ITALIANO

Scambi tra cellula e ambiente: Flusso e permeazione, permeazione di una membrana omogenea, osmosi, struttura della
membrana plasmatica, diffusione semplice attraverso le membrane cellulari, diffusione
facilitata, trasporti attivi primari, trasporti attivi secondari, trasporti mediati da vescicole. Flussi ionici e potenziali transmembranari: premesse teoriche. Il potenziale di membrana delle cellule. Genesi del potenziale di membrana. La membrana come conduttore elettrico. La comunicazione tra le cellule: messaggi elettrici. Cellule eccitabili e non eccitabili, potenziale di azione, proprietà generali del potenziale di azione, propagazione del potenziale di azione, trasmissione sinaptica elettrica, trasmissione sinaptica chimica, neurotrasmettitori,. La comunicazione tra le cellule: Messaggi chimici e risposte cellulari. Recettori cellulari, vie dei secondi messaggeri, attivazione delle proteine segnale, via del calcio,
comunicazione chimica tra le cellule. Ormoni: Caratteri generali degli ormoni. Produzione e liberazione. I recettori ormonali. Le risposte cellulari agli ormoni. Motilità e contrattilità, proteine motrici, motilità cellulare, struttura della fibra muscolare scheletrica, eccitamento e contrazione, placca motrice, accoppiamento eccitazione-contrazione.

Taglietti-Casella, Fisiologia e Biofisica della cellula– EdiSES,2015.

Conoscenze e comprensione (Knowledge and Understanding)
L’insegnamento fornisce allo studente le conoscenze fondamentali dei meccanismi alla base delle funzioni biologiche cellulari, interpretati secondo i principi fisico-chimici che ne regolano il funzionamento. In particolare, il corso affronta i processi di trasporto attraverso le membrane biologiche, i meccanismi di permeazione e diffusione, i flussi ionici e la genesi del potenziale di membrana. Vengono inoltre analizzati i principi dell’eccitabilità cellulare e della comunicazione tra cellule, con particolare riferimento alla trasmissione sinaptica elettrica e chimica, ai sistemi di segnalazione intracellulare e alla comunicazione endocrina. Il corso include anche lo studio dei meccanismi alla base della motilità e della contrattilità cellulare.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Applying Knowledge and Understanding)
Lo studente sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per comprendere i meccanismi funzionali delle cellule e la loro integrazione nei processi fisiologici di base. In particolare, sarà in grado di collegare i principi fisico-chimici ai fenomeni di trasporto di membrana, eccitabilità cellulare, trasmissione sinaptica e segnalazione ormonale, sviluppando una visione integrata del funzionamento cellulare nei sistemi biologici.

Autonomia di giudizio (Making Judgements)
Il corso promuove la capacità di analizzare criticamente i meccanismi fisiologici di base, inoltre, acquisisce la capacità di costruire collegamenti tra i diversi argomenti trattati e di interpretare in modo coerente i fenomeni fisiologici studiati.

Abilità comunicative (Communication Skills)
Lo studente acquisisce la capacità di esporre in modo chiaro, corretto e con linguaggio scientifico appropriato i principali meccanismi della fisiologia cellulare, dimostrando padronanza dei termini tecnici e capacità di descrizione dei processi funzionali.

Capacità di apprendimento (Learning Skills)
L’insegnamento favorisce lo sviluppo di un metodo di studio autonomo e critico, utile per l’approfondimento della fisiologia generale e per i successivi insegnamenti relativi alla fisiologia degli apparati e alla fisiologia della nutrizione. Il corso contribuisce inoltre a fornire una base solida per eventuali percorsi di studio e ricerca in ambito biomedico.

Conoscenze e abilità fornite dai corsi del primo anno.
Propedeuticità: Citologia e Istologia

Il corso prevede lezioni frontali supportate da presentazioni in PowerPoint. L’attività didattica si articola in 64 ore di lezioni interattive, durante le quali il docente esporrà i concetti teorici della fisiologia generale e ne illustrerà l’applicazione attraverso numerosi esempi pratici. Sono inoltre previste esercitazioni a supporto della comprensione degli argomenti trattati.
Durante il lavoro individuale, lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti fondamentali relativi a: trasporto attraverso le membrane biologiche; meccanismi di permeazione e diffusione; flussi ionici e potenziale di membrana; eccitabilità cellulare e potenziale d’azione; comunicazione cellulare elettrica e chimica; trasmissione sinaptica; sistemi di segnalazione intracellulare ed endocrina; motilità e contrattilità cellulare.

L’esame consiste in una prova orale della durata di circa 30-45 minuti, finalizzata a valutare la capacità di ragionamento e di collegamento tra i vari argomenti del corso. La prova verte su domande relative ai principi della fisiologia generale.
La valutazione finale è espressa in trentesimi.
<18 – Non superato: lo studente non dimostra risultati coerenti con i descrittori di conoscenza e comprensione, applicazione, giudizio, comunicazione e capacità di apprendere.
18-21 – Livello sufficiente: lo studente raggiunge i descrittori di base relativi alla conoscenza e comprensione dei contenuti fondamentali e mostra una prima capacità di applicazione in contesti semplici.
22-24 – Livello pienamente sufficiente: lo studente soddisfa i descrittori di conoscenza e comprensione applicate, dimostrando capacità di applicare correttamente concetti chiave e di iniziare ad analizzare criticamente situazioni pertinenti ai temi dell’insegnamento.
25-26 – Livello buono: lo studente dimostra autonomia di giudizio nel valutare e confrontare scenari pertinenti, applica le conoscenze in modo efficace e comunica i risultati con chiarezza, evidenziando competenze consolidate.
27-29 – Livello molto buono: lo studente soddisfa in modo avanzato i descrittori dei cinque ambiti, con padronanza dei contenuti, capacità di valutare criticamente casi complessi e abilità comunicative solide, evidenziate in elaborati e presentazioni.
30 – Livello eccellente: lo studente eccelle in tutti i descrittori di Dublino, con conoscenza approfondita, applicazione sicura e critica, giudizio autonomo, comunicazione efficace e capacità di apprendere in modo continuo e creativo, producendo lavori di elevata qualità sia nelle presentazioni sia nelle prove scritte/orali.
30 e lode: può essere attribuita quando lo studente dimostra, oltre a quanto sopra, particolare originalità, approfondimento e innovazione nell’elaborato e nella presentazione, superando le aspettative standard.

Lo studente si avvale delle slides delle lezioni e di un tutor presente durante le esercitazioni disponibile per chiarimenti sugli tutti argomenti svolti.

Scambi tra cellula e ambiente
Flusso e permeazione: principi teorici: Definizione di flusso e di “driving force”- Modalità di
flusso in una soluzione acquosa- Flusso sanguigno- Permeazione di una membrana
omogenea- Osmosi. Membrana cellulare o plasmatica: Tela membranale fosfolipidicaGlicolipidi- Proteine delle membrane cellulari
Trasporti Transmembranari
Modalità di trasporto: Diffusione semplice attraverso le membrane cellular i- Scambi tramite
proteine transmembranarie. Trasporti mediati: Diffusine facilitata - Trasporti attivi primari -
Trasporti attivi secondari- Trasporti mediati da vescicole. Trasporti transepiteliali: Epiteli di
scambio (alveoli polmonari e capillari sanguigni) - Gli scambi gassosi- Epiteli di trasportoAssorbimento transepiteliale del NaC l- Assorbimento dell’acqua- Assorbimento
transepiteliale degli zuccheri e degli aminoacidi- Trasporti transepiteliali e funzione digestiva
Flussi ionici e potenziali transmembranari
Cellule eccitabili e non eccitabili. Differenze di potenziale a cavallo di una membrana
semipermeabile: Potenziale di Nernst- Equilibrio di Donnan- Potenziale di Goldman- HodgkinKatz (GHK). Potenziale di membrana. Circuito elettronico equivalente alla membrana:
Voltaggio- dipendenza e relazioni corrente-voltaggio. Misura delle proprietà elettriche di
membrana: Current clamp- Misura delle proprietà elettriche passive di membrana- Voltage
clamp- Voltaggio-dipendenza e tempo-dipendenza della conduttanza di membrana
Il potenziale d’azione
Caratteri generali del potenziale d’azione- Teoria di Hodgkin e Huxley (HH) dell’eccitabilità
cellulare: Le due componenti ioniche fondamentali: INae IK –Correnti di singolo canale e
correnti di whole-cell- Le equazioni di Hodgkin e Huxley, ovvero l’ipotesi delle “gates”-
Parentesi statistica: il teorema ergodico- Come la voltaggio-dipendenza è tempo-dipendenzaRicostruzione del processo di attivazione per la corrente di K+
- Ricostruzione del processo di
attivazione per la corrente di Na+
- Ricostruzione del processo di inattivazione per la corrente
di Na+
- Correnti ioniche puramente voltaggio-dipendenti e correnti di backgroundRicostruzione del potenziale d’azione di Hodgkin e Huxley- Proprietà generali del potenziale
d’azione: Relazione intensità- durata- Relazione intensità-intervallo: refrattarietà elettrica -
Propagazione dell’attività elettrica sottosoglia: la teoria del cavo
Scariche di potenziali d’azione nei neuroni e nelle fibre nervose
Propagazione del potenziale d’azione- Fibre nervose: Velocità di propagazione del potenziale
d’azione- Fibre nervose. Genesi del potenziale d’azione in condizioni fisiologiche.
Trasmissione sinaptica
Proprietà generali- Trasmissione sinaptica elettrica: Correlati strutturali e molecolari delle
sinapsi elettriche- Proprietà funzionali delle sinapsi elettriche. Trasmissione sinaptica chimica:
proprietà generali: Meccanismi generali della trasmissione sinaptica chimica- Meccanismi
presinaptici- Meccanismi Postsinaptici- Destino del neurotrasmettitore- Eventi elettrici
postsinaptici- Trasmissione sinaptica lenta- Regolazione presinaptica della trasmissione.
Neurotrasmettitori: Cenni metodologici- Acetilcolina (ACh) -Recettori sinaptici: Recettori
ionotropici- Recettori metabotropici.
Trasduzione dei segnali chimici
Recettori cellulari: Recettori intracellulari- Recettori di membrana- Curve di attivazione e
regolazione della funzione recettoriale. Le vie dei secondi messaggeri: La via dell’adenosinmonofosfato ciclico (cAMP)- la via dei messaggeri inositidici (DAG e IP3) - La via del guanosinmonofosfato ciclico (cGMP). Attivazione delle proteine-segnale: Attivazione (e inattivazione)
fosforilativa- Proteine G. La via del calcio: Omeostasi del Ca2+ intracellulare- Gli ioni Ca2+ come
secondi (o terzi) messaggeri- La rete di comunicazione intracellulare.
Comunicazione chimica tra le cellule
Ormoni: Ormoni di natura proteica- Ormoni steroidei- Trasporto degli ormoni- Controllo della
funzione endocrina- Ormoni del sistema ipotalamo-ipofisiario- Ormoni della tiroide e delle
paratiroidi- Ormoni pancreatici- Ormoni gastro-enterici- Ormoni surrenalici- Ormoni gonadici.
Motilità e contrattilità. Proteine motrici ed esempi di motilità cellulare
Proteine motrici: Molecole delle proteine motrici- Funzioni delle proteine motrici- Struttura e
funzione delle miosine- Ciclo operativo delle proteine motrici.
Tessuti muscolari: muscoli scheletrici
Struttura della fibra muscolare scheletrica: Miofibrille e sarcomeri- Reticolo sarcoplasmatico.
Ultrastruttura dei sarcomeri: Miofilamenti sottili- Miofilamenti spessi- Strie Z- Altre proteine
sarcomeriche. Eccitamento e contrazione delle fibre muscolari scheletriche. Placca motrice
(giunzione nueromuscolare): Struttura della placca motrice- Trasmissione nella placca
motrice- Fatica di placca- Funzione trofica dell’innervazione muscolare- Potenziale d’azione
muscolare: refrattarietà- Accoppiamento eccitazione-contrazione: Liberazione del Ca2+ -
Sistema DHPR/RyR- Attivazione del sistema troponina-tropomiosina- Deattivazione
dell’apparato contrattile. Contrazione dei sarcomeri: Ciclo dei ponti- Schema di Lymn-Taylor.
ESERCITAZIONI IN AULA: - Determinazione della costante di affinità di un trasportatore per
un gruppo di sostanze simili - Calcolo delle caratteristiche elettriche passive della
membrana da una registrazione di variazione del potenziale di membrana ottenuta con la
tecnica del “Current-Clamp”

Italian

Exchanges between cell and environment: Flow and permeation, permeation of a homogeneous membrane, osmosis, structure of the plasma membrane, simple diffusion through cell membranes, diffusion
facilitated, primary active transports, secondary active transports, vesicles-mediated transports. Ionic flows and transmembrane potentials: theoretical premises. The cell membrane potential. Genesis of membrane potential. The membrane as an electrical conductor. Communication between cells: electrical messages. Excitable and non-excitable cells, action potential, general properties of the action potential, propagation of the action potential, electrical synaptic transmission, chemical synaptic transmission, neurotransmitters. Communication between cells: chemical messages and cellular responses. Cell receptors, pathways of second messengers, activation of signal proteins, calcium pathway,
chemical communication between cells. Hormones: General characteristics of hormones. Production and release. Hormonal receptors. Cellular responses to hormones. Motility and contractility: motor proteins, cell motility, skeletal muscle fiber structure, excitation and contraction, motor plate, excitation-contraction coupling.

Taglietti-Casella, Fisiologia e Biofisica della cellula– EdiSES, 2015.

Knowledge and Understanding
The course provides students with fundamental knowledge of the mechanisms underlying cellular biological functions, interpreted according to the physicochemical principles that govern their operation. In particular, the course addresses transport processes across biological membranes, mechanisms of permeation and diffusion, ionic fluxes, and the generation of the membrane potential. It also covers the principles of cellular excitability and intercellular communication, with specific reference to electrical and chemical synaptic transmission, intracellular signaling systems, and endocrine communication. The course further includes the study of the mechanisms underlying cellular motility and contractility.

Applying Knowledge and Understanding
Students will be able to apply the acquired knowledge to understand the functional mechanisms of cells and their integration into basic physiological processes. In particular, they will be able to relate physicochemical principles to membrane transport phenomena, cellular excitability, synaptic transmission, and hormonal signaling, developing an integrated understanding of cellular function within biological systems.

Making Judgements
The course promotes the ability to critically analyze fundamental physiological mechanisms. Students will also develop the capacity to establish connections among the different topics covered and to coherently interpret the physiological phenomena studied.

Communication Skills
Students will acquire the ability to clearly and accurately present the main mechanisms of cellular physiology using appropriate scientific language, demonstrating mastery of technical terminology and the ability to describe functional processes.

Learning Skills
The course fosters the development of an autonomous and critical study method, useful for further study of general physiology and subsequent courses in organ system physiology and nutritional physiology. It also provides a solid foundation for potential academic and research paths in the biomedical field.

Knowledge and skills provided by the first year courses.
Pre-requisites: Cytology and Histology

The course includes frontal lectures supported by PowerPoint presentations. The teaching activity consists of 64 hours of interactive lectures, during which the instructor presents the theoretical concepts of General Physiology and illustrates their application through numerous practical examples. Tutorial sessions are also included to support the understanding of the topics covered.
During independent study, students are expected to acquire and assimilate fundamental knowledge and concepts related to: transport across biological membranes; mechanisms of permeation and diffusion; ionic fluxes and membrane potential; cellular excitability and action potentials; electrical and chemical cell communication; synaptic transmission; intracellular and endocrine signaling systems; cellular motility and contractility.

The examination consists of an oral test lasting approximately 30–45 minutes, aimed at assessing the student’s ability to reason and to establish connections among the different topics covered in the course. The exam focuses on questions related to the principles of General Physiology.
The final grade is expressed on a 30-point scale.
<18 – Fail: the student does not demonstrate results consistent with the descriptors of knowledge and understanding, applying knowledge, judgment, communication, and learning skills.
18–21 – Sufficient level: the student achieves the basic descriptors related to knowledge and understanding of fundamental contents and shows an initial ability to apply them in simple contexts.
22–24 – Fully sufficient level: the student meets the descriptors of applied knowledge and understanding, demonstrating the ability to correctly apply key concepts and to begin critically analyzing situations related to the course topics.
25–26 – Good level: the student demonstrates autonomy of judgment in evaluating and comparing relevant scenarios, applies knowledge effectively, and communicates results clearly, showing consolidated competencies.
27–29 – Very good level: the student fulfills in an advanced manner all five descriptor areas, with solid mastery of the content, ability to critically evaluate complex cases, and strong communication skills, as evidenced in both written and oral performance.
30 – Excellent level: the student excels in all Dublin descriptors, showing in-depth knowledge, secure and critical application, autonomous judgment, effective communication, and the ability to learn continuously and creatively, producing high-quality work in both presentations and oral examinations.
30 with honours (30 cum laude): awarded when the student demonstrates, in addition to the above, particular originality, depth of understanding, and innovation in both the presentation and examination performance, exceeding standard expectations.

The student uses the slides of the lectures and a tutor present during the exercises and available for clarification regarding all the topics carried out during the course.

Exchanges between cell and environment
Flow and permeation: theoretical principles: Definition of flow and "driving force" - Mode of
flow in an aqueous solution - Blood flow - Permeation of a membrane
homogeneous - Osmosis. Cellular or plasma membrane: Phospholipid membranous tissueGlycolipids - Proteins of cell membranes
Transmembrane transports
Mode of transport: Simple diffusion through cellular membranes i - Exchanges by
transmembrane proteins. Intermediate transport: facilitated diffusine - primary active transport -
Secondary active transports - Transports mediated by vesicles. Transepithelial transport: Epithelia of
exchange (pulmonary alveoli and blood capillaries) - Gas exchange - Transport epithelium Transepithelial absorption of NaC l - Water absorption - Absorption
transepithelial of sugars and amino acids - Transepithelial transport and digestive function
Ionic flows and transmembrane potentials
Excitable and non-excitable cells. Potential differences across a membrane
semipermeable: Nernst potential - Donnan equilibrium - Goldman potential - HodgkinKatz (GHK). Membrane potential. Electronic circuit equivalent to the membrane:
Voltage-dependence and current-voltage relationships. Measurement of the electrical properties of
membrane: Current clamp- Measurement of the passive electrical properties of membrana- Voltage
clamp- Voltage-dependence and time-dependence of membrane conductance
The potential for action
General characteristics of the action potential - Hodgkin and Huxley theory (HH) of excitability
cellular: The two fundamental ionic components: Ina and IK - Single channel currents e
whole-cell currents - the Hodgkin and Huxley equations, or the "gates" hypothesis -
Statistical parenthesis: the ergodic theorem - How the voltage-dependence is time-dependency Reconstruction of the activation process for the K + current
- Reconstruction of the process of
activation for the Na + current
- Reconstruction of the inactivation process for the current
of Na +
- Purely voltage-dependent ion currents and background currents Reconstruction of the Hodgkin and Huxley action potential - General properties of the potential
of action: Intensity-duration relationship- Intensity-interval relation: electrical refractoriness -
Propagation of subthreshold electrical activity: cable theory
Discharge of action potentials in neurons and nerve fibers
Propagation of action potential - Nerve fibers: Speed of propagation of potential
action - Nerve fibers. Genesis of action potential in physiological conditions.
Synaptic transmission
General properties - Electrical synaptic transmission: Structural and molecular correlates of the
electrical synapses - Functional properties of electrical synapses. Chemical synaptic transmission:
general properties: General mechanisms of chemical synaptic transmission - Mechanisms
Presynaptic - Postsynaptic Mechanisms - Neurotransmitter Fate - Electrical Events
postsynaptic - Slow synaptic transmission - Presynaptic transmission regulation.
Neurotransmitters: Methodological notes - Acetylcholine (ACh) - Synaptic receptors: Receptors
ionotropic - Metabotropic receptors.
Transduction of chemical signals
Cell receptors: Intracellular receptors - Receptors of membranes - Activation curves e
regulation of the receptor function. The ways of the second messengers: The cyclic adenosine monophosphate pathway (cAMP) - the path of the inositid messengers (DAG and IP3) - The cyclic guanosynophosphate pathway (cGMP). Activation of signal proteins: Activation (and inactivation)
phosphorylation - Proteins G. The calcium pathway: Intracellular homeostasis of Ca2 + Ca2 + ions as
second (or third) messengers - the intracellular communication network.
Chemical communication between cells
Hormones: Protein hormones - Steroid hormones - Hormone transport - Control of
endocrine function- Hormones of the hypothalamus-pituitary system- Thyroid and hormones
parathyroid - Pancreatic hormones - Gastro-enteric hormones - Adrenal hormones - Gonadal hormones.
Motility and contractility. Motor proteins and examples of cell motility
Motor proteins: Molecules of motor proteins - Functions of motor proteins - Structure and
myosin function - Operative cycle of motor proteins.
Muscle tissues: skeletal muscles
Structure of skeletal muscle fiber: Myofibrils and sarcomers - sarcoplasmic reticulum.
Ultrastructure of sarcomeres: Thin myofilaments - Thick myofilaments - Strie Z- Other proteins
sarcomeric. Excitation and contraction of skeletal muscle fibers. Drive plate
(nueromuscular junction): Structure of the motive plate - Transmission in plaque
motive- Plaque fatigue- trophic function of muscular innervation- action potential
muscle: refractoriness - Excitation-contraction coupling: Ca2 + release - DHPR / RyR system - Activation of the troponin-tropomyosin system- Deactivation
of the contractile apparatus. Contraction of sarcomeres: Cycle of bridges - Scheme of Lymn-Taylor.
EXERCISES: - Determination of carrier affinity constant for a group of similar substances - Calculation of the passive electrical characteristics of the membrane from a recording of variation of the membrane potential obtained with the
"Current-Clamp" technique.