Galleria mappe mentale Fisiologia Capitolo 2 Funzioni di base delle cellule
Per quanto riguarda la mappa mentale del Capitolo 2 di Fisiologia, Le funzioni di base delle cellule, le funzioni di base delle cellule includono la funzione di trasporto materiale della membrana cellulare, il fenomeno bioelettrico della cellula, la funzione di contrazione delle cellule muscolari, ecc. Queste funzioni insieme mantengono le normali attività fisiologiche della cellula.
Modificato alle 2024-01-15 23:06:23Questa è una mappa mentale su una breve storia del tempo. "Una breve storia del tempo" è un'opera scientifica popolare con un'influenza di vasta portata. Non solo introduce i concetti di base della cosmologia e della relatività, ma discute anche dei buchi neri e dell'espansione dell'universo. questioni scientifiche all’avanguardia come l’inflazione e la teoria delle stringhe.
Dopo aver letto "Il coraggio di essere antipatico", "Il coraggio di essere antipatico" è un libro filosofico che vale la pena leggere. Può aiutare le persone a comprendere meglio se stesse, a comprendere gli altri e a trovare modi per ottenere la vera felicità.
"Il coraggio di essere antipatico" non solo analizza le cause profonde di vari problemi nella vita, ma fornisce anche contromisure corrispondenti per aiutare i lettori a comprendere meglio se stessi e le relazioni interpersonali e come applicare la teoria psicologica di Adler nella vita quotidiana.
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Capitolo 2 Funzioni di base delle cellule
Sezione 1 Funzione di trasporto materiale della membrana cellulare
struttura della membrana cellulare
Zona densa - zona trasparente - zona densa
struttura di base della membrana cellulare
membrana cellulare: una membrana selettivamente semipermeabile
Struttura: Ipotesi del "Modello del Mosaico Liquido".
Composizione: lipidi, proteine, carboidrati
trasporto di materiale attraverso le membrane cellulari
trasporto passivo
Definizione: processo di trasporto transmembrana di sostanze in cui le sostanze seguono un gradiente chimico o un gradiente potenziale senza consumare ulteriore energia chimica ATP.
Potere di diffusione
Energia potenziale elettrochimica (differenza di concentrazione, differenza di potenziale)
presupposti per la diffusione
La permeabilità della membrana alla sostanza (Solubilità nei lipidi/acqua, dimensione molecolare, stato di carica, ecc.)
Classificazione
diffusione semplice
sostanze trasportate
Sostanze liposolubili a piccole molecole (O2, CO2)
diffusione facilitata
definizione
Processo in cui alcuni ioni carichi e molecole idrosolubili con masse molecolari leggermente maggiori si diffondono attraverso la membrana lungo il gradiente di concentrazione o potenziale, mediato dalle proteine di membrana.
Forza motrice: differenza di concentrazione, differenza di potenziale
Classificazione
diffusione facilitata mediata da carrier
Sostanze trasportate: nutrienti
Modalità di trasporto: legame dal lato ad alta concentrazione → cambiamento di conformazione proteica → dissociazione dal lato a bassa concentrazione
Caratteristiche
specificità della struttura
fenomeno della saturazione
inibizione competitiva
Diffusione facilitata mediata dal canale
canale ionico
Natura
Proteine canale con pori idrofili che penetrano all'interno e all'esterno della membrana
Caratteristiche principali
Elevata velocità di trasporto, selettività ionica, caratteristiche di gate: la maggior parte ha valvole, aperte e chiuse
Classificazione dei canali ionici controllati
canale con voltaggio controllato
canali controllati chimicamente o canali controllati da ligando
Canale con cancello meccanico
trasporto dell’acqua attraverso le membrane
Forza motrice: differenza di pressione osmotica (differenza nella concentrazione delle molecole d'acqua)
La maggior parte delle cellule: diffusione semplice
Alcune organizzazioni: canali d'acqua
Trasporto transmembrana rapido attraverso speciali proteine di membrana: acquaporine (AQP)
trasporto attivo
definizione
Si riferisce al trasporto di sostanze attraverso le membrane contro la concentrazione o potenziali gradienti in condizioni di consumo energetico.
Classificazione
trasporto attivo primario
Definizione: utilizzo diretto dell'energia prodotta dalla decomposizione dell'ATP
Proteine di membrana mediate: pompe ioniche
Pompa sodio potassio, pompa calcio
Funzione: ogni volta che una molecola di ATP viene decomposta, vengono pompati fuori 3 Na e inseriti 2 K.
Significato fisiologico della pompa del sodio
Causa un'elevata concentrazione intracellulare di ioni di potassio, necessaria per molti processi metabolici nella cellula
Forma una differenza di concentrazione negli ioni sodio all'interno e all'esterno della membrana per fornire energia per il trasporto attivo secondario
Mantenere efficacemente la differenza di concentrazione tra ioni sodio e ioni potassio all'interno e all'esterno della cellula è un prerequisito per l'attività bioelettrica cellulare.
trasporto attivo secondario
Definizione: utilizzo indiretto dell'energia ATP
Richiesto: proteine di membrana che svolgono un ruolo di accoppiamento: trasportatori
cotrasporto
Come: assorbimento del glucosio e degli aminoacidi nell'epitelio della mucosa dell'intestino tenue, riassorbimento nelle cellule epiteliali del tubulo renale
Antiporto
Ad esempio: scambio ionico di ioni sodio-potassio nel miocardio, scambio ionico di ioni sodio-idrogeno nel tubulo renale
trasporto delle vescicole
Il modo in cui le macromolecole o gli aggregati di materiale entrano ed escono dalle cellule richiede energia ed è anche un trasporto attivo.
Uscendo dalla cella
Definizione: si riferisce al processo mediante il quale le sostanze macromolecolari presenti nel citoplasma vengono escrete dalle cellule sotto forma di vescicole secretorie.
Due forme: esocitosi continua ed esocitosi intermittente
Entra nella cella
processi
Invaginazione della membrana di contatto o protrusione di pseudopodi-involucro-fusione e separazione della membrana per formare vescicole
Classificazione
Divorare
materia solida, come neutrofili, macrofagi, fagocitosi di batteri
rondine
Il liquido può essere suddiviso in ingresso in fase liquida nelle cellule e ingresso nelle cellule mediato dai recettori.
Riassumere
piccole molecole, ioni
trasporto passivo
Segui il gradiente elettrochimico e non consuma energia
diffusione semplice
Sostanze liposolubili a piccole molecole
Come: trasporto transmembrana di O2, CO2
diffusione facilitata
Sostanze di piccole molecole non liposolubili che richiedono l'aiuto delle proteine di membrana
Mediato dal portatore~
Ad esempio: le cellule dei tessuti umani trasportano glucosio, aminoacidi e altri nutrienti
canale mediato~
Flusso transmembrana di ioni sodio e potassio nella bioelettricità cellulare
trasporto attivo
Inversione del gradiente elettrochimico, consumo di energia
primario ~
Utilizza direttamente l'energia ATP
pompa sodio-potassio
Secondario~
Le cellule epiteliali dell'intestino tenue assorbono nutrienti come glucosio e aminoacidi
Macromolecole, grumi di materia
trasporto delle vescicole
Uscendo dalla cella
I terminali nervosi rilasciano i trasmettitori
Entra nella cella
I neutrofili fagocitano i batteri
Capitolo 3 Fenomeni bioelettrici delle cellule
potenziale di membrana
Definizione: differenza di potenziale su entrambi i lati della membrana cellulare, chiamata anche potenziale transmembrana
Manifestazioni
potenziale di riposo
concetto e registrazione
definizione
Quando una cellula è in uno stato tranquillo, la differenza di potenziale tra l'interno e l'esterno della membrana cellulare è negativa all'interno e positiva all'esterno.
valore numerico
Prendi l'esterno della membrana come potenziale zero e il valore negativo all'interno della membrana.
Diversi tipi di cellule hanno diversi valori di potenziale di riposo.
è un potenziale DC stabile
polarizzazione
Gli stati interno negativo ed esterno positivo vengono mantenuti su entrambi i lati della membrana durante il potenziale di riposo
Principio di produzione
Base
Distribuzione non uniforme di K all'interno e all'esterno della cellula
La differenza di concentrazione degli ioni su entrambi i lati della membrana è la forza trainante per la diffusione degli ioni attraverso la membrana
Ci sono molte macromolecole intracellulari di K e proteine caricate negativamente, e ci sono molte macromolecole extracellulari di Na e Cl-
Nello stato quieto, la membrana cellulare è principalmente permeabile a K
Canali ionici aperti: condizioni per la diffusione degli ioni attraverso le membrane
Potenziale di riposo e potenziale di equilibrio K
In condizioni di quiete i canali del K sono aperti, la differenza di concentrazione di K (potenza) fuoriesce, le macromolecole proteiche caricate negativamente nella membrana rimangono nella cellula e su entrambi i lati della membrana si forma gradualmente una differenza di potenziale tra negativo all'interno e positivo all'esterno la differenza è la resistenza al deflusso di K ~Quando la potenza e la resistenza raggiungono un equilibrio (la somma algebrica dell'energia potenziale elettrochimica su entrambi i lati della membrana è zero), il flusso netto di K attraverso la membrana è zero e la membrana. il potenziale si stabilizza ad un certo valore (potenziale di equilibrio K)
Potenziale d'azione
Concetti e caratteristiche
definizione
Sulla base del potenziale di riposo, le cellule eccitabili producono un cambiamento di potenziale rapido, di breve durata ed espandibile a gradini dopo aver ricevuto uno stimolo efficace.
L'AP è spesso usato come indicatore dell'eccitazione cellulare
La natura dell'eccitazione: il processo che genera potenziali d'azione
Espansione del concetto
Cellule eccitabili: cellule che possono generare potenziali d'azione dopo aver ricevuto un'adeguata stimolazione
Eccitabilità: capacità delle cellule eccitabili di generare potenziali d'azione dopo essere state stimolate
Termini correlati
polarizzazione
stato potenziale di riposo
depolarizzazione
Il potenziale processo di cambiamento di diminuzione del valore negativo
Polarizzazione/riflessione inversa
Positivo dentro e negativo fuori
ripolarizzazione
Il processo di depolarizzazione e ripristino della polarizzazione
iperpolarizzazione
Il potenziale di membrana diventa più negativo
composizione
potenziale di punta
Segni distintivi dell'AP nelle cellule muscolari neurali e scheletriche
Ramo ascendente
ramo discendente
potenziale posteriore
postpotenziale negativo
Potenziale posteriore positivo
caratteristica
Il fenomeno “tutto o niente”.
diffusione non attenuante
Ha un periodo refrattario
Principio di produzione
Ramo ascendente, afflusso di Na, depolarizzazione Ramo discendente, deflusso del K, ripolarizzazione
Ramo ascendente
Stimolazione efficace ~ Vengono aperti un gran numero di canali per il Na ~ A causa della differenza di concentrazione di Na tra alto all'esterno e basso all'interno e della differenza di potenziale tra negativo all'interno e positivo all'esterno, il Na fluisce verso l'interno ~ formando la fase di depolarizzazione del potenziale d'azione ~ durante la polarizzazione inversa, la differenza di potenziale tra positivo interno e negativo esterno diventa La resistenza di Na ~ Quando la potenza e la resistenza sono bilanciate, il flusso netto di Na attraverso la membrana è zero ~ raggiungendo il potenziale di equilibrio del Na (vertice di superamento)
ramo discendente
Il canale del Na è chiuso e la permeabilità del K aumenta. A causa della differenza di concentrazione e della differenza di potenziale tra positivo e negativo all'interno e all'esterno, il K fuoriesce e il potenziale di membrana si ripolarizza e ritorna al livello del potenziale di riposo.
Dopo la ripolarizzazione
Il trasporto elettrogenico della pompa del sodio ripristina la distribuzione degli ioni all'interno e all'esterno della membrana
La differenza essenziale tra potenziale d'azione e potenziale di riposo
Causa e conduzione dell'eccitazione cellulare
Meccanismo principale dell'AP
Stimolazione efficace ~ Apertura del canale del Na, grande afflusso di Na ~ ramo ascendente del potenziale d'azione
Quando l'intensità della stimolazione è diversa,
Stimolazione debole ~ piccola apertura del canale del Na, piccola quantità di afflusso di Na ~ piccolo grado di depolarizzazione della membrana ~ potenziale locale
Forte stimolazione ~ un gran numero di canali per il Na aperti, una grande quantità di Na in ingresso ~ un alto grado di depolarizzazione della membrana ~ potenziale di soglia ~ potenziale d'azione
condizioni che provocano eccitazione
Parametri che misurano la dimensione dello stimolo
intensità dello stimolo
durata
Tasso di variazione dell'intensità nel tempo
soglia
definizione
L'intensità minima dello stimolo che può causare l'eccitazione delle cellule dei tessuti a condizione che il tempo di azione dello stimolo e il tasso di variazione dell'intensità-tempo siano fissi.
significato
È un indicatore comune dell'eccitabilità cellulare
Soglia piccola, alta eccitabilità
stimolo soglia
stimolo dell’intensità della soglia
stimolazione subliminale
Stimolo con intensità inferiore alla soglia
potenziale locale
stimolo soprasoglia
Stimolazione con intensità superiore alla soglia
Potenziale d'azione
stimolazione efficace
Stimolazione della soglia o soprasoglia che induce le cellule a generare potenziali d'azione
Potenziale di soglia e potenziale d'azione
Potenziale di soglia (TP)
definizione
Quando l'intensità della stimolazione viene aumentata per depolarizzare il potenziale di membrana ad un certo valore critico, i canali del Na voltaggio-dipendenti sulla membrana cellulare vengono rapidamente attivati, un gran numero di canali del Na vengono aperti, una grande quantità di Na fluisce all'interno e il appare il ramo ascendente del potenziale d'azione. Questo valore critico è chiamato potenziale di soglia
La differenza tra i due è grande e l'eccitabilità cellulare è bassa.
Stimolazione sottosoglia e potenziale locale
Il concetto di potenziale locale
La stimolazione sottosoglia provoca l'apertura di un piccolo numero di canali per il Na nella membrana e potenziali fluttuazioni si verificano localmente nella membrana stimolata.
entusiasmo locale
Reazione di depolarizzazione causata dall'apertura di una piccola quantità di canali del Na
Caratteristiche
Non "tutto o niente": l'ampiezza aumenta con l'intensità dello stimolo
Attenuazione dell'espansione del passo: l'ampiezza diminuisce rapidamente o addirittura scompare all'aumentare della distanza
Possono essere sovrapposti tra loro: nessun periodo refrattario, possono essere sommati
Significato: Aumenta l'eccitabilità delle membrane cellulari
conduzione del potenziale d’azione
Meccanismo di base: teoria delle correnti locali
Esiste una differenza di potenziale tra la parte eccitata della membrana e la parte non eccitata adiacente. La carica si muove per formare una corrente locale, che depolarizza la membrana non eccitata adiacente. Quando viene raggiunto il potenziale di soglia, il potenziale d'azione (eccitazione) scoppia l'intera membrana cellulare viene a sua volta eccitata.
fibre nervose mielinizzate
La corrente locale viene generata nei nodi adiacenti di Ranvier, chiamata conduzione a salto.
Significato: velocità di conduzione elevata, risparmio energetico
Cambiamenti periodici nell'eccitabilità dopo l'eccitazione cellulare
processo di cambiamento ciclico
Periodo refrattario assoluto: l'eccitabilità è 0
Periodo refrattario relativo: l'eccitabilità gradualmente si ripristina
Periodo paranormale: l'eccitabilità è superiore al normale
Significato: il periodo refrattario assoluto è equivalente alla durata del potenziale di picco e la sua lunghezza determina il numero massimo di volte in cui una cellula può ricevere stimolazione e generare eccitazione per unità di tempo.
funzione contrattile delle cellule muscolari
Funzione contrattile delle cellule muscolari striate
microstruttura
Contiene un gran numero di miofibrille disposte parallelamente e un sistema di miotubi altamente sviluppato
disposti in modo estremamente regolare e ordinato
Miofibrille e sarcomeri
miofibrille
Banda chiara: lunghezza variabile, la linea scura al centro è la linea Z
Composizione di miofilamento sottile
Banda scura: lunghezza fissa, la zona relativamente trasparente al centro è la banda H
Composizione dei filamenti muscolari spessi
La linea scura al centro della banda H è la linea M
Sarcomero
L'area tra ogni due linee Z adiacenti
È l'unità strutturale di base della contrazione e del rilassamento delle cellule muscolari.
Microscopia elettronica: disposizione regolare dei miofilamenti
Miofilamenti spessi
Miofilamenti sottili
sistema miotubulare
struttura membranosa sacco-tubulare che circonda ciascuna miofibrilla
È costituito da due sistemi di tubazioni indipendenti
Tubo orizzontale (tubo a T)
È formato dalla depressione verso l'interno del sarcolemma e sulla membrana sono distribuiti canali del calcio di tipo L.
Funzione: trasmette i cambiamenti elettrici della membrana all'interno della cellula
Tubi longitudinali (reticolo sarcoplasmatico, tubuli L)
Reticolo sarcoplasmatico longitudinale: membrana con pompa del calcio
Collegamento del reticolo sarcoplasmatico (cisterna terminalis)
"Pompa Ca"
Nella membrana sono presenti canali di rilascio del calcio
Tre (due) congiunti
Basi strutturali dell'accoppiamento eccitazione-contrazione
Circa
Fattori chiave nell'accoppiamento eccitazione-contrazione
Meccanismi molecolari della contrazione delle cellule muscolari striate
Teoria dello scorrimento dei miofilamenti
Contenuto principale: Quando le cellule muscolari si contraggono, l'accorciamento delle miofibrille è il risultato dello scorrimento dei miofilamenti sottili verso il centro dei miofilamenti spessi e della sovrapposizione dei miofilamenti spessi e sottili.
Prestazioni: la larghezza della banda scura rimane invariata, ma la banda H e la banda chiara si restringono. Accorciamento dei sarcomeri, con conseguente accorciamento della lunghezza complessiva di miofibrille, miociti e muscoli
Composizione molecolare dei miofilamenti
Miofilamenti spessi: composti principalmente da molecole di miosina
Miofilamenti sottili: composti da tre molecole proteiche: actina, tropomiosina e troponina
La miosina e l'actina sono proteine contrattili
Tropomiosina e troponina sono proteine regolatrici
processo di contrazione muscolare
La tropomiosina a riposo maschera i siti di legame dei ponti trasversali sull'actina
Quando la concentrazione di Ca2 nel citoplasma aumenta a 10-5M
Il Ca2 si lega al TnC e modifica la conformazione della troponina
Tropomiosina allosterica, spostamento posizionale
Esposizione dei siti di legame dei ponti incrociati sull'actina
Il ponte trasversale si lega all’actina e si attorciglia, facendo scivolare i sottili miofilamenti verso la linea M
L'ATP si lega al ponte trasversale, idrolizza l'ATP e ripristina il ponte trasversale
ciclo dei ponti trasversali, in cui il muscolo si accorcia continuamente o sviluppa una tensione costante
Quando la concentrazione di Ca2 nel citoplasma scende al di sotto di 10-7M, il Ca2 si separa dalla troponina
Sotto la trazione elastica del muscolo, i sottili filamenti muscolari ritornano nella loro posizione originaria e i muscoli si rilassano.
Riassumere
Basi strutturali: composizione molecolare delle proteine dei miofilamenti spessi e sottili
Energia fornita: ATP
Il fattore chiave che determina la contrazione: la concentrazione di Ca2 nel sarcoplasma
Fattori chiave che determinano la velocità, il grado di accorciamento e la tensione prodotta da un muscolo: il numero di ponti trasversali che possono partecipare al ciclo e la velocità con cui procede l'attività circolatoria dei ponti trasversali
Accoppiamento eccitazione-contrazione nelle cellule muscolari striate
Concetto: Il meccanismo intermedio del potenziale d'azione nelle cellule muscolari che innesca la contrazione meccanica
processo di base
Il potenziale d'azione sul sarcolemma si propaga lungo il sarcolemma e la membrana del canale trasverso, attivando i canali del calcio di tipo L sulla membrana del sarcolemma e sulla membrana del canale trasverso.
Il canale di rilascio del calcio sulla membrana del pool terminale viene attivato attraverso cambiamenti nella conformazione del canale (muscolo scheletrico) o afflusso di Ca2 (muscolo cardiaco), e Ca2 viene rilasciato nel citoplasma, aumentando la concentrazione citoplasmatica di Ca2 di oltre 100 volte.
Il Ca2 si combina con la troponina per avviare il processo di scorrimento dei miofilamenti e di contrazione delle cellule muscolari.
Quando la concentrazione di Ca2 nel citoplasma aumenta, la pompa del calcio sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico longitudinale viene attivata e il Ca2 nel citoplasma viene riciclato nel reticolo sarcoplasmatico. La concentrazione di Ca2 nel citoplasma diminuisce e i muscoli si rilassano.
Analisi della forma e della meccanica della contrazione del muscolo striato (muscolo scheletrico)
modello di contrazione muscolare
Contrazioni isometriche e isotoniche
Contrazione isometrica
Quando un muscolo si contrae, la sua lunghezza rimane la stessa e aumenta solo la sua tensione.
Significato: mantenere una certa postura
contrazione isotonica
Quando un muscolo si contrae, la sua lunghezza non fa altro che ridursi e la sua tensione rimane invariata.
Significato: completare determinati lavori fisici
Monocostrizione e contrazione tetanica
contrazione unica
Quando il muscolo striato viene stimolato per un breve periodo, viene generato un potenziale d'azione che provoca la contrazione e il rilassamento del muscolo.
La base della contrazione tetanica
Il periodo refrattario assoluto è molto breve, quindi può accettare stimoli a frequenze più elevate e eccitarsi nuovamente.
Il processo di contrazione dura a lungo, quindi può ricevere una nuova stimolazione durante il processo di contrazione, si verificano nuova eccitazione e contrazione e la nuova contrazione è la somma del precedente processo di contrazione.
In tutto il corpo, gli impulsi in uscita dai nervi motori del corpo sono sempre continui in serie e le contrazioni dei muscoli scheletrici sono contrazioni toniche.
Il significato della contrazione tetanica: produrre un maggior grado di tensione e accorciamento
Analisi meccanica della contrazione muscolare
carico anteriore
Precarico: il carico che un muscolo sopporta prima di contrarsi
Determina il grado di allungamento del muscolo prima della contrazione (ovvero la lunghezza iniziale), quindi il precarico può essere espresso dalla lunghezza iniziale.
Lunghezza iniziale ottimale: a questa lunghezza iniziale, la contrazione muscolare può produrre la massima tensione
postcarico
Postcarico: carico sopportato da un muscolo durante la contrazione. C'è sempre resistenza all'accorciamento muscolare
Curva di relazione tensione-velocità
P0: si verifica la contrazione isometrica
Vmax: invia contrazione isotonica
Contrattilità muscolare
Si riferisce alle caratteristiche intrinseche della contrazione muscolare che sono indipendenti dal carico.
Dipende principalmente da: vari fattori nel processo di accoppiamento eccitazione-contrazione, tra cui l'attività dei canali del calcio di tipo L, i cambiamenti nella concentrazione di Ca2 citoplasmatico, la funzione dei ponti incrociati, l'attività dell'ATPasi, ecc.