Istologia - Appunti Completi

Istologia

Citologia e funzioni cellulari

La citologia è lo studio della cellula, unità fondamentale della materia vivente. Questa possiede, infatti, tutte le proprietà di:

• Metabolismo, inteso come la capacità di sintetizzare elementi a partire da molecole più semplici (anabolismo) o dissociare le macromolecole in molecole più semplici (catabolismo).
• Irritabilità, ossia la capacità di ricevere e inviare stimoli.
• Movimento, che consente al vivente di spostarsi nell'ambiente in cui si trova.
• Riproduzione.

Cellule procariotiche ed eucariotiche

Le cellule più semplici sono le cellule batteriche, i procarioti, dove il genoma è disperso nel citoplasma. In esso si trovano anche altre strutture subcellulari, gli organuli, come i ribosomi (necessari per la trasduzione del messaggio genetico e la sintesi delle proteine). Attorno al nucleo è presente, poi, un involucro rigido che ne definisce la forma, la parete cellulare.

Molto più complesse sono le cellule eucariotiche. Queste presentano un nucleo, in cui viene protetto, attraverso membrane, il genoma cellulare. Anche qui, all'interno del citoplasma troviamo tutta una serie di organuli.

Il differenziamento cellulare

La complessità e la diversità delle varie cellule eucariotiche si realizzano attraverso il cosiddetto differenziamento, che ha luogo durante l'embriogenesi. Le cellule degli organismi pluricellulari sono costituite da organuli simili fra loro. Tuttavia, il numero, la posizione e l'aspetto di questi organuli variano col tipo di attività cellulare e col compito che la cellula si trova a svolgere.

Ogni cellula, dunque, presenta i cosiddetti organuli inclusi, ossia organuli tipici di un solo tipo di cellula e limitati all'esecuzione di una funzione specifica. La forma che una cellula differenziata assume è la più adatta per lo svolgimento del suo compito.

La membrana plasmatica

La membrana plasmatica è costituita da un’impalcatura formata da fosfolipidi, proteine e ormoni, come gli steroidi. I fosfolipidi sono i principali componenti delle membrane cellulari. Sono costituiti da 2 acidi grassi, legati a un gruppo polare, il fosfato, che a sua volta si lega a molecole polari. La testa è sempre idrofilica, mentre la coda è idrofobica. Tutte le molecole costituite da una testa idrofilica e una coda o corpo idrofobico, vengono chiamate anfipatiche. Questo comporta che, in ambiente acquoso, si orientino autonomamente, a creare un doppio strato (bi-layer).

Poi troviamo le proteine, che si dividono in estrinseche ed intrinseche. Le intrinseche attraversano tutta la membrana plasmatica; le estrinseche, invece, non possono interagire con le code fosfolipidiche e si dispongono, quindi, solo sulla superficie. Oltre ai lipidi e alle proteine abbiamo anche gli zuccheri, gli oligosaccaridi, che si legano o alle proteine o ai lipidi.

Il modello strutturale della membrana è detto modello a mosaico fluido. Questo perché le proteine che vi si trovano non sono immobili, ma si muovono in continuazione e, grazie anche alla presenza di steroidi, la membrana non è rigida, ma fluida e deformabile.

Tipologie di trasporto

La membrana ha anche la funzione di permettere lo scambio di sostanze nutritive e molecole. I meccanismi di trasporto sono:

• Diffusione semplice. La direzione del trasporto è determinata dal gradiente di concentrazione. La diffusione avviene, infatti, secondo gradiente di concentrazione. Vale per le micromolecole, come quella dell’acqua, o anche per i gas.
• Diffusione facilitata. Trasporto mediato da proteine di membrana. Avviene sempre secondo gradiente di concentrazione. Vale per molecole grosse, come aminoacidi, carboidrati, nucleotidi.
• Trasporto attivo (dispendio di energia). Non segue il gradiente di concentrazione. Viene svolto sempre da proteine trasportatrici specifiche, che utilizzano energia metabolica di ATP. Vale per gli ioni. In questo caso, a volte, le proteine fungono da veri e propri canali ionici.
• Trasporto di massa. Processo di entrata (endocitosi) e di uscita (esocitosi) di molecole. L’endocitosi si divide in fagocitosi, pinocitosi e endocitosi mediata da recettori. In tutti e tre i casi si vengono a formare delle vescicole, che inglobano le molecole. Il primo caso vale per le grandi molecole solide. Il secondo per l’acqua o molecole semplici. Il terzo per macromolecole, come proteine, polinucleotidi, vitamine e ormoni.

Particolare tipo di esocitosi è la gemmazione, nella quale alcune macromolecole si avvicinano alla membrana plasmatica, che le ingloba, formando una vescicola, la quale viene poi espulsa nel materiale extracellulare.

Endocitosi

I processi di endocitosi sono principalmente 3:

• Pinocitosi (clatrina-indipendente). Sulla membrana plasmatica si crea una invaginazione, che importa tutto il contenuto esterno all'interno, in modo totalmente aspecifico (micromolecole, ioni, acqua).
• Fagocitosi (clatrina-indipendente). C’è un riconoscimento della molecola esterna. Effettuato il riconoscimento, la cellula effettua un’evaginazione, che ingloba la molecola.
• Endocitosi mediata da recettori (clatrina-dipendente). Avviene solo attraverso la polimerizzazione della clatrina. È specifica solo per una certa molecola. Una volta effettuato il legame fra recettori e molecole, la clatrina crea una vescicola rivestita, che ingloba la molecola. Le varie vescicole, poi, si fondono in una grande vescicola, chiamata endosoma precoce, perdendo il rivestimento e riversando al suo interno la molecola. Qui è presente un pH acido, tale da permettere ai ligandi di separarsi dai recettori e di immettersi in altre vescicole, che raggiungono poi il centro della cellula.

Gli organuli

Ribosomi

I ribosomi sono costituiti da 2 subunità, una maggiore e una minore. I ribosomi liberi nel citoplasma traducono l’mRNA in:

• Proteine citosoliche, che rimangono libere nel citoplasma;
• Proteine nucleari o mitocondriali, che raggiungono il nucleo o i mitocondri;
• Proteine estrinseche del versante intracellulare del plasmalemma.

Reticolo endoplasmatico ruvido

Il reticolo endoplasmatico ruvido è formato da varie cisterne e contiene i ribosomi. Anche qui vengono sintetizzate varie proteine, ma differenti da quelle sintetizzate dai ribosomi liberi:

• Proteine da asportazione;
• Proteine lisosomiali;
• Proteine estrinseche del versante extracellulare della membrana;
• Proteine intrinseche di membrana.

Reticolo endoplasmatico liscio

Il reticolo endoplasmatico liscio è in continuità col RER, ma non presenta ribosomi. È formato da vescicole e tubuli, non da cisterne come il RER. Funzioni:

• Glicogenolisi (fegato);
• Detossificazione (fegato);
• Sintesi lipidica (surrene);
• Accumulo di Ca²⁺ (muscolo scheletrico e cardiaco).

Apparato del Golgi

L'apparato del Golgi è una serie di cisterne schiacciate e impilate una sull’altra, l’insieme è detto dittiosoma. Le membrane delle cisterne della faccia CIS sono più sottili, mentre quelle della faccia TRANS sono più spesse. Man mano che le proteine passano dalla faccia CIS alla TRANS, acquistano la loro forma finale (passando, quindi, dalla struttura primaria alla secondaria, alla terziaria, fino a raggiungere la quaternaria), passando di cisterna in cisterna.

Attraverso l’apparato di Golgi, quindi, si ha un continuo rimodellamento delle proteine, che poi vengono smistate. Un’altra funzione dell’organulo è il cosiddetto turn over: parti della membrana del Golgi si staccano in vescicole, dalla faccia TRANS, dirigendosi verso la membrana plasmatica, dove si vanno a integrare, rinnovandola e aumentandone le dimensioni.

Lisosomi

I lisosomi contengono una serie di proteine (enzimi), che funzionano a pH acido, le idrolasi acide. Quando il lisosoma ha terminato la sua digestione, ossia quando all’interno del lisosoma restano molecole non ulteriormente digeribili, diviene un corpo residuo e il materiale al suo interno prende il nome di lipofuscina, con colore naturale particolarmente giallo-arancione.

Mitocondrio

Il mitocondrio è formato da 2 membrane (esterna e interna). La membrana esterna presenta dei pori, attraverso cui avvengono scambi reciproci fra mitocondri e citoplasma. La membrana interna ha una superficie più estesa e, infatti, forma delle pieghe, dette creste mitocondriali. Fra le 2 membrane c’è uno spazio, chiamato spazio intermembranoso. All’interno della membrana interna c’è un altro spazio, detto matrice mitocondriale. In questa sono presenti dei granuli, che non sono altro che accumuli di Ca.

Cosa interessante, la membrana interna è priva di colesterolo. Qui, invece, troviamo gli enzimi che servono per la fosforilazione ossidativa e, quindi, per la produzione di ATP. Le creste del mitocondrio possono essere di forma diversa e avere orientazioni differenti:

• Creste lamellari (trasversali o longitudinali);
• Creste tubulari (trasversali o longitudinali).

All’interno della matrice mitocondriale, infine, troviamo un DNA circolare, un rRNA, un mRNA, un tRNA. Questo fatto supporta la teoria endosimbiotica.

Citoscheletro

Il citoscheletro è privo di membrane. Serve per il mantenimento della forma cellulare, per il movimento cellulare e per il movimento intracellulare, ossia per lo spostamento dei vari organuli all’interno della cellula. È costituito da:

• Microtubuli (25nm), i più grandi. Sono formati da tubulina, che esiste in 2 isoforme, tubulina α e tubulina β. In presenza di GTP e Mg²⁺, forma un protofilamento, ossia tante subunità α e β, attaccate le une alle altre. 13 protofilamenti costituiscono un microtubulo. Nel centro di organizzazione della cellula (MTOC), che si trova al centro della cellula stessa, vengono polimerizzati i microtubuli. La direzione in cui questi polimerizzano, ossia si accrescono, è detta direzione +, mentre la direzione opposta è –. In altre parole, la periferia della cellula sarà la zona +, mentre il centro sarà la zona –. I microtubuli fungono da strade su cui si muovono i vari organuli. Questi si spostano grazie al legame che si viene a creare fra i microtubuli e due proteine (chinesina, dineina). La chinesina si muove in direzione +, mentre la dineina in direzione –.
• Filamenti intermedi (10nm), di dimensioni intermedie. Cambiano a seconda del tipo cellulare. In ogni cellula, quindi, sono formati da proteine differenti.

• Microfilamenti (5nm), i più piccoli. Sono formati da actina. La G-Actina, o actina globosa, libera, comincia a polimerizzare in F-Actina, o actina filamentosa. L’actina, sotto la membrana plasmatica, forma una struttura a rete, chiamata trama terminale. Questa consente alla cellula di muoversi. Qui, infatti, sono presenti una serie di proteine, che interagiscono con l’actina, generando movimento. Per esempio, l’azione di actina e miosina.

Il MTOC

Il MTOC è costituito dal centrosoma. Esso è quella porzione del citoplasma che contiene i centrioli, 2 piccoli cilindretti disposti perpendicolarmente l'uno all'altro. Ogni centriolo è formato da 9 triplette di microtubuli. Ogni tripletta è costituita da un microtubulo A, un microtubulo B e un microtubulo C. Da questo centrosoma si ha la polimerizzazione dei microtubuli.

Ciclo cellulare

Il ciclo cellulare è scandito dalle proteine cicline.

• Fase G1: La cellula cresce e si prepara alla sintesi del DNA.
• Fase S: Il DNA viene duplicato.
• Fase G2: Viene controllato che la duplicazione del DNA sia avvenuta senza errori.
• Fase M: La cromatina si condensa in cromosomi.

Le prime 3 fasi fanno parte dell’interfase. In questa fase, il nucleo possiede la forma della cellula (circolare, se la cellula è circolare, allungato se è allungato, ecc...).

Il nucleo

Il nucleo è formato da un involucro nucleare, all’interno del quale è presente la cromatina, e da un nucleolo sede della sintesi dei ribosomi e luogo della duplicazione del DNA. Sull’involucro nucleare ci sono i ribosomi e alcuni pori, che permettono lo scambio di sostanze.

La cromatina esiste in 2 modi: eucromatina ed eterocromatina. La prima ha un colore quasi trasparente, poiché essendo quella accessibile alla trascrizione, non è condensata, ma è presente i filamenti sparsi. La seconda, invece, è molto scura perché, non venendo trascritta, è condensata.

Le popolazioni cellulari

Esistono cellule statiche, quelle perenni (per esempio, i neuroni); cellule in espansione, quelle stabili; cellule soggette a rinnovo, quelle labili.

Le cellule staminali

Le cellule staminali sono cellule in grado di riprodursi in continuazione e di generare un qualunque tipo di tessuto. Da una cellula staminale, vengono create due cellule figlie, che però non sono identiche fra loro, ma diverse (divisione asimmetrica). Così si viene a formare una cellula di un nuovo tessuto e una cellula figlia staminale, che prende il posto della cellula che l’ha generata.

La morte cellulare

La morte cellulare può essere di 2 tipi:

• Morte programmata, o apoptosi: il nucleo della cellula disgrega il proprio genoma, la cellula si contrae, dividendosi in corpi apoptotici, che vengono poi digeriti da un macrofago.
• Morte accidentale, o necrosi: si ha la lisi della membrana plasmatica e il riversamento all’esterno del contenuto cellulare. Ciò stimola una potente reazione infiammatoria, che danneggia le cellule e i tessuti vicini.

La mitosi

La funzione della mitosi è quella di originare due cellule figlie, che abbiano lo stesso patrimonio genetico della cellula progenitrice. Il primo evento della mitosi non è nucleare, ma citoplasmatico e consta della duplicazione dei centrioli, 2 piccoli cilindretti disposti perpendicolarmente l’uno all’altro. Durante la prima fase della mitosi (profase), questi due cilindretti si allontanano e, in vicinanza di ognuno dei due preesistenti, se ne forma uno nuovo. Tra queste due coppie di centrioli rimane un’impalcatura microtubulare che, mano a mano che le due copie si allontanano, si allungano sempre di più: sono queste le fibre del fuso mitotico. Intanto, comincia a cambiare lo stato di condensazione dei cromosomi nel nucleo: tutti e 46 i cromosomi si spiralizzano completamente e scompare il nucleolo. L’ultimo evento della profase è la scomparsa dell’involucro nucleare.

Si entra in metafase. Qui accade che, nel centromero, si formano ulteriori microtubuli, chiamati fibre cromosomiche del fuso mitotico: per ogni cromatidio se ne forma un fascetto, che si dirige verso il polo del proprio lato. Al termine della metafase avviene la scissione del centromero: i cromosomi bifilamentosi si trasformano e ognuno di essi dà luogo alla formazione di due distinti cromosomi figli. Nel momento in questi due si staccano si entra in anafase. I cromosomi figli migrano verso il proprio polo, trascinati dall’accorciamento delle fibre cromosomiche, che scompaiono completamente alla fine dell’anafase.

Si entra in telofase: si ricostituisce l’involucro nucleare attorno ai due cromosomi figli, il DNA si despiralizza e ricompare, in ciascuno dei due nuclei, il nucleolo. Avremo, quindi, in un periodo iniziale, un unico citoplasma, costituito da due nuclei. Se non si separa il citoplasma, avremo un elemento binucleato. Normalmente, però, la cellula va in citodieresi, nella quale il citoplasma viene diviso e la cellula dà vita a due cellule figlie. Le due cellule figlie, quindi, appena uscite, sono assai più piccole: ecco perché, nella fase G₁ cominciano le sintesi macromolecolari, necessarie per ricostituire l’integrità del citoplasma.

Istologia

L'istologia è lo studio dei tessuti cellulari, ossia un insieme di cellule, uguali o diverse fra loro, che cooperano per una funzione comune. Esistono 4 tessuti diversi:

• Il tessuto epiteliale, formato da cellule a mutuo contatto, che hanno quindi sviluppato dispositivi di adesione reciproca: fra le cellule non c’è sostanza intercellulare;
• Il tessuto connettivo, composto da cellule separate le une dalle altre da una sostanza intercellulare, prodotta da alcune specifiche cellule connettivali;
• Il tessuto muscolare, costituito da elementi allungati (fibre), capaci di contrarsi, sviluppando un lavoro;
• Il tessuto nervoso, formato da cellule, dotate di prolungamenti, indirizzati a formare delle reti, capaci di ricevere e trasmettere segnali.

Tessuto epiteliale

In base alla struttura delle cellule epiteliali, si distingue:

• Il tessuto epiteliale di rivestimento: le cellule a mutuo contatto formano delle lamine continue, con le quali viene rivestita o la superficie esterna del corpo (epidermide) o quella interna degli organi cavi (lume).
• Il tessuto epiteliale ghiandolare: le cellule si uniscono a formare strutture pluricellulari, dove le cellule sono differenziate per produrre e rilasciare all’esterno delle specifiche macromolecole con funzione biologica.
• Il tessuto epiteliale sensoriale (neuroepitelio): le cellule sono capaci di recepire stimoli connessi alla percezione sensoriale. Queste cellule sono a contatto con i prolungamenti di neuroni veri e propri, a cui trasmettono le informazioni.

La principale caratteristica saliente di un epitelio, dunque, è di essere formato da cellule specializzate nello stare a contatto le une con le altre. Questi strumenti per l’adesione sono le cosiddette giunzioni intercellulari, che coinvolgono alcune strutture, come la membrana plasmatica e il citoscheletro.