Citologia per esame di citologia, istologia ed anatomia umana

GLICOPROTEINE. FUNZIONI DELLE PROTEINE DI MEMBRANA

Le proteine svolgono numerose funzioni:

• Ancorano le cellule al substrato;
• Sono coinvolte nel trasporto di molecole attraverso la membrana, formando canali che permettono il passaggio selettivo di ioni e molecole o formando pompe che utilizzano l'ATP per trasportare attivamente i soluti attraverso la membrana;
• Sono enzimi in grado di catalizzare reazioni che avvengono in prossimità della superficie cellulare.
• Sono recettori che ricevono informazioni da altre cellule sotto forma di segnali chimici o elettrici.

STRUTTURA DELLA MEMBRANA CELLULARE

Una membrana viene detta permeabile ad una data sostanza se le permette di attraversarla e impermeabile nel caso contrario.

La struttura a mosaico fluido delle membrane biologiche è massimamente permeabile dalle piccole molecole apolari poiché esse sono in grado di attraversare il doppio strato lipidico. Questo è relativamente impermeabile agli ioni di

qualunque dimensione e alla maggior parte delle grandi molecole polari.

Ogni tipo di proteina di trasporto è specifico per un tipo di ione, molecole o gruppo di sostanze correlate.

Le proteine carrier legano lo ione o la molecola e subiscono cambiamenti conformazionali che hanno come risultato il trasferimento delle molecole attraverso la membrana.

I trasportatori abc costituiscono un ampio ed importante gruppo di proteine carrier. Questo tipo di trasportatori utilizza l'energia derivante dall'idrolisi dell'ATP per il trasporto attivo attraverso la membrana.

Esistono anche le proteine canale, le quali formano dei tunnel, detti pori, attraverso la membrana. Molti di questi canali sono controllati in modo tale da poter essere aperti o chiusi per regolare il passaggio di materiali attraverso di essi.

TIPOLOGIE DI TRASPORTO

Trasporto passivo:

Il trasporto passivo non richiede un dispendio di energia metabolica da parte della cellula. Molti ioni e molecole di piccole dimensioni

Le particelle attraversano le membrane per diffusione. La diffusione è un processo fisico basato su movimenti casuali. Sebbene il movimento di ogni singola particella non abbia una direzione precisa e sia imprevedibile, si può tuttavia prevedere il comportamento di gruppi di particelle. Se le particelle non sono distribuite equamente si avranno una regione a maggior concentrazione ad una minor concentrazione; le particelle, quindi, tenderanno a spostarsi secondo gradiente di concentrazione, ovvero dalla parte meno concentrata verso quella più concentrata, in modo da raggiungere l'equilibrio.

Trasporto attivo: Molte sostanze sono richieste dalla cellula a concentrazioni più alte rispetto a quelle esterne. Sia la diffusione che il trasporto attivo necessitano di energia. La prima sfrutta quella data dal gradiente di concentrazione, mentre la seconda sfrutta energia metabolica. Un sistema di trasporto attivo pompa materiali da una zona a bassa concentrazione ad una ad alta concentrazione.

Nella maggior parte dei casi, l'energia sfruttata è quella dell'ATP (adenosin-trifosfato).

Uno degli esempi più esplicativi di trasporto attivo è costituito dalla pompa sodio-potassio, presente in tutte le cellule animali. La pompa è un trasportatore ABC, ovvero una proteina carrier specifica presente nella membrana plasmatica.

Questo trasportatore utilizza l'energia derivante dall'idrolisi dell'ATP per pompare ioni Na+ (sodio) fuori dalla cellula e ioni K+ (potassio) dentro la cellula. Lo scambio non è bilanciato poiché, per due ioni potassio in entrata, ce ne sono tre di sodio in uscita. Per essere bilanciato, il numero di ioni in entrata ed in uscita dovrebbe essere uguale per entrambi.

Poiché questo gradiente di concentrazione è costituito da ioni, si viene a stabilire, attraverso la membrana, un potenziale elettrico; pertanto la membrana viene definita polarizzata.

Sia gli ioni Na+ che K+ hanno carica positiva.

Ma essendoci meno ioni potassio all'interno della cellula rispetto agli ioni sodio esterni, l'interno della cellula è carico negativamente rispetto all'ambiente extracellulare. L'attività della pompa sodio-potassio aiuta a mantenere una separazione di cariche attraverso la membrana, che viene definita potenziale di membrana. Poiché ai due lati della membrana c'è sia una differenza di potenziale, che una differenza di concentrazione, il gradiente viene definito elettrochimico.

Esocitosi e fagocitosi

Per permettere il transito in ambo i sensi di materiali di grosse dimensioni, la cellula usufruisce di due processi:

• ESOCITOSI - Processo mediante il quale le cellule espellono prodotti di scarto o particolari prodotti di secrezione (ormoni) mediante la fusione di vescicole con la membrana plasmatica. Mentre il contenuto delle vescicole viene rilasciato dalla cellula, la membrana della vescicola viene incorporata nella membrana plasmatica.

Il meccanismo primario di accrescimento della cellula è la divisione cellulare. Questo processo permette alla cellula di duplicarsi e generare nuove cellule.

L'endocitosi è un processo mediante il quale la cellula ingloba materiale dall'esterno. Esistono diversi tipi di endocitosi:

• Fagocitosi: è l'ingestione di grandi particelle solide da parte della cellula. Durante questo processo, la membrana plasmatica si ripiega per includere la particella o la cellula da fagocitare. Una volta che la membrana ha completamente circondato la particella, si fonde nel punto di contatto formando un vacuolo. Questo vacuolo si fonde poi con i lisosomi, dove il materiale inglobato viene degradato.
• Pinocitosi: è l'ingestione di materiale liquido nella cellula. Piccole gocce di liquido vengono intrappolate dalla membrana plasmatica e circondate, formando una vescicola che si stacca nel citoplasma.
• Endocitosi mediata da recettori: in questo tipo di endocitosi, molecole specifiche si legano alle proteine recettoriali presenti sulla membrana plasmatica. Questa interazione induce la formazione di vescicole che inglobano le molecole legate ai recettori.

della cellula. Il colesterolo ematico, ad esempio, viene assorbito dalle cellule mediante questo processo.

Le cellule utilizzano il colesterolo come componente delle membrane cellulari e come precursore degli ormoni steroidei. Quando una cellula ha bisogno di colesterolo, produce recettori per le LDL. I recettori sono concentrati in fossette rivestite, depressioni della superficie citoplasmatica. Ciascuna fossetta è rivestita da uno strato di una proteina, la clatrina, che si trova appena sotto la membrana plasmatica. Dopo che le LDL (lipoproteina a bassa densità) si è legata al recettore, la fossetta rivestita dà origine per endocitosi a una vescicola rivestita. Pochi secondi dopo l'ingresso delle vescicole nel citoplasma, il rivestimento si stacca; in seguito la vescicola riversa il suo contenuto in comportamenti detti endosomi. I recettori LDL vengono riportati sulla membrana plasmatica per essere riutilizzati.

GIUNZIONI CELLULARI

Giunzioni di ancoraggio:

cellule epiteliali adiacenti sono legate tra loro così fortemente mediante giunzioni ancoranti, che peressere separate, devono subire l’azione di forze meccaniche molto forti. Le giunzioni ancoranti non influenzano il passaggio di materiali tra le cellule adiacenti e sono di due tipi: 1. Desmosomi -> Punti di attacco tra le cellule che mantengono le cellule unite. I desmosomi permettono alle cellule di formare uno strato resistente, che però lascia spazi tra le membrane attraverso i quali possono ancora passare delle sostanze. Ogni desmosoma è costruito da due regioni di materiale denso, associate con il lato citoplasmatico delle due membrane, oltre ai filamenti proteici che attraversano lo stretto spazio intercellulare. 2. Giunzioni aderenti -> Le giunzioni aderenti collegano tra loro le cellule. Le caderine, proteine transmembrana di queste giunzioni, formano una cintura di adesione continua attorno a ciascuna cellula, legandola alle cellule vicine. Questegiungere nel flusso sanguigno. In questo modo, le giunzioni serrate svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione del passaggio di nutrienti e altre molecole attraverso l'intestino. Giunzioni comunicanti: Le giunzioni comunicanti, anche chiamate giunzioni gap, sono specializzate nella comunicazione diretta tra le cellule adiacenti. Queste giunzioni consentono il passaggio di piccole molecole e ioni tra le cellule, facilitando la trasmissione di segnali elettrici e chimici. Le giunzioni comunicanti sono costituite da canali proteici chiamati connessioni, che si estendono attraverso le membrane plasmatiche delle cellule adiacenti. Questi canali permettono il passaggio di sostanze tra il citoplasma delle cellule, consentendo la comunicazione e il coordinamento delle attività cellulari. Le giunzioni comunicanti sono presenti in molti tessuti e organi, come il cuore, dove sono fondamentali per la coordinazione delle contrazioni cardiache. In conclusione, le giunzioni cellulari sono strutture specializzate che permettono la connessione e la comunicazione tra le cellule adiacenti. Le giunzioni aderenti e serrate sono coinvolte nella stabilità strutturale e nella regolazione del passaggio di sostanze, mentre le giunzioni comunicanti facilitano la comunicazione e il coordinamento delle attività cellulari.

entrare nel circolo sanguigno. Lo strato cellulare, in questo modo, funziona da barriera selettiva, impedendo che le tossine ed altre sostanze indesiderate entrino nel circolo sanguigno e che le sostanze nutritive fuoriescano dall'intestino.

Giunzioni comunicanti: Le giunzioni comunicanti, come i desmosomi, non sono continue, ma a differenza di questi ultimi, le giunzioni comunicanti sono più strette rispetto ad essi.

Le giunzioni comunicanti si differenziano anche per il fatto che esse non solo uniscono le membrane, ma contengono anche canali che mettono in comunicazione il citoplasma di cellule adiacenti. Le giunzioni comunicanti sono composte da connessina, una proteina integrale di membrana. Gruppi di 6 molecole di connessina si dispongono in maniera cilindrica e attraversano integralmente la membrana.

I gruppi cilindrici di due molecole si legano saldamente tra loro, dando vita alla vera e propria giunzione. Piccole molecole possono attraversare il canale che si forma con la giunzione.

permettendogli scambi tra le cellule. Le giunzioni comunicanti garantiscono comunicazioni chimiche ed elettriche molto rapide tra le cellule; questo passaggio può essere controllato dalle cellule stesse mediante un meccanismo di chiusura ed apertura dei canali.

CROMOSOMI

In una tipica cellula eucariotica, il DNA presente nel nucleo della stessa è organizzato in doversi cromosomi. Ogni specie ha un numero specifico di cromosomi. I cromosomi sono i principali portatori dell'informazione genetica negli eucarioti. Sono costituiti da cromatina, un materiale complesso composto da DNA e proteine ad esso associate. Quando la cellula non è in divisione, la cromatina non è compattata e, per questo, i cromosomi non sono visibili. Al momento della divisione cellulare, invece, la cromatina compattata forma i cromosomi e li rende visibili. Il processo di compattazione è facilitato da proteine chiamate istoni. Gli istoni, carichi positivamente grazie alle lunghe catene

laterali di amminoacidi basici, si legano al DNA,