Appunti riassunti e sistemati per esame di Biologia

BIOLOGIA 29/09/2020

-Il livello più piccolo è quello molecolare,

-le molecole si trovano all’interno delle cellule,

-le cellule si parlano tra di loro e formano delle reti neurali che elaborano le informazioni sensoriali

ed il movimento e gestisce i processi cognitivi le emozioni ed il comportamento.

LE NEUROSCIENZE:

Le Neuroscienze si occupano dello studio del cervello, che è l’organo più complesso del nostro

corpo e si ramificano in: biologia, anatomia, chimica, genetica, fisiologia e psicologia. Queste

discipline hanno lo scopo di descrivere il cervello in condizioni normali, determinare cosa succede

quando si alterano i suoi meccanismi e trovare strategie per prevenire malattie neurologiche,

disturbi psichiatrici e quant’altro. Le frontiere delle neuroscienze sono tante:

- l’utilizzo delle cellule staminali, che hanno capacità totipotenti, ovvero possono diventare

qualsiasi cosa, per riparare parti del tessuto nervoso danneggiate o morte;

-comprensione dei meccanismi che regolano l’invecchiamento;

-Visualizzazione del cervello in attività per comprendere dove e come esso svolga le funzioni vitali

e le funzioni cognitive che lo caratterizzano, distinguendolo da quello di altri animali.

L’INIZIO DELLE NEUROSCIENZE: TEORIA RETICOLARE E TEORIA NEURONALE

Le neuroscienze iniziano quando viene consegnato il premio nobel a C. Golgi (1843-1926) per la

TEORIA RETICOLARE e Santiago Ramon y Cajal: (1852-1934) per la TEORIA NEURONALE.

-TEORIA RETICOLARE (Golgi): Golgi prendeva parti del cervello, le fissava immergendole nel

bicromato di potassio, le teneva settimane in nitrato di argento fino alla formazione di

microcristalli di argento che si distribuivano su tutta la superficie del neurone. In seguito alle

colorazioni osservate Golgi postulò la teoria retericolare o sincizio continuo: secondo lui il sistema

nervoso era una rete continua di cellule interconnesse senza un inizio e una fine, quindi le fibre

conduttive, assoni e dendriti, erano connesse e l’impulso secondo lui poteva viaggiare

indifferentemente in entrambe le direzioni sui due tipi di fibre e cioè da e verso il corpo cellulare.

-TEORIA NEURONALE (Cajal 1889): Al contrario, sosteneva che le unità di base del sistema nervoso

sono rappresentate da elementi cellulari individuali ed indipendenti. Grazie al suo rigore

scientifico si rese conto che alcuni assoni terminavano liberamente, senza nessuna

interconnessione fisica con altre fibre nervose fondando così la teoria neuronale o polarizzazione

dinamica. Iniziò ad intuire che alcune ramificazioni (Polo Nord = albero dendritico) avevano una

funzione, altre ramificazioni ne avevano altre (Polo Sud =assone). Da qui deriva la parola

“polarizzazione”, perché le cellule hanno polo nord e polo sud.

Polarizzazione vuol dire che esiste un albero dendritico che riceve i segnali di input dall’esterno, li

convoglia al soma che li porta nell’assone che rappresenta l’output ovvero il segnale di uscita.

Quindi il neurone è dinamico, perché può cambiare, l’assone può diventare più lungo, più corto

e creare più ramificazioni per aumentare la quantità di sinapsi.

Negli anni 50 si ebbe conferma della teoria neuronale. Con Golgi e Cajal si gettano le basi della

neurobiologia.

Nel SNC, i corpi cellulari dei neuroni costituiscono la sostanza grigia e i loro dendriti e assoni

mielinizzati la sostanza bianca.

La mielina è uno strato di membrana che serve ad isolare e quindi a condurre più velocemente lo

stimolo elettrico.

Dunque l’unità base del cervello è il neurone.

IL NEURONE

Il termine Neurone è stato introdotto nel 1891.

Il Neurone è una cellula ed è formato da:

-DENDRITI: sono estroflessioni del citoplasma, ramificazioni sottili, la cui principale funzione è

ricevere segnali in entrata (afferenti). Talvolta sono provvisti di specializzazioni chiamate spine

dendritiche. Sono quindi deputati alla conduzione degli stimoli dalla periferia verso il centro o

soma (direzione centripeta). Queste strutture amplificano la superficie del neurone,

consentendogli di comunicare con molte altre cellule nervose, a volte diverse migliaia.

-CORPO CELLULARE (SOMA o PIRENOFORO): contiene il nucleo, quindi il DNA sottoforma di

cromatina, che è protetto dalla membrana nucleare e dal citoplasma e separato dall’ambiente

esterno grazie alla membrana plasmatica. Contiene inoltre il reticolo endoplasmatico,

mitocondri, l’apparato di Golgi e le neurofibrille.

-ASSONE: origina dal cono di emergenza ed è un lungo prolungamento che a sua volta genera

tante estroflessioni per far sì che un singolo neurone riesca a fare più sinapsi con neuroni differenti,

di tipo asso-dendritiche quindi con l’albero dendritico o di tipo asso-somatiche quindi con il soma.

-BOTTONI SINAPTICI: Si trovano nella parte opposta del monticolo assonico. In questo punto

preciso si ha la conversione del segnale da elettrico a chimico.

Il segnale elettrico è una conduzione a distanza (intracellulare) che permette di far parlare le

cellule in modo estremamente veloce.

I neuroni parlano con un segnale elettrochimico.

L’albero dendritico con le sue spine dendritiche recepisce il segnale elettrico, lo trasferisce al

soma e viene inviato lungo l’assone, arriva in fondo al bottone sinaptico e convertito in chimico.

Quindi le informazioni entrano dall’albero dendritico ed escono dall’assone.

DIFFERENZE DENDRITI / ASSONE

DENDRITI:

1) Portano le informazioni al corpo cellulare;

2) Hanno superficie ruvida (spine);

3) Ce ne sono molti per ogni cellula;

4) Hanno ribosomi

5) Non sono mielinizzati;

6) Si ramificano vicino al corpo cellulare

ASSONE:

1) Portano le informazioni via dal corpo cellulare;

2) Hanno superficie liscia;

3) Ce n’è generalmente uno per ogni cellula;

4) Non hanno ribosomi perché inviando uno stimolo elettrico non ha bisogno di proteine

5) Sono mielinizzati;

6) Si ramificano lontano dal corpo cellulare

CLASSIFICAZIONE DEI NEURONI:

1)DIMENSIONE: Osservo la dimensione del soma. Ci sono i neuroni grandi tipo della corteccia

celebrare, e quelli molto più piccoli. (Da 1000 micron a 1000 nanometri)

2)FORMA: Conto le estroflessioni, quindi i dendriti e gli assoni che il soma ha.

Si dividono in:

-UNIPOLARI: sono i più semplici, presentano un solo prolungamento. Li troviamo nella nostra

specie durante il neurosviluppo quindi a livello embrionale.

-BIPOLARI: presentano un assone e un solo dendrite infatti sono neuroni con trasmissione locale

perché non comunicano con parti lontane del cervello.

-PSEUDOUNIPOLARE: Neuroni con un solo tipo di prolungamento, ma il pirenforo (soma) è posto

centralmente, provocando una divisione del prolungamento assonico in 2 ramificazioni.

-MULTIPOLARI: Per la maggioranza i neuroni nel cervello sono multipolari quindi mostrano un

assone e molteplici dendriti.

In base alla disposizione dei dendriti possiamo ulteriormente dividerli in:

-STELLATI: a forma di stella

-PIRAMIDALI: a forma di piramide

-FUSIFORME: come le cellule del Purkinje con un grande albero dendritico.

-LUNGHEZZA DELL’ASSONE:

-I TIPO GOLGI (assone lungo) chiamato anche di proiezione, perché può comunicare con neuroni

molto distanti dalla sua area.

-II TIPO GOLGI (assone corto) solitamente presente in neurone a circuito locale quindi

comunicano con le cellule vicine.

-NEUROTRASMETTITORE:

I neuroni si classificano anche in base al tipo di neurotrasmettitore e si hanno i neuroni:

-COLINERGICI: usano l’acetilcolina

-MONOAMINERGICI: che utilizzano come neurotrasmettitore la serotonina e le catecolamine.

-AMINOACIDERGICI: che utilizzano il GABA con funzione inibitoria e i neuroni

-GLUTAMMATERGICI: con funzione eccitatoria.

-FUNZIONE:

-NEURONI SENSITIVI: deputati alla ricezione di segnali sensoriali dagli organi di senso.

-INTERNEURONI: Analizzano gli stimoli di senso in ingresso e coordinano quelli in uscita,

consentendo quindi di modulare le risposte nervose.

-MOTONEURONI: trasportano il segnale all’esterno del SNC.

TESSUTO NERVOSO:

È costituito da:

• Cellule nervose o NEURONI responsabili dell’attività elettrica del SN (100 - 1000 miliardi)

– Ricevono informazioni, le elaborano e le integrano (eccitabilità)

– Conducono e trasmettono gli impulsi nervosi

– Sono cellule secernenti (messaggeri chimici) e perenni (non si dividono e non generano mitosi)

– Danni cerebrali irreversibili (proprio per questa mancata capacità di rientrare nel ciclo cellulare)

• Cellule GLIALI o nevroglia 10 volte più numerose, supportano le attività dei neuroni

-Separare e isolare elettricamente gli assoni. (Oligodendrociti- guaina mielinica);

-Nutrire i neuroni. (astrociti che contattano il capillare)

-Regolano la composizione ionica dell'ambiente extracellulare (astrociti e barriera emato-

encefalica)

-Guidano la crescita (rilasciano i growth factors) e la ricrescita delle cellule neuronali (astrociti)

-Riparano i tessuti e difendono, ruolo tipico del sistema immunitario, tipico della microglia.

-Non sono eccitabili

CLASSIFICAZIONE DELLE CELLULE GLIALI O NEVROGLIA:

• MACROGLIA: sono le più grandi e comprendono:

-ASTROCITI: Sono i più abbondanti. Un singolo astrocita contatta più neuroni

contemporaneamente (meccanismo di risparmio) e fa da collante creando isole sinaptiche:

delle specie di piattaforme dove sono legati insieme 5 o più neuroni.

-Prendono i nutrienti (es.ossigeno) dal flusso sanguigno e li portano ai neuroni, ridistribuendo le le

sostanze di rifiuto (CO2).

-Producono i fattori di crescita (GROWTH FACTORS come EGF per far capire se l’ambiente è

adatto o meno alla sopravvienza).

-Tamponano la concentrazione extra cellula del K+.

-Catturano e metabolizzano i neurotrasmettitori che fuoriescono dalla fessura sinaptica

eliminandone l’eccesso.

-Creano una barriera emato-encefalica che fa sì che i capillari non abbiano fessure al loro

interno molto grandi, che vengono chiuse dalle estroflessioni degli astrociti, in modo tale da

impedire l’entrata di macromolecole o di agenti patogeni che potrebbero infettare il tessuto

nervoso, mantiene costante la concentrazione di ioni nel liquido extracellulare dei tessuti del SNC

ed evita il contatto dei neuroni con molte sostanze presenti nel sistema circolatorio che hanno un

forte effetto sui neuroni.

-OLIGODENDROCITI: hanno la funzione di separare ed isolare elettricamente gli assoni creando la

guaina mielinica.

-CELLULE DI SCHWANN: hanno la stessa funzione degli oligodendrociti solo che svolgono questa

funzione nel Sistema Nervoso Periferico.

GUAINA MIELINICA

La maggior parte degli assoni sono ricoperti di guaina mielinica, formata da 80% di lipidi e 20% di

proteine. Serve ad isolare l’assone ed aumentare la velocità di trasmissione dei segnali elettrici.

Deriva da avvolgimenti della membrana plasmatica.

-Nel sistema nervoso Centrale (SNC) la mielina è formata dagli Oligodendrociti (macroglia),

ciascun oligodendrocita è in grado di mielinizzare vari tratti dell’assone e anche di mielinizzare più

assoni contemporaneamente.

-Nel sistema nervoso Periferico (SNP) la mielina è formata dalle Cellule di Schwann (macroglia) e

ciascuna cellula avvolge un tratto dell’assone quindi vengono utilizzate tante cellule per creare

ogni singolo “manicotto” (avvolgimento intorno all’assone)

I tratti di mielina vengono interrotti dai “Nodi di Ranvier”ovvero discontinuità della guaina

mielinica. In questo caso la conduzione del segnale elettrico si chiama saltatoria, negli assoni

amielinizzati la conduzione dello stimolo nervoso è continua e necessita di più canali.

MICROGLIA:



Le cellule microgliali sono guardiani attivi e dinamici.

-Riparano i tessuti danneggiati fagocitando quel che rimane delle cellule morte (Spazzini SN).

-Si muovono grazie al riarrangiamento cellulare;

-Lo stato a riposo (resting) ha una forma ramificata, per sentire bene l'ambiente circostante,

quando percepiscono un'anomalia passano in stato attivo, ritraggono tutti i prolungamenti e

assumono la classica forma ameboide per muoversi ed inglobare le sostanze estranee.

-La Microglia è coinvolta nel processo di eliminazione e rimodellamento delle sinapsi (synaptic

pruning-USE IT OR LESS IT ): Se le uso le sinapsi le tengo, se non le uso le elimino. eliminare gli assoni

significa tagliarli e questo comporta la perdita di frammenti di membrane e cellule gliali che

devono essere rimossi, a questo provvede la microglia. Con la carenza cronica di sonno la

microglia può impazzire ed iniziare a fagocitare le cellule sane. Questo perché quando

dormiamo anche le nostre cellule dormono e si riposano.

DIFFERENZE GLIA / NEURONE

GLIA:

-La glia ha solo un tipo di processo (estroflessioni del citoplasma)

-Non possono generare potenziale d’azione ma comunicano tra loro

-Le cellule gliali si dividono continuamente

-Ci sono molte più cellule gliali che neuroni (almeno 10-50 volte di più)

NEURONI:

-I neuroni hanno 2 tipi di processi (dendriti e assone dove i dendriti ricevono il segnale, l’assone lo

porta lontano)

-I neuroni possono generale potenziale di azione (generare corrente elettrica)

-I neuroni maturi non si dividono, non fanno mitosi

RICOSTRUZIONE DELL’ASSONE:

Quando un assone viene lesionato nel SNP questa lesione può essere recuperata perché le sue

cellule rigenerano l’assone grazie alle cellule gliali che si attivano e rilasciano fattori tipo EGF che

aiutano l’assone a ricrescere e riformano la guaina mielinica.

Dato che tutti i nervi appartengono al SNP, quando un nervo viene lesionato esso è normalmente

in grado di rigenerare e riacquisiscono la funzionalità quando ricrescono gli assoni che

costituiscono quel nervo.

Mentre nel SNC se ci sono delle lesioni importanti sono irreversibili.

Quando ad esempio viene lesionato il midollo spinale i vuoti lasciati dagli assoni degenerati

vengono riempiti dalle cellule gliali rendendo impossibile la ricrescita degli assoni.

Lesioni alla colonna vertebrale comportano deficit difficilmente reversibili: quando si ha un

recupero delle funzioni, questo è generalmente dovuto all’utilizzo di vie nervose alternative che

sono rimaste intatte.

ESEMPIO: La sclerosi multipla è il danneggiamento della guaina mielinica dei neuroni del SNC che

comporta conseguenze sulle sinapsi. In seguito a questo deterioramento si generano delle

cicatrici o “placche” indurite. E’ una malattia AUTOIMMUNE: il sistema immunitario del corpo non

riconosce come self la guaina mielinica e la danneggia, provocando prima rallentamento e poi

blocco dell’impulso nervoso.

Quindi la popolazione neuronale del cervello si divide in cellule neuronali e cellule gliali. Per

capire la funzione di queste cellule bisogna capire come lavorano. Per farlo, bisogna arrivare al

livello molecolare per capire come vengono create le macromolecole biologiche.

LE MACROMOLECOLE:

I tessuti viventi sono composti di acqua per il 70% del loro peso, il restante 30% è suddiviso in

macromolecole: Proteine, acidi nucleici, Carboidrati (polisaccaridi,presenti nel DNA, membrana

plasmatica ecc.) e Lipidi (le membrane e tutta la componente idrofobica della cellula è

composta da lipidi).

Le macromolecole sono costituite da strutture complesse (polimeri) ottenute dall’assemblaggio di

unità più piccole (monomeri) che devono essere unite e non devono spezzarsi, questo processo è

detto polimerizzazione o condensazione.

ELEMENTI IMPORTANTI DAL PUNTO DI VISTA BIOLOGICO:

-Il carbonio: fa legami forti, massimo 4, e quindi crea lo scheletro e rende rigida la struttura delle

macromolecole

-l'ossigeno: serve per la respirazione in tutte le cellule e a creare i componenti di tante

macromolecole;

-L'Idrogeno: componente dell'acqua, presente in tutti i composti organici;

-l'Azoto: presente nelle proteine e negli acidi nucleici;

-il Fosforo: contenuto negli acidi nucleici e nell’ATP, utilizzato dai neuroni e da tutte le cellule de

nostro corpo.

-il Calcio: presente in forma ionica (Ca++), quindi come ione positivo, è importante per la

contrazione muscolare ed importantissimo per la neurotrasmissione. Se non arriva il calcio

dall'esterno, la sinapsi non può attivarsi e non può partire la conversione da stimolo elettrico a

chimico (anche componente strutturale di denti e ossa);

-Ioni Sodio, Potassio, Cloro (Na+ K+, Cl-) sono i principali responsabili dell'attività elettrica del

neurone e delle cellule in generale. Il loro trasporto è alla base dell’insorgenza del potenziale

d’azione.

Questi elementi sono formati da atomi.

DEFINIZIONI

-ELEMENTO CHIMICO = sostanza pura della quale non è possibile ottenere sostanze più semplici.

-ATOMO = La più piccola parte di un elemento. A loro volta gli atomi sono formati da protoni,

neutroni ed elettroni.

-COMPOSTO = è una sostanza costituita da due o più elementi in proporzione definita. L’acqua,

H2O, è un composto con 2 H e 1 O. Quindi dobbiamo rivedere la struttura di un atomo per capire

come le molecole si incontrano, creano legami e formano un composto.

ATOMI (Neutroni, Protoni, Elettroni, ISOTOPI)

L’atomo è la parte più piccola di un elemento. All’interno dell’atomo ci sono particelle sub-

atomiche. Protoni e neutroni si trovano nel nucleo, gli elettroni vi ruotano intorno.

-Protone: ha massa 1 e carica +

-Neutrone: ha massa 1 e non ha carica

-Elettrone: è sempre uguale al n. dei protoni. Ha massa trascurabile (perché sono piccolissimi) e

carica negativa e ruotano intorno al nucleo e sono alla base dei legami.

Quando analizziamo la tavola periodica troviamo un’apice e un pedice.

Un nucleo è quindi caratterizzato da due numeri: un numero di massa A che è uguale a protoni