Appunti Citologia

Mitocondri

I mitocondri sono presenti sia nelle cellule animali che in quelle vegetali e intervengono nelle trasformazioni energetiche. Sono più o meno presenti nelle cellule in base alla loro richiesta energetica. Recuperano energia dalla digestione del cibo e attraverso il ciclo di Krebs e la catena respiratoria, che verrà poi conservata come ATP. La glicolisi avviene nel citoplasma, il ciclo di Krebs nella matrice e la catena di trasporto degli elettroni avviene nella membrana interna. Hanno una forma allungata e presentano due membrane: una interna e una esterna, e sono la sede degli enzimi che producono ATP. La membrana interna è a sua volta ripiegata a formare delle creste mitocondriali e tra queste creste è presente la matrice mitocondriale.

Oltre a intervenire nella respirazione e nei processi che mantengono in vita la cellula, i mitocondri sono anche coinvolti nei meccanismi di apoptosi o morte cellulare programmata. Durante l’apoptosi, il nucleo della cellula si modifica e si frammenta, e si verifica la condensazione della cromatina. I mitocondri sono coinvolti nell’apoptosi perché presentano molecole proteiche che, se presenti internamente, non creano problemi, ma se riversate nel citoplasma provocano la morte della cellula.

Nei mitocondri, soprattutto nella membrana interna, è presente un enzima chiamato “cardiolipina” che non è presente in nessun altro organulo della cellula. Il suo ruolo è quello di creare punti di contatto tra le due membrane ed è anche in grado di legare molecole come il citocromo C e di rilasciarlo nel citoplasma, causando così l’apoptosi.

I mitocondri possono andare incontro a modifiche secondo meccanismi di fissione o fusione. La fissione è il processo che porta alla divisione di un mitocondrio in due più piccoli, eliminando parti danneggiate del mitocondrio iniziale. Il meccanismo di fusione indica invece l’unione di due mitocondri piccoli per formare un mitocondrio più grande e funzionale. Questi due meccanismi sono regolati da proteine calcio dipendenti che vengono a loro volta regolate dalla presenza o meno dello ione calcio secreto dal reticolo endoplasmatico.

Sistema di membrane connesse tra loro: reticolo endoplasmatico e apparato del Golgi

Vengono considerati come un sistema di membrane in quanto sono entrambi coinvolti in un flusso di materiale intra/extra cellulare attraverso le vescicole in diversi step:

• Le vescicole contenenti proteine o altre molecole partono dal RE e vengono trasferite al Golgi.
• L'apparato di Golgi modifica queste proteine/molecole e le rindirizza.
• Le proteine vanno all'esterno o all'interno della cellula.

Reticolo endoplasmatico

Il reticolo endoplasmatico è un sistema tridimensionale di membrane situato nel citoplasma. Questi compartimenti di membrana possono assumere varie forme tra cui vescicole o cisterne, che facilitano la comunicazione e il trasporto fra cellule e ambiente, e concorrono alla sintesi di fosfolipidi, proteine destinate al RE, al Golgi, ai lisosomi, alla membrana plasmatica o per essere secrete all'esterno. Inoltre, sono impiegati nel metabolismo dei carboidrati, nella detossificazione e nell'immagazzinamento e rilascio di ioni calcio.

Il reticolo endoplasmatico adempie a funzioni di:

• Trasporto di proteine appena tradotte dai ribosomi.
• Glicosilazione di proteine e indirizzamento verso la sede finale.
• Controllo e degradazione delle proteine mal ripiegate.
• Riserva di ioni calcio.
• Detossificazione (con intervento anche di citocromo p450 che accede attraverso il REL).

Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico:

• Rugoso/ruvido (RER): presenta ribosomi che sono la sede della sintesi proteica, traducono l’mRNA in proteine e le trasportano attraverso le vescicole, presenta inoltre cisterne stratificate.
• Liscio (REL): non presenta ribosomi, si trova al di sotto del RER adiacente al nucleo, partecipa alla sintesi di lipidi di membrana, steroidi e colesterolo, metabolismo dei carboidrati e immagazzina ioni calcio.

Se questi due reticoli si allontanano o se vengono dispersi dei ribosomi significa che il reticolo endoplasmatico non funziona correttamente.

Apparato del Golgi

L'apparato del Golgi è formato da un insieme di cavità, vescicole, canali delimitati da una membrana e da cisterne membranose appiattite e impilate l’una sopra l’altra. Ha la funzione di rielaborare, selezionare ed esportare i prodotti cellulari (del RE) che verranno indirizzati verso la giusta destinazione, cioè ad altri organuli o all'esterno della cellula.

Come detto, il RE e il Golgi sono considerati un sistema unico in quanto impiegati entrambi in un unico flusso di materiali. L’apparato del Golgi infatti riceve, elabora e smista ad altri destinatari (organuli/esterno) il materiale che riceve dal RE tramite le vescicole di trasporto. L’elaborazione di questi materiali può avvenire per progressione delle vescicole o per maturazione delle cisterne.

Traffico viscerale: Il materiale, elaborato in una cisterna, è incluso in vescicole di trasporto che gemmano lateralmente alla cisterna per fondersi con la membrana della cisterna immediatamente successiva, fino alla cisterna TRANS. Dal TRANS si staccano vescicole che possono costituire i lisosomi primari (1), fondersi con la membrana plasmatica (2) o le vescicole di secrezione (3). Direzione Cis-Trans (flusso vescicolare anterogrado).

Le cisterne di cui è formato il Golgi hanno diverse funzioni:

• Maturazione di glicoproteine.
• Glicosilazione in O.
• Fosforilazione dei residui di mannoso e di glicoproteine destinate ai lisosomi.
• Smistamento delle proteine verso la membrana plasmatica e la loro secrezione o verso altri organuli.

Può essere suddiviso in due parti:

• Cis (di entrata): riceve per primo il materiale dal RE e lo trasferisce alla parte trans.
• Trans (di uscita): da qui il materiale esce dal Golgi con le vescicole. Un esempio di vescicole presenti sono i lisosomi, i quali presentano enzimi litici che lavorano a pH acidi per digerire sostanze di rifiuto da eliminare al di fuori della cellula.

Presenta anche delle facce:

• Faccia di formazione (lato prossimale o cis): si trova in prossimità del nucleo verso il RER e presenta un’abbondanza di vescicole di trasporto.
• Faccia mediale: scambio tra cisterne per vescicole spola.
• Faccia di maturazione (lato distale o trans): rivolta verso la membrana plasmatica e presenta un’abbondanza di vescicole di secrezione per il trasporto di molecole fuori dal Golgi.

Perossisomi

I perossisomi sono organuli con membrana e svolgono attività metaboliche intervenendo sull'ossidazione degli acidi grassi, sul metabolismo dei composti azotati e sulla detossificazione dei composti tossici come ad esempio CO₂ e ROS grazie alla presenza di enzimi ossidativi. Si formano per gemmazione del RER dal quale ricevono materiale destinato alla degradazione.

Ribosomi

I ribosomi sono piccoli organuli privi di membrana costituiti da ribonucleoproteine (nucleotide + proteine). Sono suddivisi in due subunità, una maggiore e una minore, che si assemblano durante la sintesi proteica e si dissociano al termine di essa. Infatti, il ribosoma è la sede della traduzione dell’mRNA in proteina. Vengono sintetizzati dal nucleo, precisamente dal nucleolo, da cui si origina l’rRNA (RNA ribosomiale) che darà poi origine ai ribosomi. A seguito della loro sintesi vengono trasferiti nel citoplasma dai pori nucleari della membrana nucleare (suddivisa in una membrana interna ed esterna). Questi pori sono delle proteine transmembrana simili a delle proteine canale. I ribosomi si dispongono anche sulla superficie del RER e producono proteine che verranno poi trasferite ad altri organuli o all’esterno della cellula.

Nucleo

La presenza del nucleo varia a seconda del tipo di cellula, alcune cellule come gli eritrociti maturi infatti non presentano nucleo, o cellule come la cellula muscolare scheletrica o gli osteoclasti che sono invece polinucleate. La presenza di più nuclei in queste cellule è dovuta ai meccanismi di fusione che portano alla formazione di queste cellule, infatti si fondono tra loro più cellule dette mioblasti e ognuna di queste cede il proprio nucleo.

Il nucleo è delimitato da una membrana nucleare suddivisa in membrana interna ed esterna, interrotta periodicamente. All’interno del nucleo è presente il nucleolo che contiene rRNA per dare poi origine ai ribosomi. Al di sotto della membrana interna sono presenti anche le lamine, ovvero proteine dei filamenti intermedi che formano una struttura reticolare che confina il materiale genetico dentro il nucleo, ovvero DNA, RNA e proteine.

La cellula e il materiale genetico durante il ciclo cellulare vanno incontro a rimodellamenti. Il materiale genetico può presentarsi sotto forma di cromatina che può essere presente in forma compatta, detta eterocromatina, o in forma libera, detta eucromatina.

Nel nucleo sono presenti gli acidi nucleici, ovvero DNA e RNA, le loro molecole sono costituite da catene lineari di nucleotidi uniti tra di loro da un legame covalente tra il carbonio 3' dello zucchero di un nucleotide e il gruppo fosfato in posizione 5' dello zucchero del nucleotide adiacente (legame fosfodiesterico). Sono inoltre presenti i cromosomi, cioè materiale genetico organizzato. È la struttura con cui, durante il processo riproduttivo della cellula, ciascuna unità funzionale di DNA, dopo essersi duplicata, si compatta associata a specifiche proteine e viene trasmessa alle cellule figlie.

Il DNA (condensato) è avvolto intorno agli istoni e forma il nucleosoma, che può essere denso o lasso. Nelle cellule che non si stanno dividendo è lasso e forma un reticolo, detto cromatina. Quando la cellula deve dividersi, si addensa e il DNA diventa visibile sotto forma di cromosomi. Abbiamo 23 coppie di cromosomi e i cromosomi delle prime 22 vengono chiamati autosomi, mentre quelli della 23esima coppia sono detti sessuali in quanto variano negli uomini e nelle donne. Gli uomini hanno un cromosoma X e uno Y mentre le donne hanno due cromosomi X. Il nostro corredo cromosomico è quindi detto diploide (2n) perché composto da 46 cromosomi totali, se composto invece da 23 è detto aploide (n). La mappa dell’intero corredo cromosomico di un individuo è chiamata cariotipo.

Nucleotide: nucleoside (base azotata + zucchero) + gruppo fosfato. Le basi azotate sono suddivise in:

• Purine: adenina e guanina.
• Pirimidine: citosina, uracile e timina.

Nel DNA sono presenti A, T, C, G e nell’RNA A, U, C, G. Durante la sua vita la cellula subisce dei cambiamenti dovuti al ciclo cellulare, ovvero una serie di eventi che porta alla divisione e alla proliferazione.