Anatomia funzionale(Riassunti)

Cellula

Secondo la teoria cellulare, le cellule sono gli elementi costitutivi di tutti gli organismi viventi. La teoria cellulare si basa su tre concetti fondamentali:

• Le cellule sono gli "elementi strutturali" delle piante e degli animali;
• Le cellule hanno origine dalla divisione di cellule preesistenti;
• Le cellule sono le più piccole unità strutturali in grado di svolgere tutte le funzioni vitali.

Nel corpo umano ci sono due tipi di cellule: sessuali e somatiche.

N.B Per la descrizione di una cellula si fa riferimento a una "cellula tipo" che mostra alcune delle principali caratteristiche comuni alla maggior parte delle cellule del nostro corpo, ma non identiche in tutte, dal momento che il tipo e il numero di organuli presenti all'interno di una cellula dipendono dalle funzioni di quest'ultima.

Membrana plasmatica

Costituisce il limite esterno della cellula. Generalmente molto sottile e il suo spessore varia dai 6-10 nm. Le funzioni generali sono:

• Isolamento fisico. Il doppio strato lipidico della membrana è una barriera che è in grado di separare la cellula dal fluido extracellulare in cui è immersa;
• Regolazione degli scambi con l'ambiente. La membrana cellulare controlla l'ingresso e l'eliminazione di sostanze.
• Sensibilità. La membrana è la prima componente della cellula che risente delle modifiche dell'ambiente. Essa contiene inoltre un gran numero di recettori che permettono di riconoscere determinate molecole e di comunicare con le altre cellule.

Elementi della membrana plasmatica

• Fosfolipidi. La membrana è detta doppio strato fosfolipidico proprio perché i fosfolipidi che la compongono formano due strati distinti. Le molecole fosfolipidiche sono disposte con testa in superficie e le code (idrofobe) verso l'interno in modo tale da non permettere a sostanze idrosolubili e ioni solubili di attraversare la membrana e quindi isolare il citoplasma.
• Proteine. Esistono due tipi di proteine di membrana. Le proteine periferiche che sono attaccate alla superficie esterna o interna della membrana, a seconda della loro funzione. Le proteine integrali sono invece immerse nella membrana. Alcune di queste proteine sono lunghe e ripiegate tanto da formare dei canali che permettono il passaggio di acqua e piccoli composti idrosolubili verso l'interno o verso l'esterno della cellula.
• Glicolipidi. Le componenti glucidiche delle glicoproteine e dei glicolipidi che si trovano sulla faccia esterna formano un rivestimento superficiale e vischioso detto glicocalice. Alcune di queste molecole fungono da recettori che legandosi a specifiche molecole presenti nel fluido extracellulare permettono modifiche dell'attività cellulare.
• Steroli. Gli steroli contribuiscono a stabilizzare la struttura della membrana e a mantenerla fluida (es. colesterolo).

Permeabilità di membrana: processi passivi e attivi

La permeabilità di membrana determina l'efficienza della barriera. Maggiore è la permeabilità, più facilmente le sostanze riescono ad attraversare la membrana. Le membrane cellulari hanno una permeabilità intermedia e sono dette "selettivamente permeabili". Una membrana selettivamente permeabile permette il passaggio solo di alcune sostanze e impedisce il passaggio di altre. Il passaggio attraverso la membrana può essere un processo attivo o passivo.

Processi passivi (non richiedono o utilizzano energia cellulare)

• Diffusione. È il movimento di molecole da una zona ad elevata concentrazione ad una a concentrazione minore. La differenza delle concentrazioni rappresenta il gradiente di concentrazione e le molecole si muovono finché il gradiente diventa nullo. Sono coinvolte sostanze come gas, piccoli ioni o molecole inorganiche.
• Osmosi. È la diffusione delle molecole d'acqua attraverso la membrana da un'area a bassa concentrazione di soluto verso un'area ad alta concentrazione di soluto.
• Diffusione facilitata. Nella diffusione facilitata, i soluti attraversano la membrana trasportati da proteine di trasporto (carrier). La direzione della diffusione segue sempre il gradiente di concentrazione. Sono coinvolte sostanze come glucosio e amminoacidi.

Processi attivi (richiedono ATP o altre fonti di energia)

• Trasporto attivo. Le proteine di trasporto possono trasportare specifiche sostanze contro gradiente di concentrazione. Le proteine di trasporto che muovono un soluto in una direzione e un altro soluto nella direzione opposta sono chiamate pompe di scambio. Le sostanze coinvolte sono: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺.
• Endocitosi. Inclusione di materiali extracellulari all'interno di vescicole per importarli nella cellula. Si divide in:
• Pinocitosi. In questa fase si formano le vescicole dalla membrana plasmatica che portano i fluidi extracellulari e piccole molecole all'interno della cellula.
• Fagocitosi. Si formano vescicole dalla membrana che portano all'interno della cellula particelle solide.
• Endocitosi mediata da recettore. Delle molecole bersaglio si legano a specifici recettori sulla superficie della membrana innescando la formazione della vescicola.
• Esocitosi. È il rilascio di liquidi e/o solidi dalle cellule quando la vescicola si fonde con la membrana plasmatica. Le sostanze coinvolte sono ad esempio fluidi e scorie cellulari.

Estensioni della membrana plasmatica: microvilli

I microvilli sono piccole estensioni della membrana plasmatica la cui funzione è principalmente quella di assorbire materiali dal fluido extracellulare. Le interazioni tra questi microfilamenti e il citoscheletro possono produrre un loro movimento ondulatorio, che agevola la circolazione di fluido extracellulare in modo tale da aumentare le possibilità che determinate molecole vengano a contatto con i recettori sulla superficie della cellula.

Citoplasma

Per citoplasma si intende generalmente tutto il contenuto cellulare. Nel citoplasma si trovano molte proteine che infatti rappresentano il 15-30% della massa cellulare. Si divide in: citosol (o fluido intercellulare, dove si trovano disciolti proteine solubili o insolubili materiali di scarto o nutrienti) e organuli (strutture intercellulari in grado di svolgere specifiche funzioni).

Citosol

• Nel citosol la concentrazione di potassio è molto più elevata rispetto al fluido extracellulare (dove è maggiore il sodio). In più gli ioni negativi e positivi non sono in equilibrio sui due lati della membrana (all'esterno più ioni positivi, all'interno più ioni negativi) che genera un potenziale transmembrana (come una piccola batteria).
• Il citosol contiene un maggior numero di proteine disciolte e in sospensione che conferiscono una consistenza intermedia tra lo sciroppo e la gelatina.
• Contiene una scarsa quantità di carboidrati e grosse quantità di aminoacidi e lipidi. I carboidrati vengono metabolizzati per produrre energia, gli aminoacidi per sintetizzare proteine e i lipidi per mantenere la membrana e come fonte di energia quando scarseggiano i carboidrati.

Organuli

Gli organuli si trovano in tutte le cellule ma in numero e tipologie differenti e possono essere suddivisi in due categorie: organuli non membranosi (a contatto con il citosol) e organuli membranosi (circondati da membrane che isolano il contenuto dal citosol).

Organuli non membranosi

Sono organuli non membranosi il citoscheletro, i centrioli, le ciglia, i flagelli e i ribosomi.

• Citoscheletro. È una rete interna di fibre spesso raggruppata in fasci che dona sostegno e flessibilità al citoplasma ed è formata da quattro principali componenti: microfilamenti (sottili filamenti proteici di actina dispersi nel citosol formando una densa rete sotto la membrana cellulare, conferisce maggiore stabilità e resistenza alla cellula), filamenti intermedi (definiti così per le loro dimensioni, forniscono ulteriore resistenza, stabilizzano la posizione degli organuli e trasportano materiale nel citoplasma, es. neurofilamenti), filamenti spessi (filamenti composti dalla proteina miosina, abbondanti nelle cellule muscolari dove interagiscono con i filamenti di actina per produrre contrazioni) e microtubuli (strutture a forma di tubo cavo costituite principalmente dalla proteina tubulina si formano dall'aggregazione di diverse molecole di tubulina e poi si digrega nuovamente, si irradiano dal centrosoma verso la periferia, sostengono il citoscheletro e legandosi agli organuli e ad altri materiali li spostano all'interno della cellula in più sono componenti strutturali di alcuni organuli come ciglia centrioli e flagelli).
• Centrioli. È una struttura cilindrica composta da corti microtubuli disposti in nove triplette. Li hanno solo cellule capaci di dividersi e ne hanno due nel centrosoma. Dirigono il movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare.
• Ciglia. Composte da nove coppie di microtubuli che circondano due microtubuli centrali. Sono ancorate a un corpuscolo basale appena sotto la superficie cellulare mentre la parte libera del ciglio è completamente ricoperta dalla membrana. Le ciglia si muovono in maniera coordinata oscillando facendo scorrere liquidi e secrezioni presenti sulla superficie.
• Flagelli. Simili alle ciglia ma più lunghi e sono in grado di fare muovere la cellula all'interno del liquido che la circonda (spermatozoi).
• Ribosomi. Granuli privi di membrana formati da RNA e proteine che sintetizzano proteine, formato da due subunità che si incastrano tra loro appena ha inizio la sintesi proteica. Esistono due tipi: ribosomi liberi e ribosomi fissi (nel reticolo endoplasmatico).

Organuli membranosi

Circondati da un doppio strato fosfolipidico simile a quello della membrana e sono: i mitocondri, il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi e i lisosomi.

• Mitocondrio. Producono ATP demolendo molecole organiche attraverso reazioni chimiche che consumano ossigeno e producono anidride carbonica. Producono il 95% dell'energia cellulare. Sono dotati di una membrana esterna e una seconda membrana interna che contiene numerosi ripiegamenti detti creste che circondano la matrice (fluidi interni). Ne hanno di più ad esempio le cellule muscolari che hanno bisogno infatti di più energia. Sono in grado di riprodursi crescere e mantenersi autonomamente.
• Nucleo. Centro di controllo di tutte le operazioni cellulari. La maggior parte delle cellule contiene un solo nucleo ma ad esempio le cellule muscolari scheletriche contengono molti nuclei (multinucleate), ci sono inoltre anche cellule anucleate. Formato da un involucro nucleare che lo circonda contenente un sottile spazio perinucleare. Il nucleo dirige i processi che avvengono nel citosol attraverso i pori nucleari, un complesso di proteine che regola il movimento delle macromolecole verso l'interno e l'esterno del nucleo. Contiene il nucleoplasma, fluido di consistenza gelatinosa dove si trova la matrice nucleare, una rete di sottili filamenti in grado di fornire un supporto strutturale. Ioni, DNA, enzimi, nucleotidi, proteine e piccole quantità di RNA sono in sospensione nel nucleoplasma. I filamenti di DNA formano i cromosomi. Ogni cromosoma contiene filamenti di DNA legati a particolari proteine dette istoni (nucleosomi). Il nucleo di ogni cellula somatica contiene 23 coppie (uno di origine materna l'altro di origine paterna) di cromosomi; la maggior parte dei nuclei contiene da una a quattro aree più scure dette nucleoli, organuli che sintetizzano le componenti dei ribosomi.
• Reticolo endoplasmatico. Rete di membrane intracellulari formata da tubuli cavi, lamine appiattite e vescicole, definite cisterne. Le funzioni principali sono quattro: Sintesi (la membrana contiene enzimi che sintetizzano lipidi, proteine e carboidrati per poi depositarli nelle cisterne), Deposito (conserva molecole o sostanze che sintetizza o assorbe), Trasporto (alcune molecole si spostano attraverso il RE da una parte all'altra della cellula) e Detossificazione (le tossine cellulari sono assorbite dagli enzimi della membrana e neutralizzate). Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico: Rugoso (contengono ribosomi fissi che sintetizzano le proteine; le proteine e le glicoproteine prodotte vengono impacchettate in vescicole di trasporto che le consegnano all'apparato di Golgi) e liscio (sintetizza i lipidi e carboidrati, immagazzinano ioni calcio, rimuovono tossine). A seconda delle loro funzioni le cellule hanno una differente quantità di RER o REL.
• Apparato di Golgi. È formato da membrane discoidali appiattite dette cisterne disposte in pile che si trovano quasi sempre vicino al nucleo. Impacchettano enzimi e rinnovano o modificano la membrana plasmatica.
• Lisosomi. Vescicole prodotte dall'apparato di Golgi piene di enzimi digestivi, sintetizzate nel RER e impacchettate all'interno di lisosomi dall'apparato di Golgi. I lisosomi primari contengono enzimi inattivi mentre i secondari contengono enzimi attivi. Svolgono una funzione di difesa contro malattie: i lisosomi primari si fondono con vescicole con batteri o scorie entrate nella cellula attraverso endocitosi formando i lisosomi secondari i quali enzimi neutralizzano il contenuto, le sostanze nutritive reciclabili vengono rilasciate mentre gli scarti vengono eliminati.

Flusso di membrana

È un meccanismo che consente alla cellula di cambiare caratteristiche strutturali e funzionali della membrana cellulare.

Giunzioni cellulari

Le cellule possono aderire ad altre cellule o a fibre proteiche extracellulari mediante molecole di adesione cellulare o strutture di collegamento specializzate chiamate giunzioni cellulari che sono: giunzioni comunicanti (due cellule sono tenute insieme da due connessoni formati da proteine transmembrana. Questi connessoni formano un passaggio attraverso la quale le cellule possono scambiarsi ioni e piccole molecole), giunzione serrata (funzione parziale della componente lipidica di due membrane attraverso le proteine di membrana e una cintura di adesione collega le due cellule e la giunzione è così stretta da impedire il passaggio di acqua e soluti tra le cellule), e desmosomi (giunzioni molto forti e sono di due tipi: a bottone, quindi piccoli dischi collegati a strati di filamenti intermedi che mettono in connessione il citoscheletro di due cellule, e emidesmosomi che stabilizzano le cellule ancorandole a materiale extracellulare).

Ciclo vitale della cellula

La divisione di una singola cellula porta alla formazione di due cellule figlie, ognuna grande la metà della cellula di origine. I due eventi più importanti della divisione cellulare sono la replicazione del DNA e la mitosi che consiste nella distribuzione di una copia del patrimonio genetico a ciascuna delle due cellule figlie. Si divide in interfase (fase di crescita) e mitosi (fase di divisione).

Interfase

• Comprende la fase G₀ (la cellula svolge le sue normali funzioni), fase G₁ (vengono duplicati gli organuli all'interno della cellula come mitocondri, ribosomi, RER, REL, apparato di Golgi ed elementi di citoscheletro), fase S (copia dei cromosomi attraverso la duplicazione del DNA nel quale i due filamenti di nucleotidi si separano e l'enzima DNA polimerasi comincia ad attaccare i nucleotidi complementari lungo ciascuno dei due filamenti, in modo da dare origine a due copie identiche alla molecola di DNA iniziale), e fase G₂ in cui avviene una sintesi di proteine.

Fase M (mitosi e citochinesi)

• Profase. Durante questa fase i due centrioli si spostano in parti opposte connesse alle fibre del fuso dove vanno a posizionarsi, con la disgregazione dell'involucro nucleare, i cromatidi connessi nel centromero; alcune delle fibre legano i centromeri e vengono chiamati microtubuli cromosomali.
• Metafase. I centromeri si muovono lungo i microtubuli cromosomali verso la zona centrale.
• Anafase. Il centromero di ogni coppia di cromatidi si separa e i due cromatidi fratelli vengono attirati verso poli opposti lungo i microtubuli in prossimità dei centrioli.
• Telofase. Le cellule si preparano a tornare in interfase, infatti si riforma l'involucro nucleare e i cromosomi gradualmente si despiralizzano tornando nucleoli.
• Citochinesi. È la fase finale in cui il citoplasma viene diviso tra le due cellule figlie e c'è la definitiva separazione delle membrane cellulari.

Tessuti

I tessuti sono insiemi di cellule specializzate e di prodotti cellulari che svolgono particolari funzioni. I tessuti fondamentali sono quattro: tessuto epiteliale, tessuto connettivo, tessuto muscolare e tessuto nervoso.

Tessuto epiteliale

Gli epiteli sono lamine di cellule che rivestono le superfici esposte del corpo, le cavità e i condotti. Il tessuto epiteliale comprende gli epiteli di rivestimento e gli epiteli ghiandolari. Le principali caratteristiche degli epiteli sono le seguenti:

• Cellularità. Gli epiteli sono costituiti quasi interamente da cellule strettamente adese tra loro per mezzo di giunzioni cellulari. Lo spazio intercellulare è scarso o addirittura assente.
• Polarità. Ogni epitelio presenta una superficie apicale e una superficie basale che differiscono tra loro per la struttura e la funzione della membrana. Per questo gli organuli e gli altri componenti citoplasmatici sono distribuiti in maniera non uniforme; questa proprietà è chiamata polarità.
• Ancoraggio. La superficie basale di un epitelio aderisce a una sottile membrana basale, una struttura sintetizzata dalla superficie basale dell'epitelio e dalle cellule del sottostante tessuto connettivo.
• Avascolarità. Gli epiteli non contengono vasi sanguigni e sono dunque avascolari.
• Organizzazione in strati. Tutti i tessuti epiteliali sono costruiti da cellule disposte a formare uno o più strati.
• Rigenerazione. Le cellule epiteliali danneggiate sono continuamente rimpiazzate dalla divisione delle cellule staminali che si trovano all'interno dell'epitelio.