Istologia - Anatomia

Istologia università degli studi di Genova, facoltà di fisioterapia

Appunti di: Migliaccio Chiara

Istologia e citologia

Istologia: disciplina biologica che studia e descrive la struttura e la funzione dei tessuti (istos etopos). Tessuti: insieme di cellule con caratteristiche morfologiche e proprietà simili, stessa origine embrionale.

Citologia: disciplina che studia e descrive la cellula (unità funzionale e morfologica degli organismi viventi). Cellule – tessuti – organi (tessuti diversi in una stessa zona anatomica) – apparati (gruppo di organi associati).

Procarioti e eucarioti

Procarioti (procarion, "prima del nucleo"): non possiedono un nucleo, gli organelli non sono delimitati da membrane, mancanza di sistema membranoso interno. Il DNA è libero nel citoplasma. Esempio: batterio.

Eucarioti: presenza del nucleo, presenza sistema di membrane interne. Esempi: protozoi, funghi, cellule animali e vegetali.

Cellula eucariotica: circondata da una membrana plasmatica, tra il nucleo e la membrana c’è il citosol/citoplasma (sostanza di natura acquosa), nel quale ci sono una serie di organelli fondamentali per la cellula (REL/RER/Golgi/ribosomi/mitocondri/perossisomi). All’interno del citoplasma esiste una rete proteica, citoscheletro, che mantiene la forma delle cellule. Ribosomi unici non rivestiti da membrane.

Caratteristiche della cellula eucariote animale

• Dimensioni: dimensioni comprese tra i 20 e i 30 micron, esistono cellule più piccole come i globuli rossi (7 micron) o più grandi come la cellula uovo (200 micron).
• Forma: le cellule possono essere piatte (epitelio), cubiche (tiroide), cilindriche (intestino) o con prolungamenti (neuroni). La forma delle cellule permette di capire la loro funzione.

Membrana plasmatica

Membrana plasmatica (membrana cellulare o plasmalemma): sottile involucro che delimita materialmente la cellula separandola dall’ambiente esterno. È simile per la sua composizione alla membrana degli organelli interni. È una barriera che permette gli scambi.

• Funzione: separazione ambiente intra e extra, scambio intra e extra, controllo moltiplicazione cellulare, controllo interazioni cellula-cellula o cellula-sostanza intercellulare. Le funzioni dipendono dalla sua composizione chimica.
• Composizione chimica della membrana: lipidi coniugati (40%/80%), proteine intrinseche o estrinseche (20%/60%), carboidrati (zuccheri) (2%/10%) legati o alle proteine o ai lipidi.

Lipidi nella membrana

Lipidi: sostanze insolubili in acqua per la presenza di lunghe catene di idrocarburi (lipidi semplici). I lipidi che compongono la membrana sono coniugati, cioè contengono particolari gruppi chimici (es acido fosforico, basi azotate, zuccheri ecc..) che li rendono parzialmente solubili in acqua. Sono quindi molecole anfipatiche (parte idrofoba, apolare, e idrofila, polare). I lipidi formano un doppio strato lipidico, parte polare verso l’esterno mentre code idrofobiche rivolte verso l’interno.

Lipidi all’interno della membrana: fosfolipidi (glicerolo + 2 molecole acidi grassi + gruppo fosfato) e colesterolo (steroide). Le code dei fosfolipidi possiedono legami insaturi, aumentano la fluidità della membrana plasmatica.

Proteine della membrana

• Estrinseche: non entrano all’interno del doppio strato fosfolipidico, rimangono associate o sulla superficie interna o su quella esterna, instaurano legami deboli.
• Intrinseche: attraversano la membrana plasmatica, interagiscono con legami molto forti. Possono sporgere da un lato della membrana, dall’altro o da entrambi.

Funzioni delle proteine di membrana: trasporto, giunzioni intercellulari, enzimi, proteine recettori (per ormoni), riconoscimento tra cellule, ancoraggio del citoscheletro e della matrice extracellulare (come dei ponti).

Zuccheri nella membrana

Zuccheri o carboidrati o glucidi: generalmente associati a proteine (glicoproteine) e a lipidi (glicoipidi). I carboidrati sono esposti sulla faccia non citosolica della membrana per cui: nella membrana cellulare si trovano nella parte esterna verso l’ambiente extra; nella membrana degli organelli sono rivolti verso il lume del compartimento (interno).

Glicocalice: residui zuccherini delle glicoproteine e dei glicolipidi. Permette fenomeni di adesione cellulare e riconoscimento specifico fra cellule.

Trasporto di membrana

La membrana regola gli scambi tra l’ambiente esterno e interno, il trasporto può svolgersi secondo tre modalità:

• Diffusione semplice: molecole gassose, idrofobiche e apolari (O₂, CO₂, N, C₆H₆) che possono attraversare il doppio strato fosfolipidico, oppure piccole molecole polari prive di carica elettrica (es. H₂O).
• Trasporto passivo: avviene spontaneamente e non comporta dispendio energetico da parte della cellula, il passaggio di sostanze avviene secondo gradiente di concentrazione. Avviene per sostanze idrofile solubili in acqua che presentano carica elettrica, molecole polari grandi e metaboliti cellulari. Questi ultimi entrano tramite trasportatori. Gli ioni entrano tramite proteine canale.
• Trasporto attivo: passaggio di una sostanza contro gradiente di concentrazione, comporta lavoro e richiede dispendio di energia (ATP). La cellula può trasportare una o più sostanze contemporaneamente (sinporto: stessa direzione; antiporto: in direzioni opposte). Attraverso il trasporto attivo la membrana riesce a mantenere all’interno del suo citoplasma una differenza di concentrazione ionica diversa da quella presente all’esterno. Ioni potassio maggiori all’interno della cellula, ioni sodio contrario. Questa concentrazione è mantenuta tramite la pompa sodio-potassio la quale trasporta contemporaneamente 3 ioni sodio all’interno e 2 ioni potassio all’esterno della cellula.

La fuoriuscita di potassio si arresterà quando la differenza di potenziale sarà di -75mV (potenziale di membrana).

Trasporto di grandi molecole

• Esocitosi: verso l’esterno della cellula. Può essere costitutiva (più comune, tutte le cellule possono farlo. Utilizzata ad esempio per il ricambio di proteine o lipidi di membrana) o inducibile (la cellula produce dei vacuoli di esocitosi, li conserva all’interno di essa e li andrà a liberare solo alla ricezione di particolari stimoli; es. neurorecettori).
• Endocitosi: verso l’interno della cellula. In entrambe le modalità le molecole sono circondate da porzioni della membrana plasmatica, rimarranno isolate dal resto della cellula. Durante l’endocitosi, porzioni di membrana andranno perse. Nell’endocitosi le vescicole andranno a raggiungere dei compartimenti (endosomi) in cui il pH all’interno comincia a essere più acido rispetto a quello delle vescicole, passeranno agli endosomi tardivi e poi ai lisosomi, il pH interno aumenta notevolmente. L’endocitosi può essere mediata da recettori (serve per il trasporto di alcune sostanze come il colesterolo) e fagocitosi.
• Pinocitosi: entrata di fluidi.
• Fagocitosi: meccanismo di endocitosi che poche cellule riescono a fare (macrofagi, cellule dendritiche e granulociti neutrofili). Modalità che permette di eliminare ad esempio patogeni, le cellule sopra citate possono riconoscere il patogeno e inglobarlo. Si forma un vacuolo con all’interno il patogeno, fagosoma (vescicola più grande di quelle dell’endocitosi); il fagosoma si fonderà con i lisosomi andando a formare il fagolisosoma nei quali il patogeno viene distrutto.

Sistema membranoso interno

• RER: sulle membrane si trovano i ribosomi. È formato da cisterne appiattite parallele tra loro. Anche il RER serve per sintetizzare le proteine (avendo ribosomi associati). Qui inizia la glicosilazione delle proteine: l’attacco di catene zuccherine alle proteine quando si trovano particolari amminoacidi (asparagina o lisina); glicosilazione N-linked (nel Golgi altra glicosilazione).
• REL: assenza di ribosomi, non avrà delle funzioni legate alla sintesi proteica. Formato da cisterne appiattite. Deputato alla sintesi dei lipidi (fosfolipidi, colesterolo e ormoni steroidei). I lipidi se devono essere glicosilati devono passare attraverso l’apparato di Golgi. Altre funzioni: detossificazione di sostanze tossiche (enzimi che aiutano a trasformare alcune sostanze in sostanze che possono essere eliminate, maggiore negli epatociti); regolazione della concentrazione di Ca²⁺ (il calcio si accumula nelle cisterne del REL, nel tessuto muscolare prende il nome di reticolo sarcoplasmatico. Il Ca²⁺ induce il meccanismo della contrazione muscolare); intervento nel metabolismo del glicogeno (presenti degli enzimi che degradano il glicogeno a glucosio per permettere di ottenere glucosio libero che sarà liberato nel circolo sanguigno).
• Golgi: scoperto nel 1906 da Camillo Golgi. Situato in vicinanza al nucleo. Costituito da cisterne appiattite e da diverse porzioni. Faccia CIS: più interna, più vicina al RER. Faccia MEDIANA e faccia TRANS: più vicina alla membrana plasmatica. Presenti delle microvescicole che arrivano al Golgi dal RER e dal REL contenenti lipidi e proteine. Nel passaggio dal CIS al mediano al TRANS le proteine e i lipidi subiranno la glicosilazione. Le sostanze che attraversano il Golgi e sono pronte all’uso subiranno i destini del RER (membrana plasmatica, enzimi lisosomiali o esocitate). Presente una glicosilazione diversa rispetto al RER: le proteine che hanno già subito la glicosilazione nel RER possono essere modificate qui con la glicosilazione O-linked (serina e treonina). Nel Golgi quindi si conclude la glicosilazione, è un organello che permette di produrre proteine e lipidi funzionanti.
• Lisosomi: piccoli organelli, “spazzini cellulari”. All’interno dell’organello presenti le idrolasi acide che possono degradare le macromolecole, questi enzimi sono attivi SOLO a pH acido contenuto all’interno dei lisosomi perché se per caso il lisosoma subisse dei danni gli enzimi potrebbero uscire dal lisosoma e andare nel citoplasma, se fossero attivi a pH neutro potrebbero degradare parti della cellula. Per mantenere pH acido è presente una pompa che libera ioni H⁺ all’interno del lisosoma. Il materiale da degradare nei lisosomi deriva da 3 vie differenti:
• Autofagia: modalità con la quale la cellula può eliminare porzioni invecchiate della cellula che verranno circondate da porzioni di membrana plasmatica derivanti dal RER e formeranno una sorta di vacuolo, chiamato autofagosoma il quale si andrà a fondere con il lisosoma formando un autofagolisosoma.
• Materiale assunto per endocitosi.
• Fagocitosi (solo cellule specializzate).
• Perossisomi
• Mitocondri: forma a bastoncello, sono la centrale energetica della cellula. Sono presenti SOLO nelle cellule eucariote. Sono avvolti da 2 membrane, una membrana esterna e una interna (molto impermeabile e si solleva a formare le creste mitocondriali). La camera esterna è compresa tra le due membrane mentre quella interna è racchiusa dalle creste mitocondriali. All’interno della camera interna è presente la matrice mitocondriale. Il mitocondrio è l’unico organello che possiede un proprio genoma; all’interno della matrice sono presenti molecole di DNA ad anello. Funzioni:
• Ricarica le molecole di ATP unendo gli ADP a un gruppo P (necessita di energia che ottiene andando a molecole macromolecole carboniose come zuccheri, grassi ecc..). Processo che inizia nel citoplasma con la glicolisi anaerobia, continua nel ciclo di Krebs (nei mitocondri) e conclude nella fosforilazione ossidativa (nei mitocondri).
• Interviene nel processo della gluconeogenesi: quando le riserve di glicogeno sono esaurite il mitocondrio può produrre glucosio a partire da precursori non saccaridici.
• Produzione di calore. Nel grasso bruno degli animali ibernanti alta concentrazione di mitocondri.
• Insieme al REL contribuisce alla sintesi di ormoni steroidei.
• Ribosomi: unici a non essere circondati da due membrane, presenti sia nei procarioti che negli eucarioti. Regola la sintesi delle proteine. Sono formati da due subunità che rimangono staccate fino alla sintesi delle proteine, quando il ribosoma andrà a leggere l’mRNA. Le due subunità sono diverse: quella minore contiene una molecola di rRNA e proteine mentre quella maggiore possiede 3 molecole di rRNA e proteine. I ribosomi vengono sintetizzati nel nucleolo, cioè vengono sintetizzati gli rRNA che si andranno a unire alle proteine all’interno del nucleolo. I ribosomi si trovano liberi nel citoplasma oppure annessi alle membrane del RER. La sintesi delle proteine inizia SEMPRE a livello dei ribosomi liberi nel citoplasma, può continuare e finire in questo compartimento oppure passare al RER. I ribosomi liberi: sintetizzano proteine che sono destinate a rimanere all’interno della cellula, ad eccezione dei lisosomi. I ribosomi associati al RER: sintetizzano proteine che sono destinate alla membrana plasmatica (rinnovo), a formare gli enzimi lisosomiali oppure verranno esocitate. Le proteine sintetizzate prima di raggiungere i destini prima citati dovranno attraversare l’apparato di Golgi.

Citoscheletro

Rete di filamenti di natura proteica che contribuisce al movimento e al mantenimento della forma cellulare. Costituito da Microtubuli, Microfilamenti e Filamenti intermedi.

• Microtubuli: dimensioni maggiori dei tre elementi; sono cilindri cavi internamente costituiti da protofilamenti. Ciascun protofilamento è costituito da due proteine. Due tipi di microtubuli: labili (non sono sempre presenti nella cellula, presenti in determinati momenti come il ciclo cellulare) e stabili (sempre presenti, struttura ad esempio che forma le ciglia). Possono avere una funzione importante legata al trasporto di vescicole all’interno della cellula, come se fossero dei binari all’interno dei quali le vescicole vengono trasportate.
• Filamenti intermedi: hanno dimensione intermedia, sono strutture che determinano una grande capacità di ancoraggio nelle cellule; sono strutture citoscheletriche che sono tessuto specifico, sono costituiti da unità proteiche di diverso tipo a seconda del tipo di filamento intermedio (nella zona in cui si trovano). Se parliamo di tessuto epiteliale ad esempio si trovano i filamenti cheratinici (particolare tipo di filamenti intermedi); filamenti vimentinici si trovano nel tessuto connettivo.
• Microfilamenti: fondamentali per permettere fenomeni di adesione cellulare, intervengono nelle giunzioni. Esistono filamenti di actina e miosina (tessuto muscolare).

Nucleo

Rappresenta la diversità tra cellula procariotica ed eucariotica. All’interno si trova tutto il materiale genetico. Presenti cellule mononucleate e plurinucleate (sincizi, si forma una cellula plurinucleata partendo da fusione di cellule mononucleate, es. fibra muscolare striata scheletrica; e plasmode, alla divisione del nucleo non è seguita la divisione del citoplasma, es. megacariocita) oppure anucleate (eritrociti).

Nucleo diverso anche dal punto di vista della forma: sferico (linfociti), a ferro di cavallo (monociti), plurilobato (granulocita neutrofilo).

Involucro nucleare: circonda il nucleo. È formato da una membrana esterna (ricoperta da ribosomi, in connessione con il RER) e una membrana interna (legata alla lamina fibrosa). Le due membrane sono separate dalla cisterna perinucleare. Le due membrane si fondono in corrispondenza dei pori nucleari che rappresentano la via di comunicazione fra citoplasma e nucleo.

• Nucleoscheletro: mantiene la forma del nucleo, il volume, rappresenta l’impalcatura per la cromatina per condensarsi quando si deve trasformare nei cromosomi.
• Nucleoplasma: formato dalla cromatina (materiale genetico della cellula). Eucromatina (più chiara e meno condensata. Forma di cromatina ATTIVA, cioè trascritta), eterocromatina facoltativa (temporaneamente) o costitutiva (permanente) (più scura e più condensata, forma INATTIVA, non trascritta). All’interno delle cellule il contenuto genetico è uguale, cambia il contenuto di eucromatina rispetto a quello dell’eterocromatina (legato alla differenziazione cellulare).

Cromatina e cromosomi

Cromatina: DNA, RNA, proteine istoniche e non istoniche (RNA polimerasi e DNA polimerasi). Il DNA per formare la cromatina si avvolge intorno alle proteine istoniche (legami molto forti) andando a formare un nucleosoma, il tratto di DNA compreso tra due nucleosomi viene chiamato DNA filter.

Cromosomi: cromatina più condensata. Gli istoni hanno funzione strutturale e regolatoria (sullo stato del DNA).

Cariotipo: individuazione del numero dei cromosomi ed eventuali mutazioni all’interno dei cromosomi stessi. Analisi che viene fatta anche durante la gravidanza.

Tessuti

Tutte le cellule del nostro organismo derivano dalla cellula uovo fecondata.

Fecondazione: spermatozoo + cellula uovo = zigote.

Sviluppo: segmentazione (divisione dello zigote, si forma una sfera di cellule cava = blastula) e gastrulazione (invaginazione della cavità con formazione della gastrula, costituita da diversi foglietti embrionali, ectoderma/ mesoderma / endoderma / mesenchima).

Differenziamento

Due fasi:

• Cellule eucariotiche modulano l’attività dei loro geni mantenendo repressi alcuni e attivi altri. Le cellule dei vari tessuti hanno lo stesso DNA, ma il nucleo di ogni cellula specializzata trascrive solo gli mRNA (e quindi proteine) tipiche di quella cellula. La diversa attività trascrizionale del DNA dipende da segnali provenienti dal citoplasma. È un fenomeno reversibile.
• Ordinato assemblaggio di macromolecole proteiche, lipidiche e glucidiche secondo un preciso progetto strutturale.

Istogenesi

In seguito al differenziamento istologico si formano specifici raggruppamenti di cellule altamente specializzate, questi raggruppamenti si dicono tessuti:

• Epiteliale: cellule di origine ectodermica ed endodermica. Caratterizzati dalla presenza di lamina basale alla quale le cellule si ancorano e complessi giunzionali che uniscono saldamente le cellule tra loro e le mettono in comunicazione. Scarsa quantità di matrice intercellulare, cellule appiattite molto vicine.