Appunti Istologia

Istologia - Lezione 1 (27/02/23)

Che cos'è l'istologia?

L'istologia non è altro che lo studio della struttura microscopica in cui il materiale biologico si organizza e di come i singoli componenti siano strutturalmente e funzionalmente correlati. Quindi, lo studio sia della cellula, ma soprattutto di come le cellule si combinano a costituire tessuti.

Perché è importante?

Dobbiamo conoscere l'aspetto istologico normale di un tessuto per poter vedere se ci sono delle modificazioni patologiche, siano esse di tipo tumorale, infiammatorio o qualunque tipo di modificazione della struttura normale del tessuto. Quindi l'istologia consiste nello studio dei tessuti in condizione di salute/normalità.

I tessuti non sono altro che insiemi di cellule che possono avere delle caratteristiche morfologiche simili. Per esempio, abbiamo dei tessuti che possono essere semplici perché sono costituiti da cellule che vengono raggruppate in strutture organizzate (per esempio un epitelio è costituito da cellule che sono tutte molto simili tra loro) oppure abbiamo i tessuti complessi che sono costituiti da cellule che hanno caratteristiche e strutture completamente diverse (nel caso del sangue per esempio).

I tessuti si riuniscono insieme in particolari zone anatomiche per costituire quelli che sono gli organi; l'insieme di organi che svolgono poi una certa funzione viene detto apparato.

Cellule → Tessuti → Organi → Apparati → Individuo

Che cos'è la citologia?

La citologia è l'analisi dei costituenti di un tessuto: come in una casa ci sono i mattoni, negli esseri viventi ci sono le cellule; sono la struttura minima di base che serve per costituire un tessuto ed è quindi l'unità fondamentale strutturale che va a costituire la maggior parte degli organismi viventi.

Tutte le cellule derivano dalla cellula uovo fecondata e successivamente si differenziano acquisendo delle caratteristiche differenti: le cellule si differenziano in vari gruppi in base anche alla loro funzione. Abbiamo cellule epiteliali di rivestimento, cellule con funzione di sostegno, cellule con funzione contrattile, cellule con funzione di ricezione e trasmissione degli stimoli, cellule con funzione germinativa (che saranno quelle del sistema riproduttivo), cellule del sistema immunitario, del sangue, cellule che secernono ormoni, ecc.

Bisogna ricordare però che una stessa cellula può svolgere più funzioni e quindi può far parte di più categorie. Per esempio, abbiamo alcune cellule ematiche del sangue della serie bianca che svolgono anche una funzione immunitaria, così come ci sono delle cellule che producono ormoni ma sono anche delle cellule con strutture epiteliali.

Ultrastruttura

In generale una cellula eucariota ha determinate caratteristiche che variano da un tessuto all'altro a seconda della funzione principale della cellula. In tutte le cellule riconosciamo comunque alcuni caratteri strutturali comuni:

• La presenza di una membrana plasmatica, che è una struttura continua di circa 7 μm di spessore che separa la cellula dall'ambiente esterno;
• All'interno abbiamo un'altra struttura, separata da una doppia membrana detta involucro nucleare, che è il nucleo: il nucleo attraverso dei forellini, che vengono detti pori, è in contatto col citoplasma;
• All'interno del nucleo troviamo una formazione rotondeggiante che viene denominata nucleolo.

Per citoplasma invece intendiamo lo spazio che è compreso tra la membrana plasmatica e l'involucro nucleare; è una soluzione acquosa a composizione complessa in cui sono immersi i diversi organuli. All’interno del citoplasma si trovano una serie di citomembrane che vanno a suddividere/sedimentare il citoplasma in varie aree; questo sistema è detto sistema membranoso interno, che permette di evidenziare e riconoscere i vari organuli cellulari.

Il sistema membranoso interno è costituito:

• Dal reticolo endoplasmatico, nelle varietà rugoso e liscio;
• Dall'apparato di Golgi, che è formato da cisterne/sacculi e da una serie di micro e macrovescicole;
• Dai lisosomi che sono organuli contenenti degli enzimi idrolitici;
• Dai perossisomi o microbodies, che contengono degli enzimi di natura diversa da quelli presenti nei lisosomi;
• Dai mitocondri, ossia gli organuli più grossi presenti nella cellula, che sono a loro volta limitati da due membrane: quella più interna è sollevata a formare delle creste.

Il citoplasma che si trova negli spazi delimitati da queste membrane viene detto ialoplasma o citosol; è la componente liquida/non organizzata in membrane. Il citosol può contenere alcuni inclusi, che possono essere complessi molecolari lipidici o glucidici e contengono alcune particelle ribonucleo-proteiche, che vedremo essere i ribosomi. Il citosol, che è quindi questa sostanza fluida, è attraversata da una rete di filamenti (lo scheletro della cellula) che svolge importanti funzioni in quanto permette l'acquisizione e il mantenimento della forma cellulare, organizza il citoplasma in varie aree e serve per fornire degli importanti componenti citoplasmatici, quali l'apparato mitotico e il fuso.

Forma e dimensione

Le cellule possono avere forma e dimensioni molto variabili: questo dipende dalla funzione che devono svolgere e dal tessuto in cui si trovano. Durante il corso studieremo i vari tessuti, riconosceremo e descriveremo le forme e le caratteristiche specifiche delle singole cellule. Si può dire che le cellule possono avere:

• Forma piatta
• Forma cubica
• Forma cilindrica
• Forma prismatica

Possono essere provviste o meno di prolungamenti (come nel sistema nervoso) o possono avere la forma di cilindri striati trasversalmente (si vede nell’immagine a destra) come nelle cellule muscolari. Le dimensioni sono molto variabili: abbiamo cellule molto piccole, come alcune cellule del sangue che sono intorno ai 7 μm e cellule molto grandi, come la cellula uovo che è 200 μm. La maggioranza delle cellule ha una dimensione compresa tra 20 e 30 μm.

Iniziamo a descrivere i singoli componenti della cellula.

Membrana plasmatica

Partendo dall'esterno abbiamo detto che la cellula è separata dall'ambiente circostante dalla membrana plasmatica; la membrana plasmatica è un involucro di uno spessore variabile tra 7-10 μm e ha una composizione dal punto di vista chimico analoga alla membrana degli organuli che troviamo all'interno della cellula. La sua funzione principale è separare il materiale extracellulare dall'interno della cellula;

• Permette gli scambi tra l'ambiente intra ed extra cellulare, attraverso una serie di sistemi di trasporto che poi vedremo;
• Controlla la moltiplicazione cellulare grazie alla cosiddetta inibizione da contatto (quando le cellule che si dividono hanno raggiunto una certa densità, il contatto inibisce ulteriori moltiplicazioni cellulari);
• Media le relazioni fra la cellula e la sostanza intercellulare in cui è immersa.

Per quanto riguarda la composizione chimica della membrana plasmatica ci sono tre componenti principali:

• Si parla di lipidi coniugati che formano un doppio strato
• Proteine globulari che possono essere estrinseche se sono appoggiate sul lato della membrana oppure intrinseche se attraversano lo strato lipidico
• Carboidrati che in genere sono coniugati con i lipidi a formare glicolipidi o con proteine a formare delle glicoproteine

La struttura della membrana plasmatica è stata chiarita negli anni ‘80 con il modello a mosaico fluido di Singer Nicholson; prima si pensava che la membrana fosse una struttura statica e questo non poteva spiegare appunto delle funzioni svolte dalla membrana plasmatica. Quindi la membrana plasmatica è costituita da un doppio strato fosfolipidico (nell’immagine sono quelle strutture con le teste azzurre) a cui si associano le molecole proteiche intrinseche o estrinseche.

La componente lipidica

I lipidi sono sostanze poco solubili in acqua perché sono caratterizzati dalla presenza di catene di idrocarburi alifatici o policiclici.

• I lipidi semplici derivano dalla condensazione di acidi carbossilici con degli alcoli a basso peso molecolare, come il glicerolo. Grazie alla presenza di questa lunga catena sono detti acidi grassi e sono completamente insolubili nell'acqua. Nella cellula sono contenuti in piccole vescicole e costituiscono una riserva di energia.
• I lipidi coniugati invece sono formati, oltre che da alcol e da acidi grassi, da altri radicali quali l'acido fosforico, le basi azotate, gli zuccheri, che possono conferire una parziale solubilità in acqua. Nella membrana plasmatica i lipidi coniugati sono componenti essenziali; tra i lipidi coniugati della membrana plasmatica abbiamo i cosiddetti fosfolipidi che sono i principali costituenti delle citomembrane (delle membrane della cellula).

Hanno una struttura abbastanza standard, caratterizzata da una molecola di glicerolo a cui si sono legate due molecole di acidi grassi; il glicerolo è legato a un radicale fosforico che a sua volta lega una base azotata, che può essere:

• Una molecola di colina (si parla di fosfatidilcolina)
• Una molecola di serina (si parla di fosfatidilserina)
• Una molecola di etanolammina (si parla di fosfatidiletanolammina)
• Una molecola di inositolo (si parla di fosfatidilinositolo)

In generale i fosfolipidi sono definiti come molecole anfipatiche, ovvero sono molecole che contengono una parte polare (la testa), che è costituita da gruppo fosforico e base azotata ed è parzialmente solubile in acqua, e invece una coda completamente apolare costituita dal glicerolo ed alle due catene di acidi grassi, che invece sono insolubili in acqua.

Oltre ai fosfolipidi troviamo anche gli steroidi a costituire la membrana plasmatica, per esempio il colesterolo, che si trova all'interno della membrana plasmatica e serve a regolare la fluidità della membrana stessa. Nell’immagine si vedono schematizzate le due code di acidi grassi e la molecola di colesterolo appunto all'interno del doppio strato.

Grazie alla caratteristica anfipaticità i lipidi della membrana plasmatica tendono a orientarsi rivolgendo da una parte le teste polari verso l'ambiente extracellulare e intracellulare (citoplasma), mentre nella componente degli acidi grassi questi ultimi sono rivolti gli uni contro gli altri.

Gli acidi grassi che costituiscono le code dei fosfolipidi non sono sempre saturi, cioè privi di doppio legami; se fosse così le membrane cellulari sarebbero estremamente rigide, infatti questa parziale saturazione dà una deformazione di una catena di acidi grassi e crea uno spazio dove si inserisce il colesterolo, e questo permette una maggiore fluidità del doppio strato fosfolipidico.

Se analizziamo come è costituita la membrana cellulare vediamo che normalmente abbiamo:

• 40-80% di lipidi coniugati, che formano un doppio strato;
• Delle proteine che vanno dal 20 al 60% e possono essere intrinseche o estrinseche;
• La componente zuccherina che è minoritaria e va dal 2 al 10%, ed è in genere coniugata a lipidi o proteine.

Questa è una composizione standard, ovviamente ci possono essere tra una cellula di diversi tessuti o all'interno di uno stesso organismo delle variazioni nella composizione, quindi nella percentuale di lipidi o di proteine. Si è detto che i lipidi sono sostanze insolubili in acqua perché hanno delle catene di lunghe catene di idrocarburi; i lipidi che costituiscono la membrana cellulare sono detti coniugati o complessi, perché presentano dei gruppi chimici particolari, quali l'acido fosforico, gli zuccheri e le basi azotate che li rendono parzialmente solubili in acqua.

Sono anche dette quindi molecole anfipatiche, proprio perché presentano un'estremità idrofila polare che può interagire con l'acqua, ma anche una estremità idrofoba e apolare che non è assolutamente solubile in acqua e che è costituita da molecole di acidi grassi. Grazie a questa loro caratteristica i lipidi si orientano in modo particolare con le molecole idrofobiche che si interfacciano l'una con l'altra, andando così a formare un doppio strato lipidico che costituisce poi la struttura di base della membrana plasmatica.

I lipidi coniugati che costituiscono la membrana sono rappresentati quindi da fosfolipidi; abbiamo la molecola di glicerolo esterificata con due molecole di acidi grassi e legata sia a un gruppo fosforico che ad una base azotata. Gli acidi grassi nei fosfolipidi, come si è già detto, possono essere insaturi, cioè possono presentare dei doppi legami, e questo fa sì che ci sia un ripiegamento della molecola.