Organismi viventi e stato stazionario

La fisiologia studia le funzioni, i meccanismi attraverso cui le funzioni avvengono all’interno di un organismo vivente e i rapporti tra struttura e funzione ad ogni livello organizzativo. La fisiologia può essere:

  • Fisiologia di organo;
  • Fisiologia di apparati;
  • Fisiologia di organismi;
  • Fisiologia di popolazioni di una specie;

Livelli di organizzazione biologica e relativi campi di studio

Le funzioni vitali dei viventi vengono studiate a vari livelli di complessità, prendiamo come esempio la funzione movimento.

Il movimento deriva dalla contrazione muscolare e, per quanto riguarda la contrazione muscolare, possiamo analizzarla nei vari livelli di complessità:

  • A livello di organismo studiando la meccanica del movimento;
  • A livello di organo andando a valutare l’organizzazione e le componenti del sistema;
  • A livello tissutale analizzando le relazioni tra le fibrocellule muscolari, le componenti connettivali e gli stimoli che generano la contrazione muscolare;
  • A livello cellulare possiamo analizzare le componenti morfologiche e funzionali delle singole cellule muscolari;
  • A livello macromolecolare si analizza il funzionamento del sarcomero, unità funzionale del muscolo scheletrico;
  • A livello molecolare si analizzano le singole proteine che entrano a far parte del processo di contrazione muscolare (es. actina, miosina, tropomiosina, titina ecc.)

In sintesi diciamo che la fisiologia integra conoscenze relative a diverse livelli di organizzazione biologica, dal livello molecolare a quello di organismo.

Gli esseri viventi: sistemi termodinamici aperti

Gli essere viventi possono essere definiti come dei sistemi termodinamici aperti, infatti scambiano energia (energia termica) e materia (inspirano ossigeno, espirano anidride carbonica) con l’ambiente esterno. Abbiamo parlato dei sistemi nei nostri appunti di ecologia.

Caratteristiche dei sistemi aperti e chiusi

L’ambiente interno, negli organismi unicellulari, è costituito da tutte quelle condizioni chimico-fisiche (concentrazioni ioniche, pH ecc) che sono appropriate per lo svolgimento dei processi biologici.

Nei pluricellulari, invece, l’ambiente interno comprende ambiente intracellulare e extracellulare, fluidi corporei, acqua. In fisiologia è molto utile studiare gli organismi pluricellulari come un insieme di compartimenti che comunicano tra loro.

Flusso attivo e flusso passivo

Gli scambi di materia ed energia tra ambiente interno ed ambiente esterno possono avvenire in modo attivo o passivo. La differenza tra i due sta nella spesa energetica.

  • Passivo: non richiede spesa energetica e dipende dal gradiente che, quando si annulla, interrompe il flusso. Le molecole si muovono secondo gradiente, che può essere di vari tipi: gradiente elettrochimico, di concentrazione, di potenziale ecc;
  • Attivo: richiedono spesa energetica e permettono ad un organismo vivente di accumulare sostanze contro gradiente. I trasporti contro gradiente di concentrazione sono fondamentali per il funzionamento degli organismi viventi. La pompa sodio-potassio trasporta contro gradiente di concentrazione sodio e potassio e si stima che il 25% dell’energia totale consumata da un organismo vivente derivi dall’attività di questo scambiatore.

I viventi: organismi in stato stazionario

Un vivente, per vivere e per rimanere distinto dall’ambiente esterno, ha bisogno di spendere energia. Nei viventi, quindi, c’è un continuo flusso di energia in uscita ed in entrata (tramite il cibo negli eterotrofi) e per questo vengono detti sistemi termodinamici in stato stazionario.

Definizione di flusso

I flussi sono la quantità di energia o materia che passano da un punto all’altro nell’unità di tempo. L’equazione di Teorell ci dice che il flusso è direttamente proporzionale alla forza:

J = LX

L indica la forza, X indica il coefficiente di proporzionalità (è una costante)

Di volta in volta, ovviamente, occorrerà individuare la forza coniugata al flusso.

Conclusioni

Possiamo concludere che il vivente è un organismo che compie lavoro ed è una macchina chimica autoregolata. L’energia chimica è trasferita direttamente da un composto chimico all’altro e solo una piccola frazione è trasformata in calore.

Libri di testo per lo studio della fisiologia

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Autore dell'articolo: Admin

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