Istologia - citologia

Istologia

Programma

• Citologia
  • Membrana cellulare
  • Nucleo, eucromatina ed eterocromatina, cromosomi
  • DNA, RNA
  • Divisione cellulare: mitosi e meiosi
  • Nucleolo
  • Ribosomi, reticolo endoplasmatico liscio e ruvido
  • Apparato di Golgi
  • Mitocondri
  • Lisosomi
  • Citoscheletro
  • Giunzioni cellulari
  • Differenziazione
  • Biocomunicazione
• Istologia
  • Tessuti epiteliali: epiteli di rivestimento, epitelio ghiandolare, epitelio sensoriale
  • Tessuto nervoso: sistema nervoso somatico, sistema nervoso autonomo (vegetativo/viscerale), neuroni, neuriti, sinapsi, giunzione neuromuscolare, cellula della glia
  • Tessuto connettivo: tessuto adiposo, tessuto cartilagineo, tessuto osseo
  • Sangue: emopoiesi, emocromo
  • Tessuto muscolare: liscio, scheletrico, cardiaco
  • Denti: smalto, dentina, cemento, polpa, odontogenesi
  • Parodonto: gengiva, desmodonto

Citologia

Generalità

L'uomo è composto da cellule.

• Trasparenti, per essere esaminate colorate e ingrandite (microscopio)
• Non tutte le cellule sono uguali
• Tutte le cellule vivono per un periodo di tempo e poi muoiono

Cellula — unità strutturale di base di tutti gli organismi:

Le cellule sono minuscole. Per esempio, il rivestimento interno dell'intestino, che ci si aspetta sia come una colonna, misura circa 20 µm di lunghezza e 5 µm di spessore, ciò significa che un insieme di 400 cellule di questo tipo ha le dimensioni di un capello. Solamente 2500 milioni di queste cellule pesano 1 g. Le cellule degli uomini e degli animali sono deboli, cristalline e incolore. Essenzialmente sono costituite da una soluzione liquida di proteine e zuccheri. Sono suddivise da sottili membrane in compartimenti. Una pila di 100.000 membrane è circa spessa 1 mm. Se l'essere umano è composto da strutture così sottili e soluzioni trasparenti, perché non ci si può vedere attraverso? Oltre al fenomeno di rifrazione ci sono altri due motivi:

• Alcune cellule accumulano sostanze che assorbono la luce come i globuli rossi con l'emoglobina o le cellule adipose con il grasso.
• In alcuni punti tra le cellule vengono depositate proteine in alta concentrazione (collagene) o sali minerali (fosfato di calcio).

Quando campioni di tessuto vengono introdotti in soluzioni colorate, le sostanze depositano nella cellula e nello spazio intracellulare pigmenti differenti in modo irregolare. In questo modo nelle strutture sono riconoscibili dei motivi. La colorazione più utilizzata è quella con Ematossilina eosina (EE) che sfrutta le sostanze coloranti blu (ematossilina) e rossa (eosina). L'ematossilina colora le sostanze con gruppi acidi liberi come gli acidi nucleici, da cui il colore blu del nucleo. L'eosina colora quasi tutte le proteine, di cui il citoplasma è ricco di proteine.

Non esistono cellule per eccellenza. Ci sono centinaia di cellule differenti, di cui diverse cellule specializzate, che possono essere molto differenti in quanto ciascuna sia ben "attrezzata" per diverse prestazioni. Anche per le cellule vale lo stesso principio forma-funzione. La funzione dipende dalla struttura, la struttura rispecchia il funzionamento. Ci sono anche cellule che appaiono meno sviluppate che sostituiscono le cellule specializzate nella cosiddetta rigenerazione.

Ciclo di vita delle cellule

Una cellula vivente è costantemente sottoposta a cambiamenti. In forma, dimensioni, energia e sostanze, si adatta alla situazione generale dell'organismo. Anche la loro disposizione interna con gli organuli varia. Per esempio, la cellula può, sotto l'influenza dell'ormone tiroideo, produrre organuli aggiuntivi per il rifornimento di energia. Però può anche deteriorarsi quando particolari impulsi di altre cellule non arrivano. Così accade ad esempio per le cellule dei muscoli, quando il loro rifornimento di nervi viene interrotto. Anche la cellula attraversa un ciclo di vita con la nascita, diverse fasi di attività e la morte.

Struttura della cellula

Senza alcune eccezioni, tutte le cellule viventi sono di grande importanza.

• Nucleo, cromosomi e ciclo cellulare
• Mitocondri
• Ribosomi, reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi
• Membrana cellulare e contatti tra cellule
• Citoscheletro, centrioli e trasporto intracellulare

Gli altri organuli non sono meno importanti, ma saranno trattati con ciascun tipo di cellula in cui sono particolarmente formati. Ad esempio, le ciglia e i microvilli nei tessuti epiteliali o sistemi appositamente predisposti di filamenti proteici nel tessuto muscolare.

Nucleo

• Lamina nucleare
• Membrana nucleare
• Pori
• Eterocromatina
• Eucromatina
• Nucleolo
• Creste mitocondriali
• Reticolo endoplasmatico liscio
• Reticolo endoplasmatico ruvido
• Ribosomi liberi
• Apparato di Golgi
• Lisosomi
• Vescicole
• Fagosoma
• Fagolisosoma
• Tight junction
• Gap junction
• Diversi contatti di adesione
• Membrana basale
• Emidesmosomi
• Corteccia cellulare
• Centrioli

Nucleo: struttura e funzione

Il nucleo è quella porzione della cellula in cui sono conservate le informazioni genetiche sotto forma di lunghe molecole di DNA. Il nucleo è uno spazio circoscritto, solitamente sferico, della cellula, che è tenuto libero in gran parte dagli organuli citoplasmatici. Il nucleo è stabilizzato da uno strato intrecciato di filamenti intermedi citoscheletrici, la lamina nucleare, oltre ad ancorare la cromatina. Non è corretto parlare di membrana nucleare, bensì di involucro nucleare, che è composto da due membrane diverse. Dal citoplasma, la lamina nucleare si appoggia all'involucro nucleare. L'involucro nucleare comprende le due membrane: esterna e interna. I suoi filamenti si dissociano durante la divisione cellulare e si assemblano nelle cellule figlie.

L'involucro nucleare: La membrana interna è rivestita sul lato interno da una fitta maglia di proteine chiamata lamina nucleare. La lamina nucleare separa la cromatina dalla membrana interna (lamina tipo A). La membrana esterna (lamina di tipo B) può presentare ribosomi a causa della continuità con il reticolo endoplasmatico ruvido. L'involucro nucleare risulta formato da un'estensione del reticolo endoplasmatico, che organizzandosi delimita l'area del nucleo. Il compartimento intramembranoso (lume), cioè lo spazio racchiuso dalle doppie membrane del reticolo endoplasmatico ed in collegamento diretto con il lume delle membrane nucleari.

La membrana nucleare non è continua, ma presenta dei fori, detti pori nucleari, il cui scopo è quello di permettere il passaggio di ioni e piccole molecole dal citosol (parte fluida del citoplasma) al nucleoplasma (anche carioplasma). I pori nucleari non sono semplici canali aperti, bensì sono un complesso di numerose proteine che controllano l'introduzione e l'espulsione delle sostanze. Nel carioplasma ci sono i cromosomi e il nucleolo.

Nucleolo

È il centro di comando della cellula, il deposito dei suoi archivi. Si trova eccentricamente al nucleo. Sito di sintesi degli acidi ribonucleici (RNA):

• Acido ribonucleico messaggero (mRNA)
• Acido ribonucleico transfer (tRNA)
• Acido ribonucleico ribosomiale (rRNA)

Questi si spostano dal nucleo al citoplasma dove partecipano alla sintesi di componenti proteici della cellula e di proteine di secrezione.

Cromosomi

Un cromosoma è formato da una molecola di DNA sotto forma di doppia elica avvolta a intervalli brevi attorno agli istoni (proteine) e a volte attraverso spiralizzazione ordinata così tanto condensata da poterla vedere con il microscopio ottico. 8 istoni + DNA = nucleosoma (25 miliardi in ciascun nucleo) I cromosomi immagazzinano l'informazione genetica e regolano la loro realizzazione. La cellula umana contiene cromosomi, che nel loro complesso rappresentano il genoma. I cromosomi sono costituiti principalmente dal DNA (6 miliardi di coppie di basi azotate) e istoni. Questi formano insieme una struttura filamentare ordinata, che risulta poco condensata nell'eucromatina (trascrizionalmente attiva). Tratti di DNA possono essere letti e trascritti, ciò significa che le loro informazioni in linguaggio DNA possono essere trasmesse nel linguaggio RNA. Questo processo è chiamato trascrizione. L'eterocromatina (trascrizionalmente inattiva) è formata da tratti di cromosomi altamente condensati, che sono intensamente colorabili e frequentemente legati sotto forma di grezze zolle alla lamina nucleare.

I cromosomi sono identificabili nel nucleo quando la cellula si prepara alla divisione (cromatina nucleare si condensa). Nel nucleo di tutte le cellule somatiche sono in numero costante. Il nucleo ha 3 funzioni: duplicazione prive di errori del genoma, espressione genica (processo attraverso cui l'informazione contenuta in un gene viene convertita in una macromolecola funzionale, di solito proteine), formazione dei ribosomi.

Obiettivo della replicazione: l'esatta replicazione consiste nella copiatura del genoma così che o una cellula contiene più copie del genoma, detta quindi polipode, oppure il genoma nell'ambito della divisione cellulare rimane invariato e viene completamente trasmesso alla cellule figlie. Obiettivo dell'espressione genica: in una cellula viene messo in atto in un certo tempo un determinato gene. L'espressione genica richiede 2 passaggi: trascrizione e traslazione. Solo la trascrizione avviene all'interno del nucleo, processo in cui determinati tratti di DNA vengono copiati nel linguaggio del RNA. Dopo una serie di modifiche RNA-trascritto viene emesso come m-RNA fuori dal nucleo. (m=messenger). La formazione dei ribosomi presuppone la formazione di uno speciale RNA, l'RNA ribosomiale (r-RNA). Il nucleolo è una regione del nucleo cellulare responsabile della sintesi dell'RNA ribosomiale.

Ciclo cellulare

La vita di una cellula può durare minuti o anche decenni. Ha inizio quasi sempre con la divisione di una cellula in due cellule figlie, molto raramente dalla divisione con la formazione di una gamete (cellula sessuale) (meiosi), ancora più raramente con la fusione di gameti maturi. La vita di una singola cellula finisce o con la divisione cellulare (ciclo cellulare) o con la naturale morte cellulare (apoptosi G₀) o con la morte patologica (necrosi, dopo G₁).

Molte cellule attraversano un ciclo in cui a partire da una cellula vengono formate due cellule figlie identiche. Nel ciclo cellulare nella fase di divisione (fase M, M di mitosi) viene trasmesso l'intero genoma ad ogni cellula figlia. La mitosi è accompagnata da cambiamenti evidenti, chiaramente riconoscibili al microscopio.

Interfase

Fase tra due mitosi. Dopo la fase-M segue una fase di crescita e sintesi di diverse sostanze, chiamata fase G₁, nella quale la cellula duplica il suo contenuto, ad esclusione del corredo genetico. Sotto l'influenza di fattori di crescita il DNA cromosomiale viene raddoppiato (fase S, come sintesi—>duplicazione materiale genetico). I due cromosomi (cromatidi) identici derivanti da un cromosoma sono ancora uniti in un punto, il centromero. Fase G₂, durante la quale la cellula si prepara alla mitosi, controlla e ripara eventuali errori commessi nella replicazione del DNA.

Nella mitosi una cellula attraversa 4 fasi: Profase, Metafase, Anafase, Telofase; prima che le cellule figlie rientrino in interfase.

• Profase: Inizia quando i cromosomi diventano visibili al microscopio, in seguito alla condensazione DNA. Il nucleolo scompare e la membrana nucleare inizia a disgregarsi. I centrioli migrano ai poli opposti della cellula. Si forma il fuso mitotico, al quale si attaccheranno i cromosomi.
• Metafase: A questo punto scompare la membrana nucleare ed i cromosomi si agganciano alle fibre del fuso mitotico in corrispondenza del loro centromero e si allineano in corrispondenza del piano equatoriale (zona centrale della cellula). L'apparato mitotico è composto dai centrioli, dall'aster e dalle fibre del fuso; permette la migrazione dei cromosomi durante la divisione cellulare.
• Anafase: I due cromatidi di ciascun cromosoma si separano e vengono trascinati ai due poli opposti della cellula dalle fibre del fuso mitotico. D'ora in poi i cromatidi sono di nuovo chiamati cromosomi. Quando sono presenti 46 cromosomi ad entrambi i poli inizia la fase successiva.
• Telofase: I cromatidi ai poli della cellula si de-condensano e attorno a ciascun corredo cromosomico si forma una nuova membrana nucleare. Il citoplasma viene suddiviso tra le due cellule figlie, di solito in due parti uguali. Dopo la telofase le cellule vanno incontro all'interfase (G₁ o G₀), in cui il nucleo si chiama nucleo interfase.

Se la cellula si divide per meiosi o meno dipende dall'espressione di un particolare gene regolatore: l'oncogene. La decisione di divisione dipende dalla cellula che provvede ad attivare i proto-oncogeni. La decisione di attivare i proto-oncogeni può essere indotta da diversi fattori che si stabiliscono al di fuori della loro membrana (della cellula) chiamati fattori di crescita. La cellula dispone anche di geni che impediscono la mitosi, geni inibitori della proliferazione.

Il controllo della frequenza della mitosi è di maggiore importanza per la crescita e la rigenerazione, ma altrettanto importante per la crescita incontrollata di tumori. A causa del loro contributo nell'insorgenza dei tumori questi geni sono ricercati/studiati. Infatti, "onko" dal greco segnala un tumore. I geni che inibiscono la proliferazione sono stati identificati prima nelle cellule tumorali, come il gene RB-1 nelle cellule del retinoblastoma (patologia oculare).