Appunti di istologia e citologia: cellula eucariotica e tessuti connettivi

Istologia

L'istologia è la disciplina biologica che studia e descrive la struttura e la funzione dei tessuti. Il tessuto è l'insieme di cellule con caratteristiche morfologiche e proprietà simili, ad esempio epiteli di rivestimento e tessuto muscolare.

Citologia

La citologia è la disciplina biologica che studia e descrive la struttura e la funzione della cellula. La cellula è l'unità funzionale e morfologica degli organismi viventi. La sua struttura parte da cellule -> tessuti-> organi-> sistemi-> apparati

1. la differenza tra procarioti e eucaristia è che i primi come batteri o le cinofite NON possiedono un vero nucleo né organuli delimitati da membrane. Il DNA è libero nel citoplasma. I secondi invece, come i protozoi, funghi, cellule animali e vegetali, hanno un nucleo un sistema di membrane interne.

In tutte le cellule eucariotiche si trovano caratteri strutturali comuni:

• la membrana plasmatica, l'involucro che delimita i confini cellulari.
• Il nucleo, delimitato da una doppia membrana detta involucro nucleare. All'interno si trova la cromatina (DNA+proteine) ed il nucleolo.
• Il citoplasma, costituito da una matrice amorfa di natura acquosa (citosol) compresa tra la membrana plasmatica e il nucleo, è attraversato da una rete di filamenti proteici chiamata citoscheletro. Il citoscheletro ha il compito di organizzare il citosol, di mantener la forma cellulare e di contribuire alla formazione dell'apparato mitotico al momento della divisione cellulare(mitosi). All'interno del citoplasma sono contenuti i diversi organelli cellulari:
  • Ribosomi (particelle ribonucleoproteiche)
  • Reticolo endoplasmatico ruvido (rer)
  • Reticolo endolasmatico liscio (rel)
  • Apparato di Golgi
  • Lisosomi
  • Perossisomi
  • Mitocrondri

Cellula Eucariotica

reticolo endoplasmico liscio reticolo endoplasmico ruvi involucro nucleare membrana plasmati nucleolo poro nucleare lisosoma nucleo ribosomi apparato di Golgi citoplasma microtubuli del citoscheletro mitocondrio reticolo endoplasmico ruvido ANIMALI e PIANTE reticolo endoplasmico liscio ANIMALI e PIANTE mitocondrio ANIMALI e PIANTE Organelli rivestiti da membrane che delimitano aree circoscritte dove possono avvenire specifiche reazioni

La cellula eucariotica animale presenta una notevole eterogeneità di:

• dimensioni: in media le cellule umane ganno dimensioni comprese tra i 20um e i 30um, ma esistono cellule molto piccole come i globuli rossi (7um) e cellule molto grandi come le cellule uovo mature (200um).
• Forma: alcue cellule sono piatte, come le cellule endoteliali dei capillari, cubiche, cilindriche o fusiformi, altre presentano prolungamenti, come le cellule nervose.

Tale variabilità dipende in modo particolare dall'ambiente nel quale le cellule sono immerse e dalla funzione che svolgono. Pagina 1 di 58Glicoproteine membrana plasmatica Detta anche membrana cellulare o plasmatica. È un sottile involucro che delimita materialmente la cellula separandola dall'ambiente esterno. È molto simile per la sua composizione alla membrana degli organelli interni della cellula (nucleo, rel, rer, Golgi, mitocrondri, lisosomi, perossisomi.) Glicolipide 200000 colesterolo

Funzioni della Membrana Cellulare

La membrana cellulare ha il compito di separare l'ambiente intracellulare da quello extracellulare, di far avvenire gli scambi tra ambienta intracellulare ed extracellulare (scambi di materia, energia, informazioni), controllare la moltiplicazione cellulare e di controllare le interazioni cellula-cellula e cellula-sostanza intercellulare. Le funzioni e le proprietà della membrana cellulare sono da attribuirsi alla sua particolare composizione chimica. quindi, la composizione chimica della membrana plasmatica comprende:

• Lipidi coniugati al 40-80% che formano un doppio strato
• Proteine al 20-60% che possono essere intrinseche o estrinseche
• Carboidrati 2-10% che sono coniugati ai lipidi o alle proteine.

Tale composizione varia tra le diverse cellule di diversi tessuti di uno stesso organismo. Per quanto riguarda i lipidi: sono sostanze insolubili all'acqua per la presenza di lunghe catene di idrocarburi (H=idrogeno C=carbonio). I lipidi che costituiscono la membrana cellulare sono detti coniugati o complessi poiché contengono particolari gruppi chimici, quali acido fosforico, zuccheri o basi azotate che li rendono invece parzialmente solubili in acqua. I lipidi coniugati che formano le membrane cellulari sono quindi molecole ANFIPATICHE, cioè presentano: - un'estremità IDROFILA POLARE che interagisce con l'acqua - un'estremità IDROFOBA APOLARE insolubile in acqua formata da catene idrocarboniose di acidi grassi. Grazie alla loro anfipaticità i lipidi si orientano in modo particolare in ambiente acquoso formando così un DOPPIO STRATO LIPIDICO che costituisce la struttura portante della membrana plasmatica. I lipidi coniugati che costituiscono la membrana cellulare sono rappresentati principalmente da:

• FOSFOLIPIDI: sono formati da una molecola di glicerolo esterificata con due molecole di acidi grassi e legata ad un gruppo fosforico, a sua volta legato ad una base azotata. Gli acidi grassi presenti nei fosfolipidi possono essere insaturi, cioè possono presentare doppi legami. Il legame insaturo determina un ripiegamento della molecola che contribuisce sia a rendere la membrana più fluida sia a creare spazi dove si colloca il colesterolo.
• COLESTEROLO: è una molecola lipidica (steroide) che presenta un gruppo ossidrico OH libero che attribuisce alla molecola caratteristiche antipatiche che le permettono di essere un costituente delle membrane cellulari. È molto importate come regolatore delle fluidità della membrana.

Proteine della Membrana Plasmatica

Le proteine associate alla membrana plasmatica si possono distinguere in due gruppi:

1. ESTRINSECHE O PERIFERICHE: non penetrano nel doppio strato lipidico e sono associate. solo con la superficie esterna oppure interna della membrana (es: spectrina nei globuli rossi)
2. INTRINSECHE O INTEGRALI: sono transmembranali cioè profondamente inserite nel doppio strato e saldamente legate ai lipidi mediante interazioni idrofobiche (es:glicoforina dei globuli rossi).

Zuccheri, Carboidrati o Glucidi

Sono generalmente associati a proteine (a formare GLICOPROTEINE) e a lipidi (a formare GLICOLIPIDI) I carboidrati sono esposti solo sulla faccia non citosolica delle membrane per cui:

• nella membrana cellulare si trovano nella parte esterna verso l'ambiente extracellulare Pagina 2 di 58-nelle membrane degli organelli cellulari sono rivolti verso il lume del compartimento.

Glicocalice

I residui zuccherini delle glicoproteine e dei glicolipidi costituiscono il GLICOCALICE, cioè un rivestimento glucidico della membrana plasmatica. Esso è molto importante perché:

1. Responsabile dei fenomeni di adesione e di riconoscimento specifico fra cellule.
2. Coinvolto nei rapporti delle cellule con l'ambiente extracellulare.

Le glicoproteine del glicocalice possono essere ancorate al CITOSCHELETRO (sistema di proteine filamentose).

Trasporto Attivo di Membrana

La membrana plasmatica regola gli scambi tra l'ambiente interno della cellula e quello esterno. Il trasporto di sostanze attraverso la membrana può svolgersi secondo tre modalità:

• Diffusione semplice: Per diffusione semplice si intende il passaggio di una sostanza attraverso il doppio strato lipidico. Le uniche sostanze in grado di attraversare la membrana secondo questa modalità sono rappresentate da: -molecole idrofobiche apolari (ossigeno, anidride carbonica, azoto, benzene).
• Trasporto passivo: -Avviene spontaneamente -Non comporta dispendio energetico da parte della cellula -Il passaggio di una sostanza avviene secondo gradiente di concentrazione (dalla zona ove essa è più concentrata verso la zona ove è assente o presente in minor concentrazione). Avviene per: -sostanze solubili in acqua (idrofile), che presentano una carica elettrica quali Ioni (es. Na+,k+, Ca++, Cl-, Mg++) -molecole polari relativamente grandi (es. glucosio, amminoacidi, acidi grassi) -molti metaboliti cellulari Queste sostanze non riescono ad attraversare il doppio strato fosfolipidico e per entrare e uscire dalla cellula secondo il loro gradiente di concentrazione necessitano della presenza di proteine canale e di trasportatori.
• Trasporto attivo: -Permette il trasporto di una sostanza attraverso la membrana cellulare contro il gradiente di concentrazione (o elettrico). -Comporta un lavoro e richiede quindi dispendio di energia. -La fonte più comune di energia per il trasporto attivo è l'adenosintrifosfato (ATP) prodotto dai mitocondri. -Richiede l'intervento di molecole trasportatrici, specifiche per le varie sostanze, che si legano con la molecola da trasferire, la trasportano attraverso la membrana e la liberano. Esiste un trasporto attivo secondario chiamato co-trasporto in cui l'energia necessaria non viene fornita dall'idrolisi di ATP ma viene sfruttato il flusso secondo gradiente di un'altra molecola Si parla di simporto quando le due sostanze sono trasportate nella stessa direzione e di antiporto quando sono veicolate in due direzioni opposte.

Trasporto Attivo e Trasporto di Membrana

Grazie al trasporto attivo la membrana riesce a mantenere all'interno del suo citoplasma una concentrazione di ioni diversa da quella presente nell'ambiente esterno. Infatti mentre i liquidi extracellulari hanno un'elevata concentrazione di ioni Na+ e CI- e basse concentrazioni di K+, Mg2+, Ca2+ e PO43-, i liquidi intracellulari possiedono elevate concentrazioni di K+ e anioni organici non diffusibili di grandi dimensioni (ad es. proteine) ma una più bassa concentrazione di sodio. Le diverse concentrazioni di Na+ e K+ ai due lati della membrana sono mantenute da un trasportatore attivo detto pompa ionica del sodio e del potassio che trasporta contro gradiente di concentrazione ioni K+ verso l'interno e ioni Na+ verso l'esterno della cellula (3Na+ ogni 2K+). Pagina 3 di 58In membrana esiste anche un canale per il K+, che permette la fuoriuscita di K+ secondo gradiente. La fuoriuscita di K+ si arresta quando la differenza di potenziale tra le due facce della membrana è -75mV. Tale valore è detto potenziale di membrana. Il potenziale di membrana è importante soprattutto per il funzionamento delle cellule nervose e muscolari. Reticolo endoplasmatico RE di transizione Trasporto vescicolare ERGIC Faccia cis Faccia mediale Faccia trans Trans Golgi network Granuli di secrezione Vescicole lisce e rivestite

Trasporto di Grandi Molecole

Il trasporto attraverso la membrana plasmatica di macromolecole quali proteine, polinucleotidi, polisaccaridi o di piccole particelle (il cui ingresso non è consentito tramite permeasi) avviene attraverso meccanismi di ESOCITOSI e di ENDOCITOSI. In questi processi rivestono notevole importanza le vescicole ricoperte, strutture che sono in grado di mantenere il materiale da trasportare separato dal resto della cellula Durante l'endocitosi parti della membrana cellulare stessa vengono continuamente trasportate all'interno della cellula e susseguentemente rimpiazzate tramite esocitosi. transport vesicle ENDOCYTOSIS

Endocitosi

Questo tipo di trasporto comporta l'inglobamento di grandi molecole da parte di estensioni citoplasmatiche della cellula. Questo processo porta alla formazione, all'interno del citoplasma, di vescicole delimitate da porzioni della membrana plasmatica e contenenti il materiale endocitato. Esistono tre tipi di endocitosi:

• Pinocitosi: cattura di piccole quantita' di fluido extracellulare in maniera non specifica.
• Endocitosi: mediata da recettori ( ad es. il colesterolo).
• Fagocitosi: è un processo utilizzato da cellule specializzate del sistema di difesa (macrofagi, granulociti neutrofili, cellule dendritiche) per ingerire e distruggere microrganismi patogeni, quali i batteri. Le particelle per essere fagocitate devono essere riconosciute recettori presenti sulla membrana delle cellule fagocitiche. Quindi si formano vescicole molto più grandi delle vescicole di endocitosi (i fagosomi), la cui dimensione dipende dalla particella ingerita. Il fagosoma si fonde quindi con il lisosoma e genera il fagolisosoma, dove avviene la degradazione del materiale ingerito.

Esocitosi

L'esocitosi può essere:

• Inducibile (o regolata): alcune cellule producono determinate sostanze e le immagazzinano dentro apposite vescicole dette di secrezione. Il materiale, in questo caso, viene rilasciato in seguito a stimoli o a esigenze specifiche della cellula.
• Costitutiva: le cellule hanno la caratteristica di secernere continuamente dei prodotti specifici. Più spesso si tratta di un ricambio dei componenti della membrana.

Sistema Membranoso Interno

Il sistema membranoso interno è un sistema costituito da tubuli, cisterne e vescicole delimitate da citomembrane di composizione simile alla membrana plasmatica, presenti nel citoplasma della cellula. I principali costituenti del sistema membranoso interno sono:

• Il Reticolo endoplasmatico rugoso
• Il Reticolo endoplasmatico liscio
• Il Complesso di Golgi
• Le vescicole di trasporto
• I Lisosomi
• I Perossisomi

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