Appunti esame Citologia

Citologia generalità

Citologia: studio della cellula.

Istologia: studio dei tessuti, i tessuti fondamentali sono 4, con i relativi sottotipi: epiteliali, connettivi, muscolare e nervoso. Le cellule si differenziano in base al tessuto che compongono. Il DNA è uguale in tutte le cellule del medesimo organismo, ma come si spiega che una cellula nervosa sia diversa da una epiteliale, nonostante il DNA sia sempre identico come qualità e quantità? Alcuni geni sono espressi, altri geni sono repressi.

Associazioni cellulari

• Le cellule si associano a formare tessuti: le varie funzioni delle cellule si sommano e si ottiene la funzione del tessuto.
• I tessuti si associano a formare organi: le varie funzioni dei tessuti si sommano e si ottiene la funzione dell'organo.
• Gli organi sono riuniti in apparati: le varie funzioni dei vari organi giustificano la funzione dell'apparato che formano. Gli apparati svolgono le principali funzioni organiche: respirazione, digestione. Si usa anche il termine "sistema" come sinonimo di "apparato", ma il termine "sistema" è da privilegiare quando è presente per la maggior parte lo stesso tessuto, ad esempio nel sistema nervoso.

Anatomia

L'Anatomia si divide in:

• Anatomia normale non patologica
• Anatomia comparata dove prendiamo in analisi specie diverse
• Anatomia sistematica che si occupa di sistemi e apparati
• Anatomia topografica che raggruppa organi e strutture non in funzione di apparati e sistemi, ma in funzione di dove si trovano; ad esempio nella testa sono presenti il cervello e l'occhio che fanno parte di apparati diversi.

Le differenze tra specie aumentano quando passiamo dal livello microscopico al livello macroscopico. Ad esempio nell'anatomia macroscopica si studia la morfologia, la tipografia per esempio del rene e in specie diverse troveremo differenze significative. A livello microscopico, sempre prendendo in considerazione uno stesso organo, a grandi linee si riscontreranno gli stessi dati (le differenze saranno molte meno). Di conseguenza in citologia e istologia le differenze tra diverse specie sono poche.

Cosa è la materia vivente?

Tutto ciò che è capace di riprodursi. Gli esseri viventi possono essere acellulari (virus e prioni) o cellulari (procarioti e eucarioti). I procarioti (principalmente batteri) sono cellule meno evolute mentre gli eucarioti sono cellule più evolute e si dividono in unicellulari (come protozoi) e pluricellulari (ovvero metazoi e metafiti).

Differenze tra virus e cellule

Qual è la differenza tra virus e cellule? I virus sono visibili solo al microscopio elettronico, possiedono un solo acido nucleico (DNA o RNA) e soprattutto sono incapaci di vita autonoma. Le cellule sono visibili già tramite microscopio ottico, possiedono due acidi nucleici e sono capaci di vita autonoma infatti possiedono un sistema energetico ed enzimatico.

Differenze tra procarioti ed eucarioti

Le differenze sostanziali stanno nel fatto che i procarioti sono decine di volte più piccoli e meno voluminosi, non possiedono un nucleo ben definito perché sprovvisti di involucro nucleare che separa il DNA dagli altri costituenti cellulari. Inoltre, mancano di organuli citoplasmatici provvisti di membrana (sistema membranoso intracitoplasmatico o interno) e non possiedono gli istoni, ossia le proteine legate al DNA.

La cellula eucariota, a differenza di quella procariota, è provvista di membrane interne, dunque viene da pensare che questo renda la cellula più evoluta perché è più specializzata. In particolare, in tutte le cellule avvengono numerosissime e continue reazioni chimiche che obbediscono ad una stessa regola: "tutte le reazioni chimiche che avvengono nella materia vivente, nella cellula ma anche al di fuori di essa (ambiente extracellulare), avvengono in presenza di un enzima".

L'enzima è una proteina, che si lega al substrato che deve reagire e consente la trasformazione del substrato in prodotto di reazione. Infine, si stacca ed è pronto per un’altra reazione uguale. È importante la specificità degli enzimi per un determinato substrato (figurativamente come la chiave specifica per una serratura specifica). Queste reazioni, solitamente non sono isolate e se ne hanno numerosissime; dunque serve per ognuna di esse un enzima specifico.

Se nella cellula ci sono membrane, questi enzimi ci si poggiano "in là", favorendo la velocità delle reazioni (come nel caso delle cellule eucariotiche). Se si parla di cellule procariotiche, non essendoci questo "ordine" dato dalla membrana, una specifica reazione biochimica avverrà solo quando il substrato incontrerà casualmente il suo specifico enzima ("nel moto browniano delle sostanze"). Inoltre, la cellula eucariotica è più evoluta perché è compartimentalizzata, ovvero sono presenti varie parti preposte a diverse funzioni.

I microscopi

(I virus possono vivere solo all'interno di un'altra cellula, se essi infettano una cellula procariota si chiamano "fagi". I virus non sono visibili al microscopio ottico, mentre cellule e batteri sono visibili)

Esistono vari tipi di microscopi:

• Microscopio luce: utilizza un fascio di luce (si vede nucleo e citoplasma).
• Microscopio elettronico: utilizza un fascio di elettroni (vedo cosa c'è all'interno del citoplasma, ovvero l'ultrastruttura).

Il microscopio luce (risoluzione 0,25 micrometri) si divide in:

1. Microscopio ordinario (ottico convenzionale): utilizza luce ordinaria in campo chiaro su un preparato fissato e colorato.
2. Microscopio a luce polarizzata (a interferenza): sfrutta il fenomeno della rifrangenza dei preparati.
3. Microscopio a fluorescenza: utilizza la luce ultravioletta e i componenti del preparato vengono analizzati tramite la fluorescenza emessa.
4. Microscopio a contrasto di fase (phaco): mette in risalto le differenze di spessore delle strutture cellulari. Permette l'osservazione di cellule viventi.

Ormai la frontiera microscopica si è spostata da un livello morfologico ad un livello molecolare, ossia ci si chiede che molecole ci sono piuttosto che la struttura di una cellula, si ricerca quindi la localizzazione o l'immunolocalizzazione. Esempio: l'ormone aldosterone è presente nella cellula? Dove si trova? Ottengo in laboratorio degli anticorpi anti-aldosterone?

Il microscopio elettronico vede cellule morte e si divide in:

1. Microscopio a scansione (SEM): non prevede sezioni, adatto per l'osservazione dei rilievi e delle superfici, è utilizzato principalmente a scopo didattico.
2. Microscopio a trasmissione (TEM): prevede sezioni (<1 micron), fascio di elettroni viene assorbito o schermato dalle strutture cellulari, risoluzione a 0,4 nanometri.

Allestimento del preparato

Fase 1: Fissazione: sia nella microscopia luce che nella elettronica, impedisce l'insorgenza di processi putrefattivi e artefatti. Bisogna cercare di ottenere qualcosa che sia il più possibile simile al vero, ovvero un fissativo ideale.

Fase 2: Colorazione: vengono inserite nel campione delle sostanze colorate che una volta legatesi alle diverse strutture biologiche, si comportino come da filtri interni che mostrino le caratteristiche costitutive del preparato.

Le cellule

Le cellule differiscono tra loro per forma, dimensione e numero.

Forma delle cellule

Che forma hanno le cellule e da cosa dipende?

• Dall'ambiente e quindi da ciò che c'è intorno, per esempio se l'ambiente è il sangue che è liquido, esso esercita la stessa pressione in tutti i punti della cellula che sarà quindi di forma sferica. Contatto cellula-cellula: differenza tra tessuto epiteliale (prismi a 6 facce) e connettivo (cellule a contatto con matrice).
• Dalla funzione di un determinato tessuto: (tutte le cellule hanno le stesse funzioni però le cellule che appartengono ad un certo tessuto si specializzano in quelle funzioni particolari) es. tutte le cellule possiedono actina e miosina, ma alcune cellule si specializzano nella loro contrazione—> fibre muscolari, cellule a forma allungata.
• Inoltre, la morfologia della cellula ci suggerisce la funzione.

La forma sferica è tra tutte le figure quella che ha la minore superficie esterna. Per esempio, la diversa forma nei globuli rossi favorisce lo scambio (l'ematosi) e può permettere anche al globulo di passare nei capillari presenti negli alveoli polmonari (anche in altre parti del corpo). Qualche volta il diametro del capillare è più piccolo di quello del globulo rosso, pur essendo una delle cellule con le dimensioni minime (4-5 micron) ma nonostante questo si allunga ulteriormente per ottenere la massima possibilità di scambio. I globuli bianchi invece non hanno questa problematica perché sono sferici.

Caratteristiche delle cellule

• La plasticità: tutte le cellule hanno proteine contrattili e sono dotate di un'adattabilità della forma. Le cellule nervose ad esempio hanno dei prolungamenti per portare a distanza uno stimolo (eccitazione e propagazione), per questo l'impulso si genera e si propaga.
• Le dimensioni: Si va da un globulo rosso che ha una dimensione fra i 4 e i 5 micron, fino normalmente ai 50-60 micron. La cellula più grande è l'ovocito che arriva circa a 150. La sua grandezza è dovuta alla presenza del vitello, il materiale nutritizio.
• Numero di cellule: Le cellule possono morire con morte programmata detta apoptosi, ma ci sono anche altri processi come l'autofagia (le cellule vicine fagocitano la cellula morta). Una legge dice che se un animale è grande, non è grande perché ha grandi cellule, è grande perché ha più cellule. Le cellule di un elefante hanno le dimensioni delle cellule di un topolino, seppur i due animali abbiano grandezze differenti.

Composizione chimica della cellula e della materia extracellulare

Parlando di protoplasma, ossia di materia vivente, essa è composta per l'80% da acqua, 15% di proteine, 2% di lipidi, 1% di acidi nucleici, glucidi e sali minerali. Il protoplasma è pertanto una soluzione acquosa di elettroliti e di molecole organiche di varia natura. L'acqua è la sostanza maggiormente abbondante in un organismo perché tutto avviene in essa: ad esempio le reazioni chimiche e biochimiche sono reazioni enzimatiche, che avvengono in presenza di un enzima specifico che si rapporta al substrato come il modello "chiave-serratura" e questo avviene nell'acqua.

La disidratazione, detta liofilizzazione, è un processo di conservazione: tolta l'acqua gli enzimi non funzionano, i batteri non agiscono. Ci sono delle sostanze disciolte nell'acqua che possono essere:

• Inorganiche: sali minerali come la stessa acqua, ioni ad esempio (sodio, potassio, calcio, fosforo) o anche in forma di (fosfato, carbonato ecc). Altri sali sono elementi presenti in piccole quantità e sono chiamati oligoelementi. Nonostante siano presenti in piccole percentuali sono comunque importanti poiché tali ioni conferiscono ai liquidi dell'organismo una pressione osmotica pari a quella esercitata da una soluzione di cloruro di sodio definita fisiologica. Dalla concentrazione ionica e dal pH dipendono tantissime proprietà cellulari come il trasporto attivo e la catalisi enzimatica. Per questa ragione esistono dei sistemi di controllo dell'omeostasi ionica.
• Organiche: sono sostanze di piccole dimensioni come ormoni e vitamine. Spesso queste piccole molecole organiche se disciolte nella soluzione idro-elettrolitica costituiscono i monomeri di macromolecole organiche (proteine, carboidrati, acidi nucleici). Ad esempio, le proteine sono polimeri perché sono formate da tanti monomeri che si chiamano aminoacidi. Queste sostanze: aminoacidi, monosaccaridi, nucleotidi si trovano sotto forma monomerica disciolte nella soluzione. Le grandi molecole organiche (macromolecole) come polisaccaridi, proteine o peptidi, acidi nucleici sono particelle in sospensione (miscela di sostanze eterogenee costituita da un componente allo stato solido finemente suddiviso e disperso in un liquido).

Dal punto di vista fisico la materia vivente è una sospensione colloidale. Essa è formata da una soluzione vera, composta da acqua che fa da solvente ed elettroliti e piccole molecole organiche che rappresentano il soluto. In questa soluzione vera sono immersi i grossi polimeri organici come glucidi, proteine, ecc., detti colloidi. La soluzione vera costituisce la fase disperdente mentre i colloidi costituiscono la fase dispersa della sospensione colloidale.

Le particelle colloidali sono in grado di adsorbire (gel) o cedere (sol) acqua, rendendo l'ambiente più o meno fluido. Il protoplasma e la sostanza extracellulare si trovano dunque allo stato di sol/gel reversibile. In fisica si parla di stato di sol (=quando c'è molta acqua) e di stato di gel quando ce n'è poca. L'acqua si trova in uno stato di sol/gel reversibile. La diffusione è favorita se è in uno stato di sol perché nel gel c'è meno acqua. Ad esempio, il patogeno è più veloce nel sangue che nei tessuti.

Glucidi

Sono composti ternari costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno e comprendono monosaccaridi come glucosio e fruttosio, oligosaccaridi (formati da pochi monosaccaridi) e infine polisaccaridi che si distinguono in omopolisaccaridi (costituiti da unità identiche di monosaccaridi come nel caso della cellulosa e del glicogeno) e in eteropolisaccaridi (come acido ialuronico). I glucidi rappresentano la principale fonte energetica di cellule vegetali e animali, alcuni sono anche sostanze di sostegno e strutturale perché costituiscono membrane e pareti cellulari. Il tipico glucide con funzione di riserva e fonte energetica in una cellula animale è il glicogeno che cede molecole di glucosio (glicogenolisi) quando serve, alzando così la glicemia del sangue, e lega nuove molecole di glucosio (glicogenosintesi) quando la glicemia si alza.

Glicoproteine sono componenti glucidici che si legano alle proteine. Costituiscono una componente essenziale nelle membrane plasmatiche e hanno una funzione recettoriale (la parte glucidica è nella membrana mentre "l'alberello glucidico" si affaccia all'esterno).

Proteine

Le proteine concorrono alla composizione di tutte le strutture viventi, svolgendo tra le più importanti funzioni vitali. Si tratta di eteropolimeri costituiti da unità di base chiamate amminoacidi. Le proteine costituite esclusivamente da amminoacidi (che costituiscono la catena proteica) sono chiamate proteine semplici, mentre le proteine che contengono altre molecole come ioni metallici o vitamine (costituiscono il gruppo prostatico) sono dette proteine coniugate.

Per esempio, l'emoglobina è una cromoproteina perché è una proteina coniugata con una parte proteica che si chiama globina formata da quattro catene uguali a due a due e una parte prostetica che è un pigmento, il gruppo eme. I monomeri che costituiscono le proteine sono gli amminoacidi, i quali sono costituiti da un carbonio centrale che lega almeno un gruppo funzionale acido (gruppo carbossilico) e un gruppo funzionale basico (gruppo amminico). Le proteine in soluzione acquosa possono trovarsi in forma di cationi o anioni perché potrebbero legare un radicale basico o uno acido, in questo caso il pH di una proteina ci indica se essa ha carica positiva o negativa. Gli amminoacidi si legano per mezzo di legami peptidici e questi legami si instaurano specificamente tra il carbonio del gruppo carbossilico di un amminoacido e l'azoto del gruppo amminico di un altro amminoacido.

La funzione propria di ogni molecola proteica è definita dalla sua conformazione spaziale, la quale è definita dalla disposizione degli amminoacidi. Le configurazioni spaziali potenzialmente acquisibili sono 4:

• Struttura primaria: è lineare, corrisponde alla semplice sequenza aminoacidica.
• Struttura secondaria: di forma elicoidale o planare (alfaelica e beta foglietto) dovuta a un gran numero di legami deboli (a H) tra i legami peptidici.
• Struttura terziaria: di forma globulare, dovuta sia a interazioni forti come ponti disolfuro ma anche interazioni deboli come forze di Van der Waals tra i residui amminoacidi della stessa catena.
• Struttura quaternaria: globulare complessa, molecola costituita dall'unione tramite legami deboli di più strutture terziarie.

Lipidi

I lipidi sono composti organici presenti negli organismi e caratterizzati da un'elevata solubilità in solventi organici (grasso) e insolubilità in acqua. Distinguiamo poi tra lipidi semplici e lipidi complessi: i lipidi semplici derivano per la maggior parte dalla esterificazione di acidi grassi con alcoli. Per esempio dall'esterificazione del glicerolo si ottengono i gliceridi che costituiscono la classe principale dei lipidi semplici e si suddividono in base al numero di funzioni alcoliche esterificate: monogliceridi, digliceridi e trigliceridi. Questi ultimi costituiscono la forma principale di riserva energetica in molti organismi, di fatti la loro combustione produce il doppio dell'energia liberata dagli zuccheri. Hanno un carattere prevalentemente idrofobico.

I lipidi complessi sono caratterizzati dalla presenza di una parte idrofila che attribuisce a questi composti un carattere anfipatico (presenza nella stessa molecola di zone polari e zone apolari). Questa proprietà caratterizza molecole che verranno poi utilizzate nella costruzione di diverse strutture cellulari poiché in grado di interagire completamente sia con l'acqua sia con componenti idrofobiche. Tra i lipidi complessi si distinguono i fosfolipidi che hanno...