Citologia

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CITOLOGIA

citologia

La studia la struttura e la funzione delle cellule, intese come entità morfologiche e

fisiologiche fondamentali per gli organismi viventi, studia quindi natura e funzione dei singoli

costituenti all’interno di essa. l’istologia,

Strettamente collegata alla citologia è che si occupa di descrivere la struttura e la

funzione delle cellule nei tessuti: un tessuto è un insieme di cellule che devono avere delle

caratteristiche morfologiche e proprietà simili che si mettono insieme grazie a strutture chiamate

giunzioni cellulari. Per esempio gli epiteli di rivestimento hanno cellule tutte più o meno della stessa

forma che hanno come funzione quella di rivestire una super cie esterna come la cute o una

super cie interna di un organo cavo (epitelio intestinale). A loro volta i tessuti si mettono insieme per

dare origine a organi speci ci, ovvero insiemi di tessuti localizzati in una speci ca zona anatomica

(es: rene fegato e cuore sono fatti da diversi tipi di tessuti). L’apparato è un gruppo di organi

associati anatomicamente e funzionalmente (es: apparato digerente).

teoria cellulare,

La messa in piedi da Schwann, Schleiden e Virchow, dice che:

- tutti gli organismi viventi sono composti da una o più cellule (organismi monocellulari o

pluricellulari)

- La cellula rappresenta l’unità fondamentale della vita, quindi è la più piccola entità dotata di tutte

le proprietà della materia vivente

- ogni cellula ha origine dalla divisione di una cellula precedente.

Si ritiene che la vita abbia avuto origine 3,9 miliardi di anni fa (la cellula primordiale). I primi eucarioti

con metabolismo ossidativo hanno origine più tardi (2,5 miliardi di anni fa), quindi la cellula

primordiale era simile ad un organismo procariote. Gli organismi presenti attuali quindi si dividono in

procarioti eucarioti.

due grossi domini: (sempre monocellulari) ed Secondo diversi evoluzionisti

questi due domini hanno origine da un’unica cellula progenitrice comune e che successivamente si è

archeobatteri eubatteri

diversi cata. All’interno dei procarioti esiste un’ulteriore suddivisione: ed (o

più semplicemente batteri). Per quanto riguarda gli eucarioti essi sono divisi in: protisti

(monocellulari), funghi, piante, animali (pluricellulari).

Quali sono le di erenze tra procarioti ed eucarioti? I procarioti non possiedono un vero nucleo a

di erenza degli eucarioti e non hanno sviluppato tutti gli organelli invece presenti negli eucarioti

(sistema di membrane interne che lo rendono molto più complesso). Dal punto di vista morfologico

un procariote può avere forme meno diversi cate di un eucariote: mentre un procariote può essere

più o meno sferico, a bastoncello o spiralato, un eucariote può assumere moltissime forme.

0,5-8 micrometri.

Per quanto riguarda i batteri, le dimensioni possono variare tra i Gli archeobatteri

hanno la capacità di vivere in condizioni inusuali spesso estreme, piuttosto simili a quelle in cui è

nata la cellula primordiale. Per esempio gli archeobatteri alo li hanno bisogno di alte concentrazioni

di sale per vivere, oppure termo li, che crescono a temperature molto elevate, altri riescono a vivere

senza ossigeno e produrre metano. Gli eubatteri sono fondamentali per l’ecologia della terra, anche

tubercolosis

se alcuni causano malattie di grande rilevanza (microbatterium responsabile della

tubercolosi), o esistono batteri che in realtà sono importanti per l’organismo umano (escherichia coli)

che però possono diventare patogeni se fuoriescono dalla zona in cui sono necessari.

Le di erenze tra archeobatteri ed eubatteri sono che gli archeobatteri si assomigliano di più agli

eucarioti per quanto riguarda i processi di replicazione, trascrizione e traduzione, mentre sono più

simili agli eubatteri per quanto riguarda la conversione dell’energia e il metabolismo, hanno quindi

caratteristiche intermedie. parete

SCHEMA DI UN PROCARIOTE: il batterio è formato da una struttura più esterna chiamata

cellulare, membrana

costituita da polisaccaridi (zuccheri), mentre più internamente abbiamo la

plasmatica, lipoproteica e molto simile a quella eucariotica, con al suo interno citoplasma che non

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contiene un nucleo vero e proprio né organelli delimitati da membrane, ma contiene un nucleoide

(DNA di un batterio, formato da una doppia elica di DNA circolare aggrovigliata), ribosomi (luogo in

cui vengono trascritte le proteine), non abbiamo quindi separazione tra ciò che avviene nel ‘nucleo’

rispetto a ciò che avviene nel citoplasma, c’è un citosol in cui avvengono tutti i processi.

eucarioti?

Quali sono quindi le di erenze tra procarioti ed Gli eucarioti comprendo organismi

citoplasma compartimentato,

evolutivamente avanzati e sono costituiti da cellule con un ovvero

suddiviso in diverse parti grazie alla presenza di uno sviluppato sistema membranoso: oltre ad avere

la membrana plasmatica che ricopre la cellula abbiamo altre membrane all’interno del citoplasma

organelli,

che delimitano sottocompartimenti, detti ognuno avente la propria funzione, perciò

contenete enzimi particolari e particolari meccanismi che lo contraddistinguono. Queste membrane

protisti,

determinano l’evoluzione degli eucarioti. Ricordiamoci dei ovvero gli eucarioti

monocellulari.

Le cellule eucariotiche possono avere forme e dimensioni molto diversi cate, da pochi micron no ai

100 micron, e in extremis alcune cellule uovo di alcune cellule raggiungono qualche centimetro. Per

quanto riguarda le forme pensiamo ai globuli rossi e globuli bianchi, o ai neuroni.

PROCARIOTI EUCARIOTI

ORGANISMI Batteri e Cianobatteri Protisti, funghi, piante e animali

(unicellulari)

DIMENSIONI CELLULARI 1-10 micrometri 5-100 micrometri o superiori

METABOLISMO Anerobio e aerobio Aerobio

ORGANELLI Pochi o nessuno Molti

DNA Circolare nel citoplasma Molecole lunghe e lineare

circondate da involucro nucleare

RNA E PROTEINE Sintetizzate nello stesso RNA sintetizzato nel nucleo e

compartimento proteine sintetizzate nel

citoplasma

CITOPLASMA Assenza di citoscheletro Citoscheletro molto elaborato

(funzione strutturale,

trasferimento con ussi

citoplasmatici, movimento)

DIVISIONE CELLULARE Cromosomi separati mediante Diversi cromosomi vengono

attacco alla membrana separati grazie alla presenza del

plasmatica (scissione) fuso mitotico

ORGANIZZAZIONE Unicellulari Multicellulari con

CELLULARE di erenziamento cellulare tranne

nei protisti

Nonostante i batteri non posseggano un citoscheletro, può presentare strutture con analoghe

agello.

funzioni di movimento, come per esempio il

riproduzione

Per quanto riguarda la dei PROCARIOTI, essa può avvenire in diversi modi:

- SCISSIONE BINARIA: il più comune, si parte da una singola cellula e si ha la divisione in 2 cellule

uguali

- GEMMAZIONE: produzione di cellule più piccole da una cellula madre (da una cellula più grande si

staccano dei piccoli componenti di membrana contenenti parte del citoplasma che poi

cresceranno)

- RICOMBINAZIONE GENETICA (che può avvenire anche nei procarioti): genera una notevole

varietà genetica e comporta scambio di materiale genetico tra due cellule diverse.

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I lieviti sono degli eucarioti unicellulari semplici (non protisti) che sono molto importanti per la

comunità umana, coinvolti in processi di fermentazione e degradazione di resti vegetali e animali.

virus

I non sono vere e proprie cellule: mentre eucarioti e procarioti sono caratterizzati da dei

meccanismi che gli consentono di essere autonomi, i virus sono privi di vita autonoma, privi di

20-400 nm.

nucleo e sono tra i I virus sono stati visibili infatti solo coll’invenzione negli anni 30 del

parassitismo obbligato:

microscopio elettronico a trasmissione. Il virus è quindi obbligato al per

sopravvivere deve entrare in contatto con una cellula e utilizzare questo ospite e i suoi macchinari

genetici e di replicazione. Al di fuori dell’ospite sono inerti, non hanno un proprio apparato per la

virus a RNA virus a DNA.

sintesi proteica, hanno solo o RNA o DNA. Da qui la classi cazione di e

L’acido nucleico è generalmente ricoperto da un involucro proteico detto capside, che ha anche la

funzione di penetrazione all’interno della cellula. Il capside è suddiviso in subunità (capsomeri), e può

essere talvolta a suo volta ricoperto da un involucro lipoproteico, che in realtà rappresenta un

frammento del plasmalemma della cellula infettata. Un esempio di un virus capace di infettare un

batteriofago.

batterio è un I virus possono essere anche classi cati. in base al metodo di

penetrazione nella cellula ospite: in alcuni i casi i virus possono totalmente penetrare dentro la

cellula, altre volte (come nel caso del batteriofago) entra solo il genoma virale che, sfruttando il

meccanismo di replicazione della cellula, duplica nuovi virus e provoca la lisi della cellula e la

propagazione del virus. Esempio del batteriofago T2: ingresso che prevede una sorta di siringa che

inietta (sistema ad iniezione) il materiale all’interno. Una testa proteica contenente il genoma, una

coda spiralizzata e strutture che permettono al virus di agganciarsi alla membrana plasmatica del

batterio ( mbrie).

DIMENSIONE DELLA CELLULA: sotto al potere di risoluzione dell’occhio umano (0,1 mm), una

10-20 micrometri.

tipica cellula animale ha un diametro di circa Con un microscopio ottico

riusciamo a distinguere le cellule di un determinato tessuto perché riconosciamo la membrana e a

livello di organelli possiamo vedere il nucleo, il nucleolo, mentre i mitocondri sono molto vicini al

limite di risoluzione del microscopio ottico (0,1 micrometro) quindi riusciamo a intravederne la

presenza. Il microscopio elettronico ha limite di risoluzione 1 A° (a°ngstrom)=10^-10, quindi siamo in

grado di vedere i virus, i ribosomi, una proteina globulare, gli atomi. Il primo microscopio consente la

formulazione della teoria cellulare ed è stato inventato da Robert Hooke nel 1665 che riuscì a

osservare sezioni di sughero.

Gli organismi pluricellulari possono presentare una grande varietà di forme e dimensioni cellulari e

varia anche il numero speci co di cellule da specie a specie. La variabilità della forma delle cellule è

strettamente legata alla funzionalità della cellula stessa all’interno dell’organismo (pensiamo ai

neuroni, spermatozoi, ovuli, bre muscolari). Durante una fase dello sviluppo possiamo anche vedere

di erenziamento cellulare,

una cambio morfologico della cellula causata per il un processo che

parte dall’embrione. Esistono elementi cellulari e presentano una forma propria immutabile (cellule

nervose e ossee nell’adulto) o elementi cellulare che possiedono una forma mutevole (elementi

migranti del sangue e del connettivo). Cambiano anche quindi le dimensioni: linfocita=8 micrometri,

cellula uovo =150 micrometri, neuroni hanno corpo di decine di micron ( no a 100) ma i

prolungamenti può avere delle lunghezze che si aggirano al metro.

Le cellule eucariotiche animali sono simili alle cellule eucariotiche vegetali. La di erenza sostanziale

tra le due è la presenza nella cellula vegetale della parete cellulare oltre alla membrana plasmatica.

Abbiamo organelli molto simili (apparato de golgi, reticolo endoplasmatico ruvido, mitocondri), altri

diversi come i cloroplasti nella cellula vegetale, stesso per il vacuolo.

Le cellule non sono isolate dall’ambiente extracellulare ma devono essere in grado di scambiare

sostanze con l’ambiente esterno e questo scambio è garantito e regolato dalla giusta super cie di

scambio. Ci dev’essere quindi un giusto rapporto super cie/volume. Un organismo con un’unica

cellula più grande ha in realtà molta meno super cie di scambio rispetto ad un organismo costituito

da più cellule piccole (infatti i mammiferi hanno cellule molto più piccole e un metabolismo più

formula di HERTWIG

veloce rispetto per esempio agli an bi). La ci dice che ogni organismo ha un

rapporto volume nucleo/volume citoplasma costante per quell’organismo. Il rapporto può essere

divisione cellulare:

mantenuto costante grazie al processo di quando il rapporto aumenta, la cellula

si divide. Se abbiamo un volume del citoplasma troppo grande il nucleo non è più in grado di gestire

il quantitativo di materiale genetico e viceversa. Le divisioni cellulari sono molto più consistenti in un

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organismo in fase di sviluppo rispetto ad un individuo adulto, in cui inoltre le cellule sono ormai ad

uno stadio di di erenziamento avanzato.

Il contenuto del nostro DNA nel nucleo non è uguale in tutti gli organismi: nei mammiferi è circa 7 pg,

negli an bi varia da 2,3-200 pg. Questo non ci dice che un an bio è più evoluto o complesso di un

mammifero !

Le ipotesi sull’origine della prima cellula eucariotica: abbiamo 2 teorie.

fusione,

- Teoria della secondo cui un archeobatterio e un eubatterio si siano fusi insieme mettendo

in comune il loro materiale genetico e in seguito questa protocellula avrebbe inglobato un ulteriore

batterio che si sarebbe trasformato in un protomitocondrio.

- inglobamento,

Teoria dell’ secondo cui un archeobatterio avrebbe inglobato un eubatterio e

questo si sarebbe trasformato in un mitocondrio

I mitocondri infatti tendono ad avere molte caratteristiche simili ai batteri.

Gli eucarioti pluricellulari in genere presentano insiemi di cellule che formano tessuti, mantenendo la

loro individualità. Ci sono però alcuni casi in cui questa individualità viene meno: ci sono delle

situazioni in cui abbiamo un unica struttura fatta da tanti nuclei dentro lo stesso citoplasma. I casi

sono due:

- Sincizio, che si forma da tante singole cellule precursori che si mettono insieme fondono,

cosicché i nuclei rimangono nello stesso citoplasma (es: bra muscolare striata scheletrica)

- Plasmodio, diversi nuclei sono andati in contro a divisione nucleare, ma a questa non è seguita la

divisione citoplasmatica (es: megacariociti che danno origine alle piastrine)

LA CHIMICA DELLA VITA

composti del carbonio,

La chimica della vita si basa principalmente sui quindi sulla chimica

organica. Le cellule sono al 70% costituite da acqua, quindi la vita dipende da reazioni chimiche in

soluzione acquosa. Gli organismi viventi non sono composti da tutti i quasi 100 elementi presenti in

natura, infatti quelli più presenti sono: il carbonio, idrogeno (H), ossigeno (O), azoto (N). Esistono

anche composti inorganici, in particolare ioni come Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Sodio (Na) e

Potassio (K) e sali minerali. In totale quindi la composizione chimica media di una cellula eucariotica

conta circa 40 elementi chimici. Gli elementi plastici primari ( C O H N ) sono circa il 97%del peso

secco di una cellula e subito dopo seguono Zolfo (S) e Fosforo (P). Abbiamo poi piccole percentuali

di sali inorganici dissociati divisi in ioni positivi (CATIONI) come K+, Ca++,Na+,Mg++, o in ioni

negativi (ANIONI) come Cl-, CO3- - (carbonati), PO4-3(fosfati), SO4- - (solfati). In piccole tracce

(oligoelementi) troviamo anche: Mn, Fe, Cu, Mo, I, Ba, Se, Al. Consideriamo il protoplasma (materia

vivente) abbiamo:

- Componente inorganica: 75-85% di acqua, 1% di sali dissociabili

- Componente organica: 1% glucidi (zuccheri), 2-3% lipidi, 10-20% protidi, 1-1.5% acidi nucleici,

vitamine ecc.

L’ACQUA: due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno con legame covalente molto forte di

104,5° costanti. I due legami sono altamente polari poiché in realtà l’ossigeno ha una forte attrazione

per gli elettroni, mentre l’idrogeno no. Di conseguenza c’è una distribuzione ineguale degli elettroni di

legame in una molecola d’acqua con una preponderanza di carica positiva sui due idrogeni e di

carica negativa sull’atomo di ossigeno. Questo genera una regione elettronegativa sugli idrogeni e

una regione elettropositiva sul lato dell’ossigeno. Questo rende polare la molecola e quindi possibili

le interazioni con altre molecole.

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legami a idrogeno

Tra diverse molecole d’acqua si formano i Cher sono dei legami leggermente più

deboli rispetto ai legami covalenti presi singolarmente, però comunque se abbiamo tanti legami a

idrogeno tra le diverse molecole d’acqua avremo comunque un sistema stabile e l’insieme crea un

legame molto forte. Si instaura tra l’atomo di ossigeno di una molecola e un atomo di idrogeno

dell’altra. La forma della molecola d’acqua, la sua natura polare e quindi la formazione di legami a

idrogeno tra molecole d’acqua o con altre sostanze sono la causa delle insolite proprietà dell’acqua:

una rigida struttura cristallina in cui ogni molecola forma 4 legami a idrogeno con 4 molecole

circostanti. Le molecole allo stato solido però non sono così strettamente legate come lo sono nello

stato liquido: per questo il ghiaccio è meno denso dell’acqua. Le proprietà dell’acqua sono:

- l’acqua è liquida nell’intervallo di temperatura in cui avvengono tutti i più importanti processi

biologici.

- L’acqua ha una capacità termica alta rispetto a quella della terra e dell’atmosfera, quindi le grandi

masse d’acqua assorbono e cedono grandi quantità di calore con piccole variazioni di

temperatura: il clima delle regioni circostanti è più temperato

- L’acqua ha elevata tensione super ciale: alcuni piccoli organismi ‘camminano’ sull’acqua

- solvatazione

Il carattere dipolare conferisce proprietà di che porta a sciogliere facilmente i sali

inorganici, quindi crea contatto con molecole inorganich