Citologia

Citologia

Microscopio ottico

Serve per osservare i tessuti, gli organi e i preparati. Il potere di risoluzione è la più piccola distanza alla quale due punti si vedono ancora separati; il miglior microscopio ottico ha un potere di risoluzione di 0,2 micrometri (μm). Si può vedere una sezione di organo, gruppi di cellule di quella sezione (nucleo, citoplasma e forma della cellula), ma non ciò che è dentro il nucleo.

Il microscopio ottico è composto da parti meccaniche e ottiche. I componenti ottici comprendono tre sistemi di lenti:

• Condensatore: proietta un cono di luce che illumina l'oggetto.
• Obiettivo: ingrandisce l'oggetto.
• Oculare: ingrandisce ulteriormente l'oggetto e proietta l'immagine alla retina dell'osservatore.

Microscopio elettronico

Se voglio vedere cosa c'è dentro la cellula bisogna utilizzare un microscopio elettronico, la cui fonte di illuminazione è un fascio di elettroni emessi da un filamento di tungsteno, mentre le lenti sono costituite da un campo elettromagnetico che può deviare gli elettroni. Esistono due tipi di microscopio elettronico:

• Microscopio elettronico a trasmissione: il più forte che permette di guardare i singoli organelli.
• Microscopio elettronico a scansione: meno elevato, serve per vedere un ingrandimento maggiore di quello ottico ma non all'interno della cellula.

Si possono vedere bene la forma tonda e le propaggini (estensioni della membrana citoplasmatica) e mi dicono che la cellula ha alta attività di fagocitosi. Il livello di risoluzione del microscopio a trasmissione è di 0,3-0,5 nanometri (nm), mentre quello a scansione è di 10 nm.

Caratteristiche principali della citologia

La citologia è lo studio della cellula eucariote, quindi lo studio di:

• Caratteristiche principali della membrana citoplasmatica, funzioni e le sue specializzazioni;
• Caratteristiche del nucleo e del citoplasma;
• Morfologia e funzione degli organuli;
• Divisione cellulare;
• Rapporti tra cellule.

Unità di misura

• Cm: organi.
• Mm: organi.
• Um (1/1000 Mm): cellule e organuli cellulari.
• Nm (1/1000 Um): ultrastruttura di organuli cellulari.
• Ångström Å (1/10 di Nm): ultrastruttura di organuli e macromolecole.

La cellula eucariote ha in genere dimensioni tra 5 e 50 Um, ci sono però delle eccezioni come alcuni neuroni o la cellula uovo. La cellula può inoltre variare nella forma.

Composizione chimica della cellula

La composizione chimica della cellula include:

• Acqua (in cui si trovano disciolti ioni);
• Proteine;
• Lipidi;
• Carboidrati;
• Acidi nucleici (DNA e RNA).

Membrana cellulare (membrana plasmatica o plasmalemma)

Per vederla bisogna utilizzare un microscopio a trasmissione. Ha funzione di protezione, fatta da un doppio strato lipidico con testa e code disposte in maniera che le code siano all'interno e le teste all'esterno, questo perché le code sono idrofobe (respingono acqua) mentre le teste sono idrofile (affini all'acqua); è uno strato altamente selettivo e ha al suo interno, immerse, delle proteine che non sono né posizionate allo stesso modo, né sono della stessa forma e si dividono in:

• Intrinseche: attraversano tutto lo strato lipidico.
• Estrinseche: attraversano solo una parte dello strato lipidico.

Sono presenti anche i carboidrati (oligosaccaridi o zuccheri) e sono sempre rivolti verso l'esterno della membrana, attaccati ai lipidi (glicolipidi) o alle proteine (glicoproteine). Queste proteine, però, possono muoversi all'interno dello strato lipidico.

La membrana della cellula eucariota è un modello a mosaico fluido e semipermeabile; la cellula infatti esercita un controllo e una selezione su ciò che entra e ciò che esce, impedendo così alle sostanze dannose di penetrare all'interno della cellula.

Il glicocalice è rappresentato da tutti gli zuccheri prima descritti in grande quantità, andando a formare un'ombreggiatura più scura sopra la membrana citoplasmatica.

Tutte le membrane sono dotate di una carica (potenziale di membrana), che si misura in mv, solitamente misurata in negativo. Stimolo nervoso con contrazione muscolare causa un'inversione di carica di membrana e consente di condurre un impulso o di contrarsi.

La membrana è semipermeabile e comunica quindi con l'ambiente esterno per vivere, regolando gli scambi tra l'esterno e l'interno; questa proprietà prende il nome di permeabilità.

Questo scambio può essere attraverso:

• Trasporto passivo (diffusione semplice e facilitata);
• Trasporto attivo: consuma ATP (adenosintrifosfato, energia), ovvero energia che si scinde in adenosindifosfato liberando una molecola di energia; in questo trasporto si va contro gradiente di concentrazione.

Le proteine diventano quindi dei canali aperti che permettono questo passaggio fino ad arrivare a una situazione di equilibrio (gradiente di concentrazione) all'interno e all'esterno della membrana.

Le proteine possono essere aperte da entrambi i lati o possono presentare un tappo, il quale si apre in risposta al cambio di potenziale o a un legame chimico.

Altro tipo di trasporto passivo: ci sono molecole che riescono ad attraversare la membrana perché dotate di proteine carrier, ovvero trasportatori che si esauriscono mediante il gradiente di concentrazione.

Quando le molecole sono più grandi si parla di esocitosi ed endocitosi, i quali richiedono consumo di energia:

• Esocitosi: vescicola di membrana si spinge verso l'esterno della cellula, essa si fonde con la membrana e rilascia all'esterno il contenuto.
• Endocitosi: processo in cui una determinata sostanza viene introdotta all'interno della cellula attraverso la membrana cellulare.

I macrofagi hanno il compito di distruggere i globuli rossi invecchiati, recuperando il ferro. La fagocitosi è una specie di endocitosi, ma con particelle più grandi.

Mitocondri

Sono i principali produttori di ATP, possono avere forme, dimensioni, posizioni e numero variabile a seconda delle cellule.

Struttura:

• Doppia membrana: membrana mitocondriale esterna e interna (creste mitocondriali).
• DNA, RNA e ribosomi: per la sintesi proteica limitata, considerato quindi un organulo semiautonomo.

Il DNA mitocondriale viene ereditato solo dalla madre, che lo trasporta alle cellule figlie.

Reticolo endoplasmatico

Si può trovare in varie parti della cellula, principalmente è di due tipi:

• Liscio o agranulare (REL): privo di ribosomi sulla superficie citoplasmatica, costituito da pile di sacchi appiattiti (cisterne), contiene grandi quantità di calcio, abbondante nelle cellule muscolari.
• Ruvido o granulare (RER): ribosomi sulla superficie, formato da una rete tridimensionale di tubuli solidi, abbondante in cellule con elevata sintesi proteica.

Ribosomi

Organuli endoplasmatici, che si possono trovare attaccati o anche liberi. Fondamentali per la sintesi proteica e formati da RNA ribosomiale e proteine.

Tipi di RNA:

• RNAr (ribosomiale);
• RNAm (messaggero): porta le informazioni sulla sintesi proteica dal nucleo al citoplasma;
• RNAt (transfer): legge il messaggio e inizia la sintesi proteica.

Poliribosoma o polisoma: catena di ribosomi uniti da un filamento, ovvero RNAm.

Apparato di Golgi

Simile ai reticoli endoplasmatici, fatto da strati di membrana che si sovrappongono e, associati, ci sono cisterne, vescicole (più grandi) e vacuoli (più piccoli). I ribosomi non sono attaccati.

Il dictiosoma è un gruppo di cisterne dell'apparato di Golgi di spessore 1 μm. L'apparato ha una marcata polarità, ovvero ha una forma a ferro di cavallo (una faccia convessa e una concava). Le vescicole e i vacuoli sono nella concava.

Ha una polarità morfologica funzionale:

• Partecipa alla sintesi proteica: nelle fasi finali della produzione, immettendo le proteine nelle vescicole e nei vacuoli. Il prodotto è quindi finito.

Nell'apparato di Golgi è presente:

• Faccia di maturazione: proteine maturano e sono sistemate;
• Faccia di produzione: proteine finite, gemmano (escono) e sono immesse nelle vescicole e nei vacuoli.

Lisosomi

Vescicole rotondeggianti contenenti tanti tipi di proteine, ovvero enzimi (capaci di scatenare una reazione biochimica). Questi sono enzimi idrolitici che vengono utilizzati per la demolizione (digestione) intracellulare controllata da macromolecole. Essi sono sintetizzati dal reticolo endoplasmatico da dove poi passano al Golgi, il quale li rilascia sotto forma di lisosomi.

Perossisomi o microbodies

Vescicole contenenti catalasi o perossidasi, si pensa fossero i primi sintetizzatori di energia ma poi sostituiti dai mitocondri.

Inclusioni citoplasmatiche (inattive)

Non hanno una funzione nella cellula ma non la danneggiano. Sono residui di zuccheri, lipidi, neuroni, ecc.

Citoscheletro

Composto da tre elementi:

• Microfilamenti (filamenti di actina): filamenti di piccole dimensioni. Sono presenti anche nelle cellule muscolari dove, assieme alla miosina, intervengono nelle contrazioni muscolari e nella formazione dei microvilli (espansioni delle cellule), come nelle cellule dell'intestino tenue.
• Microvilli: estensioni che si trovano sulla superficie di molte cellule animali, rivestite dalla membrana plasmatica. Il citoscheletro dei microvilli è costituito da un fascio di 20-30 filamenti paralleli di actina in più tratti riuniti in fasci.
• Filamenti intermedi: hanno una dimensione intermedia. Sono diversi da cellula a cellula (utili ai fini di riconoscimento diagnostici), presenti spesso intorno al nucleo formando un reticolo in tutto il citoplasma (lamìna nucleare).
• Microtubuli: sono i più grandi, fatti da tubulina, uguali in tutte le cellule. Presenta elementi labili, ovvero elementi che vengono distrutti e ricreati il più velocemente possibile. Ogni microtubulo è fatto da 13 protofilamenti che vanno a costituire ciglia e flagelli (elementi mobili), una struttura basale alla base delle ciglia, ovvero il corpo basale, e i centrioli.

Centrioli

In ogni cellula eucariota si trovano due coppie di centrioli, formati da 9 triplette di microtubuli. Sono gli unici organuli citoplasmatici che rimangono durante la mitosi, nella quale la cellula si dedica solo a raddoppiare il materiale genetico; infatti, tutti gli altri organuli, durante la mitosi, vengono disgregati nelle vescicole per essere distribuiti nelle cellule figlie che li riformeranno. I centrioli non vengono disgregati, funzionano come centri di organizzazione del fuso mitotico.

Diplosoma: l'insieme dei due centrioli.

Ciglia e flagelli

Le ciglia si ritrovano solo in certi tipi di cellule e sono classificate come espansioni apicali; stanno sempre attaccate alla base, sono mobili e riescono a far muovere ciò con cui vengono a contatto. Sono presenti, ad esempio, nell'apparato respiratorio per far andar giù il muco creando un'onda e, nel caso non ci riuscisse, di riflesso si ha la tosse. Le ciglia per muoversi hanno una struttura complessa, fatta da microtubuli. Ogni ciglia ha 9 coppie di microtubuli, con al centro un'altra coppia separata. Tutto questo sistema è arricchito da una serie di proteine che collegano la coppia centrale a tutte le coppie periferiche.

Ciò che fa muovere le ciglia sono le braccia di dineina, fondamentali, formate da dineina con capacità enzimatica la quale deve scindere l'ATP (proteina ad alta energia). Negli animali, questa struttura è alla base della costituzione del flagello dello spermatozoo, la cui coda si può muovere proprio grazie a questa struttura, detta assonema.

Corpi basali

Alla base delle ciglia, hanno struttura simile ai centrioli (triplette di microtubuli). Senza il corpo basale le ciglia non possono muoversi.

Nucleo

Presente nelle cellule in varie forme, dimensioni, luoghi e numeri. Presenta il materiale genetico e, nei mammiferi, ha un suo involucro.