Citologia e istologia

CELLULE HeLa: le dimensioni di queste cellule sono di circa 12 µm e la loro superficie non è

immortalizzate ovvero si dividono all’infinito.

esattamente liscia. Esse sono importanti perché sono

Isolate per la prima volta nel secolo scorso e precisamente nel 1951, derivano da una donna a cui

era stato diagnosticato un cancro alla cervice uterina. Queste cellule tumorali sfuggono a qualsiasi

meccanismo di controllo e si dividono ripetutamente. Possiedono inoltre caratteristiche uniche che

le differenziano da qualunque altra cellula dello stesso tipo. Il numero di cromosomi per esempio è

differente da quello delle altre cellule umane; sono infatti presenti 4 copie del cromosoma 12 e 3

copie dei cromosomi 6, 8 e 17. La comparsa del tumore può essere dovuta all’infezione da

Papilloma Virus che può comportare lo scatenarsi di una mutazione indotta e quindi l’insorgenza

del tumore stesso.

Nelle cellule il nucleo può avere posizione centrale oppure basale nel caso in cui le cellule hanno

forma colonnare. In prossimità del nucleo troviamo i 2 tipi di reticolo endoplasmatico e vicino al

ruvido l’apparato di Golgi. ‘600 mentre il primo elettronico compare nel 1931.

Il primo microscopio ottico risale alla metà del

Questi strumenti ci consentono uno studio approfondito della cellula.

PROPRIETA’ ESSENZIALI DI UNA CELLULA

- Membrana plasmatica: è costituita da un doppio strato fosfolipidico che delimita la cellula

dall’ambiente esterno. Possiede una porzione idrofobica rivolta verso l’interno e

separandola

una idrofilica rivolta verso l’esterno. L’ambiente interno e quello circostante alla cellula

sono infatti di tipo acquoso. È una membrana di tipo semipermeabile e cioè regola il

passaggio di sostanze tra interno ed esterno.

è la sede dell’informazione necessaria a far si che le cellule

- Genoma: funzionino in modo

corretto e in equilibrio tra loro. Il genoma è confinato all’interno del nucleoplasma,

all’interno dell’involucro nucleare.

- Ribosoma: il ribosoma è formato da due subunità, una maggiore e una minore, tra le quali

scorre l’RNA messaggero che viene letto durante il processo di traduzione. Tale processo da

origine a una catena polipeptidica (per essere una proteina infatti deve prima assumere la

struttura tridimensionale o quaternaria che gli consente di svolgere la sua funzione):

Utilizzazione dell’energia: per mezzo dell’ATP la cellula raccoglie l’energia

- necessaria per

creare componenti più complessi.

- Compartimenti cellulari

Il nucleoplasma della cellula è circondato dalla cisterna perinucleare o involucro nucleare. Questa è

costituita da una doppia membrana dove le due membrane, interna ed esterna, non sono collassate

tra loro ma presentano un piccolo spazio. La membrana esterna è in continuità con il R.E.R. Tra

nucleo e citoplasma esiste comunicazione permessa dalla presenza, a livello della cisterna nucleare,

di pori nucleari. Le proteine sintetizzate nel citosol possono infatti entrare nel nucleo tramite i pori.

Nucleo, citosol e R.E. hanno un pH di 7,4. All’interno degli organelli integri, chiusi invece il pH

varia e questo rende non possibile una comunicazione diretta con il citosol e necessaria la presenza

di membrane che evitino la contaminazione del citoplasma. Una caratteristica importante delle

membrane del sistema endomembranoso è infatti quella di non far avvenire il passaggio libero di

piccole vescicole all’interno delle

ioni al fine di non alterare il pH. I lisosomi per esempio sono

quali il pH deve essere mantenuto molto acido (4,5) e la loro rottura comporta la lisi della cellula.

La fissazione dei tessuti previene proprio i processi di degradazione dovuti alla rottura dei lisosomi

durante il sezionamento dei campioni.

L’apparato di Golgi ha invece un pH compreso tra 6,5-6,7 ed è orientato nella cellula in modo tale

sia orientata verso la membrana plasmatica e l’estremità opposta, ovvero la

che la regione trans

regione cis, si fonda con le vescicole provenienti dal R.E.R.

La sintesi di tutte le catene polipeptidiche ha inizio sui ribosomi che si trovano nel citosol. Nel caso

di proteine con destinazione extracellulare però la loro sintesi continua sui ribosomi del R.E.R.

Sono le sequenze segnale a indicare la destinazione delle proteine.

Il reticolo associato a ribosomi è sempre visibile al microscopio, data la continua esigenza della

cellula di sintetizzare proteine, a meno che noi non interveniamo volontariamente per inibire la

sintesi di alcune proteine.

COMUNICAZIONE NUCLEO-CITOPLASMA-NUCLEO: è importante e garantita dalla presenza

di pori nucleari a livello della cisterna perinucleare. Per evitare però che i fosfolipidi della cisterna

entrino in contatto con l’acqua, in corrispondenza dei pori nucleari la membrana si “richiude”.

A livello dei pori nucleari ci sono delle proteine che creano il complesso del poro. Le dimensioni

del poro limitano la quantità e il tipo di componenti che possono entrare sulla base delle loro

dimensioni.

Il gene è l’unità trascrivere l’RNA a partire dal DNA. Attaccato all’RNA c’è una sorta di

per

etichetta di riconoscimento che la identifica come molecola da esportare al di fuori del nucleo. Si

dicono esportine le sostanze che devono uscire dal nucleo e importine quelle che devono entrare.

UNITA’ NELLA DIVERSITA’

Tutti gli organismi viventi devono condividere il principio di organizzarsi in cellule. Le cellule

hanno morfologia estremamente diversificata che riflette la funzione che esse svolgono. Per

funzione quella di trasportare l’ossigeno.

esempio il globulo rosso nasce con il nucleo e ha come

Per fare ciò necessita di formare il gruppo eme. Per far posto a quest’ultimo perde il nucleo.

Negli organismi pluricellulari le cellule si suddividono il lavoro. Inizialmente lo zigote è

totipotente. Nel suo citoplasma sono presenti molecole dette determinanti morfogenetici. Col

passare delle divisioni le cellule diventano multipotenti e alla fine unipotenti perché specializzate

nel compiere una funzione. Le cellule specializzate sono dipendenti da altre cell.

c’è un’universalità del codice genetico. Le porzioni più importanti del

Alla base di qualsiasi tessuto

DNA sono le 4 basi azotate.

Nell’ambito biologico esiste sempre un’organizzazione gerarchica. Al primo livello di questa

troviamo gli atomi. Essi si organizzano con una disposizione ben definita dando origine a una

il DNA. Il DNA porta l’informazione

molecola come per esempio per formare le cellule le quali

hanno bisogno di altre cellule con la stessa morfologia e le stesse capacità per formare un tessuto.

Più tessuti sono poi necessari per creare un organo. Più organi formano gli apparati o sistemi. Più

apparati formano l’organismo. Tale concetto di gerarchia deve essere sempre rispettato.

L’organizzazione biologica si base dunque esclusivamente su una gerarchia di livelli strutturali.

Mano a mano che si sale questa scala infatti la struttura diventa via via più complessa. Ogni livello

presenta proprietà che sono assenti a livelli di organizzazione più semplici.

All’interno del nucleo della cellula il nucleolo, parte di nucleo contenente DNA che viene trascritto

dell’rRNA.

ad rRNA, appare più scuro proprio perché al suo interno avviene la sintesi

Osservando il nucleo di una cellula è possibile riconoscere il tipo di tessuto. Ad esempio il tessuto

muscolare striato cardiaco è riconoscibile per la presenza di 1, massimo 2, nuclei localizzati al

centro mentre il tessuto muscolare scheletrico è polinucleato e i nuclei sono schiacciati alla

periferia.

Il primo microscopio viene creato nel 1665 da Robert Hooke che inventò il nome cellula partendo

dall’osservazione al microscopio di una sezione di sughero. Questa si presentava costituita da tante

cellette che gli ricordavano le celle dei monaci.

Soltanto al microscopio elettronico è però possibile distinguere nettamente nucleo e nucleolo e le

altre strutture subcellulari.

La composizione chimica delle cellule si basa principalmente su 4 specie atomiche: carbonio,

idrogeno, azoto e ossigeno che costituiscono il 96,5 % del peso corporeo di un organismo. Non

le uniche. C’è infatti anche una piccola quantità che va dall’0,1-1,5

sono però % in cui sono

raggruppati Na, Mg, P, S, Cl, K e Ca.

LE MACROMOLECOLE

Costituiscono il primo livello nella gerarchia dell’organizzazione biologica e possiedono proprietà

assenti nei monomeri costituenti. Si tratta di grosse molecole cellulari biologicamente importanti,

senza le quali non potrebbe esserci la vita. Esse si suddividono in 4 categorie: proteine, carboidrati,

lipidi e acidi nucleici. Si definiscono macromolecole perché sono formate da più monomeri. I lipidi,

pur rientrando in questo gruppo di molecole, sono una categoria particolare a sé stante, in quanto

non rispettano questa regola. Tuttavia il loro elevato peso molecolare gli consente di far parte delle

macromolecole. è mai rivolta verso l’interno della

Nelle glicoproteine la catena saccaridica non cellula. Funzione e

struttura cellulare si basano proprio sulle macromolecole.

MACROMOLECOLE dunque = POLIMERI. Ogni macromolecola è costituita da tanti monomeri,

unità monomeriche che si ripetono. Nello specifico possono essere OMO o ETEROPOLIMERI,

cioè costituiti da monomeri tutti uguali o diversi tra loro. Tutti i polimeri sono il risultato di processi

di condensazione che comportano eliminazione di una molecola di acqua con successiva

formazione di un legame covalente, a partire da informazione ed energia, il quale è sufficientemente

forte per stabilizzare la molecola. Per scindere, rompere la molecola si attua il processo di idrolisi

che prevede l’ingresso di una molecola di acqua.

I polimeri sintetizzati tendono a ripiegarsi spontaneamente nelle forme tridimensionali stabili. Tale

spontaneità sta nelle caratteristiche del primo livello gerarchico. Ci sono casi poi in cui le

macromolecole formate si associano in modo gerarchico per dare origine a un livello superiore di

complessità strutturale. È il caso dell’emoglobina che si compone di 4 subunità.

(punti chiave: 1. Natura chimica dei monomeri, 2. Sintesi del polimero, 3. Proprietà del polimero)

I polimeri possono essere distinti in:

• Informazionali: è il caso di acidi nucleici e proteine. Si tratta di eteropolimeri con un ordine

non casuale dei diversi tipi di monomeri, significativo per la loro funzione che è quella di

portare l’informazione. Per gli acidi nucleici infatti la sequenza dei monomeri ha una

funzione codificante mentre nelle proteine la sequenza degli amminoacidi è importante per

imporre la struttura tridimensionale delle proteine e quindi la loro funzione;

• Polimeri di deposito: ne è un esempio il glicogeno negli animali che si accumula nel fegato,

nei muscoli e nel cervello e l’amido nelle piante che si accumula nei semi per favorire lo

sviluppo e la crescita del nuovo individuo grazie alla disponibilità di nutrimento che

costituiscono;

• Polimeri strutturali: è il caso dei polisaccaridi come la cellulosa. Sono omopolimeri.

SINTESI DEI POLIMERI (abbassano l’energia di attivazione velocizzando

MONOMERI-TRASPORTATORE-ENZIMI

processi che in natura avverrebbero comunque ma con tempi troppo lunghi) -ATP

I monomeri, nel momento in cui il polimero deve formarsi, vengono attivati per accoppiamento con

una molecola trasportatrice e vengono aggiunti al polimero tramite una reazione di condensazione.

Il legame tra trasportatore e monomero non è spontaneo ma è necessario ATP + enzima specifico.

DEPOLIMERIZZAZIONE

ACIDI NUCLEICI (polimeri informazionali che regolano i processi vitali e dirigono la costruzione

della cellula): DNA ed RNA.

La molecola di DNA è costituita da 2 filamenti. I 3 tipi di RNA invece sono a singolo filamento. Il

ma è anch’esso costituito da un unico filamento che si

tRNA ha una conformazione particolare

ripiega.

• mRNA: porta l’informazione che determina la sequenza amminoacidica dei polipeptidi

• rRNA: componente dei ribosomi che servono per la sintesi proteica

• tRNA: si lega agli amminoacidi per trasportarli al ribosoma che sta leggendo il messaggio

contenuto nell’mRNA.

Tutti gli RNA derivano da geni, tratti codificanti che stanno sul DNA. Il DNA è infatti depositario

delle informazioni per la sintesi di tutte le proteine. Esso deve 1) sapersi autoreplicare altrimenti le

cellule non potrebbero andare incontro a mitosi. Si parla di replicazione semiconservativa perché la

nuova molecola di DNA è formata da un filamento vecchio che fa da stampo e da uno di nuova

l’informazione

formazione; 2) avere la possibilità di trasmettere in esso contenuta.

Gli RNA sono molecole mediatrici che stanno tra il DNA e la catena polipeptidica. Tutti gli RNA

sono prodotti nel nucleo ed escono dai pori tranne gli rRNA che escono già associati a proteine per

andare a formare subunità ribosomiali. 

Un NUCLEOTIDE è formato da: (zucchero + base NUCLEOSIDE)

- 1 ZUCCHERO + 1 BASE AZOTATA (legata al C1) + 1 GRUPPO FOSFATO

(che assume forma ciclica) | | | | | (legato al C5)

/ \

Ribosio Desossiribosio adenina, timina, citosina, guanina, uracile

( manca di un ossigeno in

)

corrispondenza del C2

Gli RNA sono lineari. Il DNA invece necessita di 2 filamenti.

L’estremità di un polimero che rimane libera è detta estremità terminale del polimero nascente. Il

legame tra nucleotidi è un legame di tipo fosfodiesterico. Esso avviene a livello del gruppo OH

legato al C3 dello zucchero. Lo zucchero di un nucleotide può essere un ribosio o un desossiribosio.

del DNA e dell’RNA.

Le basi azotate costituiscono la parte informazionale Zucchero e fosfato

invece lo scheletro portante della molecola.

Le basi possono essere divise in purine (quando hanno 2 anelli) e pirimidine (quando hanno 1 solo

anello).

Le purine comprendono: adenina e guanina; le pirimidine: citosina, timina e uracile.

Nel DNA i 2 filamenti sono equidistanti tra loro. La guanina infatti si lega sempre con la citosina e

l’adenina con la timina. In questo modo, legandosi una purina con una pirimidina, viene mantenuta

l’equidistanza tra i 2 filamenti l’appaiamento delle

antiparalleli e complementari: basi deve

rispettare l’ingombro sterico. L’accoppiamento specifico delle basi è dato anche dal fatto che tra

esse si creano legami idrogeno deboli ma sufficienti a stabilizzare la molecola. In particolare,

adenina e timina formano 2 legami idrogeno mentre guanina e citosina 3.

In una catena di DNA i punti più deboli e quindi più adatti per avviare la sua apertura si trovano in

a caso l’apertura, seguita dalla formazione della bolla

corrispondenza del legame A-T e infatti, non

di replicazione, comincia spesso a livello delle TATABOX (sequenze di DNA in cui si ripete la

coppia T-A). Il numero di legami idrogeno quindi riguarda si la stabilizzazione della molecola ma

anche la possibilità da parte del DNA di svolgere le sue ulteriori funzioni.

LEGAME FOSFODIESTERICO

5’ 5’

nucleotide 3’

+ mantiene la direzionalità

5’

nucleotide 3’ 3’

Il secondo nucleotide si avvicina quindi al primo per far creare il legame tra il C3 e il gruppo

fosfato che cede solo l’idrogeno e si lega ad esso tramite l’ossigeno. Il legame è fosfodiesterico

rompere il legame è necessario l’ingresso di una molecola di

anche tra fosfato e zucchero. Per

acqua.

gene porta l’informazione per formare l’mRNA. L’RNA è creato tramite l’enzima RNA

Il

polimerasi che lavora in direzione 5’3’. Nell’RNA la complementarità non è tra 2 filamenti

(RNA ha un solo filamento) come nel DNA, ma tra mRNA e tRNA.

Si forma quindi una catena lineare con direzionalità intrinseca. Per la sintesi del polimero è

necessaria energia. Le basi azotate non sono impegnate in nessun altro legame se non quello con lo

zucchero, in modo da poter interagire tra loro. Nella molecola di DNA dunque i 2 filamenti

polinucleotidici sono uniti e stabilizzati grazie a tale interazione tra le basi. I 2 filamenti sono inoltre

avvolti a doppia elica attorno ad un asse immaginario.

Le molecole di DNA nelle cellule possono essere finemente disperse o finemente compattate.

Quando la cellula si replica si parla di nucleo vescicoloso perché il DNA si apre per dare avvio alla

duplicazione.

n.b. ricordarsi di disegnare zuccheri al contrario nel filamento complementare.

il contatto con l’acqua, contenuta nel

Le zone idrofiliche del DNA cercano di massimizzare

nucleoplasma. Si trovano quindi nella parte più esterna. Il tutto serve per rendere la molecola

l’acqua e quindi

funzionale. Le basi azotate sono anelli aromatici con minor affinità per sono rivolte

verso l’interno appaiarsi. L’appaiamento è energeticamente favorito da:

della molecola per un

ingombro sterico costante e dalla formazione del maggior numero di legami idrogeno che

stabilizzano la molecola. Se la struttura è sbagliata la molecola perde la sua funzionalità. Le basi si

appaiano ogni volta che si deve formare il DNA cioè ogni volta che il DNA viene sintetizzato,

duplicato.

Storia del DNA

Gli studi messi in atto da vari ricercatori hanno permesso a Watson e Crick di arrivare, nel 1953, a

descrivere la struttura del DNA. Prima di loro infatti grazie a studi di cristallografia Maurice

Wilkins e Rosalind Franklin sono stati i primi a ipotizzare che: 1. Il DNA fosse una molecola lunga

e sottile con elementi che si ripetono (i nucleotidi); 2. Il DNA è costituito da due filamenti e ha una

forma ad elic