lo mantiene fortemente, quindi questo cotrasportatore che lega sia glucosio e il Na funziona grazie al gradiente del Na. CONTRASPORTO entra Na+ ed esce H+ Ex: Trasporto epiteliale del sodio e assorbimento del glucosio dal lume intestinale al sangue (contro proprio gradiente) Lume Na Na Na Na Na Glucosio - Na Glucosio K K K ATP ADP . P Liquido interstiziale Liquido interstiziale K Na KI Na Glucosio Na Na Na Na Sangue A Sangue (a) (b) Figura 4.24 Meccanismi del trasporto epiteliale di soluti. (a) Assorbimento di ioni Na". (b) Assorbimento di glucosio e di ioni Na *. Il sodio viene assorbito in questo modo: basta che ci sia un canale del sodio nella zona pitale nella cellula epiteliale, la pompa ATPasica crea un gradiente adatto per cui il sodio viene continuamente assorbito. Se sulla cellula troviamo un EdiSES Germann, Stanfield Fisiologia, Il Ed. EdiSES H+ Na Lum K ATP ADP + P Nacotrasportatore tipico di un trasporto attivo secondario ad esempio glucosio e sodio, quello che succede e che insieme all'assorbimento del sodio abbiamo anche il trasporto del glucosio. Il glucosio nella cellula è già alto, quindi aumenta la sua concentrazione e potrà poi uscire diffusione acidità nella parte basale delle cellule epiteliali. Sodio e glucosio vengono assorbiti attraverso un trasporto primario e secondario fig(b).

Trasporto attivo per grandi sostanze

TRASPORTO ATTIVO PER GRANDI SOSTANZE Environment Food particle taken in Į by endocytosis Exocytosis of waste / Products of digestion Food particles digested Fusion forms secondary lysosome 1 • TRASPORTO VESCICOLARE : che può essere EDOCITOSI O ESOCITOSI. - ENDOCITOSI: se dall'ambiente esterno la cellula ingloba delle sostanze, si invagina crea una rotondità, una vescicola e poi si stacca e viene riportata all'interno della cellula. - ESOCITOSI: delle vescicole di membrana plasmatica sono all'interno della nostra cellula, ci sono dei processi biochimici interni che consentono il rilascio, la fusione con la membrana, per cui si ha il rilascio di sostanze all'esterno. Questo serve per il trasporto di grandi molecole polari come ormoni proteici e molecole multi molecolari.

Sistema nervoso

SISTEMA NERVOSO Il sistema nervoso controlla tutti i nostri processi corporali. E' un Sistema di regolazione dell'organismo Opera per il mantenimento di un ambiente interno stabile, genera risposte repentine, generalmente brevi, precise, finemente regolate.