Anatomia umana - Appunti completi

Anatomia umana – La cellula

La cellula è immersa in un mezzo acquoso detto fluido extracellulare. La membrana plasmatica separa il contenuto cellulare, il citoplasma, dal fluido extracellulare. Il citoplasma è suddiviso in una componente fluida ovvero il citosol e strutture intracellulari note come organuli.

Membrana plasmatica

La membrana plasmatica costituisce il limite esterno della cellula. Il suo spessore varia da 6 a 10 nanometri. Le funzioni della membrana includono:

• Isolamento fisico;
• Regolazione degli scambi con l’ambiente;
• Comunicazione con altre cellule.

Presenta una struttura costituita da fosfolipidi, proteine, glicolipidi e steroli come il colesterolo.

Fosfolipidi

La membrana plasmatica è definita “doppio strato fosfolipidico” perché i fosfolipidi costituiscono due strati distinti. In ogni strato le molecole sono disposte in maniera tale che le teste si trovano in superficie e le code rivolte verso l’interno. Gli ioni solubili e le sostanze idrosolubili non possono attraversare la componente lipidica perché le code sono idrofobe, ciò rende la membrana cellulare molto efficiente nell’isolare il citoplasma.

Proteine

Esistono due tipi generali di proteine di membrana. Le proteine periferiche sono attaccate alla superficie esterna o interna della membrana a seconda della loro funzione. Le proteine integrali sono invece immerse nella membrana, alcune proteine integrali formano canali che permettono il passaggio di molecole di acqua, di ioni e piccoli composti idrosolubili. Questi canali possono essere regolati come delle “porte” in grado di aprirsi.

Glicolipidi

Le componenti glucidiche delle glicoproteine e dei glicolipidi che si trovano sulla faccia esterna formano un rivestimento superficiale e vischioso detto glicocalice.

Steroli

Contribuiscono a stabilizzare la struttura della membrana e a mantenerla fluida. Lo sterolo più comune è il colesterolo.

Permeabilità

Le membrane cellulari hanno una permeabilità intermedia e sono dette selettivamente permeabili. La permeabilità varia a seconda dell’organizzazione e del tipo di lipidi e di proteine di membrana. Il passaggio può essere attivo (trasporto attivo, endocitosi ed esocitosi) e passivo (diffusione, osmosi e diffusione facilitata).

Microvilli

I microvilli sono piccole proiezioni digitiformi della membrana plasmatica, si trovano nelle cellule la cui funzione è principalmente quella di assorbire materiali dal fluido extracellulare, come le cellule dell’intestino tenue e del rene. Favoriscono l’assorbimento incrementando l’area della superficie esposta all’ambiente extracellulare.

Citoplasma

Si intende tutto il contenuto cellulare. Può essere suddiviso in:

• Citosol: dove sono disciolti i nutrienti, ioni, proteine solubili e insolubili e materiali di scarto. La membrana plasmatica lo separa dal fluido extracellulare;
• Organuli: che sono strutture in grado di svolgere specifiche funzioni.

Nel citosol la concentrazione di potassio è più elevata che nel fluido extracellulare dove invece è maggiore il sodio. Il numero di ioni positivi e negativi non è in equilibrio sui due lati della membrana, all’esterno vi è un eccesso di cariche positive, mentre all’interno di cariche negative. Il citosol contiene una maggiore concentrazione di proteine disciolte soprattutto enzimi che regolano il metabolismo cellulare. Il citosol contiene una quantità scarsa di carboidrati e grosse riserve di aminoacidi e lipidi.

Organuli

Gli organuli si trovano in tutte le cellule ma il tipo e il numero variano nei diversi tipi cellulari. Ciascuno svolge una diversa funzione. Possono essere suddivisi in: organuli non membranosi sempre a contatto con il citosol e membranosi circondati da membrane che ne isolano il contenuto dal citosol.

Organuli non membranosi

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

Citoscheletro

Il citoscheletro è una rete interna di fibre che conferiscono sostegno e flessibilità al citoplasma. Il citoscheletro è formato da microfilamenti, filamenti intermedi, spessi e microtubuli. I microfilamenti sono sottili filamenti proteici composti principalmente da actina. Ancorano il citoscheletro alle proteine integrali della membrana plasmatica, conferiscono resistenza alla cellula.

Filamenti intermedi

Forniscono resistenza, stabilizzano la posizione degli organuli e trasportano materiale nel citoplasma. Dei filamenti intermedi specializzati sono i neurofilamenti.

Filamenti spessi

Sono filamenti relativamente grossi composti da miosina.

Microtubuli

Si trovano in tutte le cellule e sono strutture a forma di tubo cavo il cui costituente principale è la tubulina. Sono il componente principale del citoscheletro, il loro assemblaggio e disassemblaggio determina cambiamenti nella cellula, si legano agli organuli e ad altri materiali intracellulari.

Centrioli, ciglia e flagelli

Un centriolo è una struttura cilindrica composta da corti microtubuli. Le cellule che non si dividono, come gli eritrociti, non hanno centrioli, le cellule capaci di dividersi hanno due centrioli posti ad angolo retto l’uno all’altro. Il centrosoma è la regione di citoplasma, ben evidente, che contiene la coppia di centrioli.

Ciglia

Costituite da nove coppie di microtubuli che circondano due microtubuli centrali. Sono ancorate ad un corpuscolo basale compatto posto sotto la superficie cellulare. Le ciglia “battono” ritmicamente come fruste e il loro movimento coordinato sposta i liquidi.

Flagelli

Sono simili alle ciglia ma molto più lunghi. Un flagello non muove fluidi su una cellula stazionaria ma sposta una cellula all’interno del liquido che la circonda.

Ribosomi

Al microscopio elettronico appaiono come granuli densi di 25 nanometri di diametro, questi organuli sono fabbriche intracellulari che sintetizzano proteine utilizzando l’informazione fornita dal DNA presente nel nucleo. Ogni ribosoma è costituito per il 60% da RNA e 40% di proteine. I ribosomi possono essere liberi ovvero dispersi nel citoplasma oppure fissi ovvero attaccati al reticolo endoplasmatico. Questi due svolgono la stessa funzione, differiscono solo per la localizzazione.

Organuli membranosi

Sono i mitocondri, il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi, i lisosomi e i perossisomi.

Mitocondri

Producono ATP demolendo le molecole organiche attraverso una serie di reazioni chimiche che consumano ossigeno e producono anidride carbonica. Una membrana esterna circonda l’interno mitocondrio e una seconda membrana interna contiene numerosi ripiegamenti dette creste, che circondano i fluidi interni e forniscono la superficie per organizzare gli enzimi che producono la maggior parte dell’ATP.

Nucleo

Il nucleo è il centro di controllo di tutte le operazioni cellulari, determina struttura e funzione della cellula. La maggior parte delle cellule possiede un solo nucleo, ma ci sono alcune eccezioni come le cellule muscolari scheletriche che sono definite “multinucleate”, mentre gli eritrociti sono definiti “anucleati”. Un involucro nucleare circonda il nucleo e lo separa dal citosol. Si tratta di una doppia membrana contenente un sottile spazio perinucleare. Il nucleo riceve processi che avvengono nel citosol e riceve a sua volta informazioni sulle condizioni e attività del citosol, queste comunicazioni sono di natura chimica e avvengono tramite pori nucleari che rappresentano il 10% della superficie nucleare.

Con il termine di nucleoplasma si intende il fluido contenuto nel nucleo, contiene una rete di sottili filamenti, la matrice nucleare, in grado di fornire un supporto strutturale. Ioni, enzimi, nucleotidi, proteine, DNA e piccole quantità di RNA sono in sospensione del nucleoplasma. I filamenti di DNA formano strutture complesse, i cromosomi. Ogni cromosoma contiene filamenti di DNA legato a particolari proteine dette istoni. I filamenti di DNA si avvolgono intorno agli istoni formando nucleosomi, i cromosomi hanno un ruolo anche nella sintesi di RNA. La maggior parte dei nuclei contiene da una a quattro aree più scure dette nucleoli che sono organuli nucleari che sintetizzano componenti dei ribosomi.

Reticolo endoplasmatico

È una rete di membrane intracellulari formata da tubuli cavi, lamine appiattite e vescicole definite cisterne. Le sue funzioni sono:

• Sintesi: le membrane del reticolo endoplasmatico contengono enzimi che sintetizzano lipidi, proteine e carboidrati. I prodotti sono depositati nelle cisterne;
• Deposito: può conservare parte delle molecole che sintetizza;
• Trasporto: alcune molecole possono spostarsi da una parte all’altra della cellula all’interno del reticolo;
• Detossificazione: le tossine cellulari possono essere assorbite dal reticolo e neutralizzate dagli enzimi presenti sulle membrane.

Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico, uno rugoso e uno liscio. La superficie esterna del reticolo endoplasmatico rugoso contiene ribosomi fissi, sintetizzano le proteine seguendo le istruzioni di un filamento di RNA. Via via che la catena polipeptidica si allunga, entra nelle cisterne del reticolo endoplasmatico, dove viene poi modificata. Le proteine e le glicoproteine prodotte dal reticolo endoplasmatico rugoso sono impacchettate in piccole vescicole di membrana che si staccano e consegnano le proteine all’apparato di Golgi. Al reticolo endoplasmatico liscio non sono associati ribosomi, le sue funzioni sono incentrate sulla sintesi di lipidi, steroidi e carboidrati, immagazzinamento di ioni calcio, rimozione e inattivazione di tossine.

Apparato di Golgi

Costituito da una serie di membrane appiattite dette cisterne. Le principali funzioni sono l’impacchettamento di enzimi, rinnovamento della membrana plasmatica, sintesi di sostanze che verranno secrete.

Lisosomi

Sono vescicole piene di enzimi digestivi, sintetizzate dal reticolo endoplasmatico rugoso e impacchettate all’interno dei lisosomi dell’apparato di Golgi. I lisosomi primari contengono enzimi inattivi, i secondari contengono enzimi attivi e si formano quando i primari si legano a un’altra vescicola. I lisosomi svolgono funzione di difesa e depurazione e riciclo intracellulare.

Perossisomi

Gli enzimi nei perossisomi svolgono varie funzioni, le ossidasi sono un gruppo di enzimi che degrada i composti organici formando perossido di idrogeno. La catalasi, un altro enzima contenuto nei perossisomi, converte il perossido di idrogeno in acqua e ossigeno. Inoltre hanno anche il ruolo di degradare e assorbire gli acidi grassi.

Giunzioni intercellulari

Ampie aree delle membrane plasmatiche possono essere interconnesse tramite proteine transmembrana definite molecole di adesione cellulare che si legano tra loro e ad altri materiali extracellulari. Le membrane di cellule adiacenti possono essere tenute insieme dal cemento intercellulare, un sottile strato di proteoglicani noti come glicosaminoglicani, il più importante è l’acido ialuronico.

Le giunzioni cellulari sono aree specializzate dove le cellule si connettono tra loro o con materiali extracellulari, vi sono tre tipi di giunzioni: comunicanti, serrate o desmosomi. A livello delle comunicanti, due cellule sono tenute insieme da due connessoni, ogni connessone è formato da sei proteine collagene a forma di cilindro con un canale centrale, se due connessoni sono allineati formano un passaggio attraverso il quale le cellule hanno possibilità di scambiarsi ioni e piccole molecole.

In una giunzione serrata c’è la fusione parziale della componente lipidica di due membrane adiacenti attraverso le proteine di membrana. Una cintura di adesione collega due cellule adiacenti, la giunzione è così stretta da impedire il passaggio di acqua e soluti tra le cellule. In corrispondenza di un desmosoma, molecole di adesione cellulare e proteoglicani tengono unite le membrane di due cellule adiacenti. I desmosomi sono giunzioni molto forti che resistono a torsioni e stiramenti. I desmosomi sono a bottone o emidesmosomi.

I desmosomi a bottone sono piccoli dischi collegati a strati di filamenti intermedi che mettono in connessione il citoscheletro di due cellule adiacenti. Quando le cellule sono ancorate a materiale extracellulare si possono osservare dei mezzi desmosomi, chiamati emidesmosomi.

Ciclo della cellula

Le cellule vanno incontro a divisione cellulare, la divisione di una porta alla formazione di due cellule figlie ognuna grande la metà della cellula di origine. I due eventi più importanti sono la replicazione del DNA e la mitosi, che consiste nella distribuzione di una copia del materiale genetico a ciascuna delle due cellule figlie.

Interfase

Una cellula somatica svolge gran parte della sua vita funzionale in interfase, durante questa fase la cellula svolge le sue attività e se necessario si prepara alla divisione cellulare. L’interfase comprende fasi G0, G1, S e G2. In fase G0 svolge le sue normali funzioni senza prepararsi alla mitosi, alcune cellule mature come le cellule muscolari scheletriche e molti neuroni rimangono in fase G0 per un tempo indefinito, senza mai andare in mitosi. Al contrario le cellule staminali si duplicano incessantemente e non entrano mai in fase G0.

In fase G1 la cellula sintetizza mitocondri, elementi del citoscheletro, reticolo endoplasmatico, ribosomi, membrane di Golgi e citosol per due cellule. Terminata la fase G1 la cellula entra in fase S dove produce una copia dei suoi cromosomi in un processo che coinvolge sia la duplicazione del DNA sia la sintesi degli istoni e di altre proteine nucleari.

La sintesi del DNA, detta replicazione del DNA, avviene nelle cellule che si preparano alla mitosi o alla meiosi. L’obiettivo è creare due copie identiche del patrimonio genetico nucleare per trasmetterne una copia a ciascuna cellula figlia. Ogni molecola di DNA è costituita da due filamenti di nucleotidi tenuti insieme da legami idrogeno tra le coppie azotate complementari. Il processo di replicazione ha inizio quando i legami tra le basi azotate si rompono e i due filamenti si separano. Via via che si separano l’enzima DNA polimerasi si lega alle basi azotate esposte e promuove il legame tra le basi azotate di ciascun filamento e i nucleotidi complementari che si trovano liberi nel nucleoplasma. L’azione simultanea di più molecole di DNA polimerasi, lungo porzioni differenti di ciascun filamento di DNA, crea una serie di corte catene di nucleotidi che vengono legate tra loro da enzimi chiamate ligasi. Alla fine si ottengono due molecole di DNA. Una volta che la replicazione del DNA è completa segue una breve fase G2 in cui avviene la sintesi delle proteine. La cellula allora entra in fase M e ha inizio la vera e propria mitosi.

Mitosi

Consiste di quattro fasi: profase, metafase, anafase, telofase. Durante l’interfase, i filamenti di DNA sono debolmente spiralizzati e i cromosomi non sono visibili. La profase inizia solo dopo che la replicazione del DNA è completa, durante la profase i filamenti di DNA sono così strettamente spiralizzati da diventare visibili come entità individuali. Durante la profase precoce le due coppie di centrioli, connesse alle fibre del fuso, si muovono in direzione opposta l’una con l’altra. Nel citoplasma si irradiano sottili microtubuli chiamati raggi astrali. Quando i cromosomi terminano la loro spiralizzazione, l’involucro nucleare si disgrega. Le due coppie di ciascun cromosoma sono chiamate cromatidi e in questa fase sono connessi in un unico punto detto centromero. Le fibre del fuso si estendono ora tra i cromosomi, alcune di queste fibre si legano ai centromeri, queste fibre prendono il nome di microtubuli cromosomali.

In metafase i centromeri si muovono lungo i microtubuli cromosomali verso una zona centrale sottile detta piastra metafasica. L’anafase inizia quando il centromero di ogni coppia di cromatidi si separa. I due cromatidi sono poi tirati verso i poli opposti della cellula lungo i microtubuli cromosomali. Alla fine dell’anafase i cromosomi figli arrivano in prossimità dei centrioli ai poli opposti della cellula che si sta dividendo. La telofase rappresenta per tanti versi il contrario della profase perché le cellule si preparano a ritornare allo stadio di interfase. Si ha la formazione delle membrane nucleari, i nuclei si ingrandiscono e i cromosomi gradualmente si desiralizzano. Dopo la scomparsa dei cromosomi riappaiono i nucleoli, e i nuclei riprendono l’aspetto tipico dell’interfase.

La telofase segna la fine della mitosi anche se le cellule figlie non si sono ancora completamente separate. Questo processo di separazione è detto citochinesi e inizia quando i cromosomi figli si sono avvicinati ai poli opposti del fuso mitotico, con la contrazione del citoplasma lungo il piano della piastra metafasica che forma un solco di segmentazione.

Tessuti

Tessuto epiteliale

Il tessuto epiteliale è formato da uno strato compatto di cellule, non vascolarizzato che ricopre superfici esposte o tappezza cavità e condotti. 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 assente;
• Polarità: in genere ogni epitelio presenta una superficie apicale rivolta verso l’esterno del corpo o verso le cavità interne, e una superficie basale che lo connette ai tessuti circostanti;
• Ancorggio: la superficie basale di un epitelio aderisce a una sottile membrana basale;
• Avascolarità: a causa di ciò, le cellule epiteliali devono rifornirsi di sostanze nutritive tramite diffusione o assorbimento attraverso le superfici apicale e basale;