Fondamenti Neurobiologici e Genetici: Cellule, struttura e funzioni

Cellule: Unità Fondamentale

Lezione 1
16/10-/2024

Le cellule:
= unità fondamentale che accomuna tutti gli organismi viventi, l'unità fondamentale di:
Struttura
o Funzione
O Riproduzione

La Teoria Cellulare

Robert Hooke e le prime osservazioni

1. Robert Hooke, 1635-1703
- Scienziato e architetto inglese, osservò con il suo primitivo
microscopio composto differenti oggetti e sostanze
- L'analisi microscopica da lui portata a compimento prevedeva
l'analisi di una piccola sezione di sughero che gli permise di
osservare che esso era "all perforate ad porsi, much like a
honeycombe" => quello che lui realmente osservò riguardava
certamente le cellule ma, di preciso, ciò che rimaneva delle
cellule nel sughero ossia la sola parete cellulare "vuota"
- Nei primi decenni dell'800 furono disponibili agli studiosi di
organismi viventi dei nuovi modelli microscopi composti, dotati
di lenti di avanzata concezione ottica in grado di migliorare
l'ingrandimento e soprattutto il potere di risoluzione del
microscopio ottico.
- Grazie ai nuovi strumenti nacque un nuovo interesse per
l'anatomia e la patologia microscopica che portarono alla
scoperta e alla descrizione dei due comportamenti essenziali
delle cellule: NUCLEO e CITOPLASMA

Schleiden e Schwann: Unità di Struttura e Funzione

2. Schledein, 1804 e Schwann, 1811
- Schleiden - prima avvocato, poi botanico, sostenne e difese con
vigore la tesi che le cellule sono unità di struttura, di funzione e
di organizzazione degli esseri viventi.
- Schwann - fisiologo e zoologo tedesco - studiando al
microscopio la struttura della chorda dorsalis della larva di rana
e la struttura della cartilagine osservò che esse erano simili alla
struttura "a cella" osservata nei vegetali ed estese agli organismi
animali la concezione "cellulare" di Schleiden.
- Schleiden e Schwann confrontarono le loro osservazioni ed
elaborarono successivamente una teoria generale della cellula
come unità fondamentale di struttura e di funzione nei sistemi viventi

Rudolf Virchow e la Riproduzione Cellulare

3. Rudolf Virchow, 1821
- patologo e microscopista tedesco si rese conto che le cellule
che compongono gli organismi possono derivare solo da una
cellula preesistente-> "Omnis cellula e cellula" (1855)
- alla cellula viene riconosciuta anche la funzione di
RIPRODUZIONE
- A lui si deve anche la formulazione del concetto di patologia
cellulare (malattie umane legate alle cellule à organismo vivente
si ammala perché si ammalano cellule)
- Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule che
hanno anche la funzione di riproduzione

LA CELLULA È UNITÀ FONDAMENTALE E LA MINIMA STRUTTURA BIOLOGICA CHE POSSIEDE
TUTTE LE
CARATTERISTICHE DEI SISTEMI VIVENTI
O
FIBROBLASTI UMANI
In FLUORESCENZA
De Fannit im Urefm nichts berrinten
Hint fingi co nun im Kleinen att.
T- Esistono degli organismi viventi "non cellulari", i VIRUS, che non hanno struttura e
organizzazione di tipo cellulare, non sono da considerare "organismi viventi" in quanto
possiedono un proprio patrimonio genetico, ma:
a. non possiedono una termoregolazione (± altri organismi si)
b. non sono in grado di riprodursi autonomamente => sfruttano il metabolismo delle cellule
infettate
c. sfruttano i processi di trascrizione e traduzione =>infettando possono produrre nuove
particelle virali.
-> grande dibattito = alcuni dicono che si riproducano sfruttando altri organismi perché sono più
intelligenti

Principi della Teoria Cellulare

La teoria cellulare:
a) Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule
b) La cellula è l'unità fondamentale di struttura e funzione del vivente
c) Tutte le cellule derivano da cellule preesistenti (in quanto unita di disposizione)
d) La cellula è la minima struttura biologica che possiede tutte le caratteristiche dei sistemi
viventi; esistono degli organismi viventi non cellulari (i virus) che non hanno struttura e
organizzazione di tipo cellulare, non sono da considerare organismi viventi ma possiedono un
proprio patrimonio genetico, non sono in grado di riprodursi autonomamente e non sono auto-
regolabili

Tipologia Generale delle Cellule

Cellule Procariote

1. Cellula procariote = cellule che hanno una struttura relativamente
semplice, non hanno un nucleo osservabile e definito da una
membrana; è meno organizzata rispetto a quella eucariote.
Suddiviso in due differenti gruppi:
a) dominio dei BACTERIA (batteri gram-positivi + proteobatteri + ciano
batteri (alghe azzurre))
b) dominio dei ARCHEA (batteri)
I batteri non hanno dimensioni che variano da poche centinaia di mu;
per quanto riguarda la forma, i batteri ossia tutti organismi unicellulari,
mostrano una notevole varietà di forme che permette la loro
classificazione

Cellule Eucariote

2. Cellula eucariote = cellule che hanno una struttura più complessa (la
quale si adatta a seconda della sua funzione) e organizzata rispetto a
quella della cellula procariote, posseggono un nucleo ben visibile e
definito da una membrana
Suddiviso in 4 differenti gruppi:
a) PROTISTI
b) FINGHI
c) PIANTE
d) ANIMALE

Struttura Cellulare

Struttura della Cellula Procariote

Cellula procariote:
Struttura =
- CAPSULA
- PILI necessari per l'accoppiamento -> scambi
- MEMBRANA PLASMATICA che forma un'invaginazione
- NUCLEOIDE che contiene il materiale genetico (DNA circolare)
- CITOPLASMA con RIBOSOMI necessari alla traduzione per la sintesi delle proteine
Sella
trasverso
Flagelli
Nucleoide
Ribosomi
Capsula
Pili
Mesosoma
Parete
cellulare
Citoplasma
Membrana
citoplasmatica
Reticolo
endoplasmatico
liscio
Nucleo
Reticolo
endoplasmatico
rugoso
Flagello
Assenti
nelle
piante
Lisosoma
Centriolo
Ribosomi
Perossisoma
Citoscheletro
Apparato
di Golgi
Membrana
plasmatica
Mitocondrio

Struttura della Cellula Eucariote

Cellula eucariote:
Struttura =
- CIGLIA e FLAGELLI (flagelli solo negli spermatozoi)
- MATRICE EXTRACELLULARE
- MEMBRANA PLASMATICA
- NUCLEO (di solito al centro)
- CITOPLASMA = organelli / organuli (mitocondri, reticoli, lisosomi, ribosomi, apparati di Golgi ... )
e citosol (parte fluida)
=> si pensa che ci sia stato antenato universale totale nato all'interno del mare da cui poi sono
derivati tutti gli organismi (sia eucarioti che procarioti) -> si pensa ciò in quanto DNA uguale per
tutti gli organismi e codice genetico è universale

Focus sul Microscopio

Microscopio Ottico e Microtomo

Microscopio ottico e microtomo:
O Alla fine dell'800 lo studio della cellula aveva fatto notevoli progressi e diverse
strutture sub-cellulari erano state identificate attraverso l'osservazione di
preparati istologici di buona qualità. Occorre ricordare l'importanza
dell'invenzione del microtomo (1870), che permise l'ottenimento di preparati
molto sottili, e dello sviluppo di tecniche di colorazione chimica dei preparati.
· La disponibilità di microscopi ottici perfezionati consentì di raggiungere,
nell'osservazione delle strutture istologiche e citologiche, risoluzioni inferiori al
microtomo.
1 micrometro (um)
[o micron (p)]
=
1/1000 mm
(10-3 mm)
1 nanometro (nm)
1/1000 um
(10-3 pm)
[ o millimicron (mp) ]
(10-6mm)
1/10 nm
1 angstrom (Å)
(10-4 pm)
(10-7mm)

Microscopio Elettronico

Microscopio elettronico:
O Potere di risoluzione decisamente maggiore rispetto al microscopio ottico, circa 1000 volte
maggiore
O Inventanti negli anni 30' => reso disponibile ai biologi anni 40'
O Grazie al suo avvento si riaprì una fase di studi citologici => fase dell'indagine sulla ultra
struttura cellulare che ha portato risultati importanti per comprensione MORFOLOGICA +
FISIOLOGICA dei processi vitali

Matrice Extracellulare

Matrice extracellulare:
= materiale esterno alla cellula presente in tutte le cellule => composta per la
maggior parte da glicoproteine prodotte dalla stessa cellula + caratterizzate da una
componente di zucchero associata alla proteina stessa;
=> ogni cellula preserva una matrice particolare, legata alla funzione del tessuto
stesso, sono presenti all'interno della matrice tre proteine particolari:

Collagene

Collagene:
· la proteina più importante nella matrice extracellulare
· permette la formazione di robuste fibre all'esterno delle cellule
· costituisce circa la metà delle proteine che compongono il corpo
umano
· prodotto all'interno delle cellule e secreto all'esterno
. costituisce circa la metà delle proteine che costituiscono il corpo
umano
· si concentra a livello di tendini, ossa, pelle, cartilagini ..
· viene sintetizzato dall'organismo a partire dai singoli amminoacidi che lo
compongono
· tra le catene di collagene si si creano dei ponti ad idrogeno nei punti di
idrossilazione

Fibronectina

Fibronectina:
· proteina molto importati dell'ECM
· interagisce con le integrine ( = proteine recettoriali, localizzate sulla
membrana plasmatica e la attraversano legandosi sul versante
citoplasmatico al cito scheletro cellulare; si trovano nella posizione adatta
da poter trasmettere cambiamenti della ECM al citoscheletro e contrario)
· prodotte principalmente dai fibroblasti all'interno della cellula poi espulsa
con matrice interconnessa (legata alla cellula dalle integrine), per poi entrare
in contatto con il collagene (formano dei binari che permettono alla cellula di
trovare la via che devono seguire
MATRICE EXTRACELLULARE
CITOPLASMA
wes polare +
OLECOLADI FIEPOLITICA
-Gly-x-Y-Gly-x-Y-
Arminaacidica
diomsiptolins
Catana
Tropocol agan
tricia elica
Fibrila di
tornando fibre
Fibra di· mette in luce il ruolo determinante della matrice cellulare relativa alla sua attività vitali della
cellula ex: alcune cellule di un embrione in fase di sviluppo migrano lungo specifiche traiettorie secondo
orientamento dei microfilamenti rispetto alle fibre della matrice extracellulare
· altre ricerche dimostra che il ruolo determinante della matrice intorno alla cella consista ->
influenzare l'attività dei geni contenuti nel nucleo e viceversa (ex: rapporto trasformazione oncogeni
/trasformazione matrice cellulare)

Integrina

Integrina:
· proteine recettoriali con subunità differenti
· produzione + secrezione in ambiente extracellulare in contatto con fibronectina +
interno della membrana stessa in contatto con proteine del citoscheletro (struttura
interna delle cellule)
· le integrine esterne -> codina all'interno del citoplasma tramite cui creano un contatto
con l'interno della cellula-esterno cellula (= trasmetto cambiamenti dell'ECM al citoscheletro)

Funzioni della Matrice e delle Proteine

La matrice e le proteine, funzioni:
I. ruolo funzionale = è legato al trasporto di informazioni dall'ambiente
extracellulare tramite cambiamenti conformazionali
Il. ruolo della fibronectina = consiste nell'indicare la via, sopratutto alle
cellule di un embrione in fase di sviluppo
III. influenzamento = la matrice influenza l'attività dei geni presenti nella
cellula

Sistemi di Adesione Intercellulare

Sistemi di adesione intercellulare:
- le cellule di un organismo vivente sono organizzate in tessuti, organi e apparati
=> esse aderiscono + interagiscono + comunicano tra loro mediante
determinati dispositivi di contatto fisico
- nei tessuti epitaliali ( che Delimitano superfici interne del corpo) -> sono
presenti tipi di contatto intercomunicanti: GIUNZIONI OCCLUDENTI +
DESMOSOMI + GIUNZIONI COMUNICANTI
- Sistema di adesione = sistema di comunicazione fra cellule, meccanismo che a livello delle
membrane si occupano di collegare una cellula ad un'altra

Giunzioni Occludenti

Giunzioni occludenti:
= in corrispondenza di esse -> le membrane cellulari di cellule confinanti vengono
FUSE, formando cinture continue intorno alle cellule
Le giunzioni => si occupano di impedire la DISPERSIONE di fluido extracellulare
attraverso strato delle cellule epiteliali
- in corpo umano le giunzioni mantengono separato il contenuto intestinale dai fluidi
corporei situati sul versante opposto epitelio

Desmosomi

Desmosomi:
= definiti giunzioni di ancoraggio nelle pareti laterali o nella parte basale delle cellule
I falcetti di filamenti intermedi formati dalla CHERATINA (= robusta proteina) =>
rinforzano desmosomi
-> svolgono funzione di PUNTI DI UNIONE mantenendo le cellule aderenti

Giunzioni Comunicanti

Giunzioni comunicanti:
= formano veri e propri canali citoplasmatici tra cellule adiacenti, sono dette
anche giunzioni GAP
- determinate proteine di membrana circondano ogni poro => il cui diametro è
ampio abbastanza per transito di ioni di sali + zuccheri + amminoacidi +
piccole molecole
- nel tessuto muscolare cardiaco => flusso ioni attraverso giunzioni comunicanti
coordina le contrazioni cellulari
Gap Junction
DesTosome
Tight Junction
placca d'adesione
membrana plasmatica
cheratina
Caderita
spazio extracellulare
Closed
Oger
Canneaon
cannesin monome
Plasma membranes.
Intercellular space
2-4 mm space Hydrophilic channel