Citologia e istologia - A.A. 2024/2025

CITOLOGIA E ISTOLOGIA: INTRODUZIONE

Che cos’è la BIOLOGIA?

La biologia è la scienza che si occupa di studiare gli organismi viventi e i loro processi vitali,

nello specifico ha come scopo di determinarne le caratteristiche strutturali, storiche e i

meccanismi con cui questi organismi interagiscano tra loro e con l’ambiente che li circonda.

La biologia viene suddivisa nelle sue diverse branche in

base all’oggetto di studio. Avremo quindi

l’ETOLOGIA che studia le modalità di comportamento

degli esseri viventi, l’ECOLOGIA che studia i rapporti

con l’ambiente e l’influenza che questo ha sugli

esseri viventi, la ZOOLOGIA che studia tutte le forme

animali e la BOTANICA che studia, invece, tutte le forme

vegetali, la FISIOLOGIA che studia come si rapportano,

dal punto di vista funzionale, i tessuti, l’ANATOMIA

che studia la struttura e la composizione di un

organismo vivente, ma anche come questa sia modificata in relazione agli stimoli ambientali

e agli adattamenti nel corso dell’evoluzione.

La biologia si occupa sia del macroscopico che del microscopico e infatti si occupa anche dei

meccanismi molecolari, biochimici e fisiologici che sono alla base dei processi vitali.

LA BIOLOGIA È LO STUDIO SCIENTIFICO DELLA VITA IN TUTTE LE SUE FORME

Importante da conoscere è il concetto di R.I.N.G.E.R., un acronimo che rappresenta le 6

caratteristiche di base, fondamentali della vita.

- RESPIRATION, la possibilità di effettuare scambi gassosi che sono alla base della

produzione di energia nella respirazione cellulare.

- IRRITABILITY, capacità di risposta in seguito a degli stimoli.

- NUTRITION, gli organismi viventi si alimentano e si nutrono portando energia al corpo

e di seguito, anche alle cellule. (alimenta l’anabolismo = ingresso di energia)

- GROWTH AND DEVELOPMENT, gli organismi viventi si accrescono, questo vuol dire

che nascono e durante lo sviluppo si verificano delle modificazioni.

- EXCRETION, i processi di escrezione sono fondamentali per eliminare i cataboliti.

(alimenta il catabolismo = eliminazione dei rifiuti).

- REPRODUCTION, vale sia per gli organismi viventi con una riproduzione più semplice

che per gli organismi con una riproduzione più complessa.

Che cosa sono gli ESSERI VIVENTI?

In generale gli esseri viventi sono costituiti da una o più cellule, cioè la più piccola unità

vivente. La cellula è delimitata da una membrana ed è in grado di soddisfare tutte le 6

caratteristiche del R.I.N.G.E.R.

LE CELLULE SONO LE UNITA FONDAMENTALI DELLA VITA.

La CITOLOGIA è la disciplina biologica che studia la struttura e le funzioni delle cellule animali

e vegetali come entità morfologiche e fisiologiche fondamentali degli organismi viventi, la

loro formazione, il loro comportamento, nonché la natura e la funzione dei singoli costituenti

cellulari.

Le cellule possono essere di tipologie diverse e possono essere suddivise in base a diversi

criteri. Uno di questi è quello che porta a distinguere le CELLULE PROCARIOTICHE dalle

CELLULE EUCARIOTICHE, o quello che porta a distinguere gli ORGANISMI UNICELLULARI

(batteri, protozoi, funghi unicellulari) dagli ORGANISMI PLURICELLULARI (funghi, animali e

piante).

Gli organismi vengono generalmente suddivisi in procarioti ed eucarioti sulla base delle

caratteristiche della cellula.

[principale oggetto di studio del corso, per quanto riguarda sia la parte citologica che

istologica, sarà la cellula eucariotica animale]

pro-karyon

- CELLULA PROCARIOTICA [ ] organismo unicellulare il cui materiale nucleare

non è racchiuso dentro una specifica membrana, e manca nel citoplasma la

compartimentazione delle funzioni cellulari in specifici organuli. Il materiale genetico è

posto in un’area più o meno al centro della cellula che prende il nome di

NUCLEOIDE. [le cellule procariotiche sono dotate di altre particolarità, infatti a volte

sono dotate di ciglia, a volte di flagello e possono essere rivestite da una parete

cellulare.] Ha dimensioni che variano tra i 0.2-4 è quindi più piccola della cellula

µm,

eucariotica. eu-karyon

- CELLULA EUCARIOTICA [ ] organismo costituito da cellule con un vero

NUCLEO (in cui risiede il materiale genetico) ben differenziato e separato dal

citoplasma per mezzo di una membrana porosa detta membrana nucleare. Gli

eucarioti (gruppo di cui fanno parte organismi quali alghe, funghi e protozoi, e inoltre

gli animali e le piante superiori) sono anche caratterizzati dalla presenza di organuli

membranosi. Ha dimensioni che variano dai 5-50 [questa tipologia di cellula è

µm.

sempre dotata di nucleo, a parte in situazioni specifiche]

Gli organismi eucariotici possono essere sia UNICELLULARI (protozoi e lieviti) che

PLURICELLULARI (funghi, metafiti e metazoi che comprendono animali e vegetali).

Quando più cellule creano dei rapporti e si legano l’una all’altra attraverso strutture

apposite riuscendo così a comunicare e costituendo un insieme di cellule caratterizzate da

una funzione ben determinata, si è in presenza di un TESSUTO, oggetto di studio

dell’ISTOLOGIA, questa infatti si occupa delle caratteristiche morfologiche, spaziali e

funzionali delle aggregazioni cellulari negli organismi pluricellulari.

L’istologia presenta dei tessuti con una colorazione artificiale che consente di vedere il

tessuto ed evidenziare ciò che risulta più interessante.

In citologia è importante ragionare con lunghezze che non superno l’ordine dei millimetri

(mm). Infatti, per la maggior parte delle cellule il diametro cade nell’intervallo 1-100 µm.

-3

- MILLIMETRO (mm) 1x10 m

-6

- MICROMETRO (µm) 1x10 m

-9

- NANOMETRO (nm) 1x10 m

-10

- ANGSTROM (Å) 1x10 m Quando l’occhio

non è più in grado

di percepire due

punti distinti, in

ausilio si utilizzano

degli strumenti.

- Microscopio

ottico, serve per

vedere, con il miglior dettaglio e ingrandimento possibile, oggetti o particolari che non

possono essere visti dai nostri occhi, i quali sono incapaci di distinguere oggetti più

piccoli di qualche decimo di millimetro.

- Microscopio elettronico, è un apparecchio dotato di altissimo potere risolutivo che

permette l’osservazione di campioni di grandezze infinitesimali, grazie alle proprietà

ondulatorie di uno o più fasci di elettroni.

Molto importanti in biologia sono le SCALE TEMPORALI.

Qualsiasi cosa di cui parleremo bisogna immaginarla in un’ottica di evoluzione funzionale,

questo vuol dire che se qualcosa è utile rimane trasversale agli esseri viventi che ne sono

dotati, se invece qualcosa non sembra utile all’evoluzione, è una caratteristica che piano

piano scompare.

Più una caratteristica è trasversale, è presente dunque su molti organismi, più tale

caratteristica risulta antica perché accomuna tutte le specie che si sono evolute da un

ancestore comune.

I VIRUS sono notevolmente più piccoli delle cellule eucariotiche e procariotiche e non sono

cellule, infatti, non vengono classificati appartenenti agli esseri viventi, ma detti ENTITÀ

BIOLOGICHE. Possono essere esaminati solo attraverso l’ausilio del microscopio elettronico

COSA DIFFERENZIA LE CELLULE EUCARIOTICHE E LE CELLULE PROCARIOTICHE DAI VIRUS?

Sicuramente le DIMENSIONI sono un fattore che incide, prendendo in considerazione che

accanto alle due tipologie di cellule, il virus viene rappresentato con un puntino.

È poi importante notare la PRESENZA o ASSENZA di:

- NUCLEO

- ORGANULI CITOPLASMATICI, in particolare si parla di organuli citoplasmatici ricoperti

da membrana.

- PARETE CELLULARE

- CARDIOLIPINA DI MEMBRANA, una proteina presente nelle cellule procariotiche e

assente in quelle eucariotiche. È uno degli elementi su cui si è basata la formulazione

della TEORIA ENDOSIMBIONTE.

Un’altra importante caratteristica è sicuramente la diversa DIMENSIONE DEL GENOMA,

cioè quanto è lungo e pesante il DNA.

E infine si può distinguere anche un DIVERSO TASSO DI MUTAZIONE, cioè quanto varia di

generazione in generazione la sequenza del genoma.

Le ultime due caratteristiche permettono di generare una rappresentazione grafica del tasso

di mutazione in funzione della dimensione del

genoma.

Le cellule, ma in generale gli organismi, eucarioti

sono dotati di un genoma di grandi dimensioni

che però ha un basso tasso di mutazione di

generazione in generazione. È legato al livello di

complessità degli organismi.

I BATTERI sono situati ad un livello intermedio, hanno un genoma più piccolo degli organismi

eucarioti e di conseguenza il tasso di mutazione è più elevato.

I VIRUS, soprattutto quelli a RNA, hanno dei genomi molto piccoli e per questo il loro tasso di

mutazione è estremamente elevato.

Ma sono i VIROIDI che hanno il tasso di mutazione più elevato di tutti, anche dei virus.

I VIRUS non sono cellule, ma sono dette ENTITÀ BIOLOGICHE, questo significa che non sono

dotati di una membrana che li delimita e li separa dall’ambiente circostante.

Si definiscono PARASSITI OBBLIGATI, ciò vuol dire che senza una cellula di supporto da

parassitare, da soli, non sono in grado di creare copie di se stessi.

Non possiedono vita propria, è in grado di

creare copie di se stesso solo in presenza di una

cellula che viene parassitata.

Hanno dimensioni che sono circa 100 volte più

piccole delle cellule, non è possibile vederli con il

microscopio ottico.

Possiedono un genoma a DNA o a RNA e

possono infettare qualunque tipologia cellulare

e quindi organismi appartenenti a tutti i regni

biologici (batteri, funghi, animali, piante…), sono però caratterizzati da una SPECIFICITÀ

TASSONOMICA nei confronti della cellula parassitata, ciò vuol dire che i virus che infettano i

batteri non sono in grado di infettare le cellule eucariotiche e viceversa. Quando però la

specificità tassonomica viene meno, si parla di SALTO DI SPECIE.

Una singola unità virale prende il nome di VIRONE, non è caratterizzata da una specifica

struttura cellulare, ma presenta elementi ricorrenti come:

- GENOMA, il materiale genetico che può essere a DNA o a RNA, che non gira libero ma

è protetto.

- CAPSIDE, una struttura proteica che protegge il genoma. Può presentare sulla

superficie delle strutture particolari di riconoscimento, sono protuberanze verso

l’ambiente esterno e sono in generale strutture recettoriali e conferiscono al virus la

specificità.

- ENVELOPE un rivestimento ulteriore di natura lipoproteica da cui sporgono le proteine

di superficie che conferiscono la specificità di specie permettendo il riconoscimento e

attaccamento alla cellula.

La RIPRODUZIONE dei vironi avviene solo per sintesi delle singole componenti e

assemblaggio delle parti.

I virus possono essere classificati sulla base di diverse caratteristiche:

CLASSIFICATI IN BASE AL TIPO DI CELLULA PARASSITATA

- VIRUS BATTERICI (BATTERIOFAGI o FAGI), i batteriofagi

possiedono strutture molecolari specializzate per iniettare il

genoma virale nella cellula ospite (batterio).

Hanno una forma particolare, sono infatti costituiti da una TESTA

che contiene il DNA, a cui si collega il COLLO o CODA che termina

con una PIASTRA a cui sono agganciate le SPINE o FIBRE. Nel

momento in cui il batteriofago si aggancia al batterio con le fibre, inietta il proprio

materiale genetico per accorciamento del collo.

- VIRUS VEGETALI

- VIRUS ANIMALI

CLASSIFICATI IN BASE AL TIPO DI GENOMA

- DESOSSIRIBOVIRUS, VIRUS A DNA

- RIBOVIRUS, VIRUS A RNA, sono estremamente importanti dal punto di vista medico,

ma anche dal punto di vista evolutivo perché si ritiene che la vita sulla Terra sia

comparsa come VITA A RNA, in quanto acido nucleico più semplice si ritiene che abbia

caratterizzato le prime forme di vita. A sostegno di questa tesi si evidenza la grande

resistenza di questi virus a RNA.

Rappresentano inoltre un’ECCEZIONE AL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA, in

quanto nel capside è presente RNA e non DNA; quindi, un Ribovirus nel momento in

cui infetta una cellula non è in grado di rispettare l’ordine degli eventi. Inietta quindi

nella cellula ospite un enzima, chiamato RETROTRASCRITTASI INVERSA, che obbliga

l’apparato cellulare a creare copie di DNA a partire dal RNA del virus e per poi

proseguire con il giusto ordine.

DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA: riporta come il DNA sia in grado di duplicare sé

stesso, di essere trascritto in RNA e infine, come quest’ultimo viene tradotto in

proteine. Mette in relazione tre delle più importanti macromolecole ad interesse

biologico.

- DNA, dove l’informazione genetica è ampliata

- RNA, dove l’informazione genetica viene veicolata

- PROTEINE, la macromolecola ad interesse biologico, funzionale in quanto sottoforma

di enzimi può dar luogo a funzioni fisiologiche.

CLASSIFICATI IN BASE AD ALTRI PARAMETRI (forma, dimensione, simmetria…)

Il VIRUS EBOLA è l’unico su cui non è possibile notare in alcun modo una regolarità, è infatti

un virus asimmetrico e non icosaedrico di forma generalmente allungata. È uno dei virus per

cui è stato ampliamente documentato il salto di specie. Si ritiene che il bacino naturale di

questo virus risieda storicamente nella fauna caratteristica della zona africana in cui la

vegetazione è bassa. Il chirottero (pipistrello) è legato alla scimmia antropomorfa proprio a

causa della possibilità di trasmissione del virus ebola. Il virus può raggiungere l’uomo a

causa della fauna da questo cacciata. Nel momento in cui passa all’uomo, la persona che si

alimenta con l’animale infetto contrae la malattia e facilmente verranno infettate anche le

persone vicine. La possibilità di contagio può avvenire anche durante i riti funebri.

Il passaggio del virus da un organismo infetto a un altro è estremamente facile in quanto il

VIRUS EBOLA È UN VIRUS EMORRAGICO, ciò vuol dire che il virus rompe e demolisce una

parte dei tessuti provocando delle emorragie che possono essere sia interne che esterne ed il

sangue che fuoriesce dalle strutture emorragiche è un sangue infetto che porta facilmente il

passaggio del virus ad altri organismi.

Un altro agente infettante è il VIROIDE, molto simile al virus, che infetta i vegetali. La

trasmissione dei viroidi può avvenire tramite semi, polline o mediante l’utilizzo della stessa

attrezzatura agricola.

Il viroide è una piccola massa di RNA circolare (200-300 nucleotidi) non rivestita da capside.

Caratterizzati da un genoma molto piccolo e da un tasso di riproduzione molto alto.

Un altro agente infettante è il PRIONE, una particella infettiva proteica responsabile di

malattie neurologiche come la SCRAPIE, il MORBO DELLA MUCCA PAZZA (encefalopatia

spongiforme bovina), il MORBO DI CREUZFELDT-JAKOB. Sono malattie accomunate dallo

stesso meccanismo ma che cambiano nome in base alla differente specie colpita.

Le proteine prioniche infettive sono versioni non ben ripiegate di normali proteine della

cellula. Nel momento in cui acquisisce un ripiegamento

errato, acquisisce anche capacità di tipo patologico.

IL PRIONE È UN ESSERE VIVENTE?

Anche se il prione è in grado di creare copie di se

stesso (si duplica solo nella misura in cui costringe

qualcosa che già esiste a cambiare la sua

conformazione) NON È UN ESSERE VIVENTE, infatti si

replica inducendo altre molecole preesistenti a

cambiare conformazione, ma non porta a creazione di nuove molecole.

I Prioni non invadono l’encefalo superando la barriera ematoencefalica, si spostano da un

neurone all’altro dopo essere penetrati in altre parti del corpo.

[RICORDARE: esistono strutture che si presentano solo a livello molecolare. Tra queste entità

biologiche sono presenti i virus, i viroidi e i prioni. Sono tutte entità che possono provocare

patologie e delle vere e proprie epidemie.]

Sia la citologia che l’istologia si avvalgono di molti concetti comuni alla chimica.

Questo perché le molecole sono fatte di atomi e le reazioni che avvengono all’interno delle

cellule non sono altro che reazioni chimiche.

La chimica, ma soprattutto la chimica cellulare, risulta molto importante nella visione

citologica, soprattutto per quanto riguarda la composizione delle macromolecole biologiche.

In chimica è comune usare modelli diversi per rappresentare le molecole, ma perché

vengono usati modelli diversi per rappresentare anche le stesse molecole?

Stesse molecole vengono rappresentate in diversi modi per evidenziare diverse

caratteristiche delle molecole.

All’interno della cellula, alcune molecole saranno caratterizzate da legami covalenti, legami

che non si rompono e quindi basilari per il mantenimento della struttura sopra molecolare.

I legami deboli, invece, sono presenti quando un qualcosa è necessario che si rompa e che si

rileghi con facilità.

L’ACQUA È LA MOLECOLA FONDAMENTALE PER LA VITA

Vedremo la sua importanza in chimica e ora sotto

un aspetto citologico, se infatti si esamina una

cellula batterica, si può notare come il 70% sia

costituito da acqua.

È una molecola estremamente importante per le

funzioni cellulari e per la vita della cellula stessa.

L’acqua è una molecola che ha una struttura ben

precisa, costituita da un atomo di ossigeno

centrale e da due atomi di idrogeno disposti

secondo una struttura, da un punto della geometria fisica, estremamente regolare. Unendo il

centro dell’atomo di ossigeno con il centro dei due atomi di idrogeno si viene a formare un

angolo di 104,45° e la distanza tra i vari centri degli atomi si mantiene costante.

È quindi una molecola che occupa uno spazio strettamente d