Appunti di Citologia

FLUIDO”.

Grazie alla tecnica del FREEZE-FRACTURE (congelamento della membrana e poi taglio al

centro del doppio strato), al microscopio, si possono vedere il lato interno ed il lato esterno del

doppio strato con le proteine incastonate. Le proteine integrali di membrana, immerse nel

doppio strato, non vengono fratturate ma restano associate ad una o all’altra superficie di

frattura (denominata FACCIA E o esterna o FACCIA P o protoplasmatica), apparendo come

piccole sporgenze o corrispondenti depressioni. 29

FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA – IL TRASPORTO

La membrana plasmatica è SELETTIVAMENTE PERMEABILE, cioè è in grado di

trasportare in modo specifico ioni e molecole dall’esterno all’interno della cellula e

viceversa. modalità̀

Possiamo classificare le del trasporto transmembrana in due categorie:

• il TRASPORTO PASSIVO ha luogo SECONDO GRADIENTE di concentrazione del

soluto (da una zona a maggiore concentrazione a una a minor concentrazione)

• il TRASPORTO ATTIVO si svolge CONTRO GRADIENTE di concentrazione del

soluto (cioè si muovono da zone a minore concentrazione a zone a maggiore

concentrazione) quindi richiede un CONSUMO DI ENERGIA

Ricordiamo che 30

TRASPORTO PASSIVO

Può̀ modalità̀

svolgersi con due :

- DIFFUSIONE SEMPLICE o PASSIVA

- DIFFUSIONE FACILITATA.

Nella diffusione SEMPLICE le molecole di soluto sono di PICCOLE dimensioni e

LIPOSOLUBILI che entrano ed escono LIBERAMENTE attraverso il doppio strato

molecolare lipidico. La velocità del trasporto transmembrana di una data molecola di

soluto mediante diffusione semplice è direttamente proporzionale al grado di

solubilità̀ nei lipidi e indirettamente proporzionale alle dimensioni della molecola

stessa.

La diffusione FACILITATA è un processo di trasporto mediato dalla presenza di

specifiche proteine di trasporto transmembrana che rendono possibile il passaggio di

molecole idrosolubili nonché di molecole o atomi dotati di carica elettrica per i quali il

doppio strato fosfolipidico della membrana rappresenterebbe una barriera pressoché

impermeabile. 31

Le proteine che permettono il transito di questi tipi di molecole appartengono a due

classi:

- PROTEINE CARRIER o TRASPORTATRICI che trasportano molecole più grandi,

senza consumo di energia

- PROTEINE CANALE che trasportano piccole molecole o ioni.

Entrambe presentano un elevato grado di SPECIFICITA’ per il tipo di sostanze che

inizialmente riconoscono e poi trasportano. Le proteine canale per far passare le

sostanze creano dei PORI IDROFILI SELETTIVI che non cambiano conformazione per

permettere il passaggio.

Una importante proprietà della maggior parte dei canali ionici è la regolazione della

loro apertura in risposta a STIMOLI appropriati.

Le proteine carrier invece devono subire un CAMBIAMENTO CONFORMAZIONALE e

sono controllate sia da stimoli esterni sia dalle condizioni interne della cellula.

TRASPORTO ATTIVO

Il trasporto attivo è un tipo di trasporto che avviene CONTRO GRADIENTE di

concentrazione quindi comporta un lavoro e richiede un DISPENDIO DI ENERGIA. È

eseguito da proteine di membrana specializzate (pompe) quindi è un trasporto

SELETTIVO. Queste pompe dette POMPE IONICHE sono proteine transmembrana che

lavorano modificando la loro conformazione e producono energia per attivare il

trasporto attivo.

Un tipo specifico di trasporto attivo è il TRASPORTO SECONDARIO dove non viene

speso direttamente ATP, ma viene sfruttata la differenza di potenziale elettrochimico

creata da trasportatori attivi che pompano fuori dalla cellula. Ne classifichiamo tre tipi:

32

1. UNIPORTO: una sola sostanza che si muove sfruttando la differenza di

potenziale.

2. ANTIPORTO: trasporto contemporaneo di 2 specie ioniche o di altri soluti che

si muovono in DIREZIONI OPPOSTE attraverso la membrana, una secondo

gradiente e l’altra contro gradiente.

3. SIMPORTO: flusso di un soluto secondo gradiente per muovere un’altra

molecola contro gradiente, ma il movimento avviene attraversando la

membrana nella STESSA DIREZIONE.

TRASPORTO MEDIANTE ENDOCITOSI ed ESOCITOSI

Le sostanze che hanno GRANDI DIMENSIONI non possono transitare attraverso la

membrana plasmatica mediante il trasporto attivo o passivo. Possono entrare ed

uscire dalla cellula con dei processi detti ENDOCITOSI ed ESOCITOSI. 33

Per consentire l’ingresso di tali sostanze la cellula forma delle VESCICOLE endocitiche

che permettono l’internalizzazione sia di porzioni della membrana plasmatica che del

materiale extracellulare in esse racchiuso.

L’ENDOCITOSI comporta l’inglobamento di molecole grandi o di piccole particelle da

parte della cellula. Le vescicole di endocitosi liberano il loro contenuto direttamente

nel CITOPLASMA o si fondono con i LISOSOMI contenenti enzimi che degradano il

contenuto.

L’Endocitosi comprende la PINOCITOSI e la FAGOCITOSI e l’ENDOCITOSI MEDIATA DA

RECETTORI.

• PINOCITOSI: permette di internalizzare in modo aspecifico del LIQUIDO

extracellulare e le molecole in esso disciolte.

• FAGOCITOSI: consiste nell’internalizzazione di GROSSE PARTICELLE, quali

batteri e frammenti di cellule che vengono in seguito digerite all’interno della

cellula.

• ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI: avviene un importo specifico di

molecole (LIGANDI) legate a proteine di membrana (RECETTORI) che creano

delle vescicole rivestite di clatrina che permettono l’ingresso nella cellula. 34

L’ESOCITOSI è il processo che permette il trasporto all’esterno della cellula di

macromolecole precedentemente immagazzinate in VESCICOLE SECRETORIE

derivate da compartimenti membranosi intercellulari. Questo trasporto comprende il

contatto tra la vescicola di trasporto e la membrana plasmatica, la fusione tra le due

membrane e lo scarico del contenuto dalla vescicola all’esterno senza interruzione

della continuità della membrana plasmatica. 35

TRASPORTO DI ACQUA

Fra le molecole il cui trasferimento attraverso la membrana è da ricordare quello delle

molecole di acqua, reso possibile dalla presenza di una piccola proteina transmembrana che

appartiene alla famiglia delle acqueporine.

Le proteine canale regolano anche il passaggio dell’acqua con un trasporto detto

OSMOSI.

L’osmosi avviene da una regione con una concentrazione MINORE ad una con

concentrazione MAGGIORE. Con questo trasporto possiamo avere 3 situazioni:

più̀

1. SOLUZIONE IPERTONICA: concentrata fuori che dentro allora l’acqua esce

dalla cellula. più̀

2. SOLUZIONE IPOTONICA: concentrata dentro che fuori allora l’acqua entra

nella cellula.

3. SOLUZIONE ISOTONICA: la concentrazione è uguale dentro e fuori allora

l’acqua rimane stabile.

L'esplosione della cellula è evitata grazie alla presenza nella membrana cellulare di un canale

ionico, chiamato VRAC (volume-regulated anion channel) che si apre quando la cellula inizia a

essere troppo gonfia, facendo fuoriuscire ioni calcio e riducendo così il rigonfiamento.

L'identità molecolare di questo canale ionico – le proteine che lo compongono – era però

finora sfuggita all'identificazione. 36

NUCLEO 37

NUCLEO

Il nucleo è presente solo nelle cellule eucariotiche.

Esso consiste di un compartimento delimitato da un INVOLUCRO NUCLEARE e va incontro a profonde

variazioni strutturali in relazione alle fasi del ciclo cellulare.

Il nucleo contiene il MATERIALE GENETICO, il DNA che insieme alle proteine a cui è associato forma la

CROMATINA che è la principale componente del nucleo.

Le regioni più condensate della cromatina sono dette ETEROCROMATINA e sono caratterizzate da ASSENZA

di attività TRASCRIZIONALE. Le regioni meno condensate costituiscono invece l’EUCROMATINA,

caratterizzata da una intensa attività trascrizionale e da una duplicazione del DNA. 38

Il nucleo è la sede dei processi fondamentali quali:

• la DUPLICAZIONE DEL DNA

• la TRASCRIZIONE

• il processamento dell’RNA

• il riparo del DNA.

Ricordiamo che

• Il DNA contiene l'informazione genetica, cioè i geni

• L'RNA è la trascrizione dell'informazione genetica in un linguaggio "più semplice" da tradurre in

proteine

• Le proteine sono la forma "operativa" dei geni del DNA.

Il meccanismo che porta il DNA a essere tradotto in proteine si chiama espressione genica.

Affinché il sistema di espressione genica funzioni correttamente, è necessario che il DNA non sia

danneggiato e che la traduzione in proteine sia fedele e priva di errori.

Specifiche funzioni nucleari hanno luogo in compartimenti o “corpi nucleari” spazialmente definiti

all’interno del nucleo che consentono di concentrare le molecole necessarie per un determinato processo

e garantire un’efficiente interazione tra queste. I compartimenti però NON sono delimitati da membrana.

Il nucleo tende a disporsi generalmente al CENTRO della cellula, anche se si osservano delle eccezioni legate

alla funzione.

Esistono cellule con più di un nucleo:

• CELLULE DEL MUSCOLO SCHELETRICO: possiamo trovare fino a centinaia di nucleo nella cellula

matura, localizzati alla periferia; queste cellule non possono dividersi.

• OSTEOCLASTI: hanno dai 5-50 nuclei.

• EPATOCITI: sono binucleati però a volte possono avere un solo nucleo con molti nucleoli e si

dividono normalmente per Mitosi.

• MEGACARIOCITI

Viceversa, esistono cellule senza nucleo:

• ERITROCITI: sono globuli rossi il quale nucleo è stato espulso durante l’eritropoiesi; non si

dividono.

• DIASTRINE: formate per trombopoiesi, sono i residui della rottura di megacariociti; non possono

dividersi. 39

L’INVOLUCRO NUCLEARE

Il nucleo è sempre delimitato dall’involucro nucleare, costituito da:

• MEMBRANA NUCLEARE

• LAMINA NUCLEARE

• COMPLESSI DEL PORO.

La MEMBRANA NUCLEARE è un sistema membranoso costituito da due membrane unitarie, una esterna e

una interna, separate da uno spazio detto spazio perinucleare, in diretta continuità con il lume delle cisterne

del reticolo endoplasmatico nucleare.

Le due membrane sono inoltre fuse in punti circoscritti detti PORI NUCLEARI, che regolano gli scambi

molecolari tra nucleo e citoplasma.

La membrana nucleare interna è rivestita dalla LAMINA NUCLEARE, una struttura formata da proteine

filamentose del citoscheletro appartenenti alla famiglia dei FILAMENTI INTERMEDI dette LAMINE.

La Lamina consiste in un intreccio di diversi filamenti costituiti da PROTEINE FILAMENTOSE della famiglia

delle lamine. Le LAMINE forniscono un SUPPORTO MECCANICO all’involucro nucleare e interagiscono

strettamente con l’eterocr