Appunti esame citologia ed istologia

Studia la funzione e la struttura della cellula (l’unità fondamentale della materia)

TEORIA CELLULARE DI SHWANN E SCHLEIDEN: ’unità

1) tutti gli organismi sono composti da cellule; 2) la cellula è l organizzativa di base della materia

vivente; 3) ogni cellula deriva da una cellula preesistente (Virchow).

La vita terrestre è iniziata 3,5/ 3.8 miliardi di anni fa. Con le mutazioni del DNA i discendenti hanno preso a

divergere. A un certo punto una cellula eucariotica ancestrale ha inglobato un batterio con metabolismo

ossidativo ed è iniziata una simbiosi. Questa cellula ha dato vita a cellule animali con mitocondri. La cellula

primitiva che invece ha inglobato un batterio fotosintetico ha dato vita alla cellula vegetale con mitocondri

e cloroplasti.

La MATERIA comprende:

COMPONENTI ORGANICI Glucidi (1%); Lipidi (2-3%); Protidi (20%); Acidi nucleici (1-1,5%)

COMPONENTI INORGANICI Acqua (60%); Sali minerali (1%)

PROTOPLASMA = soluzione acquosa di sali minerali e molecole organiche

LEGAMI CHIMICI: FORTI (IONICO E COVALENTE) e DEBOLI (INTERAZIONI IDROFOBICHE e IDROGENO)

POLIMERIZZAZIONE= insorgenza e stazionamento di cariche elettriche in zone di una molecola biologica

IDROFILIA= compatibilità della molecola biologica con il mezzo acquoso

ACQUA

- DIPOLO MAGNETICO

- SOLVENTE biologico per eccellenza

•

- PRODOTTO IONICO a 25° [H₊] [OH₋] = 10₋₁₄

- SOLVATAZIONE ≠

- AGENTE DI STABILIZZAZIONE (può formare legami a idrogeno stato solido stato aeriforme)

- ELEVATO CALORE SPECIFICO

- MEZZO DI TRASPORTO

- MEZZO DI REGOLAZIONE TERMICA

GLUCIDI (C+H+O)

Sono sostanze di sostegno e fonte di energia. Si dividono in:

MONOSACCARIDI hanno 3/7 atomi di C (possono assumere struttura ciclica) e si dividono in PENTOSI

(ribosio e desossiribosio) ed ESOSI (GLUCOSIO, GALATTOSIO, FRUTTOSIO)

Quando l’ossidrile semiacetalico o semichetalico di un monosaccaride si lega a un gruppo alcolico di un

altro monosaccaride si forma un legame O-glucosidico

OLIGOSACCARIDI hanno 2/10 monosaccaridi. MALTOSIO, LATTOSIO, SACCAROSIO

POLISACCARIDI si distinguono in OMOPOLISACCARIDI (AMIDO, GLICOGENO, CELLULOSA) e

ETEROPOLISACCARIDI (ACIDO IALURONICO, EPARINA)

MUCOPOLISACCARIDI: GAG, glicosaminoglicani. Sono composti da catene di unità disaccaridiche che si

ripetono e uno dei due zuccheri è un AMINOZUCCHERO. Sono idrofili, trattengono l’acqua e sono

fondamentali per la struttura e la funzione di molti tessuti

MUCOPROTEINE: PROTEOGLICANI (molecole più grandi delle glicoproteine) = GAG 95% + PROTEINE 5%

GLICOPROTEINE: OLIGOSACCARIDI + PROTEINE. Sono la componente essenziale del glicocalice e delle

membrane plasmatiche

LIPIDI

Sono INSOLUBILI in acqua. Si dividono in SEMPLICI APOLARI (comprendono cere, esteri degli steroli,

gliceridi, oli e grassi) e COMPLESSI ANFIPATICI

- in base alla natura del residuo idrofilico si dividono in FOSFOLIPIDI e GLICOLIPIDI;

- in base alla natura del residuo idrofobico si dividono in SFINGOLIPIDI E FOSFOGLICERIDI

In acqua formano MONOLAYER, BILAYER e MICELLE

MACROMOLECOLE

PROTEINE aminoacidi 20

ACIDI NUCLEICI nucleotidi 4

PROTEINE

Possono essere SEMPLICI (gruppo proteico) e CONIUGATE (gruppo proteico + gruppo prostetico)

Gli AMINOACIDI sono APOLARI (NO affinità per acqua), POLARI NEUTRI, BASICI, ACIDI

FUNZIONI:

- ENZIMI

- ANTICORPI

- DEPOSITO

- TRASPORTO

- ORMONALI

- RECETTORIALI

- CONTRATTILI

- SRUTTURALI

Le proteine possono denaturarsi e rinaturarsi. Gli agenti denaturanti sono sia fisici (calore e radiazioni

ionizzanti) sia chimici (pH, alta concentrazione urea)

STRUTTURA PRIMARIA è data dalla sequenza degli aminoacidi, che si legano con il LEGAME PEPTIDICO

covalente (richiede energia e l’intervento di enzimi) β-cheratina

STRUTTURA SECONDARIA si tratta di legami a idrogeno. Si distinguono la (più rigida e meno

frequente. I gruppi R sporgono sotto e sopra) e l’α-elica (più frequente. I gruppi R sporgono lateralmente)

STRUTTURA TERZIARIA è data sia da legami deboli sia da legami forti e corrisponde alla struttura

tridimensionale della proteina

STRUTTURA QUATERNARIA più subunità proteiche si uniscono tra loro per svolgere meglio una funzione

(SINERGISMO). Es. EMOGLOBINA

ENZIMI

Il metabolismo comprende reazioni endoergoniche anaboliche e reazioni esoergoniche cataboliche. Le

’energia

reazioni, per avvenire, necessitano di enzimi che sono CATALIZZATORI BIOLOGICI e abbassano l di

attivazione. Esistono 2 meccanismi di azione:

↔ → → ↔

E + S ES P + E E + P ES E + S

Gli enzimi sono specifici e possono entrare in gioco anche cofattori e coenzimi. La velocità con cui un

enzima catalizza una reazione è influenzata dalla temperatura e dal pH ed è espressa dalla COSTANTE DI

MICHAELIS Km più Km è piccola più è elevata l’affinità dell’enzima per il substrato.

L’enzima può avere più siti attivi e questo comporta la CINETICA DI SATURAZIONE all’aumentare della

concentrazione del substrato i prodotti d’azione aumentano fino alla saturazione.

La cellula economizza tutto infatti può:

- inattivare o attivare il primo enzima a seguito di un eccesso o di una mancanza di prodotto finale

(REGOLAZIONE A FEEDBACK)

- se il prodotto finale non serve la cellula non sintetizza gli enzimi

- COMPARTIMENTZIONE DELLE VIE METABOLICHE

ACIDI NUCLEICI

DNA (contiene l’informazione) e RNA (interviene nell’espressione dell’informazione). Sono polimeri di

nucleotidi = base azotata + acido fosforico + zucchero pentoso {legami covalenti.

Le basi sono le PURINE A-G (2 legami a idrogeno) e le PIRIMIDINE C-T-U (3 legami a idrogeno).

%A = %T; %G = %C COMPLEMENTARITA’ DELLE BASI

A +G = T + C

NUCLEOSIDE legame N-glicosidico tra il carbonio 1 dello zucchero e la base azotata

NUCLEOTIDE legame fosfodiesterico tra il carbonio in posizione 5’ dello zucchero e il gruppo fosforico

DNA

Struttura primaria è data dalla sequenza dei nucleotidi

Struttura secondaria corrisponde alla disposizione spaziale. La struttura tridimensionale più comune è la

conformazione B: doppia elica formata da due catene polinucleotidiche avvolte a spirale con andamento

destrorso. I filamenti complementari decorrono in direzione antiparallela

Diametro 2 nm; 10 basi a giro; passo 3,4 nm

La doppia elica presenta un SOLCO MAGGIORE e un SOLCO MINORE

Il modello di duplicazione del DNA è SEMICONSERVATIVO.

CODICE GENETICO (UNIVERSALE, DEGENERATO, RIDONDANTE) = correlazione esistente tra ciascun

aminoacido e una tripletta determinata di nucleotidi (codoni). I 4 nucleotidi, presi 3 alla volta, formano 64

combinazioni differenti fra loro più che sufficienti per codificare i 20 aminoacidi.

Gli aminoacidi vengono codificati da più triplette, ma ogni tripletta è specifica per un solo aminoacido.

Codoni di stop UAA, UGA, UAG

GENE = tratto di DNA che contiene l’informazione per l’intera proteina

GENOMA = totalità del DNA contenuto in un organismo

FUNZIONI DNA:

- REDUPLICA SE STESSO

- TRASCRIVE LA SUA INFORMAZIONE SU MOLECOLE DI mRNA CHE, A LORO VOLTA, VENGONO

TRADOTTE IN PROTEINE RNA

Sono a singolo filamento ma non sempre, hanno vita limitata e non sono in grado di reduplicarsi. Esistono

vari tipi di RNA:

mRNA moltissimi

tRNA 45 tipi

rRNA 3/4 tipi

scRNA piccoli RNA citoplasmatici implicati nello smistamento delle proteine

snRNA piccoli RNA nucleari implicati nella maturazione dell’mRNA

miRNA micro RNA implicati nella regolazione dell’espressione genica

tRNA

Hanno una struttura a trifoglio con anse alternate a doppia

elica

La specificità degli aminoacidi è data da un enzima che lavora

insieme al D loop: l’AMINOACIL-tRNA SINTETASI. Gli

aminoacidi impegnati nella sintesi di una proteina devono

essere attivati. L’attivazione è sostenuta dall’idrolisi di ATP ma

necessita l’intervento dell’enzima sopracitato. Questo enzima

ha 3 siti di legame:

- SITO 1 accoglie l’ansa D

- SITO 2 accoglie l’adenina

- SITO 3 accoglie l’aminoacido

L’adenina si lega al sito 2 e l’aminoacido si lega al sito 3.

Aminoacido e adenina formano il complesso aminoacido-

AMP. Il sito 1 viene occupato dall’ansa D. Il tRNA ha a 3’ la

tripletta CCA: l’adenina dell’aminoacido scaccia l’adenina

dell’AMP per interagire con l’aminoacido rRNA

RIBOSOMI = PROTEINE + rRNA. Sono gli organelli principali coinvolti nella sintesi proteica e possono essere

liberi o adesi alla membrana. Si trovano anche nei mitocondri e nei cloroplasti.

POLIRIBOSOMA = RIBOSOMI ASSOCIATI ALLO STESSO mRNA

I ribosomi hanno una SUBUNITA’ MAGGIORE e una SUBUNITA’ MINORE, che si uniscono solo quando il

ribosoma si associa con una molecola di tRNA e inizia la traduzione

La METIONINA è il primo aminoacido di qualsiasi catena polipeptidica

SINTESI PROTEICA:

- INIZIO la subunità minore si lega all’mRNA, il MET-tRNA, con anticodone UAC, complementare a

quello dell’mRNA AUG si trova nel SITO P e le due subunità si legano formando un ribosoma

funzionale;

- ALLUNGAMENTO gli aminoacidi si legano uno ad uno e un secondo complesso tRNA-aminoacido

entra nel SITO A e si forma un legame tra l’aminoacido nel SITO P e l’aminoacido nel SITO A. Il tRNA

nel SITO P viene rilasciato e viene occupato dal complesso tRNA-aminoacido che si trovava nel SITO

A. A questo punto il SITO A accoglie un nuovo complesso tRNA-aminoacido. Il processo si ripete più

volte permettendo alla catena polipeptidica di allungarsi.

- TERMINE avviene grazie ai codoni di stop che staccano la catena polipeptidica dal SITO P. Le

proteine neosintetizzate assumono spontaneamente la loro struttura e alcune subiscono ritocchi.

–

VIRUS 100 300 nm

Sono formati da un solo acido nucleico. Si distinguono DESOSSIRIBOVIRUS e RIBOVIRUS. Si distinguono

anche in base alla forma: cubica, elicoidale, complessa. Il genoma è racchiuso dentro un CAPSIDE e talvolta

è presente anche il PEPLOS o PERICAPSIDE. Sono ENDOPARASSITI OBBLIGATI.

Esistono 2 meccanismi di penetrazione:

1) PENETRAZIONE DELL’INTERA PARTICELLA VIRALE

2) PENETRAZIONE DEL SOLO GENOMA

Una volta penetrato il virus può scegliere tra CICLO LITICO (replicazione immediata del genoma) o CICLO

LISOGENO – μm

PROCARIOTI 0,5 0,8

Sono organismi unicellulari privi di S.M.I. e non hanno nucleo. Hanno una membrana plasmatica e una

“nudo”

parete cellulare rigida. Presentano un NUCLEOIDE ossia un singolo filamento di DNA (senza

proteine). Nel citoplasma ci sono ribosomi. Si riproducono per scissione

MESOSOMA = pliche di membrana dove alloggiano gli enzimi della fosforilazione ossidativa.

La parete è fatta da MUREINA. La presenza o meno della mureina ci permette di distinguere i batteri in

gram positivi (viola) e gram negativi (rossi).

In base alla forma si dividono in COCCHI, SPIROCHETE, BACILLI. Possono presentare FLAGELLI costituiti da

flagellina. μm –

EUCARIOTI 5 8 cm

Sono organismi sia unicellulari sia pluricellulari.

Plurinuclearità:

SINCIZIO = numerose cellule si fondono tra loro

PLASMODIO = numerose cellule si dividono

Hanno S.M.I. e si distingue un NUCLEO. Il DNA è lineare e polirepliconico ed è associato a proteine.

Presentano ribosomi.

Giulio Bizzozzero, 1800 divise le cellule in LABILI, STABILI, PERENNI.

LEGGE DI DRIESCH cellule omologhe di individui della stessa specie o di specie affini hanno grandezza

pressoché costante (le cellule di un topo non sono più piccole di quelle di un elefante)

Tutte le cellule di cui è composto l’organismo prendono origine dallo zigote e acquisiscono la loro forma

definitiva dopo il differenziamento cellulare.

LEGGE DI HERTWIG l’organismo è organizzato in cellule per adeguare la superficie di scambio. In cellule

dello stesso tipo il rapporto nucleo/ citoplasma è costante: quando la massa del citoplasma aumenta la

cellula tenderà a dividersi.

Esiste anche una relazione tra il volume cellulare e la quantità di DNA contenuta nel nucleo.

ANALISI MORFOLOGICA si avvale dei microscopi e ha un approccio conservativo

ANALISI BIOCHIMICA E FUNZIONALE ha un approccio distruttivo

ALLESTIMENTO DEI CAMPIONI

1) FISSAZIONE preserva la cellula dall’alterazione post mortem. Esistono fissatori chimici (che

coagulano o che non coagulano le proteine) e fissatori fisici (congelamento e rapido riscaldamento)

2) DISIDRATAZIONE

3) INCLUSIONE in PARAFFINA per dare maggiore consistenza al materiale in esame

4) SEZIONAMENTO MICROTOMO

5) COLORAZIONI ISTOLOGICHE possono essere DIRETTE o SOSTANTIVATE e INDIRETTE o

AGGIUNTIVE o PER MORDENZA. Possono essere semplici (1 solo colorante) e combinate, naturali o

artificiali. La combinazione più frequente è l’EMATOSSILINA-EOSINA

EMATOSSILINA ha affinità per DNA, RNA e alcune proteine molecole cariche negativamente

EOSINA ha affinità per le proteine del citosol molecole cariche positivamente

0,2 mm…200 μm

RISOLUZIONE DELL’OCCHIO μm…200 nm

RISOLUZIONE DEL MISCROSCOPIO OTTICO 0,2

RISOLUZIONE DEL MICROSCOPIO ELETTRONICO 0,2 nm…2 Angstroms

MICROSCOPIO OTTICO: è basato sull’interazione tra un raggio luminoso e il campione in esame

 A CONTRASTO DI FASE

 A LUCE POLARIZZATA

 INTERFERENZIALE DI NOMARSKI

 A FLUORESCENZA: la fluorescenza è la proprietà di alcune sostanze di assorbire radiazioni

ultraviolette ed emettere radiazioni visibili. La fluorescenza può essere naturale e secondaria.

Quando il preparato viene eccitato dall’alto si ha EPIFLUORESCENZA, quando il preparato viene

eccitato dal basso si ha IPOFLUORESCENZA ’immagine

 CONFOCALE: analizza un piano per volta e permette di ricostruire con il computer l

tridimensionale. La TECNICA FRAP misura la mobilità molecolare e la TECNICA FRET studia le

interazioni molecolari

MICROSCOPIO ELETTRONICO: il campione in esame viene colpito da un fascio di elettroni

 A TRASMISSIONE: non si può analizzare materiale vivente, il preparato deve essere molto sottile, le

lenti sono magnetiche. MAGGIORE POTERE DI RISOLUZIONE

 A SCANSIONE: produce immagini 3D, il preparato è meno sottile rispetto al preparato per il

microscopio a trasmissione. MINORE POTERE DI RISOLUZIONE

MEMBRANA PLASMATICA 5-10 nm

I costituenti sono: LIPIDI, PROTEINE, GLUCIDI. BILAYER FOSFOLIPIDICO

LIPIDI

I più abbondanti sono i FOSFOLIPIDI e i fosfogliceridi. Il fosfato carico

negativamente può essere esterificato con la colina per formare la

FOSFATIDICOLINA, che è il fosfolipide più abbondante della membrana.

Gli SFINGOLIPIDI derivano dalla sfingosina. La sfingomielina è il più

abbondante degli sfingolipidi.

Quando un carboidrato si lega alla sfingosina si ottengono i GLICOLIPIDI

(particolarmente presenti nella cellula nervosa). Il più semplice è il

glucosilceramide.

Il COLESTEROLO è un lipide semplice con 4 anelli condensati. Si inserisce tra le

code degli acidi grassi influenzando così la permeabilità della membrana.

PROTEINE

La tecnica FREEZE ETCHING ha permesso di osservare una faccia A e una faccia B. Queste facce presentano

delle protuberanze che sono proteine.

 PROTEINE INTEGRALI O INTRINSECHE O TRANSMEMBRANA anfipatiche

 PROTEINE PERIFERICHE O ESTRINSECHE

 PROTEINE ANCORATE non attraversano la struttura lipidica

La membrana è caratterizzata da:

1) DISCONTINUITA’: le proteine intrinseche interrompono più volte la struttura lipidica;

2) FLUIDITA’: i lipidi diffondono lateralmente all’interno del proprio strato. Esistono anche movimenti

flip-flop;

3) ASIMMETRIA: i costituenti della membrana sono distribuiti asimmetricamente e sono localizzati in

maniera diversa. regioni ricche in sfingolipidi e colesterolo.

ZATTERE LIPIDICHE=

Sotto la membrana c’è una corteccia data da una rete di microfilamenti che danno rinforzo.

GLUCIDI

Sono situati solo nel foglietto esterno e vanno a costituire il GLICOCALICE.

FUNZIONI DEL GLICOCALICE:

- PROTEZIONE

- FILTRO MOLECOLARE

- CONFERISCE CARICHE ELETTRICHE DI SUPERFICIE

- MICROSPUGNA

- RICONOSCIMENTO E ADESIVITA’

- RECETTORIALE

FUNZIONI DELLA MEMBRANA:

- TRASPORTO DI SOSTANZE

- DI RELAZIONE

- DIVISIONE CELLULARE

La membrana è SELETTIVAMENTE PERMEABILE il passaggio di sostanze è mediato da proteine

TRASPORTO ATTIVO contro gradiente di concentrazione, richiede ATP

 POMPE CALCIO: trasportano il calcio fuori dalla cellula o nel REL per mantenere bassa la

concentrazione nel citoplasma

 POMPE PROTONICHE: trasportano protoni nei lisosomi per mantenere basso il pH

 POMPE SODIO-POTASSIO: differenza di potenziale -70 mV

TRASPORTO PASSIVO secondo gradiente di concentrazione, non richiede ATP

 DIFFUSIONE SEMPLICE: passano ossigeno, anidride carbonica, urea, etanolo

 DIFFUSIONE FACILITATA: è mediata da TRASPORTATORI (UNIPORTO, SIMPORTO, ANTIPORTO) e

PROTEINE CANALE (ACQUAPORINE e CANALI IONICI). Es. CANALE PER IL SODIO: il sodio è solfatato

ma è più piccolo del potassio e passa; CANALE PER IL POTASSIO: il sodio resta solfatato ma il

potassio perde una molecola d’acqua.

 OSMOSI: l’acqua attraversa la membrana cellulare passando da una soluzione ipotonica a una

ipertonica (più concentrata). Il passaggio è mediato da acquaporine e può avven ire sia per

diffusione semplice sia per diffusione facilitata.

RETICOLO ENDOPLASMATICO

RER

E’ formato da cisterne appiattite e presenta numerosi RIBOSOMI a contatto con delle RIBOFORINE.

FUNZIONI:

- SINTESI PROTEICA

MECCANISMO DI INDIRIZZAMENTO ALL’RE: