Embriogenesi, tessuti e genetica molecolare: appunti di biologia per l'università

Embriogenesi

Con embriogenesi si intende la formazione dell'embrione, cioè dell'organismo nella fase della nascita.

Segmentazione e formazione della blastula

La prima fase è detta segmentazione e consiste in continue divisioni cellulari a partire dallo zigote, aumentando il numero di cellule senza però un aumento effettivo di dimensioni perciò le cellule sono più piccole, col procedere delle divisioni si forma una struttura sferica piena detta morula, successivamente le cellule si dispongono per formare una sfera cava, detta blastula, dalla quale compare una cavità centrale detta blastocele.

Gastrulazione

Avviene dopo la segmentazione, è il processo che permette il differenziamento dei foglietti embrionali (detti anche germinativi). Incomincia attraverso una piccola introflessione sulla superficie della blastula, questo solco si estende fino alla formazione di una gastrula a due strati cellulari, uno esterno (ectoderma) e uno interno (endoderma). A questo stadio, la cavità formatasi è chiamata archenteron e la sua apertura blastoporo. L'evoluzione della gastrula prosegue con la formazione del mesoderma, per lo più dall'endoderma. Questi tre foglietti sono responsabili dello sviluppo dei tessuti, organi e sistemi dell'organismo adulto.

Foglietto embrionale, tessuti e organi

Ectoderma Epidermide e annessi cutanei; sistema nervoso; smalto denti; lente occhio; rivestimento cavità boccale. Mesoderma Scheletro; tessuti connettivali; muscoli; apparato circolatorio, escretore, riproduttore; peritoneo. Endoderma Rivestimento del sistema digerente, dell'apparato respiratorio, della vescica urinaria; fegato; pancreas.

Neurulazione

Sotto la regione dorsale dell'ectoderma si forma un cordone di cellule mesodermiche, detto notocorda. Questa stimola l'ectoderma sovrastante a flettersi fino a formare un solco sui cui lati, le pieghe neurali, si avvicinano fino a formare un tubo chiuso, il tubo neurale. Quest'ultimo darà origine al SNC. Le cellule dell'apice di ogni piega neurale migrano lateralmente dando origine a molti componenti del tessuto NP come i gangli sensoriali e le Cellule di Schwann.

Fasi di sviluppo

3 giorni Stadio della morula 6 giorni Blastula 14 giorni Si ha la gastrulazione 21 giorni Il cuore inizia a battere 24 giorni Si forma il tubo neurale

TESSUTI

Un tessuto è l'insieme di cellule simili per funzione e struttura. Svolgono uno o più compiti all'interno dell'organismo. Più tessuti diversi si associano tra loro per formare un organo. Un tessuto può essere solido o liquido, infatti lo sono anche sangue e linfa.

TESSUTO EPITELIALE

Detto anche epitelio, è un tessuto flessibile e resistenze composto da cellule unite strettamente da giunzioni cellulari come le giunzioni desmosomiche e occludenti e da pochissima sostanza extracellulare. Di solito questi strati cellulari sono a contatto con un tessuto connettivo mediante una lamina basale. Il tessuto epiteliale forma diverse membrane: la cute, riveste la superficie esterna del corpo; le mucose, rivestono la superficie degli organi comunicanti più o meno in modo diretto con l'esterno (stomaco, intestino, utero); le sierose, rivestono cavità non comunicanti con l'esterno, ne fanno parte le pleure, il pericardio e il peritoneo. I tessuti epiteliali vengono suddivisi in base al numero di strati e alla forma delle cellule. L'epitelio: semplice è costituito da un solo strato di cellule; pluristratificato, costituito da più strati; pseudostratificato, unico strato di cellule ma di diversa altezza. Le cellule possono essere cubiche, cilindriche o praticamente appiattite (pavimentose). Dal punto di vista della funzione possiamo distinguere l'epitelio in epitelio: di rivestimento, protegge dai danni provenienti dall'esterno e dalle infezioni; ghiandolare, specializzato nella produzione e liberazione di sostanze (secreti). Se la ghiandola riversa all'esterno il proprio secreto è detta esocrina se invece lo riversa direttamente nel sangue è detta endocrina e il secreto è detto ormone; sensoriale, formato da cellule specializzate per la ricezione di stimoli come quelle delle papille gustative o nelle vie aeree nasali.

TESSUTO CONNETTIVO

È un tessuto di riempimento e di sostegno che avvolge gli organi molli e fa da collegamento tra scheletro e masse muscolari. Unisce tessuti diversi e si insinua tra le fibre muscolari e tra quelle nervose. È costituito da cellule che non sono a stretto contatto (come negli epiteli) ma disperse in una sostanza fondamentale, o matrice extracellulare, che fornisce alimento alle cellule. La sostanza fondamentale è in genere ricca di fibrille proteiche; le proteine più numerose nel connettivo sono il collagene e l'elastina. Il collagene è una proteina strutturale fibrosa che rappresenta circa il 30% delle proteine totali. Le fibre di collagene hanno una elevatissima capacità di essere stirate senza rompersi e tornare alla loro dimensioni iniziali. I tessuti connettivi si differenziano in più tipi:

Connettivo propriamente detto

È il tipico tessuto di riempimento e protezione che circonda gli organi, le cellule di questo tessuto sono dette fibroblasti. Si suddivide in: lasso, con sostanza non molto compatta, riempie lo spazio libero tra gli organi con libertà di movimento; denso, caratterizzato da una sostanza molto addensata, con abbondanti fibre di collagene riunite in fasci compatti.

Tessuto adiposo

È formato da cellule dette adipociti, contenenti una grossa goccia di grasso che ne occupa quasi tutto il volume. Si suddivide in: bianco, rappresenta il 15% del peso corporeo, si trova sotto al di sotto della cute, dove forma il pannicolo adiposo, costituisce un'importante funzione protettiva, riserva energetica e isolante contro il freddo; bruno, è presente in piccole quantità, è importante per la produzione di calore (molti mitocondri).

Tessuto cartilagineo

È un tessuto consistente e flessibile, formato da una matrice elastica, secreta dai condrociti. Forma lo scheletro nel periodo fetale mentre nell'adulto è presente in pochi punti. La sua resistenza alla compressione è data dall'abbondanza di condroitinsolfato (un GAG) nella matrice. La cartilagine è priva di nervi e vasi sanguigni, e i condrociti ricevono nutrimento e ossigeno solo per diffusione dai tessuti costanti. Perciò il processo di rigenerazione della cartilagine è molto lento e spesso incompleto.

Tessuto osseo

Dotato di estrema durezza e forza è allo stesso tempo leggero e elastico, rappresenta il tessuto di sostegno per il nostro corpo. È un tessuto mineralizzato, formato da una matrice organica densa (perlopiù collagene) impregnata di depositi inorganici costituiti da CaCO3 e Ca3(PO4)2 uniti nei cristalli di idrossiapatite. È prodotto dagli osteoblasti, che una volta circondati dalla matrice, maturano e si trasformano in osteociti. Durante la vita, le ossa sono sottoposte al rimodellamento osseo, questo è regolato dall'ormone paratiroideo che stimola l'attività degli osteoclasti (deputati alla distruzione dell'osso) che aumentano perciò la quantità di Ca+2 nel sangue e la calcitonina, che agisce in modo opposto. Le ossa, rivestite dal periostio, sono formate da due tipi di tessuto osseo: compatto, formato da un insieme di unità strutturali dette osteoni. Ogni osteone è formato da un insieme di lamelle disposte in strati concentrici intorno a un canale, detto di Havers, in cui vi sono fibre nervose, vasi sanguigni e linfatici; spugnoso, meno compatto, è costituito da un insieme di lamelle dette trabecole disposte in modo disordinato.

TESSUTO MUSCOLARE

La funzione principale è mantenere la postura e consentire il movimento. È costituito da cellule di forma allungata dotate delle proprietà di eccitabilità e contrattilità. Il citoplasma di queste cellule è ricco di filamenti contrattili di natura proteica, detti miofilamenti e formati dalle proteine actina e miosina. Per sostenere l'elevato consumo di energia sono ricche di mitocondri. Il tessuto muscolare si suddivide in tre tipi: quello striato, costituisce i muscoli scheletrici, la sua contrazione è volontaria. È costituito da fibre muscolari ovvero cellule cilindriche allungate e polinucleate, nel cui citoplasma i miofilamenti sono riuniti in fasci detti miofibrille. In quest'ultime i filamenti di actina e miosina sono disposti in modo ordinato e regolare, determinando una successione di bande chiare e scure che conferisce alla miofibrilla l'aspetto striato, le miofibrille sono suddivise in unità contrattili dette sarcomeri; quello liscio, formato da cellule fusiformi allungate e mononucleate, nelle quali i miofilamenti non sono organizzati in sarcomeri, perciò non presenta l'aspetto striato. Inoltre è indipendente dalla volontà e risponde a stimoli nervosi o ormonali; quello miocardico, costituisce solo la muscolatura cardiaca ed è una via di mezzo tra quello striato e quello liscio in quanto presenta i miofilamenti organizzati in sarcomeri (aspetto a bande) ma le cellule sono mononucleate e la loro contrazione è involontaria, regolata dal SNA e da ormoni.

TESSUTO NERVOSO

L'unità di base del tessuto nervoso è il neurone. Queste cellule costituiscono solo 10% del sistema nervoso e sono dotate delle proprietà di eccitabilità e conducibilità. Il neurone è formato da un corpo cellulare (pirenoforo) da cui si dipartono un assone (o neurite), che conduci gli impulsi all'esterno, e uno o più dendriti che trasmettono gli stimoli dalla periferia al corpo cellulare. I corpi cellulari dei neuroni si raggruppano formando centri specifici, detti nuclei nel SNC e gangli nel SNP. Gli assoni dei neuroni (o fibre nervose) costituiscono i nervi. Essi sono rivestiti da una guaina di sostanza grassa, la guaina mielinica, che è periodicamente interrotta dai nodi di Ranvier e ogni internodo deriva dalla membrana di una cellula di Schwann. Nelle fibre nervose il potenziale d'azione si propaga da un nodo all'altro, in questo modo la trasmissione risulta più rapida. Le cellule di Schwann fanno parte delle cellule gliali con la funzione di nutrire e sostenere i neuroni stessi. Le le cellule gliali si ricordano anche gli oligodentrociti, la microglia e glia astrociti. Le cellule di Schwann formano la guaina mielinica degli assoni del SNP, questo ruolo nel SNC è svolto dagli oligodentrociti. I neuroni sono considerate cellule perenni poiché una volta differenziati perdono la capacità di riprodursi.

APPARATI

Nel corpo umano i diversi tessuti si aggregano a formare gli organi. A livello organizzativo superiore, più organi possono unirsi collaborando allo svolgimento di una stessa funzione, formando così un apparato (o sistema).

APPARATO TEGUMENTARIO

Protegge il corpo dagli egenti esterni e dagli stress ambientali, contiene recettori sensoriali. Inoltre è coinvolto nell'escrezione e nella termoregolazione. È costituito dalla pelle e dagli annessi cutanei (peli, capelli, unghie, ghiandole sudoripare e sebacee). La pelle, o cute, è l'organo più esteso del corpo, ha un'area di circa 2m2 e un peso pari al 16% di quello corporeo. Si divide in tre strati:

Epidermide

è il più esterno ed è costituita da un tessuto epiteliale pluristratificato. Lo stato più profondo (strato basale o germinativo) e formato da cellule vive, i cheratinociti, che proliferano attivamente spingendo le cellule vecchie verso l'esterno. Lo strato più esterno, lo stato corneo, è formato da cellule morte trasformate in scaglie di cheratina. Nello strato basale vi sono anche i melanociti (melanina).

Derma

è costituito da tessuto connettivo e contiene i follicoli piliferi che producono i peli, le ghiandole sebacee e le ghiandole sudoripare che producono sudore con funzione di termoregolazione. Vi sono inoltre capillari sanguigni e terminazioni nervose e sensoriali.

Ipoderma

detto sottocute, è formato da tessuto connettivo in cui sono disperse cellule adipose (termoregolazione e riserva energetica).

APPARATO LOCOMOTORE

Ø

SISTEMA SCHELETRICO

È l'insieme delle ossa che formano lo scheletro che ha la funzione di dare supporto fisico all'organismo, di permettere il movimento e proteggere alcuni organi molto importanti e delicati. È costituito da due componenti principali: la cartilagine e l'osso.

Ossa e fratture

Il corpo umano comprende circa 206 ossa che in base alla loro forma vengono distinte in ossa: lunghe, lunghezza > larghezza; corte, lunghezza = larghezza = spessore; piatte, spessore << lunghezza e larghezza. Un osso lungo è costituito da una diafisi centrale (midollo giallo) formata da tess. osseo compatto e da due epifisi (midollo rosso) alle estremità, di tess. osseo spugnoso rivestito da uno strato di tess. osseo compatto. Le ossa sono rivestite dal periostio, una membrana fibrosa di tess. connettivo, che comprende uno strato di cellule che in caso di fratture generano osteoblasti. In caso di frattura si forma un manicotto cartilagineo che unisce i due tronconi formando un callo, sostituito poi dagli osteoblasti e infine demolito dagli osteoclasti per essere rimpiazzato dal callo osseo definitivo.

Articolazioni e legamenti

Sono zone in cui più ossa si collegano tra loro, vi sono articolazioni: mobili (o diartrosi), che permettono un mov. ampio, come gomito e ginocchio; semimobili (o anfiartrosi), mov. limitato come fra le vertebre; fisse (o sinartrosi) che non permettono mov., come le suture tra le ossa del cranio. Un'articolazione mobile è circondata da una guaina di tessuto connettivo, detta capsula articolare, rivestita da cartilagine e immersa nel liquido sinoviale con funzione lubrificante. Nelle articolazioni con notevoli sollecitazioni, le epifisi delle ossa sono collegate mediante i legamenti (tess. connettivo ricco di collagene e elastina) (vedi p.376 ArtQuiz).

Scheletro

Possiamo suddividerlo nello: scheletro assile, che forma l'asse del corpo con il cranio (protegge l'encefalo), colonna vertebrale (p. il midollo spinale), cassa toracica e sterno (p. cuore e polmoni); scheletro appendicolare, formato dalle ossa degli arti oltre che dal cinto scapolare e dal cinto pelvico che collegano rispettivamente gli arti superiori e gli arti inferiori alla colonna vertebrale.

Cranio

Formato da un complesso di ossa piatte unite tramite suture, tranne la mandibola (osso mobile). Tagliando il cranio in due vediamo il neurocranio e lo splancnocranio. Il primo è formato da sei ossa: frontale, occipitale, le temporali e le parietali. Il secondo, più complesso, comprende la base del cranio (>sfenoide), le ossa delle cavità nasali (>due nasali, vomere, cornetti nasali, etmoide) e le massiccio facciale (>lacrimali, zigomatiche, mascellari, le palatine e mandibola). Vi sono alcune cavità dette seni paranasali comunicanti con le vie respiratorie e rivestite da una mucosa che se infiammata da luogo alla sinusite. La prima vertebra è connessa al cranio e permette liberi movimenti. Inoltre sotto la mandibola anteriormente vi è l'osso ioide che serve a tenere aperta la faringe.

Colonna vertebrale

Costituisce il sostegno principale del corpo e protegge il midollo spinale. Formata da 24 vertebre libere, 5 fuse (osso sacro) e 3-6 fuse (coccige). Ogni vertebra è formata dal corpo vertebrale e dall'arco vertebrale, che delimita il canale vertebrale (dove passa midollo spinale) in posizione mediana sporge posteriormente il processo spinoso mentre lateralmente sporgono due processi trasversi. Le