Appunti citologia

Citologia

Docente e anno accademico

Docente: Professoressa Dall'Aglio

Anno accademico: 2017-2018

Facoltà di Medicina Veterinaria di Perugia

La cellula

Le cellule si dividono in due grossi gruppi: procariotiche ed eucariotiche.

La cellula procariotica

La cellula procariotica forma organismi procarioti, che generalmente sono unicellulari, visibili tramite microscopio ottico o elettronico (più sofisticato). La cellula procariotica è avvolta da un involucro, rappresentato dalla membrana plasmatica, intorno alla quale c’è la parete polisaccaridica, rigida.

Alcune cellule procariotiche, inoltre, presentano un ulteriore involucro esterno, la capsula. All’interno troviamo citoplasma e strutture in esso disperse. Non sono presenti alcune strutture membranose, infatti il nucleo è assente e il DNA si presenta sotto forma di un singolo filamento a doppia elica avvolto a formare un anello generalmente nudo (non associato ad altre molecole) e presente nel nucleoide, una certa porzione della cellula. Gli unici organuli che troviamo sono i ribosomi, più piccoli rispetto a quelli della cellula eucariotica, anche se sovrapponibili dal punto di vista funzionale. Nel citoplasma inoltre possiamo ritrovare proteine sparse. Possono essere presenti flagelli, dunque si tratterà di cellule mobili.

La cellula eucariotica

La cellula eucariotica forma organismi eucarioti, sia animali che vegetali, sia unicellulari che pluricellulari. Sono delimitate da un unico involucro, la membrana plasmatica (o plasmalemma). Le cellule animali, esternamente al plasmalemma, presentano anche la parete cellulare.

All’interno ci sono due grossi compartimenti: citoplasmatico e nucleare, separati dall’involucro che avvolge e delimita il nucleo. Nel citoplasma sono presenti anche altri organuli delimitati da membrana: organuli membranosi reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, apparato di Golgi, lisosomi ecc. Ci sono poi organuli non membranosi: ribosomi, centrioli e tutti i compartimenti del citoscheletro. La struttura delle cellule eucariotiche, quindi, è molto più complessa rispetto a quella delle cellule procariotiche. Ognuno degli organuli presenti svolge attività specifiche proprie. Fondamentale è la presenza del nucleo, che funge da discriminante quando si analizza un preparato istologico, poiché il nucleo è la caratteristica distintiva delle cellule eucariotiche.

Tuttavia ci sono cellule eucariotiche prive di nucleo, come gli eritrociti maturi dei mammiferi. Alcune cellule eucariotiche invece hanno più di un nucleo e, sulla base del meccanismo di formazione, distinguiamo queste cellule in due tipi:

• Sincizio: abbiamo la fusione citoplasmatica di tante cellule mononucleate; questa fusione però non riguarda i nuclei, che rimangono indivisi.
• Plasmodio: una cellula mononucleata va incontro a una serie successiva di divisioni mitotiche, che interessano in questo caso solamente il nucleo, dunque non seguite da citodieresi.

Forma delle cellule

Le cellule eucariotiche hanno forme molto diversificate e la forma delle cellule rispecchia la funzionalità. Ad esempio, l’eritrocita deve transitare all’interno dei vasi sanguigni, dunque ha una forma rotondeggiante e superfici lisce, che possano coadiuvare la sua funzione.

Il neurone ha tanti prolungamenti perché con questi deve raggiungere distretti più o meno lontani per la trasmissione e la ricezione dell’impulso nervoso. Il gamete maschile, lo spermatozoo, ha piccole dimensioni e un flagello, perché ovviamente deve muoversi per raggiungere la cellula uovo. Questa invece è grande e rotondeggiante, infatti rimane nella tuba uterina fino alla fecondazione. A volte le cellule, se allontanate dal contesto in cui si trovano, possono modificare la loro forma. Sulla base di questo distinguiamo le cellule in:

• Cellule con forma propria (costante): come il neurone e i gameti, che mantengono la loro forma.
• Cellule con forma mutevole: come i globuli bianchi che possono allontanarsi dai vasi sanguigni e spostarsi nel tessuto connettivo, dove modificano la loro forma e, dunque, la loro funzione.

Dimensioni

Normalmente le cellule si trovano nell’intervallo di grandezza che va dai 7 ai 120 micrometri. Nella cellula eucariotica le dimensioni sono condizionate da due rapporti fondamentali:

1. Rapporto nucleo-citoplasma: tipico di ogni cellula. Quando la cellula aumenta di dimensioni, il rapporto deve essere mantenuto costante. Se le dimensioni cellulari aumentano troppo rispetto alle dimensioni del nucleo, la cellula deve smettere di crescere o dividersi.
2. Rapporto superficie cellulare-volume cellulare: più è voluminosa la cellula, meno estesa è la superficie cellulare. Però, poiché attraverso la superficie cellulare avvengono gli scambi con l’ambiente esterno, se la superficie è meno estesa, la cellula compie meno scambi ed è metabolicamente meno attiva. Quindi deve avere un volume contenuto per permettere sufficienti scambi con l’ambiente esterno.

Ovviamente ci sono delle eccezioni. Ad esempio, i neuroni, pur essendo molto voluminosi, sono metabolicamente molto attivi.

Le cellule, sulla base della durata della loro vita, possono essere distinte in:

• Perenni: una volta che sono mature e che hanno raggiunto le loro dimensioni definitive, permangono per tutta la vita dell’organismo e perdono la capacità proliferativa, come il neurone.
• Stabili: possono vivere per tutta la vita dell’organismo però mantengono la loro capacità proliferativa. Possono proliferare solo se si presentano situazioni patologiche, come lesioni più o meno contenute. Sono stabili, ad esempio, le cellule muscolari, epatiche, endoteliali.
• Labili: hanno una vita molto breve e mantengono la loro capacità proliferativa per tutta la vita. Vanno incontro a continue mitosi. I tessuti formati da queste cellule sono sottoposti a rinnovamenti continui. Tutte le cellule epiteliali sono labili.

Microscopia delle cellule

Ovviamente per osservare cellule e tessuti è necessario l’uso del microscopio. Ci sono dei passaggi fondamentali nella preparazione e nello studio del vetrino.

• Prelievo del tessuto: che vogliamo osservare.
• Fissazione: se non lo fissiamo, il tessuto va incontro a degenerazione e perde le sue caratteristiche distintive. Quindi blocchiamo tutte le attività enzimatiche cercando di preservare la struttura di partenza. Dunque la fissazione ha lo scopo di stabilizzare il tessuto. I fissativi possono essere chimici e fisici. Il fissativo chimico è un agente chimico disciolto in una soluzione tampone, per mantenere il pH stabile (fondamentale per far avvenire bene la fissazione). Altro fissativo è la formaldeide.

I fissativi chimici possono essere utilizzati per immersione, per perfusione o sfruttando i vapori. L’immersione consiste nell’immersione fisica del tessuto nel fissativo (è la più utilizzata). La perfusione si fa generalmente con gli animali da laboratorio: piccoli animali. In questo caso il fissativo viene direttamente immesso nel sistema circolatorio dell’animale dopo l’uscita del sangue. È un metodo molto cruento. Lo sfruttamento dei vapori è poco utilizzato perché può essere pericoloso per chi compie la preparazione.

I principali fattori coinvolti nell’esito della fissazione chimica sono:

• La dimensione del tessuto: minori sono le dimensioni, più rapida è la fissazione.
• La temperatura: più è alta, più rapida è la fissazione.
• pH: rimane costante grazie alla soluzione tampone.
• Durata: non deve essere troppo prolungata.

Il campione in seguito viene tolto dal fissativo e va incontro a dei passaggi che prevedono l’impiego di alcoli a diversa concentrazione. Poi si passa il tessuto nello xilo e si inserisce all’interno di un blocchetto di paraffina, per cercare di rendere il tessuto duro, della giusta consistenza per poterlo tagliare. A questo punto inseriamo il tessuto nel microtomo che presenta una lama che taglia il tessuto in sezioni molto piccole. Queste sezioni vengono raccolte e posizionate sul vetrino; vengono fatte asciugare per aderire bene al vetrino e infine vengono colorate.

C’è un tipo di fissativo fisico che è il congelamento. In questo caso il tessuto prelevato viene immediatamente congelato, così si bloccano tutte le attività cellulari e il tessuto si indurisce, quindi non necessita di inclusione in paraffina e può essere direttamente tagliato dal microtomo in una cella frigorifera: il criostato.

Colorazione

Se prendiamo una sezione di tessuto e la osserviamo al microscopio senza averla colorata, non vediamo nulla. Per vedere il tessuto dobbiamo effettuare una colorazione che può essere istologica o istochimica.

• Colorazione istologica: ci permette di apprezzare il tessuto. La classica è l’ematossilina-eosina.
• Colorazione istochimica: vengono fatte per apprezzare il secreto di alcune ghiandole, per esempio. Sono colorazioni specifiche. Non ci indica le strutture della ghiandola, ma la sua funzionalità. Dunque si basa sulle relazioni tra colorante e secreto.

Inoltre, le colorazioni possono essere dirette, se la sostanza colorante viene direttamente applicata sulla sezione, o indirette se la colorazione segue un altro trattamento. Possono poi essere semplici, se viene utilizzato un solo colorante, o combinate, se vengono utilizzati più coloranti.

La membrana plasmatica

La membrana plasmatica è un involucro molto sottile che separa l’ambiente extracellulare da quello endocellulare. Ha una composizione prevalentemente lipoproteica e glucidica. È una barriera che regola il traffico di molecole tra ambiente esterno e interno e viceversa. È semipermeabile, estremamente selettiva. Vista al microscopio elettronico, si può vedere la sua struttura trilaminare: gli strati esterno e interno appaiono più scuri con uno spessore di 2 nanometri ciascuno e tra i due è presente uno strato intermedio più chiaro avente uno spessore di 3-4 nanometri. Questa struttura è dovuta alla disposizione dei fosfolipidi che formano la membrana: i fosfolipidi formano un doppio strato con le teste idrofiliche rivolte verso lo spazio extra e endocellulare (dove è presente acqua) e le code idrofobiche che si affrontano verso l’interno: bilayer. Tutti i lipidi infatti sono anfipatici, presentano cioè una porzione idrofilica (polare) e una idrofobica (apolare).

Sono presenti poi delle proteine inserite più o meno in profondità. Da Singer e Nicolson, la membrana viene definita come mosaico fluido. “Mosaico” perché costituita da elementi differenti; “fluido” per la discreta mobilità di questi elementi.

I lipidi che troviamo nella membrana plasmatica sono:

• Fosfolipidi, i più rappresentati
• Colesterolo, in quantità variabile
• Sfingolipidi, meno numerosi

Ruoli dei lipidi di membrana

• Significato strutturale: vanno a costituire meccanicamente la membrana, influenzandone la fluidità. Il colesterolo diminuisce la fluidità di membrana. Inoltre, gli acidi grassi saturi a lunga catena rendono la membrana più rigida, per le maggiori interazioni che si vengono a formare. Invece, gli acidi grassi insaturi a catena più corta presenteranno interazioni minori determinando una maggiore fluidità della membrana.
• Significato funzionale: partecipano a molti processi metabolici e influenzano l’attività delle proteine che sono presenti.

Le proteine della membrana plasmatica possono essere:

1. Estrinseche (periferiche): si appoggiano alla regione polare della membrana plasmatica, proiettandosi sia nello spazio extracellulare che intracellulare.
2. Intrinseche: penetrano nello spessore della membrana plasmatica ma non sono in grado di attraversarne la parte centrale.
3. Transmembrana: attraversano la totalità dello spessore della membrana plasmatica e generalmente sporgono da entrambi i lati della stessa. Sono generalmente molto lunghe, ripiegandosi su se stesse e attraversando più volte il doppio strato fosfolipidico, formando proteine multipasso.

Ruoli delle proteine di membrana

• Strutturale: formano meccanicamente la membrana.
• Enzimi
• Recettori: recepiscono stimoli dall’ambiente esterno.
• Canali: attraversano lo spessore della membrana e permettono il passaggio di molecole specifiche.
• Carrier: canali che modificano la loro struttura conformazionale, aprendosi da una parte o dall’altra della membrana, permettendo il transito di molecole.
• CAM: proteine di adesione cellulare.
• Proteine legate al riconoscimento cellulare.

Inoltre, la membrana plasmatica è costituita da zuccheri, gli oligosaccaridi, che si dispongono unendosi a lipidi di membrana (glicolipidi) o a proteine di membrana (glicoproteine o proteoglicani). Gli zuccheri si trovano sulla superficie esterna a formare il glicocalice, è la parte più esterna della cellula e quindi regola e favorisce tutti gli scambi con l’ambiente esterno. Favorisce l’adesione cellulare, regola e favorisce l’assorbimento delle sostanze. Pur essendo sottile, protegge la cellula dalle sollecitazioni meccaniche ed è in grado di impedire il passaggio di sostanze nocive.

Dunque, nel complesso, la membrana plasmatica è discontinua, perché le proteine (soprattutto quelle transmembrana) interrompono la fluidità dei lipidi. È fluida a 37° grazie ai lipidi. È asimmetrica perché i lipidi e le proteine sono distribuiti in maniera asimmetrica e perché troviamo gli zuccheri solo sul lato esterno. Abbiamo già visto in che modo i lipidi condizionano la fluidità della membrana.

Inoltre, la membrana è semipermeabile perché alcune sostanze possono transitare tranquillamente attraverso di essa per diffusione semplice; altre sostanze passano grazie a proteine secondo trasporto attivo o passivo.

Trasporto passivo

Il trasporto passivo avviene attraverso diffusione semplice e facilitata, senza consumo di energia poiché avviene secondo gradiente di concentrazione: le molecole si spostano da un ambiente a concentrazione maggiore a uno a concentrazione minore. Riguarda gas e piccole molecole.

Diffusione semplice: riguarda generalmente gas, sostanze che per diffusione attraversano il doppio strato fosfolipidico. Anche l’acqua, in quantità ridotte, può farlo.

Diffusione facilitata: utilizza proteine di membrana: carrier o canale. L’acqua utilizza delle proteine canale, le acquaporine, che permettono un flusso intenso e abbondante. Le proteine canale consentono il passaggio di ioni e piccole molecole. Generalmente sono provviste di sistemi di controllo che regolano l’apertura del canale centrale. Sono munite di “porte”. Il controllo può essere elettrico, determinato da legame con particolari sostanze (a controllo di ligando), meccanico, determinato da proteine G. Questi determinati segnali consentono ai canali di aprirsi. Il trasporto passivo tramite proteine uniporto: transita una sola molecola in una sola direzione.