Appunti citologia

Citologia

Introduzione

Schultze definisce la cellula per la prima volta, dicendo che è:

• La particella base dei viventi, contrattile quindi in continuo movimento.
• Delimitata da membrana non miscibile con acqua.
• Individua il nucleo interno e lo chiama “corpiciattolo”.

Teoria cellulare

• La cellula è l’unità fondamentale di tutti i viventi.
• Ogni cellula deriva da un’altra cellula (osservato con le colture all’inizio del 900).
• Tutte le cellule hanno un progenitore in comune.

Eccezioni

• Alcune cellule non sono microscopiche (es. cellula uovo umano/uccello).
• I tessuti hanno anche componente extracellulare.
• Alcune cellule si fondono con altre (sincizi=condividono più nuclei, plasmodi=nucleo diviso in più parti).
• I virus non sono cellule ma parassiti obbligati.
• Le cellule non sono necessariamente autonome.
• Inibizione da contatto: una volta riempito lo spazio, non si replicano più, o si differenziano o muoiono, interazione tra cellule, scambio di materiali.

Evoluzione cellulare da procariote a eucariote

• Teoria dell’invaginazione: invaginazione della membrana del procariote che ha dato origine agli organelli.
• Teoria dell’endosimbionte: endosimbiosi (collaborazione con vantaggio reciproco) tra due procarioti: quello fotosintetico o autotrofo viene inglobato nella cellula procariotica più grande.
  • Prova a favore: nei mitocondri e nei cloroplasti c’è DNA.

Proprietà della cellula

• Differenziamento: acquisizione di forma e funzione specifiche.
• Capacità di ricambio: metabolismo, rinnovo dei costituenti.
• Accrescimento: se diventa troppo grande va in ipertrofia.
• Movimento.
• Riproduzione: se genera troppe cellule va in iperplasia.
• Vita di durata variabile: muore per apoptosi (morte programmata), per necrosi (morte accidentale) o autofagia prolungata (mancano nutrienti).

Il microscopio

Può essere:

• Ottico (200 nm), anche a fluorescenza: preparato colorato con anticorpi o fluorocromi, visto con specifica lunghezza d'onda per distinguere i colori.
• Elettronico (2 Å), immagini in bianco e nero molto dettagliate, si usa il movimento degli elettroni.
• TEM a trasmissione: ingrandimento di dettagli a due dimensioni.
• SEM a scansione: meno dettagli ma tre dimensioni.

Biochimica della cellula

La cellula è fatta da H₂O per il 70%, altri elementi come C, H, N, O, P, e ioni Ca, Mg, Si e K.

Macromolecole

• Zuccheri (CH₂O)_n: fatti da OH, aldeidi e chetoni, che reagiscono con OH e ciclizzano la molecola, gli anelli formati si organizzano in polisaccaridi (glicogeno, amido, cellulosa e chitina), sono una riserva energetica e strutturale, sono componenti della matrice extracellulare e possono legarsi alle altre macromolecole (glicoproteine, glicolipidi).
• Lipidi: gruppo eterogeneo di composti (es. steroidi, fosfolipidi e acidi grassi saturi e insaturi), in genere sono molecole anfipatiche, sono riserva energetica (gocce lipidiche) o strutturale.
• Amminoacidi: legati da legame polipeptidico formano le proteine strutturali e fibrose (es. filamenti intermedi, collagene, cheratine) e non strutturali (es. enzimi, anticorpi, ormoni, trasportatori). Dalla loro catena laterale dipende il pH.
• Nucleotidi: costituite da base azotata (pirimidine C e T o purine A e G), zucchero pentoso (ribosio o desossiribosio) e un gruppo fosfato.
  • Tipico ATP, prodotto da mitocondri e citoplasma, rilascia energia con la rottura di legami ad alta energia, AMP ciclico, molecola segnale.
  • Costituiscono gli acidi nucleici (DNA e RNA): nucleotidi legati da legame fosfodiesterico tra il 3’OH e il 5’ fosfato.

I polimeri possono combinarsi tra loro: es. nucleoproteine (nucleotidi + proteine), proteoglicani (carboidrati + catene laterali).

Membrane biologiche

Barriera selettivamente permeabile tra citoplasma e ambiente esterno.

Funzione: confinano sostanze in ambienti specifici, mediano il trasporto di materiali e segnali elettrici e protezione da cellule estranee o alterate. Composta da fosfolipidi, proteine e glucidi (buona parte glicoproteine).

Struttura

• Fino agli anni '50 modello del Sandwich 1935 (Davson e Danielli): doppio strato fosfolipidico compreso tra due strati proteici. Ma con l’arrivo del microscopio elettronico vediamo una membrana uniforme trilaminare di 10 nanometri, incompatibile con questa ipotesi.
• 1972 Singer e Nicholson modello a mosaico fluido: proteine inserite nello strato fosfolipidico e dinamiche come iceberg in un fluido, dimostrato da Frey ed Edidin: marcano la stessa proteina su cellule di specie diverse (uomo e topo), uniscono le cellule, le proteine marcate si ridistribuiscono casualmente.

Componenti

• Fosfolipide: anfipatico, testa idrofilica polare e coda idrofobica apolare, comportamento favorevole in ambiente acquoso, solitamente associati a proteine.
• Colesterolo: stabilizza, rende meno o più fluida la membrana, precursore degli ormoni steroidei che infatti passano la membrana.
• Carboidrati: glicocalice, rivestimento cellulare fatto di catene di polisaccaridiche legate alle proteine o ai fosfolipidi, protegge la cellula ed è importante nel riconoscimento cellula-cellula.
• Proteine di membrana:
  • Proteine intrinseche (transmembrana) o periferiche, fatte da amminoacidi idrofilici nella regione che si proietta all’esterno del citoplasma e da residui idrofobici nella parte che sta nella membrana.
  • Proteine multipasso: sono troppo lunghe e si ripiegano a spirale nella membrana.
  • Proteine ancorate: legate ai fosfolipidi o ad acidi grassi inseriti in uno dei due foglietti.

Funzioni

• Ancoraggio (es. integrine, ancorano la cellula alla matrice extracellulare).
• Trasporto passivo (canali) e attivo (pompe).
• Enzimatica, catalizzatori di reazioni interne e di membrana.
• Trasduzione del segnale: recettori che portano l'informazione nella cellula.
• Riconoscimento di cellule estranee.
• Giunzioni intercellulari legano membrane vicine.

La membrana è asimmetrica:

• Faccia E: emi membrana esterna, più liscia.
• Faccia P: emi membrana protoplasmatica, più ruvida, contiene la maggior parte delle proteine.

Trasporto

La membrana è selettivamente permeabile: più la particella è piccola e solubile più attraversa.

Molecole piccole e idrofobiche, Molecole piccole, polari, Molecole grandi polari neutre, Ioni

• O₂, CO₂, N₂, Benzene: passano per diffusione semplice, necessario per la respirazione.
• H₂O, Glicerolo, Etanolo: passano ma con più difficoltà, più sono piccole più sono rapide.
• Amminoacidi, Glucosio, Nucleotidi: non attraversano la membrana da soli.
• Ca²⁺, Na⁺, Cl^-: sono polari quindi non passano.

Trasporto passivo

Non serve energia, va secondo gradiente di concentrazione, uniporto.

• Osmosi: movimento di solvente da soluzione ipotonica a soluzione ipertonica.
• Diffusione: movimento dalla zona a concentrazione di soluto alta alla zona bassa.
  • Può essere facilitata: vengono coinvolte proteine canale e carrier, usata da molecole non liposolubili.

Le proteine canale formano pori idrofilici detti canali ionici, alcuni specifici solo per un tipo di ione, altri ne fanno passare diversi, possono essere aperti o chiusi “con porta” classificati in base alla natura del controllo:

• Canali privi di porta: es. canali del potassio, flusso non controllato da cellule ma dalla concentrazione ai due lati della membrana.
• Canali a controllo elettrico: chiusura e apertura regolata da depolarizzazione e ripolarizzazione della membrana.
• Canali a controllo di ligando: la proteina canale si lega a una molecola segnale per aprirsi e rimangono aperti finché il legame non si spezza. I ligandi possono essere neurotrasmettitori (membrane postsinaptiche) o nucleotidi ciclici (es. cAMP o cGMP).
• Canali a controllo meccanico: si aprono solo con causa fisica.
• Canali ionici a controllo di proteina G: si aprono con interazione tra recettore e complesso proteina G.

Trasporto attivo

Necessita ATP, trasporta contro gradiente di concentrazione.

Il trasporto attivo primario = pompa ionica: regola la pressione osmotica e crea potenziale di membrana, produce energia per il trasporto secondario. La più importante è la pompa sodio potassio:

• Na più concentrato all’esterno e viceversa per K, situazione mantenuta da trasporto accoppiato antiporto.
• Due ioni K vengono portati all’interno (due siti di legami sulla faccia esterna) e tre ioni Na vengono espulsi (due siti di legame sul versante citoplasmatico).

Come funziona? ATPasi associata alla pompa, quando si legano i tre ioni Na, ATP diventa ADP e il fosfato fosforila l’ATPasi che cambia la forma della pompa e espelle Na, il legame esterno con K fa defosforilare l’ATPasi e la pompa torna alla conformazione originale facendo entrare lo ione.