Citologia - la cellula eucariote

Biologia II (citologia-istologia): la cellula eucariota animale

Presenta eterogeneità di:

• Dimensione (eritrociti=7µm / cellula uovo=200µ).
• Forma.

Dipende da:

• Ambiente.
• Funzione che svolgono.

La membrana plasmatica

La sua struttura è detta modello a mosaico fluido, composto da:

• Lipidi coniugati (40/80%).
• Proteine globulari (20/60%).
• Carboidrati (2/10%).

Lipidi coniugati

Coniugati/complessi=contengono gruppi chimici che li rendono parzialmente solubili di H2O. Sono sostanze anfipatiche=hanno un’estremità idrofila polare ed una idrofoba apolare. Nelle membrane sono presenti:

• Fosfolipidi (i più abbondanti) = glicerolo + 2 ac. grassi (saturi=catene lineari. Più ce n’è più la membrana è rigida / insaturi=doppi legami e punti rigidi. Occupano più spazio) + g. fosforico legato a una base azotata (colina=fosfatilcolina/serina/etanolammina/inositolo).
• Steroli (derivano dal colesterolo=presenta un -OH che lo rende anfipatico. Si inserisce tra le catene di ac. grassi insaturi della membrana → stabilizza la membrana e ne regola la fluidità).
• Glicolipidi.

Lipid rafts/zattere lipidiche

Lipid rafts/zattere lipidiche (micro-domini di colesterolo e sfingolipidi=hanno catene più lunghe, spesse e rigide) funzioni:

• Reclutamenti di complessi proteici e molecole per la trasduzione.
• Adesione.
• Riconoscimento.
• Attività enzimatica.
• Formazione di sinapsi immunologica.
• Dimerizzazione di recettori per la trasduzione del segnale.

Proteine globulari

Determinano la funzione di membrana. Membrane diverse esprimono proteine diverse. La mobilità nel doppio strato fosfolipidico dipende da interazioni tra:

• Proteina-proteina.
• Proteina-lipidi.
• Proteina-citoscheletro.
• Proteina-matrice extracellulare.
• Cellule.

Si dividono in:

• Intrinseche/integrali (penetrano nel doppio strato fosfolipidico - possono spostarsi cambiando le interazioni con la membrana=diffusione più ristretta) funzioni: trasporto, recettori, attività enzimatica, collegamento (es. giunzioni).
• Estrinseche/periferiche (non penetrano nella membrana. Alcune sono associate a lipid rafts e legate alla membrana tramite il GPI=glicosilfosfatidinositolo = proteine GPI-linked. Possono essere estratte per la scissione di inositolo dal GPI mediante fosfolipasi) funzioni: sostegno meccanico, recettori (sfruttano le molecole di trasduzione presenti nei lipid rafts → non hanno code intracellulari).

Carboidrati

Sono esposti solo sulla faccia non citosolica (parte esterna verso l’ambiente extracellulare). Nelle membrane degli organelli invece sono rivolti verso il lume. La loro quantità è costante nei diversi tipi cellulari. Sono generalmente legati a:

• Proteine=glicoproteine (possono essere ancorate al citoscheletro, un sistema di proteine filamentose).
• Lipidi=glicolipidi.

Nell’insieme costituiscono il glicocalice. Funzioni:

• Riconoscimento (di ligandi, sostanze/cellule self o non).
• Adesione (tra cellule dello stesso tessuto).
• Rapporti con l’ambiente esterno.
• Nutrimento della cellula.
• Protezione meccanica.

Oligosaccaridi = sono marker di identificazione.

Proprietà della membrana

Separa l’ambiente interno da quello esterno alla cellula. È molto simile per composizione alla membrana degli organelli cellulari.

Funzioni:

• Mantiene l’integrità cellulare.
• Controlla lo scambio di materiale.
• Regola i rapporti cellula-cellula e cellula-sostanze intercellulari.
• Controlla la moltiplicazione cellulare.

Asimmetria

Asimmetria = diversa disposizione dei lipidi:

• Strato P (protoplasmatico) = ricco di fosfoetanolammina fosfatildiserina.
• Strato E (esoplasmatico) = ricco di fosfatilcolina sfingomielina glicolipidi.

Fluidità

Fluidità = indispensabile per la crescita cellulare. Dipende da:

• Lunghezza catene idrocarburiche → (+ lunghe + rigida).
• Rapporto ac. grassi saturi/insaturi → (> saturi + rigida).
• Presenza colesterolo → (< T(°C) > fluida / > T(°C) < fluida).

Mobilità

Mobilità = i lipidi possono muoversi lungo la membrana per:

• Diffusione laterale (lungo il piano).
• Diffusione flip-flop (migrazione trasversale; importante per apoptosi) è un evento raro che può essere facilitato da enzimi ATP-dipendenti: flippasi → (lipidi Strato P: esterno membrana interno), floppasi → (lipidi Strato E: interno membrana esterno), scramblasi (movimento bidirezionale dei lipidi).

Trasporto di membrana

Diffusione semplice

• Spontanea.
• Non richiede energia.
• Secondo gradiente di concentrazione (da zona ipertonica a ipotonica).
• Trasporto passivo.
• Passano: piccole molecole idrofobiche apolari (O2, CO2, N2) attraverso il doppio strato fosfolipidico.
• Piccole molecole polari neutre (H2O, urea, glicerolo, etanolo) attraverso proteine transmembrana; processo mediato da forze osmotiche.

L’acqua passa attraverso pori polari (canali idrofili) chiamati: acquaporine. Aumentano la permeabilità della membrana. Ne sono ricchi i globuli rossi.

Diffusione facilitata

• Spontanea.
• Non richiede energia.
• Secondo gradiente.
• Alta specificità di substrato = intervengono proteine di membrana.
• Trasporto passivo.
• Passano: sostanze idrosolubili neutre (glucosio, AA, ac. grassi) grazie a proteine motrici/vettrici (transmembrana), carrier o permeasi.
• Piccoli ioni grazie a proteine canale (trasporto rapido; alta selettività data dai recettori; non sono sempre aperti).

Sostanza → apertura poro della proteina canale → penetrazione del substrato → cambio configurazione della proteina → rilascio della sostanza dentro/fuori la cellula.

Trasporto attivo

• Richiede energia (ATP).
• Contro gradiente.
• Richiede molecole trasportatrici specifiche (permeasi a pori oscillanti).

Si distinguono:

• Trasporto attivo primario. La liberazione di energia è attuata dallo stesso complesso molecolare che attua il passaggio (pompa Na+/K+).
• Trasporto attivo secondario. Sfrutta l’energia liberata dal trasporto secondo gradiente di un’altra sostanza. Si ha un cotrasporto: uniporto (1 sostanza → una direzione), simporto (2 sostanze 1 direzione), antiporto (2 sostanze direzioni opposte).

Il nucleo

Organizzazione del nucleo

Il nucleo è un organello esclusivo della cellula eucariota. Le sue funzioni sono:

• Duplicazione DNA.
• Trascrizione.
• Processamento DNA.
• Riparo DNA.

Nucleoscheletro/involucro nucleare

Formato da:

• Membrana nucleare: membrana interna (poggia sulla lamina nucleare), cisterna perinucleare (in continuità con il R.E.), membrana esterna (in continuità con il R.E.; presenta ribosomi).
• Lamina nucleare: intreccio di filamenti proteici (lamine), supporta meccanicamente la membrana interna (membrana nucleare), coinvolta nei processi di dissoluzione/ricostruzione dell’involucro nucleare, interagisce con l’eterocromatina e proteine (della membrana nucleare e del complesso del poro).
• Pori nucleari: struttura a canestro formata da nucleoporine = complesso del poro. Regolano gli scambi nucleo-citoplasma: ioni, metaboliti, piccole macromolecole (processo passivo); macromolecole (consumo di GTP=processo attivo. Es. istoni prodotti nel citoplasma → nucleo/mRNA, tRNA e ribosomi prodotti nel nucleo → citoplasma).

Nucleolo

Struttura:

• Sferico.
• Compartimento più grande del nucleo interfasico.
• Forma/dimensioni variabili (dipendono dall’attività metabolica della cellula).
• Non è delimitato da membrane.
• Formato da due subunità: pars granulare=più abbondante e chiara: RNA + proteine ribosomiali + precursori dei ribosomi citoplasmatici; pars fibrillare=più scura: fibrille contenenti DNA, RNA + copie multiple di geni che codificano per gli rRNA.

Funzioni:

• Biogenesi dei ribosomi.
• Biogenesi della SRP (particella di riconoscimento del segnale).
• Modificazioni post-trascrizionali di alcuni snRNA coinvolti nello splicing dei pre-RNA.
• Trascrizione e maturazione degli RNA transfer.
• Coordinamento della risposta cellulare allo stress.

Nucleoscheletro/matrice nucleare

È di natura proteica=ialina nucleare (intricata rete di strutture fibrillari connesse alla lamina e distribuite nell’intero volume del nucleo). Omologa alla struttura del citoscheletro citoplasmatico. Può:

• Contrarsi.
• Espandersi.
• Autoassemblarsi.

Funzioni:

• Sostegno (mantiene la forma del nucleo; coinvolta nella spiralizzazione / despiralizzazione del DNA).
• Sito di attacco per complessi proteici (trascrizione, duplicazione, riparazione del DNA).
• Interviene nello scambio di RNA tra nucleo e citoplasma.

Nucleoplasma

Materiale eterogeneo la cui componente principale è la cromatina. Cromatina=complesso di DNA+proteine (istoniche e non) che permettono la formazione di avvolgimenti regolari dello stesso in cromosomi.

Eucromatina: porzione attiva. DNA che può essere trascritto (dalla RNA polimerasi). È più dispersa e poco addensata.

Eterocromatina: porzione temporaneamente (è definita facoltativa) o permanentemente (costitutiva) inattiva.

Istoni: possono avere funzione → strutturale (sono parte del nucleosoma) → regolatoria (sullo stato del DNA).

Caratteristiche del nucleo

Contiene acidi nucleici che rendono il suo pH acido. Nei preparati istologici viene evidenziato con coloranti basici (ematossilina) mentre quelli acidi (eosina) colorano il resto della cellula, citoplasma.

Le cellule possono essere:

• Mononucleate (1 solo nucleo es. linfociti).
• Plurinucleate → plasmodi= citotipi formati da mitosi multiple all’interno della stessa cellula (megacariocita) → sincizi = più cellule mononucleate fuse tra loro (osteoclasti, fibra muscolare scheletrica).
• Anucleate (non hanno il nucleo es. globuli rossi maturi).

Forma del nucleo:

• Sferica (linfociti).
• Ferro di cavallo (monociti).
• Plurilobata (neutrofili).
• Bilobata (eosinofili).
• Ovoidale (cellule epiteliali).
• Schiacciato (cellule dell’endotelio).

Biogenesi dei ribosomi

Prevede l’assemblaggio di 4 rRNA:

• 18S con 79 proteine ribosomiali (2 in duplice copia in tutti i ribosomi).
• 5,8S.
• 28S →.
• 5S arriva da fuori il nucleolo = trascritta dalla RNA polimerasi III.

Il processo inizia con il precursore RNA 45S (presente in più copie organizzate in tandem e distribuite in gruppi=regioni organizzative del nucleolo=in 5 coppie di diversi cromosomi nell’uomo). I 10 cromosomi creano delle anse che permettono a queste regioni di disporsi all’interno del nucleolo.

Parte la trascrizione del RNA 45S con la RNA polimerasi I: si formano i cistroni ribosomiali.

Il processo termina con lo stacco del trascritto dal DNA → si ottiene un RNA 45S che si associa a proteine formando un granulo di 80S. Quest’ultimo viene poi scomposto per la formazione delle subunità minore e maggiore dei ribosomi.

Proliferazione cellulare

Importante nella fase embrionale in quanto ogni singola cellula si duplica dando origine ad un organismo pluricellulare. Il periodo che intercorre tra l’origine di una cellula e il momento in cui essa si divide si chiama ciclo cellulare/ciclo vitale. Esso è suddiviso in fasi:

• Interfase:
• Fase G1=trascrizione + sintesi proteica. Le cellule in questa fase sono grandi e il loro citoplasma ampio → si preparano alla divisione. Il DNA è presente sotto forma di cromosomi interfasici minicromatidici.
• Fase S=duplicazione del DNA (2n → 4n).
• Fase G2=la cellula si prepara alla divisione sintetizzando i componenti necessari (es. microtubuli).
• Mitosi:
• Profase=formazione dei centrosomi (organizzatori dei microtubuli).
• Prometafase=disgregazione della lamina e dei pori nucleari. Si forma il fuso mitotico.
• Metafase=cromosomi allineati sulla piastra equatoriale → massima condensazione.
• Anafase=separazione dei cromatidi fratelli e migrazione verso i centrosomi.
• Telofase=despiralizzazione del DNA e ricostruzione dell’involucro nucleare.
• Citodieresi=separazione del citoplasma.

Endocitosi ed esocitosi

Le vescicole di trasporto

• Mantengono separato il materiale da trasportare dal resto della cellula.
• Si fondono a specifici compartimenti riversando il contenuto = comunicazione tra compartimenti cellulari.

La superficie cellulare e il volume della cellula rimangono invariati. La quantità di membrana sottratta (endocitosi) deve essere riacquistata (esocitosi). Questo vale per tutti i compartimenti citoplasmatici.

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