Citologia PDF - Cell Biology Study Guide

**Introduzione** **Citologia**: È lo studio della cellula Eucariota. Studia: - Le caratteristiche principali della membrana citoplasmatica, le sue funzioni e specializzazioni. - Le caratteristiche e il contenuto del nucleo e del citoplasma. - La morfologia e funzione degli organuli....

**Introduzione** **Citologia**: È lo studio della cellula Eucariota. Studia: - Le caratteristiche principali della membrana citoplasmatica, le sue funzioni e specializzazioni. - Le caratteristiche e il contenuto del nucleo e del citoplasma. - La morfologia e funzione degli organuli. - La divisione cellulare. - I rapporti tra le cellule. Unità di misura da sapere - cm : organi - mm : organi - µm (1/1000 di Mm) : cellule e organuli cellulari - nm (1/1000 di Um) : ultrastruttura di organuli cellulari - Ångström (Å), (1/10 di Nm) : ultrastruttura di organuli e macromolecole **VETRINI:** Una volta i preparati erano fatti sacrificando un animale. Perché il preparato venga bene è necessario che passi il minor tempo possibile tra il prelievo dell'organo e tutti i trattamenti successivi. Il vecchio istologo dopo aver sacrificato l'animale immediatamente toglieva un pezzo dell'organo di cui era interessato e lo processava per ottenere un preparato al microscopio ottico, quindi con un tempo di latenza, tra la morte dell'animale e il prelievo, cortissimo. Questo tempo è importante perché se dopo la morte dell'animale aspettiamo del tempo, entrano in azione gli enzimi litici che distruggono i tessuti, e quindi si altera la morfologia di quello che io voglio vedere al microscopio. Avendo deciso di non sacrificare animali a scopo didattico per preparare i vetrini dell'aula microscopi, questi saranno meno precisi essendo passato del tempo tra il prelievo degli organi al macello e la preparazione. **Tipi di microscopio** - Il microscopio Ottico ci permette di osservare la gran parte dei tessuti e degli organi. - Il microscopio Elettronico ci permette invece di studiare la singola cellula e il suo contenuto. - Il microscopio Confocale permette di migliorare le immagini in microscopia ottica. **Microscopio ottico** Componenti - Due oculari su cui avvicinare gli occhi, già dotati di un piccolo potere di ingrandimento; - Un piatto nero su cui poggiare il vetrino che può essere spostato per poter osservare meglio tutto il campo e regolare il fuoco - Gli obiettivi, lenti di ingrandimento, con diversi poteri di ingrandimento (4x, 20x, 40x); - Una lampadina, che rappresenta la fonte luminosa che illumina il vetrino da sotto). È composto da parti meccaniche ed ottiche. I componenti ottici comprendono 3 sistemi di lenti: - Condensatore: proietta un cono di luce che illumina l'oggetto - Obbiettivo: ingrandisce l'oggetto. - Oculare: ingrandisce ulteriormente l'oggetto e proietta l'immagine alla retina dell'osservatore. Ingrandimento totale: si calcola moltiplicando il potere di ingrandimento dell'obbiettivo per quello dell'oculare. Un fattore chiave per una buona immagine è costituito dal potere di risoluzione del microscopio che dipende principalmente dall'obbiettivo. Il potere di risoluzione è la più piccola distanza alla quale due punti si vedono ancora distanti tra loro. Il microscopio ottico ha un potere di risoluzione di 300 nanometri. Migliora la visione ad occhio nudo di circa 500 volte. della cellula ci fa vedere solo nucleo e citoplasma. **Microscopio elettronico** Può essere: a trasmissione o a scansione. **Microscopio elettronico a trasmissione** Consente un notevole aumento di risoluzione (0,3 -0,5 nm). La sorgente luminosa è un fascio di elettroni emessi da un filamento di tungsteno, mentre le lenti sono costituite da un campo elettromagnetico che può deviare gli elettroni. L'immagine viene successivamente visualizzata su uno schermo fluorescente o fissata su una lastra fotografica. Fornisce un'immagine in 2 dimensioni e in bianco e nero. **Microscopio elettronico a scansione** Ha un potere risolutivo minore rispetto al microscopio a trasmissione (10 nanometri), ma permette di valutare il rilievo degli oggetti (fornisce un'immagine in 3D). Un fascio di elettroni viene fatto spostare da punto a punto attraverso la superficie da esaminare dando origine, così, ad elettroni riflessi e ad elettroni secondari. Questi ultimi sono utilizzati per formare un'immagine della topografia della superficie. Un'altra importante differenza tra il microscopio elettronico a scansione e a trasmissione è che il primo fornisce la "radiografia" dell'oggetto osservato, mentre il secondo la sua immagine. A sx microscopio a trasmissione A dx microscopio a scansione A sinistra io vedo il nucleo, il citoplasma, e se ingrandissi di più riuscirei a vedere anche gli organuli citoplasmatici. Del nucleo quelle masse grigie chiare, grigie scure se non addirittura nere sono l'aspetto della cromatina, che contiene il DNA. Eterocromatina ed eucromatina appaiono di colori diversi perché sono più o meno elettrondense agli elettroni. A destra, invece, vedo che la superficie non è liscia, ma presenta delle sporgenze. **Microscopio a fluorescenza** È una microscopia ottica e consiste nell'illuminare il campione con una determinata lunghezza d'onda della luce in modo da eccitare il campione fluorescente o il colorante fluorescente precedentemente introdotto nel campione. Sfruttano laser a varie lunghezze d'onda che permettono di illuminare le cellule e di poterle osservare con fluorocromi (coloranti fluorescenti). Questi quando vengono eccitati dai laser emettono luce. Con questo tipo di microscopio si ritorna a poteri di risoluzione più simili a quello ottico.  **Microscopia confocale** È un microscopio ottico che utilizza sempre campioni resi fluorescenti. La microscopia confocale si avvale di una particolare configurazione ottica messa a punto da M.Minsky nel 1957, che consiste essenzialmente nell\'illuminare non tutto il campione, ma solo il piano focale che si sta osservando e nel raccogliere la luce solo dal medesimo. Spesso nei campioni resi fluorescenti la fluorescenza secondaria delle zone più lontane dal punto di osservazione interferisce con le parti che sono focalizzate. Con il microscopio confocale il problema viene risolto in quanto si registra solo l\'immagine che è messa a fuoco eliminando tutto il resto. Il risultato è un'analisi a strati che permette di raccogliere più informazioni dall'oggetto studiato. **Forma e dimensioni dele cellule** La forma delle cellule è variabile in relazione a: - Tipo e grado di differenziazione. - Interazione di ordine meccanico. - Stato funzionale. - Ambiente in cui si trova la cellula. **Volume delle cellule (legge di Driesch)** - Il volume delle cellule è approssimativamente costante per ciascun tipo cellulare. - La diversa dimensione degli organismi è dovuta al diverso numero delle cellule e non alle loro dimensioni. La cellula Eucariota ha in genere dimensioni tra 5 e 50 µm (ci sono poi eccezioni come alcuni neuroni o la cellula uovo). Esistono, però, delle eccezioni a questa legge (le dimensioni di alcune cellule sono più grandi quanto più grandi sono gli animali): - Motoneuroni: tanto più grosso è l\'animale tanto sono più lunghi. - Fibre muscolari scheletriche. - Plasmidi: cellule multinucleate a causa di divisioni incomplete. - Sincizi :cellule fuse tra loro con la formazione di una cellula polinucleata. **Legge di Levi** Le dimensioni di alcune cellule sono tanto più grandi quanto più grossa è la taglia dell'animale. Vale per: cellule nervose, elementi muscolari, fibre del cristallino (cellule perenni). **Motoneuroni** Sono cellule nervose che sono tanto più grandi e lunghi quanto più è grande la taglia dell'animale o dell'individuo. **Fibre muscolari** Le fibre muscolari hanno dimensioni maggiori in quanto polinucleate. Sincizio: fusione di due o più cellule tra loro con la formazione di una sola cellula multinucleata. Una cellula multinucleata è chiamata sincizio vero (esempio muscolo striato scheletrico). **Composizione chimica delle cellule** **Acqua**: È il costituente chimico più abbondante della materia vivente. È presente nella cellula in due forme: libera e combinata. La prima rappresenta il 95 % dell'acqua cellulare totale, la seconda è legata alle proteine. Nell'acqua si trovano disciolti molti ioni. Potassio (K+) e magnesio (Mg+) si trovano più abbondanti all'interno della cellula. Sodio (Na+) e cloro (Cl-) sono più abbondanti invece nei liquidi extracellulari. **Proteine**: sono i costituenti macromolecolari principali della cellula e possono essere divise in: - Proteine strutturali. - Proteine costituenti delle varie strutture cellulari. - Proteine di secrezione. **Acidi nucleici**: Sono fondamentali, in quanto portano l'informazione genetica, ed essenziali per la sintesi proteica. Esistono due tipi di acidi nucleici ovvero DNA ed RNA. **Glucidi**: Sono i carboidrati che appartengono a tre classi: - Monosaccaridi: ribosio e desossiribosio che appartengono alla struttura dell'RNA e del DNA. - Oligosaccaridi: saccarosio e lattosio. - Polisaccaridi: glicogeno e la cellulosa delle cellule vegetali. **Lipidi**: costituenti delle membrane citoplasmatiche con il loro contenuto in colesterolo, fosfolipidi ecc. **Componenti della cellula** Dal punto di vista funzionale nella cellula possiamo riconoscere: - Organuli metabolicamente attivi - Organuli metabolicamente inerti Entrambi si muovono su una sorta di pavimento detto citoscheletro. **Cellule procariote ed eucariote** Procariote Eucariote ----------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------- Assenza di involucro nucleare che separa il DNA dagli altri costituenti cellulari Presenza di involucro nucleare che separa il DNA da altri costituenti cellulari Assenza di istoni (proteine legate al DNA) Presenza di istoni Assenti (generalmente) gli organuli membranosi Sono presenti organelli membranosi (es. reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi) Dimensioni: tra 1 e 5 µm Dimensioni: \> 5 µm **Membrana cellulare** **Citosol** Il citoplasma esterno agli organi cellulari è detto citosol. Esso contiene numerosi enzimi e proteine strutturali. La maggior parte del metabolismo intermedio (insieme delle reazioni chimiche attraverso le quali la cellula degrada alcune piccole molecole e ne sintetizza altre come precursori delle macromolecole necessarie per la struttura sulla funzione e l'accrescimento) si svolge nel citosol. La membrana cellulare avvolge la cellula, ma anche i singoli organuli citoplasmatici. Anche ciò che la cellula produce finché rimane dentro la cellula, prima di essere riversato all'esterno, è ricoperto di membrana. Ecco perché gli organuli citoplasmatici si chiamano anche organuli membranosi. L'esistenza di questi compartimenti fra loro segregati (organuli) consente alla cellula di delle reazioni chimiche che altrimenti sarebbero incompatibili. Funziona come un "filtro" altamente selettivo che mantiene concentrazioni di ioni diverse nell'ambiente intra ed extra cellulare. Permette l'ingresso nella cellula di sostanze nutritive e la fuoriuscita dei rifiuti cellulari. Per questo motivo si dice che la membrana cellulare (o plasmatica) abbia una permeabilità selettiva. Perciò: la struttura della membrana citoplasmatica è fatta in modo che lei possa garantire una permeabilità selettiva, selezionando ciò che la cellula può o meno scambiare con l\'ambiente esterno. La membrana cellulare non è direttamente visibile al microscopio ottico (spessore circa 8-10 nm) ed è formata da un doppio strato lipidico. Componenti della membrana cellulare: - Proteine - Lipidi - Carboidrati **Modello a mosaico fluido** Il doppio stato lipidico della membrana è costituito da: fosfolipidi, colesterolo e glicolipidi. Esso si comporta come un fluido bidimensionale i cui componenti si muovono velocemente, ma essenzialmente entro i confini del proprio monostrato. La fluidità della membrana permette ai suoi componenti di spostarsi nel doppio strato lipidico formando configurazioni diverse. Si parla, così, di modello a mosaico fluido. Grazie a questa struttura la membrana è semipermeabile e svolge un\'importante funzione selettiva, che impedisce alle sostanze dannose di penetrare all\'interno della cellula, assicurando così l\'integrità biochimica del citoplasma. Infatti le sostanze idrofobe (come lipidi e ormoni) e molecole molto piccole (come acqua e anidride carbonica) riescono ad attraversare la membrana liberamente. Ioni e molecole polari, invece, possono attraversare la membrana solo grazie a meccanismi specifici. Il doppio strato lipidico funge da solvente per le proteine di membrana. Lo strato biomolecolare lipidico è orientato con i gruppi polari idrofili rivolti verso la fase acquosa all'interno e all'esterno della membrana e con i gruppi non polari idrofobi rivolti verso l'interno adiacenti gli uni agli altri. L'interno idrofobico delle membrane costituisce una barriera impermeabile. Sulla superficie esterna della membrana plasmatica sono anche presenti glicolipidi. **Lipidi** I lipidi che compongono la membrana plasmatica sono: fosfolipidi, glicolipidi, colesterolo. Invece nelle membrane interne vi sono quasi esclusivamente fosfolipidi. Colesterolo: esistono 2 tipi di colesterolo: quello "buono" e quello "cattivo". Il colesterolo cattivo è quello che si introduce con gli alimenti contenenti tanti grassi, come i formaggi, e che, se in elevata percentuale nel sangue, mette a rischio la funzionalità dei vasi in quanto forma delle placche al loro interno e questo comporta una difficoltà di irrorazione dei tessuti. Il colesterolo buono non è altro che quello che fisiologicamente esiste nel doppio strato lipidico della membrana citoplasmatica. La composizione lipidica delle membrane influenza anche la composizione e l'attività delle proteine di membrana, così come le stesse funzioni complesse che si svolgono a questo livello. I lipidi svolgono inoltre anche un ruolo attivo in eventi metabolici in risposta a stimoli esterni. Fosfolipidi: Hanno delle teste tonde e delle code bastoncellari. Le teste sono idrofile, mentre le code che si dispongono una contro l'altra sono invece idrofobe; questo permette alla membrana di essere semipermeabile. I fosfolipidi di membrana sono ad esempio responsabili della produzione di prostaglandine, sostanze con molteplici funzioni tra cui ricordiamo l'aggregazione piastrinica, la stimolazione alla risposta infiammatoria. **Proteine** Le proteine della membrana sono classificabili in proteine intrinseche (integrali) ed estrinseche. Molte proteine di membrana sono ancorate al doppio strato lipidico tramite interazioni di tipo idrofobico. Alcune sono capaci di spostarsi nel piano della membrana (mobilità laterale). In alcuni casi la motilità laterale delle proteine di membrana viene limitata dall'ancoraggio ad altre macromolecole. Le proteine di membrana sono in parte proteine semplici ed in parte glicoproteine. - Le proteine intrinseche sono totalmente immerse nel doppio strato lipidico e possono essere rimosse solo con detergenti o solventi organici. Sono anfipatiche ovvero la porzione rivolta verso la fase acquosa è costituita da amminoacidi idrofili, mentre la porzione inclusa nel doppio strato lipidico contiene amminoacidi idrofobi. - Le proteine estrinseche sono inserite solo in parte nel doppio strato lipidico e quindi meno solidamente ancorate alla membrana plasmatica. La fluidità della matrice plasmatica fa sì che le proteine possano muoversi nell'ambito dello spessore della stessa membrana. Le glicoproteine di membrana sono gli antigeni dei gruppi sanguigni (fondamentali per l'ematosi ovvero lo scambio di ossigeno e anidride carbonica) e sono i recettori degli ormoni per i fattori di crescita o mediatori chimici ( adrenalina e aceticolina). Le proteine di membrana sono componenti a contenuto informazionale -- specifico: fungono da - Enzimi. - Trasportatori (permettono il movimento transmembrana di soluti attraverso permeasi, canali, pompe). - Proteine coinvolte nell'adesione (mediano legami strutturali esterno-interno come integrine e caderine). - Proteine coinvolte nelle comunicazioni. - Recettori/trasduttori (trasmettono all'interno informazioni provenienti dall'esterno). Le proteine di membrana sono altamente studiate e conosciute, perché ci sono moltissime patologie anche gravi o addirittura non compatibili con la vita che sono legate a difetti di costituzione di proteine di membrana. La categoria delle proteine di membrana dei globuli rossi è molto studiata in quanto legata a diverse patologie. Un esempio è la sferocitosi: una malattia per cui i globuli, invece di presentarsi con la tipica forma a lente biconcava, sono rotondi. Se una persona nasce con questo difetto genetico, questa proteina non consente la forma standard al globulo rosso e la nuova forma non può garantire lo scambio ossigeno- anidride carbonica, il che è incompatibile con la vita. La membrana del globulo rosso dell'Uomo è una tra le più conosciute e studiate. Una tecnica utilizzata in microscopia elettronica e quella del freeze-fracture che consiste nel congelare rapidamente il materiale fresco, fratturarlo con una lama fredda e quindi vaporizzarlo con uno strato di carbone o platino, in modo da ottenere uno stampo della superficie di frattura. Questa tecnica ha dato ottimi risultati per lo studio della composizione delle membrane cellulari e delle proteine di membrana. **Carboidrati** I carboidrati sono rivolti sempre verso l'esterno della membrana citoplasmatica e possono essere legati sia alle proteine, prendendo il nome di glicoproteine, che al doppio strato lipidico, prendendo il nome di glicolipidi. che la quantità di zuccheri che io trovo su una membrana di una cellula eucariota, varia molto a seconda del tipo di cellula. I carboidrati della membrana formano un rivestimento, o mantello cellulare. detto glicocalice che è presente in tutti i tipi cellulari ed è costituito dalla cellula stessa. I polisaccaridi del glicocalice sono elaborati a livello del reticolo endoplasmatico, quindi passano nell'apparato di Golgi ed infine vengono trasportati all'esterno. *(da enciclopedia treccani: glicocalice= zona della membrana cellulare, presente nella maggior parte delle cellule eucariotiche, costituita dalle catene laterali oligosaccaridiche delle glicoproteine e dei glicolipidi legati alla membrana stessa.)* Il glicocalice ha una composizione variabile da tipo a tipo cellulare in quanto contiene carboidrati di varia natura legati a proteine, lipidi e nucleotidi. Esso partecipa alla produzione e alla regolazione della superficie cellulare e contribuisce alla sua selettività. Alcuni antigeni specifici del tipo cellulare o alcuni recettori virali sono associati al glicocalice. Certe glicoproteine del glicocalice sono implicate nel riconoscimento cellulare e quindi nell'associazione delle cellule e nei tessuti. Esempio: i glicocalici che rivestono le cellule endoteliali dei capillari del glomerulo renale hanno proprietà filtrante. **Potenziale di membrana** La membrana plasmatica mantiene una diversa concentrazione ionica tra l'esterno e l'interno della cellula creando quindi in condizioni di riposo una differenza di potenziale elettrico tra i due lati della membrana: il lato interno negativo e il lato esterno positivo. Il potenziale di membrana, o potenziale di riposo, si indica generalmente con il segno -. Può essere misurato mediante microelettrodi e il suo valore è generalmente calcolato tra i -20 mV e i -100 mV. Il potenziale di membrane è importante soprattutto nelle cellule nervose e muscolari perché consente di condurre un impulso o di contrarsi. Nelle cellule citabili , ovvero muscolari e nervose la membrana è fortemente polarizzata presentando sul versante citoplasmatico un potenziale negativo di -70 mV, su quello extracellulare 0mV. Nelle altre cellule la membrana è ugualmente polarizzata , ma con una differenza di potenziale meno accentuata. Trasporto attivo: lo stimolo determina un passaggio di ioni Na dall'esterno all'interno della membrana con conseguente depolarizzazione e inversione della carica con la superficie interna che diventa positiva e quella esterna negativa. La depolarizzazione si propaga poi attratti adiacenti di membrana in modo tale da propagare lo stimolo. Essa è transitoria in quanto le pompe ioniche riportano in pochi millisecondi il potenziale in condizioni di riposo. **Tipi di trasporto** E' fondamentale per la cellula comunicare sia con le altre cellule che con l'esterno, per la sua sopravvivenza e per adempiere alla funzione che svolge in quel dato tessuto. Questa capacità è detta di trasporto, ovvero la capacità di attraversare la membrana in entrata o in uscita. Ci sono due tipi di trasporto: - Passivo: senza consumo di energia in quanto avviene secondo gradiente di concentrazione (due liquidi contenenti le stesse molecole in concentrazioni diverse, se lasciati comunicare tenderanno a tornare ad uno stato di equilibrio di concentrazione tra i due liquidi). La diffusione degli ioni è invece influenzata dal gradiente elettrico: certi ioni in presenza di una differenza di potenziale si muovono verso il polo positivo segno i negativi e viceversa. - Attivo: consumo di energia (contro gradiente di concentrazione). **Trasporto passivo** (vengono coinvolte le proteine di membrana intrinseche): - Diffusione semplice: le proteine si aprono e lasciano che la cellula comunichi con l'ambiente esterno, attraverso un meccanismo osmotico che si ferma quando si è raggiunto l'equilibrio di concentrazione. - Diffusione facilitata: per attraversare la proteina una molecola necessita di un carrier o trasportatore che la aiuti a superare il canale, anche se ci si trova in situazione di gradiente di concentrazione a favore. - Trasporto legato al ligando: si ha nel caso in cui la proteina canale non sia totalmente aperta, ma ad una estremità abbia come un tappo a chiuderla. solo le molecole con affinità biochimica alla proteina sono in grado di aprire quel "tappo" attivando il meccanismo di apertura e chiusura della proteina. Canali idrofili di membrana - Canali a controllo di ligando - Canali a controllo di potenziale Entrambi non sono dei semplici pori in quanto non sono sempre aperti , ma si aprono in risposta ad uno stimolo specifico come appunto l'attacco di un ligando su una proteina recettore o una variazione del potenziale di membrana. Le chiavi di apertura di tali canali sono quindi di natura chimica o elettrica. I canali a sbarramento di potenziale si aprono quando la differenza di potenziale che normalmente esiste tra l'interno e l'esterno della membrana si riduce oltre un certo limite. **Trasporto attivo** (si usano le cosiddette pompe ioniche): La più comune è la pompa sodio-potassio, con scambio di ioni tra i 2 elementi tra ambiente esterno ed interno. Il potassio si trova infatti più concentrato a livello intracellulare. Per mantenere questa concentrazione deve essere quindi trasportato contro tale gradiente e contro gradiente elettrico chimico in quanto la membrana ha una carica negativa interna (K+). - Trasporto attivo primario - Trasporto attivo secondario L'energia che la cellula utilizza per tutte le sue funzioni giornaliere è l'ATP (adenosintrifosfato) prodotta dai mitocondri, i massimi produttori di energia di una cellula eucariota, che la scindono dall'enzima adenosintrifosfatasi (ATPasi) presente sulla membrana plasmatica. Questa reazione chimica di scissione crea energia prontamente utilizzabile, come nel caso delle pompe ioniche a trasporto attivo. Si parla di trasporto attivo o passivo quando le molecole che devono attraversare la membrana hanno piccole dimensioni. Quando la molecola che vuole attraversarla inizia ad avere dimensioni importanti (macromolecole), in alcuni casi anche simili alla cellula stessa, non si parla più di trasporto, ma di esocitosi, endocitosi o addirittura di fagocitosi quando la molecola che la cellula ingloba è addirittura più grande di quest'ultima. **Endocitosi, esocitosi e fagocitosi (trasporto attivo)** **Esocitosi**: Il meccanismo di esocitosi che porta all\'esterno della cellula le molecole si realizza, ad esempio, nelle ghiandole endocrine come la tiroide, che produce ormoni essenziali all'organismo immessi direttamente nel sangue. L'ormone prodotto dalle cellule della ghiandola viene immagazzinato in una vescicola rivestita di membrana citoplasmatica, la quale si avvicina sempre di più verso la membrana cellulare fino a fondersi con essa. Sul lato esterno di questa unione si crea un'apertura che permette all'ormone di essere rilasciato nello spazio intercellulare. Le vescicole, esaurito il loro compito, vengono riutilizzate dalla cellula per svolgere sempre la stessa funzione con molecole differenti. Il problema di questo meccanismo è che, nel momento in cui la vescicola che ha liberato all'esterno il suo contenuto si richiude e viene riportata all'interno, un agente patogeno potrebbe riuscire ad infilarsi nella vescicola in fase di chiusura passando inosservato. Questo è un momento estremamente delicato per la cellula e spesso questo meccanismo è sfruttato dalla tossina tetanica (molto frequente nel cavallo) e dal virus della rabbia, debellate con il vaccino in Europa ma presenti in ancora molti paesi, per attaccare i neuroni. I neuroni comunicano tra loro attraverso neurotrasmettitori trasportati da uno all'altro proprio con un metodo di esocitosi; è allora che le tossine si introducono nelle vescicole dei neuroni e possono raggiungere il nucleo della cellula e distruggerlo. Proprio per questo queste malattie sono mortali: perché non è possibile attuare alcun controllo da parte della cellula. **Endocitosi**: la cellula porta dall'esterno all'interno una particella o una molecola che utilizza per nutrimento. Siccome ciò che sta al di fuori non è rivestito di membrana, quando la cellula lo porta all'interno crea attorno un rivestimento di membrana. L'endocitosi prende altri nomi a seconda della molecola che ingloba: Pinocitosi quando la molecola è liquida. Endocitosi mediata da recettori quando alla molecola che deve subire endocitosi non basta avvicinarsi per essere inglobata da una vescicola, ma deve anche essere legata a particolari proteine di membrana, attraverso un meccanismo chiave-serratura che le permette di legarsi a determinate proteine di membrana. I recettori possono aggregarsi in regioni particolari dette fossette a parete spessa il cui inspessimento è dato da numerosi polipeptidi tra cui il principale e la clatrina. Essa determina la formazione di una sorta di canestro che circonda il complesso recettore-ligando che diviene poi una vescicola trasportata all'interno della cellula. Un esempio: Il colesterolo ematico viene assorbito dalle cellule animali tramite endocitosi mediata da recettori. La particella di LDL (colesterolo) si lega ai recettori che si trovano nella fossetta a parete spessa che si ripiega verso l'interno dando origine ad una vescicola ricoperta esternamente dallo strato di clatrine. Successivamente la vescicola perde il rivestimento e prende, così, il nome di endosoma. L'endosoma forma due vescicole: una contenente i recettori e l'altra contenente LDL. La prima viene riciclata facendo ritornare sulla membrana plasmatica i recettori, mentre la seconda si fonde con il lisosoma formando un lisosoma secondario il cui contenuto, una volta digerito, viene rilasciato nella cellula ed utilizzato da essa. **Fagocitosi**: è il meccanismo di introdurre nella cellula qualcosa di più grande della stessa. Comporta la formazione di vacuoli eterofagici o vescicole di fagocitosi di grosse dimensioni. Non tutte le cellule dell'organismo sono capaci di compiere fagocitosi, le poche che ne sono in grado lo attuano con funzione di difesa (esempio macrofagi). Il meccanismo è sempre lo stesso: tutto ciò che vuole essere portato dentro la cellula va prima rivestito di membrana. Esempio: nella stagione estiva, ai cani, va fatto il trattamento contro la leishmaniosi (una malattia anche abbastanza invalidante fino alla morte se l'animale non è curato in tempo). La cellula con capacità di fagocitosi che interviene in questo caso è il granulocita neutrofilo contenuto nel sangue, che all'interno contiene degli enzimi capaci di distruggere il patogeno. Lo stesso pus delle ferite infette è una risposta del corpo che indica fagocitosi in atto: il granulocita neutrofilo del sangue combatte i batteri agganciandoli con delle "braccia" dette pseudopodi e portandoli all'interno, dove hanno 2 tipi di enzimi: alcuni specifici dei granulociti neutrofili che distruggono la parete esterna del batterio, e alcuni litici che rimuovono tutto il rimanente. Fasi della fagocitosi: 1. La particella aderisce alla membrana plasmatica che in quel punto formula una piccola invaginazione o, in certi casi come nei macrofagi, emette sottili pseudopodi che circondano la particella. 2. Il tratto invaginato di plasmalemma si restringe e si fonde originando il fagosoma. 3. Il fagosoma viene quindi in contatto con i lisosomi e gli enzimi litici, in esso contenuti, entrano in contatto con le sostanze ingerite digerendole. - i mitocondri, principali produttori di energia - l\'apparato di Golgi - il reticolo endoplasmatico liscio e ruvido - i ribosomi, singoli o uniti a un filamento di mRNA - i lisosomi - perossisomi - centrioli La membrana interna si ripiega e forma delle creste che si spingono perpendicolarmente all\'asse maggiore del mitocondrio, ma che possono assumere forme differenti a seconda della tipologia cellulare. Possono essere semplici o ramificate ed in numero variabile in base alle condizioni fisiologiche della cellula. Tali creste determinano un notevole aumento dell'area della membrana mitocondriale interna. Le creste sono circondate da un materiale granulare che si presenta sottoforma di piccole particelle, inoltre sono qui localizzati enzimi implicati in fenomeni di fosforilazione ossidativa (particelle elementari). Le creste sono in genere orientate trasversalmente all'asse maggiore del mitocondrio. All\'interno del mitocondrio si distinguono due tipi di spazi: - uno spazio intermembrana o intermembranoso, posto tra la membrana interna e quella - Spazio della matrice o intercrestale delimitato dalla membrana interna e dalle creste che La matrice, oltre ad ospitare i ribosomi, contiene anche proteine, DNA di aspetto circolare e filamenti di RNA di tipo ribosomiale, di trasporto e messaggero. Il mitocondrio, infatti, ha una limitata capacità di sintesi proteica, cioè riesce a produrre una certa quantità di proteine, non comunque sufficienti a renderlo autonomo. La sintesi proteica dipende dalla presenza di un limitato numero di geni indipendenti dal DNA cellulare che assicurano i processi di duplicazione mitocondriale all'accrescersi della cellula. Il DNA mitocondriale è meno complesso di quello della cellula eucariote. è presente in più copie all'interno di uno stesso mitocondrio andando a rappresentare  addirittura il 25% degli acidi nucleici cellulari. In genere viene trasmesso dalla madre perché quelli presenti nello spermatozoo (che si trovano nel segmento intermedio della coda dello spermatozoo) vengono perduti con il flagello durante la fecondazione. La replicazione di mitocondri: i mitocondri replicano attraverso una scissione binaria: si forma un solco più o meno a metà del corpo del mitocondrio da cui originano due mitocondri che poi raggiungeranno dimensioni piuttosto simili. Questo è molto simile a come replicano molti batteri. Funzione dei mitocondri: I mitocondri contengono al loro interno un elevato numero di enzimi divisibili in tre classi: - Enzimi ossidativi del ciclo di Krebs, che liberano atomi di idrogeno ad altissima energia a partire da zuccheri ed acidi grassi. - Enzimi della catena respiratoria che svolgono reazioni di ossido-riduzione su aminoacidi, acidi grassi e acido piruvico riducendoli ad anidride carbonica e acqua e liberando energia. - ATP sintetasi che forma ATP a partire da ADP e fosfato. La funzione dei mitocondri è produrre energia a più buon mercato possibile per la cellula eucariote che viene poi usata per varie funzioni (metà di questa energia viene immagazzinata sottoforma di ATP, l'altra metà viene usata per meccanismi come pompe sodio potassio, come fonte di calore per mantenere costante la temperatura corporea). I mitocondri sono anche coinvolti anche: - nel metabolismo dei lipidi e dei fosfolipidi. - ossidazione gli acidi grassi. - sintesi degli ormoni steroidei. - accumulazione e concentrazione di ioni e piccole molecole. Origine dei mitocondri: Dal punto di vista evolutivo si ritiene che il mitocondrio derivi da un procariote ancestrale adattatosi ad una relazione di simbiosi entro la cellula ospite. Se osserviamo tutte le caratteristiche del mitocondrio osserviamo infatti che esso ha una limitata capacità di sintesi proteica e si divide in maniera simile ad un batterio, questo ci fa pensare che probabilmente i mitocondri un tempo erano dei batteri dotati di una vita propria e che col tempo, perdendo la capacità di sintesi proteica al 100% abbiano instaurato questo rapporto di simbiosi con la cellula eucariote che li ha ospitati. Questo processo ha comportato un beneficio per entrambe le parti: la cellula che ospita fornisce quella restante sintesi proteica di cui il mitocondrio necessita, mentre il mitocondrio fornisce energia disponibile sottoforma di ATP. **Reticolo endoplasmatico** È un organulo cellulare membranoso presente in tutte le cellule. È formato da una membrana più volte ripiegata su sé stessa che forma un sacco chiuso (lume del reticolo endoplasmatico). Dimensione e forma e collocazione degli elementi tubulari variano in base ai tipi cellulari e alle varie attività funzionali; lo spazio tra le membrane può a volte essere virtuale o dilatato. Occupa più del 10% del volume totale della cellula. Ha un ruolo fondamentale nella biosintesi di macromolecole necessarie alla costituzione di altri organuli cellulari o destinate all'esportazione ed alla comunicazione intercellulare. Il reticolo endoplasmatico si divide in: - ruvido o granulare o (RER) che ha adesi alla membrana che lo costituisce dei ribosomi. Questa membrana si ripiega a formare pile di sacchi appiattiti che vengono chiamati cisterne. Il RER è più presente e partecipe per la sintesi proteica. - liscio o agranulare (REL) nel quale mancano i ribosomi. La membrana si ripiega a formare degli spazi più grandi chiamati tubuli. Il REL è coinvolto nella sintesi dei lipidi, in processi di detossificazione e come deposito di ioni calcio (necessari per la contrazione a livello de tessuto muscolare). Spesso i due reticoli sono in continuità tra di loro e formano un sistema cavitario continuo che spesso si continua con l'involucro nucleare. Funzioni del RE: - Accumulo e rilascio: varie molecole di natura proteica vengono sintetizzate dai ribosomi e che poi a seconda dello stato funzionale e delle necessità della cellula possono venire rilasciate nel citoplasma (prima passeranno attraverso il Golgi). - Scambio di sostanze: le membrane possono regolare lo scambio di materiali tra il loro interno e il restante citoplasma con meccanismi di trasporto passivo o attivo come avviene a livello della membrana plasmatica. - È inoltre coinvolto nei processi di detossificazione, in seguito all'accumulo di prodotti di rifiuto provenienti dal catabolismo cellulare. - È coinvolto nel metabolismo degli zuccheri: il REL ha un'azione di deposito e di biosintesi del glicogeno. - Processi di idrossilazione e deaminazione a carico di diverse sostanze. - Gradienti ionici: nelle cellule muscolari striate il reticolo endoplasmatico immagazzina ioni Ca+ per rilasciarli in funzione di contrazione. - Metabolismo dei lipidi e degli ormoni: interviene nella biosintesi degli ormoni e dei lipidi di membrana. **Reticolo endoplasmatico ruvido** È presente in tutte le cellule nucleate (a eccezione degli spermatozoi), ma è particolarmente abbondante nelle cellule specializzate nella sintesi delle proteine (es. cellule negli acini pancreatici, epatociti, plasmacellule) o nella sintesi di membrane (es. bastoncelli della retina). È coinvolto nella sintesi delle proteine ed è quindi fondamentale per la vita della cellula. La sintesi proteica non inizia sul reticolo endoplasmatico ruvido ma su ribosomi liberi (uniti a un filamento di RNA messaggero) che troviamo nel citoplasma, ma continua sempre nel RER dove le proteine subiscono le modifiche necessarie per svolgere la funzione a cui sono destinate. È costituito da ampie cisterne appiattite spesso addossate le une alle altre sulle quali sono presenti ribosomi. I ribosomi che si trovano adesi al RER hanno dimensioni di 15-20nm, come i ribosomi che troviamo liberi nel citoplasma. Essi sono costituiti da rRNA e proteine e sono essenziali per la sintesi proteica. **Reticolo endoplasmatico liscio** È privo di ribosomi e le membrane si ripiegano a formare spazi simili a tubuli. Le sue membrane traggono origine dal RER e a volte si può avere continuità tra le membrane dei due organuli. È particolarmente sviluppato nelle cellule che sono coinvolte nel metabolismo dei lipidi (come per esempio le cellule che producono ormoni steroidei o epatociti). Ha un ruolo fondamentale nella fibrocellula muscolare scheletrica degli arti dove forma il reticolo sarcoplasmatico e costituisce la sede di accumulo di ioni calcio fondamentali per la contrazione muscolare. **Ribosomi** I ribosomi sono particelle elettrondense di dimensioni tra 15-20-30 nm. Tutti i ribosomi sono costituiti da rRNA e proteine. Sono presenti in tutte le cellule, comprese quelle procariotiche, ma sono particolarmente abbondanti nelle cellule ad elevata attività di sintesi proteica. Li ritroviamo a livello dei mitocondri, adesi a livello del RER ma possiamo anche trovarli liberi nel citoplasma. In genere i ribosomi presenti nel citosol sono più numerosi nelle cellule in fase di proliferazione come linfociti, fibrocellule muscolari, eritroblasti e batteri; quelli associati alle membrane del RER sono in genere più abbondanti in cellule secernenti. I ribosomi possono essere liberi nel citoplasma come granuli individuali oppure uniti a un filamento di mRNA (poliribosomi o polisomi) quando sono nella fase di traduzione del messaggio da cui ha inizio la sintesi proteica (la sintesi proteica non può avvenire su un ribosoma singolo). I ribosomi liberi, non associati al RER, sono coinvolti nella traduzione di proteine che apparterranno alla cellula stessa (vengono sintetizzate per il metabolismo proprio della cellula). I ribosomi associati al RER traducono il messaggio portato dall' mRNA codificando proteine destinate all'esterno della cellula. Il numero dei ribosomi varia in relazione al tipo di cellula che noi prendiamo in considerazione, in base al suo contenuto in RNA e all'intensità della sua sintesi proteica. Ad esempio nel coniglio i reticolociti, forme immature dei globuli rossi, possono contenerne fino a 500mila. Sono stati studiati attraverso una tecnica di centrifugazione ad alta velocità che ha permesso di dimostrare che presentano dimensioni, struttura e composizione simile in tutti gli elementi cellulari. Valutando inoltre il gradiente di sedimentazione si è potuto comprendere che sono costituiti da due subunità, denominate 50s e 30s in base al loro coefficiente di sedimentazione, le quali sono tenute insieme da una certa quantità di magnesio. Se la quantità di magnesio si abbassa sotto una certa soglia le due subunità si separano e il ribosoma non è in grado di svolgere la sua funzione. Il coefficiente di sedimentazione viene espresso in unità Svedberg (s) e misura la densità di un organulo cellulare o di una macromolecola verificando il punto in cui sedimenta mediante ultracentrifugazione in gradiente di densità. Il loro compito è quello di tradurre in proteine l'informazione genetica portata dall'mRNA. La catalisi degli eventi che segnano la sintesi proteica avviene sui ribosomi associati a formare poliribosomi e non sui singoli ribosomi. **RNA** All'interno del ribosoma ritroviamo rRNA. Gli RNA sono parte degli acidi nucleici. All'interno degli acidi nucleici noi troviamo delle unità dette nucleotidi i quali sono composti da: - Un pentosio (zucchero) che è un desossiribosio nel DNA e un ribosio nell'RNA. - Una molecola di acido fosforico. - Una base azotata che può essere di natura purinica, come adenina e guanina, o pirimidinica, come citosina, timina e uracile. La timina la troviamo sono nel DNA e l'uracile nel RNA. I tipi di RNA che noi ritroviamo nella cellula eucariote sono tre: - RNA messaggero (mRNA): porta una copia di DNA e trasferisce il suo messaggio alla sede di traduzione, ovvero i ribosomi. Rappresenta il 2-5% del contenuto totale di RNA della cellula. - RNA ribosomiale (rRNA): costituisce la gran parte dell'RNA della cellula (70-80%). rRNA insieme a una parte proteica costituisce le due subunità dei ribosomi. - RNA transfer (tRNA): rappresenta circa il 10-20% dell'RNA totale, ha una struttura ripiegata su sé stessa simile ad un trifoglio. Lega da un lato l'aminoacido da apporre alla catena polipeptidica e dall'altro presenta una tripletta di basi che riconosce il sito complementare sull'mRNA. Ha quindi la capacità di tradurre il messaggio letto sull'mRNA. Il tRNA trasferisce infatti sui ribosomi gli aminoacidi corrispondenti ai messaggi contenuti nell'mRNA. Si trova nel citoplasma. Origine dei ribosomi I ribosomi vengono prodotti nel nucleo, in particolare in una zona detta nucleolo. Nel nucleo viene prodotta la componente di RNA ribosomiale, mentre la componente proteica è sintetizzata nel citoplasma. Nel nucleolo avviene l'assemblaggio delle parti del ribosoma. Le proteine possono passare attraverso la membrana nucleare grazie alla presenza dei pori nucleari che permettono il passaggio ad alcune piccole molecole. Una volta formate le due subunità migrano nel citoplasma. **Apparato di Golgi** È una struttura membranosa posta in prossimità del RER. È formato da membrana citoplasmatica che si ripiega su sé stessa a formare delle cisterne o sacchi di 3-10nm a cui sono associate piccole vescicole e scarsi vacuoli. È costituito da tre componenti diverse in quanto gli strati di membrana plasmatica che si ripiegano assumono forme differenti. L'apparato di Golgi è situato vicino al nucleo, attorno ai centrioli. Le pieghe di membrana, che delimitano le cisterne, formano a volte degli strati di determinate dimensioni e quando questi raggiungono circa 1µm si forma un dittiosoma. (insieme di cisterne che raggiunge lo spessore di 1um). È particolarmente abbondante in cellule quali le cellule mucipare dell'epitelio intestinale. Dal punto di vista funzionale è un intermedio tra il RE ed il resto della cellula. Nell'apparato di Golgi esiste una polarizzazione biochimica e strutturale. Si distinguono due facce: - la faccia convessa viene detta faccia di formazione (o cis) ed è rivolta verso il nucleo. - la faccia concava è di quella di maturazione (o trans), in genere rivolta verso la periferia della cellula. Le proteine proveniente dal RER si dirigono verso l'apparato di Golgi dove subiscono delle modifiche e vengono inglobate in delle vescicole (si trovano in prossimità della faccia cis). Nella faccia trans si accumulano i vacuoli. A livello delle due facce dell'apparato di Golgi ci sono inoltre enzimi diversi che possono espletare reazioni biochimiche diverse. Nell'apparato di Golgi, infatti, avvengono i seguenti fenomeni: - modificazione della struttura di alcuni carboidrati (idrolisi). - modificazione della struttura di alcune proteine (fosforilazione, solfatazione e proteolisi iniziale). **Lisosomi** I lisosomi sono vescicole membranose che contengono numerosi enzimi (più di 40) di natura idrolitica usati per digerire materiale dentro la cellula sia per meccanismi di difesa sia in seguito a processi di invecchiamento. Sono presenti in tutte le cellule ma soprattutto in quelle ad azione fagocitaria con funzione difensiva nei confronti di patogeni molto grandi (granulociti neutrofili, macrofagi). Gli enzimi al loro interno variano a seconda del tipo di cellule: lipasi, fosfatasi acida, ribonucleasi, ecc. Tutti possibili da evidenziare con colorazioni istochimiche che prevedono l'uso di vari coloranti. Questi enzimi sono proteine sintetizzate nel RER che poi passano nell'apparato di Golgi e poi entrano a costituire i lisosomi stessi. I lisosomi sono coinvolti in vari processi di distruzione: - Eterofagia: i lisosomi distruggono materiale provenienti dall'ambiente esterno la cellula. - Autofagia: rimozione per esempio di organuli citoplasmatici danneggiati o invecchiati che non svolgono più la loro funzione. (autofagosoma) Non sempre i lisosomi riescono a distruggere il loro bersaglio, ma può accadere che si accumulino materiali all'interno dei lisosomi che ne impediscono la funzione. Per esempio le polveri di silicio, che porta alla silicosi, possono costituire un danno per la cellula. Funzioni dei lisosomi Da un punto di vista funzionale i lisosomi vengono classificati in: - Primari: appena prodotti dalla faccia di maturazione dell'apparato di Golgi, non sono ancora entrati in contatto con il substrato da digerire. - Secondari: contenenti substrati ed enzimi di varia tipologia in cui sta avvenendo il processo di digestione. Possiedono morfologia eterogenea. - Corpi residui: che contengono materiale che gli enzimi non sono riusciti a digerire, come le lipofuscine, prodotti non degradabili di neurotrasmettitori. In alcuni casi i lisosomi primari liberano all'esterno della cellula i loro enzimi, come nell'osso, in risposta ad un trauma o ad un atto infiammatorio. I lisosomi sono importanti nello sviluppo, sono responsabili di vari cambiamenti morfogenetici come per esempio la regressione della coda nei girini o nello sviluppo dell'apparato genitale dei mammiferi. Normalmente si trovano gli abbozzi dell'apparato maschile e femminile e solo dopo che l'embrione avrà deciso il sesso una delle due componenti, i dotti di Wolf per il maschio o di Muller per le femmine, verrà distrutta grazie all'intervento dei lisosomi. I lisosomi contengono enzimi che permettono agli spermatozoi il processo di fecondazione. Sono importanti e studiati perché difetti nei loro enzimi possono portare a patologie gravi a volte incompatibili con la vita. (es. glicogenosi nel fegato). **Perossisomi o microcorpi** Simili ai lisosomi sono organelli sferici con un diametro di 0,5-1,2 µm. Contengono una matrice molto granulare difficile da vedere al microscopio elettronico a trasmissione. Ciò che è bene evidente e che ci permette di distinguerli dai lisosomi è una zona molto addensata detta nucleoide. Anche i perossisomi contengono enzimi anche se in numero ridotto: catalasi (che usa il perossido di idrogeno in reazioni di ossidazione) e perossidasi (per questo possono essere evidenziati tramite la reazione DAB come in ICC). Sono presenti anche enzimi che intervengono nel metabolismo lipidico (β-ossidazione degli acidi grassi). I lisosomi si formano per gemmazione dal REL con il loro contenuto di enzimi ma possono anche formarsi per divisione di altri perossisomi. I perossisomi non partecipano ai processi di digestione cellulare ed il loro ruolo non è sempre chiaro. Si pensa che inizialmente i perossisomi potessero essere i principali produttori di energia della cellula eucariote e che siano poi stati soppiantati dai mitocondri in quanto in grado di produrre energia in una forma più facilmente utilizzabile dalla cellula. **Inclusioni citoplasmatiche** Nel citoplasma troviamo anche accumuli di materiale inerte che non danneggiano il metabolismo della cellula, ma che allo stesso tempo non partecipano alla sua vita. Questo materiale si accumula dal metabolismo cellulare o viene assunto dall'esterno mediante endocitosi in attesa di essere metabolizzato o espulso all'esterno. I vecchi istologi le chiamavano para plasma. Possono essere residui di glicogeno di lipidi e di pigmenti: - Glicogeno: carboidrato di riserva delle cellule animali. È un polimero del D-glucosio. Accumuli di glicogeno possono essere diffusi nel citoplasma o riuniti in ammassi. È particolarmente abbondante in alcuni tipi cellulari (es. epatociti dove costituisce una importante riserva energetica). - I lipidi: sono in genere presenti sotto forma di piccole gocce che nel tessuto adiposo possono arrivare ad occupare cellule intere. - Pigmenti: residui di neurotrasmettitori non degradati, emoglobina, prodotti di degradazione o pigmenti come melanina (che si accumula nei melanociti nel derma, nell'epidermide, nell'epitelio pigmentato della retina e dell'iride); pigmenti bruni contenenti ferro che si trovano nei macrofagi della milza, del fegato e del midollo osseo derivati dalla degradazione dell'emoglobina. - Lipofuscine che si trovano nei soggetti anziani e si considerano provenire da residui indigeribili di organelli degenerati in seguito all'esaurimento dell'attività dei lisosomi. - Cristalli: generalmente poco rappresentati, ne sono esempi i cristalli di ferritina e guanina. - Granuli di secreto: tipici delle cellule ghiandolari, secernenti. **Citoscheletro** Il citoscheletro è una sorta di pavimento presente a livello del citoplasma della cellula eucariote. Le componenti del citoscheletro sono: - microfilamenti - filamenti intermedi - microtubuli In questa immagine, fig. 2, è possibile osservare una cellula del tessuto epiteliale con gli elementi del citoscheletro posizionati in zone particolari. Nelle cellule epiteliali, soprattutto quelle dotate di specializzazione apicale (in questo caso sono i microvilli), i microfilamenti ed i filamenti intermedi si posizionano al di sotto della membrana citoplasmatica. Se sono presenti microvilli i filamenti di actina ne diventano parte integrante. I microtubuli, invece, si trovano dispersi nel citoplasma della cellula o in prossimità del nucleo. Tutte e tre le componenti del citoscheletro sono di natura proteica. I microtubuli e i microfilamenti sono strutture generalmente instabili, costituite da subunità proteiche globulari che vengono rapidamente polimerizzate e depolimerizzate. I filamenti intermedi, invece, sono più stabili e sono costituiti da subunità proteiche fibrose. **Microfilamenti (filamenti di actina)** I microfilamenti o filamenti di actina sono presenti in numerosi tipi cellulari, tipicamente nelle cellule muscolari, dove sono associati ai filamenti di miosina e intervengono nei meccanismi di contrazione muscolare. Altre strutture contenenti i filamenti actina sono i microvilli di molti tipi di cellule epiteliali, quali gli enterociti, le cellule capellute della coclea e del vestibolo dell'orecchio interno e dell'orecchio medio e anche nei fibroblasti. I microfilamenti sono i più piccoli rispetto a tutti gli altri elementi del citoscheletro, infatti misurano un diametro che va dai 5 ai 7 nm, e sono associati a numerose e differenti proteine leganti. Essi sono costituiti da due catene di molecole globulari di actina avvolte tra loro a spirale. Nella cellula che non è in fase di replicazione, si possono trovare al di sotto della membrana plasmatica, mentre nella cellula che ha appena terminato la mitosi si posizionano all'equatore, dove le cellule figlie sono ancora unite da un sottile ponte di citoplasma. In questa zona l'interazione tra i filamenti di actina con quelli di miosina permetterà la dissociazione delle due cellule figlie con la conseguente rottura del ponte citoplasmatico. Nei neuroni non è raro trovare i filamenti di actina associati ai microtubuli soprattutto nei prolungamenti cellulari.  I filamenti di actina quando formano rapporti con la miosina creano strutture stabili, mentre nelle cellule non muscolari formano complessi più facilmente dissociabili e ricostituibili. Questi complessi si trovano, ad esempio, nei microvilli e nelle stereociglia, ossia microvilli più lunghi presenti in alcuni tipi cellulari, ma anche nelle cellule dotate di movimento e nelle cellule che, per le funzioni che svolgono, compiono meccanismi di esocitosi e di endocitosi. Stress fibers: sono fasci di actina e miosina contrattili presenti in molte cellule non muscolari. Hanno un ruolo importante poiché sono coinvolti nei fenomeni di adesione cellulare, nella morfogenesi e nei meccanismi di trasduzione e comunicazione tra le cellule e l'ambiente extracellulare. Sono sempre presenti nelle cellule epiteliali, e nei tessuti animali sono particolarmente abbondanti nelle cellule endoteliali che rivestono i vasi e nei fibroblasti. Il muscolo è composto da una serie di fasci di fibrocellule muscolari circondate da vasi. A loro volta, le fibrocellule sono costituite da miofibrille che contengono le unità morfo funzionali: i sarcomeri. All\'interno del sarcomero sono presenti i filamenti di actina e di miosina e lo scorrimento degli uni sugli altri permette la contrazione muscolare. Microvilli: costituiti dai filamenti di actina. Come le stereociglia, sono estensioni apicali delle cellule eucariotiche e prive di mobilità. Il citoscheletro dei microvilli è costituito da un fascio di 20-30 filamenti paralleli di actina, unito in fasci in più tratti, e rivestiti dalla membrana citoplasmatica. Questi fasci sono formati principalmente da una proteina, la villina, che è presente solo nei microvilli. Alla base del microvillo, il fascio di filamenti di actina è ancorato all'estremità apicale della cellula da una sorta di rete contenente spettrina, una proteina che si pensa fornisca rigidità e stabilità. Le stereociglia sono dei microvilli lunghi, hanno la stessa struttura, poiché sono costituiti da filamenti di actina mantenuti insieme da materiale proteico, ma dimensioni maggiori. **Filamenti intermedi** I filamenti intermedi sono polipeptidi fibrosi più stabili. Hanno un diametro compreso tra 8 e 10 nm e perciò intermedio tra quello dei filamenti di actina e quello dei microtubuli. Sono diversi, in termini di composizione, a seconda del tipo di cellula che si prende in considerazione. Questa caratteristica è importante in quanto consente il riconoscimento delle cellule, soprattutto di quelle che si trasformano a seguito di modificazioni tumorali. Utilizzando metodiche immunocitochimiche o immunoistochimiche è possibile colorare con specifici anticorpi i filamenti intermedi delle cellule tumorali e, in questo modo, è possibile risalire alla cellula da cui è partito il tumore in quanto queste strutture sono specie-specifiche. I filamenti intermedi sono strutture piuttosto stabili e quando vengono isolati sono scarsamente solubili. Sono costituiti da subunità proteiche fibrose non globulari, ma avvolte ad elica. Tra le proteine costituenti di queste strutture citoscheletriche vi sono anche le lamine nucleari. Vi sono cinque classi principali di filamenti intermedi: - CHERATINE (classi I e II): Le cheratine sono polipeptidi che caratterizzano i filamenti intermedi delle cellule epiteliali di tutti i tessuti di rivestimento e protezione esterni quali unghie, capelli, epidermide, zoccoli e corna di varia natura. Una divisione importante è quella tra cheratine molli e cheratine dure: le prime sono caratteristiche di tessuti più "morbidi" come l'epidermide, le seconde di tessuti necessitanti maggiore resistenza come unghie, capelli e zoccoli. - CLASSE III: Questo insieme comprende: vimentina, desmina e proteina acida gliale. - Vimentina: è una proteina largamente diffusa in tutto l'organismo senza preferenze tissutali. È collegata a nucleo, reticolo endoplasmatico rugoso e apparato di Golgi. In sua mancanza, la cellula risulta estremamente fragile anche nei confronti di stimoli mediocri. Sembra essere coinvolta nel trasporto di colesterolo, in particolare di LDL, infatti rimuovendola dalla cellula, si può osservare come essa accumuli meno lipoproteine. - Desmina: la si trova in prossimità dei sarcomeri del tessuto muscolare striato di ogni tipo. Il suo compito è quello di tenere uniti i sarcomeri lungo la banda Z e connetterli ai mitocondri, al nucleo e alla placca neuromuscolare. Ha un ruolo importante nella contrazione muscolare. - Proteina acida gliale: è una proteina presente a livello degli astrociti, cellule di sostegno del sistema nervoso centrale e non solo, ed è importante per il loro corretto funzionamento. - CLASSE IV: È rappresentata dai neurofilamenti, essi si trovano nei neuroni e hanno funzione strutturale. Vengono classificati in base al loro peso molecolare in tre categorie: NFL, NFM e NFH. - CLASSE V: Comprende le lamine, proteine che costituiscono l'involucro nucleare. Esistono lamine A, lamine B e lamine C, sono importanti anche per il loro rapporto con il materiale genomico presente all'interno del nucleo. **Microtubuli** Sono i più grandi tra i tre costituenti, hanno un diametro di circa 25 nm e una parete spessa circa 5-7 nm. Sono formati da una proteina globulare detta tubulina, organizzata in protofilamenti ciascuno dei quali è formato da subunità globulari disposte longitudinalmente. Sono strutture estremamente labili con una vita breve, circa 10 minuti, e sono componenti fondamentali. Sono componenti fondamentali delle ciglia e del flagello nello spermatozoo (strutture dotate di mobilità), ma anche dei corpi basali (localizzati alla base delle ciglia) e dei centrioli (organuli citoplasmatici). Nelle cellule in interfase i microtubuli possono essere dispersi nel citoplasma o associati ai microfilamenti, come avviene nei neuroni, oppure possono associarsi a una zona vicino al nucleo e poi disperdersi nel citoplasma. La molecola di tubulina è formata da due subunità, alfa e beta, con lo stesso peso. Le due estremità del microtubulo invece sono diverse e crescono a velocità differenti; si indicano con il segno "+" o con il segno "-". Quando si isola la tubulina dalle cellule adese ad essa rimangono associate diverse proteine (MAP) con proprietà funzionali diverse, in gran parte sconosciute. Alcune hanno funzione di stabilizzazione (molto importante nelle cellule nervose dove la stabilizzazione soprattutto in prossimità dei loro prolungamenti dove avvengono gli scambi e il passaggio di molecole e neurotrasmettitori). Esistono anche proteine associate a microtubuli di natura motoria, come la dineina che è fondamentale per il movimento degli stessi microtubuli in strutture come le ciglia e il flagello. I microtubuli si formano da centri di organizzazione particolari, il più importante dei quali è il centro cellulare o centrosoma. In questa zona si trova una coppia di centrioli che induce la formazione dei microtubuli indirettamente tramite la produzione di "materiale amorfo pericentriolare" che contiene un certo numero di proteine, compresa una forma minore di tubulina, e irradia per tutta la cellula. Questa modalità di espansione fa sì che i microtubuli crescono formando una struttura a forma di stella detta aster e, in seguito, si allungano verso la periferia della cellula. **Centrioli** I centrioli sono strutture cilindriche di 0,15 µm di diametro e 0,3-0,5 µm di lunghezza, sono costituiti da 9 triplette di microtubuli (A B e C). Nelle cellule, generalmente, si riscontra una coppia di centrioli disposti con asse maggiore perpendicolare l'uno rispetto all'altro e posti vicino al complesso di Golgi. Queste strutture sono presenti durante tutto il ciclo cellulare, vengono duplicati durante la fase S mediante la comparsa di un procentriolo sulla superficie del centriolo originario. L\'insieme dei due centrioli prende il nome di diplosoma. Durante la mitosi funzionano come centri di organizzazione del fuso mitotico. Quando sono disposti ai poli opposti della cellula e originano l'apparato mitotico che servirà allo spostamento dei cromosomi, sono visibili anche al microscopio ottico. Alcuni citochimici sembrano suggerire che i centrioli contengano del DNA e abbiano un'origine ancestrale simile a quella dei mitocondri. **Ciglia e flagelli** **Stereociglia ( o ciglia immobili)** Le stereociglia sono ciglia immobili più lunghe dei microvilli fatte da filamenti di actina. Sono situate nell'epididimo e nell'orecchio interno e sono deputate al controllo dell'equilibrio e dell'udito. **Ciglia mobili** A livello dei bronchi servono a muovere il muco che viene prodotto nell'albero bronchiale. Queste ciglia hanno una struttura complessa fatta di microtubuli che viene chiamata assonema o struttura 9+2. Queste ciglia si muovono formando un movimento simile a un\'onda e hanno una base chiamata corpo basale, anch\'esso formato da microtubuli. Sono espansioni filiformi della cellula la cui funzione primaria è quella di muovere i fluidi alla superficie della cellula. Hanno lunghezze di 5-10 µm e diametro di 0,2 µm (sono visibili anche al microscopio ottico). Inoltre, esse caratterizzano tutti gli epiteli vibratili delle prime vie aerifere, dell'apparato genitale femminile nonché di fotorecettori e cellule olfattive. I flagelli, invece, sono strutture presenti negli spermatozoi degli eucarioti e sono necessari alla loro progressione lungo le vie genitali femminili. Struttura 9+2: ciglia e flagelli sono costituiti da microtubuli disposti a formare una struttura caratteristica detta assonema. L\'assonema è formato da 9 coppie di microtubuli periferici che a loro volta racchiudono una coppia centrale. I microtubuli centrali sono separati fra di loro, mentre quelli periferici sono accostati (uniti da una struttura proteica: nexina). Ciascuna coppia è formata da un tubulo A intero, costituito da 13 protofilamenti, e da un tubulo B, costituito da 10 o 11 protofilamenti. La coppia centrale è rivestita dalla guaina centrale ed ogni coppia periferica è parzialmente fusa. Tutte queste componenti contengono tubulina. Da ogni tubulo A partono delle espansioni, dette braccia laterali, formate dalla proteina dineina, mentre da ciascun tubulo della coppia centrale partono due braccia che formano una guaina interna centrale. Altri costituenti dell'assonema sono i 9 raggi di connessione tra la guaina centrale e ciascuna fibrilla A. Il movimento di ciglia e flagelli avviene grazie allo scorrimento di coppie di microtubuli adiacenti. In particolare, per mezzo dello scorrimento del tubulo A di una coppia periferica e del tubulo B della coppia periferica vicina. Questo meccanismo è reso possibile grazie alla presenza della proteina dineina. L\'energia che viene utilizzata deriva dalla scissione dell'ATP mediante un enzima detto adenosintrifosfatasi. Le ciglia sono disposte secondo file parallele e si muovono in tempi successivi, in maniera simile ad un onda. Alterazioni del funzionamento o della struttura dell'assonema compromettono la mobilità di ciglia e flagelli comportando spesso patologie come la sindrome delle ciglia immobili. Queste patologie colpiscono l'uomo e alcune razze di cane ed i proprietari si accorgono di questo problema a causa di una evidente sterilità dell'animale causata dalla assente motilità degli spermatozoi o da bronchiti ed otiti croniche dovute alla paralisi delle ciglia dell'epitelio delle vie respiratorie, con conseguente ristagno di muco e reazione infiammatoria. Nell\'uomo affetto da sindrome delle ciglia immobili spesso bisogna ricorrere a dei lavaggi bronchiali proprio per poter eliminare il muco in eccesso che non viene rimosso dalle ciglia. La parte dell'assonema che riguarda questa sindrome ha a che fare con la dineina che non riesce a usare l'ATP, non svolge la sua funzione di adenosintrifosfatasi e di conseguenza i microtubuli non scorrono. **Corpi basali** I corpi basali si trovano alla base delle ciglia o dei flagelli ed hanno struttura simile a quella dei centrioli. Queste strutture sono cilindriche, ma chiusi ad una estremità e la loro parete è formata da 9 triplette di microtubuli regolarmente spaziate. Ciascuna tripletta è composta da un tubulo A con parete completa, fusa con due tubuli B e C incompleti. Le dimensioni dei corpi basali vanno dai 0,2 e 0,5μm. L\'estremità dei corpi basali rivolta verso l'assonema è chiusa da una struttura detta piastra basale che permette il passaggio dei tubuli A e B ed impedisce il passaggio dei tubuli C e delle due coppie centrali di microtubuli dell'assonema. Essa è importante per l'assemblaggio di tutta la struttura. **Nucleo** Il nucleo è una caratteristica della cellula eucariotica, poiché nella cellula procariotica non vi è un vero e proprio nucleo. Esso racchiude il corredo cromosomico di DNA della cellula, che determina i caratteri morfologici e funzionali specifici di ciascun tipo cellulare e dirige le attività metaboliche, mediante una doppia membrana che costituisce l'involucro nucleare, che separa fisicamente i processi di sintesi dell'RNA e delle proteine. Ha una struttura diversa a seconda se lo osserviamo in interfase o durante le varie attività mitotiche. Il suo contenuto è detto nucleoplasma e al suo interno vi sono: - Cromatina: DNA spiralizzato in vari livelli che raggiunge il suo massimo durante le fasi della mitosi, con la formazione di cromosomi che sono portatori dei caratteri ereditari. - Nucleoli: corpi rotondeggianti ricchi in RNA e possono essere uno o più. - Matrice nucleoplasmatica: costituisce la restante parte del nucleo. Forma, dimensione e posizione sono molto variabili. La forma è correlata con quella della cellula e può essere: sferica, ellittica, fusata o anche molto irregolare. La dimensione in genere è proporzionale a quella del citoplasma anche se esistono delle eccezioni, come i piccoli linfociti, che presentano un nucleo molto grande e una scarsa quantità di citoplasma. La posizione, invece, è caratteristica di ogni tipo cellulare e dipendente dal grado di differenziazione cellulare e dal suo stato funzionale.  In base al numero di nuclei presenti le cellule si distinguono in: - Cellule anucleate: ovvero prive di nucleo, come gli eritrociti dei mammiferi, che perdono il nucleo in fase di maturazione, o le piastrine, frammenti di una cellula più grande (megacariocita), presenti nel torrente circolatorio. - Cellule multinucleate: come il sincizio, presente nel tessuto muscolare scheletrico in cui le fibrocellule muscolari allungate hanno tanti nuclei schiacciati lungo la membrana citoplasmatica in periferia, o gli osteoclasti nel tessuto osseo, cellule giganti multinucleate con funzione fagocitaria. - Cellule binucleate: che presentano due nuclei, come alcuni epatociti presenti nel fegato, alcuni condrociti presenti nel tessuto cartilagineo e alcune cellule dell\'epitelio di transizione che rivestono gli organi interni delle vie urinarie. - Plasmodi: sono cellule che hanno tanti nuclei originati dalla continua divisione del nucleo non seguita da una divisione del citoplasma, un esempio sono i megacariociti. Il nucleo presenta una struttura diversa a seconda se lo si osserva in interfase o durante le varie attività mitotiche. Si possono distinguere le seguenti componenti: - Involucro nucleare - Cromatina - Nucleolo - Matrice nucleo plasmatica **Involucro nucleare** L'involucro nucleare avvolge in nucleo e lo separa dal restante citoplasma. All'inizio della mitosi si riduce in vescicole che andranno a fare parte del reticolo endoplasmatico da cui partirà la sua formazione al termine del processo mitotico. È dotato di elasticità ed ha uno spessore di 40 nm circa. Esso è costituito da due foglietti paralleli, con uno spessore di 7,5-9 nm, che delimitano uno spazio perinucleare detto cisterna perinucleare, con spessore di 30 nm. Le due membrane che costituiscono i foglietti sono interrotte da pori nucleari e hanno la stessa struttura della membrana citoplasmatica, ma composizione proteica e funzioni diverse, esse sono: - La membrana nucleare interna. - La membrana nucleare esterna che spesso si trova in continuità con le membrane del reticolo endoplasmatico ruvido. Vi è un terzo strato, la lamina nucleare, rivolta verso l'interno del nucleo e costituita da proteine appartenenti alla classe V dei filamenti intermedi: le lamine. Queste proteine si comportano in modo differente al momento della mitosi, le lamine A e C si depolimerizzano e si disperdono nel citoplasma, mentre la lamina B si depolimerizza ma rimane associata con dei residui all'involucro nucleare. L'involucro nucleare è una dipendenza del reticolo endoplasmatico ruvido, questo è possibile concluderlo dalla sua composizione chimica e dall'associazione con i ribosomi. Inoltre, la sua struttura non è continua ma è costellata da pori nucleari che permettono lo scambio tra nucleo e citoplasma. I pori nucleari hanno un diametro che varia dai 30-100 nm e sono distanziati gli uni dagli altri di circa 100 nm. Hanno un numero che varia in base al tipo cellulare, ma in generale occupano il 10% della superficie dell\'involucro nucleare. Sono strutture complesse e per questo motivo si parla di complesso del poro. Esso è costituito da due anelli: - Anello citoplasmatico è posto sulla membrana nucleare esterna e guarda verso il citoplasma - Anello nucleare è posto sulla membrana nucleare interna e guarda verso il nucleo. Ognuno di essi è composto da 8 subunità proteiche. Tra i due anelli vi è un terzo anello, anch\'esso costituito da 8 subunità proteiche disposte radialmente che convergono verso un canale centrale, che ha un diametro di 9 nm. A questa struttura si aggiungono delle strutture fibrillari che sporgono sia verso il nucleo che verso il citoplasma. L\'apertura del canale viene regolata come il diaframma di una macchina fotografica che ha un\'apertura variabile a seconda dall\'intensità luminosa. Le molecole con diametri minori di 9 nm attraversano i pori nucleari mediante diffusione poiché hanno dimensioni minori di quelle del canale. Tuttavia, le componenti più importanti che vengono scambiate tra citoplasma e nucleo sono i ribosomi che sono costituiti da: - RNA ribosomiale che viene prodotto nel nucleo - Proteine che vengono prodotte nel citoplasma Essi vengono formati nel nucleo, dopo che le proteine sono migrate all\'interno per assemblarsi con l\'RNA ribosomiale. Una volta maturi raggiungono circa 25 nm di diametro e per svolgere la loro funzione devono raggiungere il citoplasma. Dal momento che il loro diametro è maggiore del diametro del canale, vi sarà un meccanismo di trasporto attivo che consentirà l\'apertura del canale. Questo meccanismo è costituito da proteine dette nucleoporine che riconoscono specifiche sequenze segnale (NLS) e permettono l\'apertura del canale nucleare e il passaggio del ribosoma. Queste proteine possono anche accumularsi nel citoplasma, se non vengono utilizzate subito, in forma inattiva e nascondere le loro sequenze segnale tramite proteine mascheranti. La possibilità di scambiare materiale tra nucleo e citoplasma è di vitale importanza per la cellula perché tutte le proteine vengono prodotte all\'interno del citoplasma, comprese quelle nucleari, e tutte le informazioni geniche e gli RNA per produrre le proteine sono contenute nel nucleo e devono migrare nel citoplasma. **Cromatina** La cromatina si trova all\'interno del nucleo ed occupa gran parte di esso. È una sostanza basofila che si presenta sottoforma di granuli addensati in zolle o di filamenti dispersi. Il suo costituente principale è il DNA che, negli eucarioti, si trova associato a proteine istoniche basiche di basso peso molecolare, ma anche a proteine acide o non istoniche (molto eterogenee e presentano un elevato ricambio), fosfoproteine, fosfolipidi e piccole quantità di RNA. Al microscopio elettronico a trasmissione si possono osservare due fasi della cromatina: - Eterocromatina: è più compatta, condensata e più elettro densa. Si ritiene che contenga geni inattivi e che sia un sito di stoccaggio per essi, poiché fa in modo che le proteine che possono attivarli non siano accessibili. - Eucromatina: è dispersa in filamenti sottili. Queste due forme sono in rapporto con il grado di condensazione e all\'associazione con gli istoni. Inoltre, in base alla loro distribuzione, si possono riconoscere i vari tipi cellulari poiché è caratteristica di tipi cellulari diversi. Durante la mitosi si raggiunge il grado massimo di condensazione con la formazione dei cromosomi. Un particolare tipo di cromatina è la cromatina sessuale detta anche corpo di Barr o bacchetta di tamburo, nei granulociti neutrofili. Uno dei due cromosomi X della femmina non si despiralizza mai, infatti è visibile in interfase e solitamente si trova vicino al nucleo. Esso è presente in quasi tutte le cellule dei mammiferi ed importante perché permette il riconoscimento del sesso esaminando, ad esempio, le cellule epiteliali prelevate dalla mucosa della bocca. Il DNA privato dei suoi istoni e despiralizzato si presenta come un lungo filamento di 2nm di spessore. Sono molecole altamente stabili a cui non si possono applicare i concetti di emivita e ricambio, infatti si conserva a lungo anche dopo la morte della cellula. Esso è costituito da due catene polinucleotidiche avvolte in una doppia elica antiparallela. La quantità di DNA presente in ogni nucleo è una caratteristica di ogni specie e varia unicamente al momento della mitosi, in cui raddoppia. Le cellule germinali, quali spermatozoo e cellula uovo, hanno una quantità di DNA che è la metà delle cellule somatiche. Il DNA è composto da: - Lo zucchero desossiribosio - Un gruppo fosfato - Quattro basi azotate (adenina, timina, guanina e citosina) che sporgono dal filamento e si legano alle basi complementari sull\'altro filamento. In particolare, l\'adenina si lega con la timina, mentre la guanina si lega con la citosina. L\'unità fondamentale è il gene, una sequenza di basi del DNA che contiene l\'informazione necessaria per la sintesi di un acido nucleico o di una proteina. Il DNA presenta particolari regioni: - Esoni, tratti di DNA che codificano - Introni, tratti di DNA che non codificano Tutte le cellule di un organismo contengono lo stesso DNA. I diversi tipi di cellule sintetizzano gruppi diversi di proteine perché sono in grado di trascrivere gruppi diversi di geni. La struttura di base della cromatina nel nucleo in interfase è il nucleosoma. Essi sono strutture cilindriche di 10-12 nm di diametro, unite tra loro da brevi filamenti di DNA corrispondenti a 48 paia di basi. Contengono un tratto di DNA di 146 paia di basi unito a 8 istoni che insieme formano una sorta di ottamero intorno al quale il DNA compie due giri. Questa disposizione corrisponde ad un primo livello di spiralizzazione del DNA in interfase. L\'organizzazione spiralizzata è importante per il funzionamento della cellula ed è fondamentale per influenzare in modo decisivo l\'attività dei geni in modo che vengano trascritti determinati acidi nucleici o proteine. Il grado di spiralizzazione è basso nel nucleo interfasico, ma aumenta notevolmente nelle fasi iniziali della mitosi e raggiunge il massimo in corrispondenza della formazione dei cromosomi. Al microscopio elettronico a trasmissione, si possono notare delle bande, che sono tipiche specie-specifiche delle varie specie di mammiferi e indicano un ulteriore livello di spiralizzazione. Nell'uomo, per esempio, sono visibili e sono molto simili a quelle presenti sui cromosomi di scimpanzè, orango e gorilla. Nel cromosoma umano, la molecola più grande ha una lunghezza di 7,4 cm che in metafase misura 10 µm. L\'intero genoma misura 5 cm di lunghezza, ma è concentrato in un nucleo di 5 μm, questo indica l'importanza della spiralizzazione. **Nucleolo** Il nucleolo è una struttura fondamentale per la sintesi dei ribosomi e, di conseguenza, anche per la sintesi proteica. La dimensione è legata all\'attività cellulare: maggiore è l\'attività di sintesi proteica maggiore sarà la dimensione del nucleolo. In alcune cellule con elevata sintesi proteica può arrivare ad occupare il 25% del volume totale nucleare. Esso è posto in posizione eccentrica nel nucleo e può essere attaccato all\'involucro nucleare. Il nucleolo al microscopio elettronico a trasmissione appare come una densa rete di filamenti anastomizzati che delimitano spazi trasparenti. Nella cellula possono essercene presenti uno o più di uno, ad esempio ci sono cellule che presentano anche sei nucleoli. Esso scompare con l\'inizio della mitosi, quando la sintesi proteica si ferma e la cellula non necessita di ribosomi, e si riorganizza nella telofase, dove compaiono piccoli nucleoli nelle zone dei cromosomi dove si trovano i geni che codificano per l'RNA ribosomiale. Questi si fondono nell'interfase per formare il nucleolo originale. Le attività di sintesi proteica dipendono dall'integrità del nucleolo, se esso viene distrutto viene a mancare la sintesi di rRNA essenziale per la formazione di ribosomi. Cellule ricche di nucleoli sono le cellule secernenti a secreto proteico e i neuroni, in particolare in questi ultimi il nucleolo è ben visibile anche a microscopio ottico. Al microscopio elettronico a trasmissione, invece, si può notare che non ha un aspetto omogeneo, ma sono presenti zone più chiare e zone più scure come nella cromatina. Esse sono: - Nucleolonema che contiene a sua volta: - Zona fibrillare densa formata da RNA appena trascritto - Zona granulare formata da granuli di 15-20 nm di diametro, che corrispondono alle due subunità di ribosomi in via di maturazione - Pars amorpha o regione nucleolo-organizzatrice che contiene i tratti di DNA che codificano per gli RNA ribosomiali. Inoltre, si può notare che non sono presenti né membrane né involucri. **Matrice nucleo plasmatica** La matrice nucleolo plasmatica corrisponde alla restante parte del nucleo, senza nucleolo e cromatina, e permette il mantenimento della forma del nucleo anche dopo che viene estratto mediante soluzioni saline. Essa è composta dalla lamina nucleare e da proteine dette nucleoplasmine che sono importanti per il funzionamento del nucleo, anche se alcune sono di natura sconosciuta. **Osservazioni sulle cellule in base ai loro nuclei** Conoscere le cellule e il loro nucleo è fondamentale per conoscere i tessuti e dunque anche l'organo cui appartengono. Esistono cellule che ne sono prive, come i globuli rossi, e altre che ne contegno più di uno che prendono il nome di multinucleate. **Cellule multinucleate:** - Sincizio: la cellula multinucleata originata da cellule che fondono assieme i loro citoplasmi, dove ognuna porta dietro il suo nucleo, per cui si forma una grande cellula con molti nuclei al suo interno. Le cellule muscolari scheletriche sono un esempio di sincizio. - Plasmodi: sono meno frequenti e sono una situazione di divisione particolare in cui la cellula duplica il suo nucleo ma non il citoplasma. Il risultato saranno cellule formate da tanti nuclei perché sono avvenute molte divisioni ma queste divisioni sono avvenute tutte nello stesso citoplasma. I nuclei che si formano nel caso dei plasmodi non saranno mai tanti quanti nel caso di un sincizio. **Cellule con due nuclei:** La presenza di due nuclei in una cellula è una caratteristica non molto comune, questo ci permette dunque di escludere alcuni tipi di cellule e capire meglio di che cellula si tratta. **Cellule in apoptosi:** In certe cellule è possibile notare la presenza di nuclei costituiti da "blocchi neri" costituiti da cromatina molto condensata, anomala e molto elettrondensa. Quando il nucleo si presenta in questo modo è perché la cellula sta andando incontro ad un tipo di morte particolare: l'apoptosi. L'apoptosi è un suicidio cellulare, ovvero una morte innescata dalla cellula stessa, essa si può verificare soprattutto nella vita embrionale. Esempio: durante lo sviluppo embrionale l'apparato genitale ha sia le suture del maschio (dotti di Wolff) che della femmina (dotti di Muller). Uno dei due deve andare incontro ad apoptosi durante lo sviluppo embrionale per determinare se l'organismo diventerà un maschio o una femmina. Nel caso delle persone transessuali esse hanno avuto un difetto in questo fenomeno, in quanto non è avvenuta l'apoptosi. Il primo segno di apoptosi è proprio la condensazione e frammentazione della cromatina nel nucleo. Lo stesso fenomeno si verifica per una parte dei neuroni prima e dopo la nascita. Molti neuroni durante lo sviluppo embrionale, fetale e dopo la nascita muoiono per apoptosi e non andranno a costituire il sistema nervoso dell'adulto. Ad esempio, alla nascita un bambino non vede, non cammina e non ha equilibrio, questo perché ci sono aree del cervello che si devono ancora sviluppare; il tempo necessario per acquisire queste capacità diventa via a via più lungo mano a mano che si sale nella scala zoologica. La morte per apoptosi riguarda soprattutto le cellule del cervelletto, l'organo deputato alla postura e all'equilibrio. Gli umani sono una prole inetta, perché le cellule del cervelletto sono ancora immature e quindi senza le cure parentali non saremo in grado di sopravvivere, a differenza di atri animali come il cavallo, la gazzella o la cavia. Il cervelletto degli animali a prole inetta ha uno strato di neuroni che deve scomparire per morte apoptotica nell'arco di tempo che serve all'organismo per poter imparare a camminare. L'apoptosi riguarda non sono fenomeni di sviluppo, ma viene studiata anche nell'ambito della ricerca perché è il tipo di morte con cui muoiono i neuroni di malattie come l'Alzheimer o il Parkinson. **Giunzioni cellulari della superficie laterale delle cellule** le cellule sono unite da giunzioni, chiamate giunzioni o specializzazioni laterali in quanto si trovano sulle facce laterali. Una cellula può possedere sia le giunzioni di tipo apicale che quelle laterali, le cellule del tessuto epiteliale di solito le possiedono entrambe. Le giunzioni hanno funzioni diverse: servono a tenere unite le cellule tra loro e a farle comunicare tra di loro. Le unioni tra cellule possono coinvolgere solo la membrana o anche porzioni del citoplasma per una giunzione ancora più forte, formando cosi delle strutture complesse. Le caratteristiche principali sono: - Sono specializzazioni della superficie laterale della membrana citoplasmatica. - Si possono anche trovare nei punti di contatto di cellule vicine in alcuni tipi di tessuti. - possono essere anche punti di unione tra cellula e matrice extracellulare. classificazione: +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Giunzioni aderenti | Zonule aderenti | | | | | | Desmosomi | | | | | | Emidesmosomi | +===================================+===================================+ | Giunzioni impermeabili | Zonule occludenti | +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Giunzioni comunicanti | Giunzioni comunicanti | +-----------------------------------+-----------------------------------+  Si parla di complesso di giunzione in cellule che possiedono più tipi di giunzioni, come nel caso di quelle epiteliali. Esso è composto da una zonula aderente, una zonula occludente e uno o più desmosomi. In questo complesso di giunzione si trovano in genere: - Una zonula aderente - Una occludente - Uno o più desmosomi **Giunzioni occludenti o zonule occludenti** Sono linee di fusione tra membrane plasmatiche di due cellule vicine che possono estendersi a cintura lungo tutto il perimetro cellulare. chiudono gli spazi intercellulari andando in questo modo a creare una polarità tra le due zone che si vanno a delimitare. Queste zonule occludenti rendono impermeabili gli spazi tra le cellule, in quanto costituite da particelle globulari che si fondono nello spazio intercellulare, impedendo la diffusione delle proteine di membrana che normalmente possiedono mobilità all'interno della membrana e così facendo formano due domini distinti aventi anche composizione differente: - dominio apicale - dominio baso-laterale In questo modo ciò che entra a contatto con la parte apicale è diversa da quella baso-laterale rendendo, così, impossibile la diffusione delle proteine di membrana. Lungo queste fusioni si trovano delle proteine giunzionali dette claudine ed occludine appartenenti ad ambedue le membrane. Importante: nella parete dell'intestino tenue sono presenti moltissime giunzioni occludenti, per impedire il passaggio di sostanze indesiderate dal canale intestinale ai vasi sanguigni, e quindi impedirgli di diffondersi senza controllo in tutto il corpo. Significa che la cellula può esercitare un controllo sulla diffusione delle sostanze. Passaggi di sostanze diverse ai poli/lati della cellula, dovute alle giunzioni, originano una polarizzazione. tipi cellulari in cui possiamo trovare queste giunzioni occludenti: - Barriera ematoencefalica (regola ciò che dal sangue può entrare in contatto con i neuroni): siccome i neuroni sono cellule incapaci di proliferare e rigenerarsi, tale barriera impedisce danneggiamenti irreversibili al tessuto nervoso. - Barriera emato testicolare (presente tra il sangue e le forme più immature degli spermatozoi): impedisce il raggiungimento di questi da parte di sostanze dannose ,in quanto, se accadesse, oltre allo spermatogonio si distruggerebbe anche la linea spermatogenica e quindi la capacità di riprodursi per l'organismo. - Epitelio intestinale. **Giunzioni aderenti/ancoranti** tengono fortemente adese le cellule fra loro perché oltre alla membrana coinvolgono anche il citoscheletro. Ve ne sono di due tipi distinti in base alla loro estensione all'interno della cellula: - Desmosomi o macule aderenti (poco estesi) - Zonule aderenti (possono coinvolgere anche tutto il perimetro cellulare) numerosi nell'epidermide e nel miocardio. proteine di cui sono costituite: - Proteine di ancoraggio o dermoplachine: si trovano subito sotto la membrana citoplasmatica e si connettono con il citoscheletro, in particolare con i filamenti intermedi che attraversano la cellula da parte a parte. - Proteine di adesione transmembrana dette anche caderine che attraversano la membrana e possiedono due zone: - Zona intracitoplasmatica: in parte a contatto con il citoscheletro; in particolare, nelle zonule aderenti stabiliscono un legame con i filamenti di actina, oltre che con quelli intermedi (es. epitelio intestinale). - Zona extracitoplasmatica: connette la porzione extracellulare di proteine della cellula vicina. Le membrane cellulari dove si formano queste giunzioni ancoranti sono distanti 15-20 nm. **desmosomi** Sono particolarmente abbondanti nei tessuti sottoposti a stress meccanico in senso laterale o stiramento (es.: nell' epidermide, gli epiteli di rivestimento delle superfici interne delle cavità corporee). Sono giunzioni aderenti circoscritte e meno estese. Possiedono strutture di forma circolare/ellittica. La regione di membrana che contiene un desmosoma è rafforzata da uno spesso strato di materiale denso detto placca o piastra di attacco, collocato subito sotto la membrana e presente su entrambi i versanti della giunzione presente immediatamente sotto la membrana cellulare. Su questa placca sono attaccati i filamenti intermedi che si propagano in direzione del citoplasma. I filamenti intermedi che costituiscono una placca si chiamano tonofilamenti e fungono da àncora citoplasmatica per la giunzione. Le due membrane costituenti il desmosoma distano circa 20 nm e delimitano uno spazio extracellulare costituito da filamenti sottili e materiale granulare. Le proteine costituenti: due delle più grandi sono le desmoplachine I e II, che sono glicoproteine strutturalmente correlate e associate alle placche; la placoglobina, anch'essa associata alle placche. **Emidesmosomi** Connettono la cellula epiteliale alla lamine basale (tessuto connettivo); sono metà struttura di un desmosoma. Possiedono però molecole diverse. - Sul lato citoplasmatico : sono presenti le proteine di ancoraggio, in rapporto con i filamenti intermedi, e la porzione intracitoplasmatica delle proteine transmembrana. - Sul lato della membrana basale: proteine transmembrana contraggono rapporto con la proteina collagene (che costituisce la membrana basale) con la loro porzione extracitoplasmatica. **Giunzioni comunicanti** caratteristiche: - Hanno un'area di contatto ben circoscritta. - Sono costituite da punti di fusione tra due cellule, a livello del quale avviene il passaggio di ioni e piccole molecole dal citoplasma di una cellula all'altro. - li troviamo: - Nelle cellule epiteliali, cellule muscolari lisce e cardiache - Nelle cellule nervose. - Nelle cellule del Sertoli ( sono cellule di sostegno, somatiche diploidi, che si trovano nel connettivo che circonda i tubuli seminiferi dei testicoli).  - Negli osteociti (cellule del tessuto osseo che producono la matrice extracellulare). - Lo spazio separante è di circa 2 nm, interrotto da punti di fusione costituiti dalle proteine della membrana di ciascuna cellula. Queste proteine formano canali idrofili che permettono il passaggio di ioni e piccole molecole. Canali idrofili: - Costituiti da 6 subunità proteiche che formano il connessone. - Ogni giunzione gap può contenere centinaia di connessoni. - La proteina principale: la connessina. - Le giunzioni gap si possono controllare tenendole aperte o chiuse, probabilmente grazie alla reazione a cambiamenti del ph o della concentrazione di ca+.  **Ciclo cellulare** Le cellule di organismi pluricellulari hanno una durata di vita definita. L'organismo deve quindi provvedere a generare nuove cellule per rimpiazzare quelle che muoiono. Le cellule somatiche si dividono e proliferano per mitosi. Il ciclo cellulare consiste nell'alternanza di mitosi ed interfase (intervallo tra una mitosi e l'altra). La durata media del ciclo cellulare dipende dal tipo di cellula, dalla sua differenziazione. Un globulo rosso, per esempio, ha una durata media di vita di 120 giorni (anche se in realtà esistono molte differenze di specie). Nel ciclo cellulare, in generale, la durata maggiore è a carico dell'interfase (fino al 90% dell'intero processo), mentre la fase M (mitosi) dura molto meno. La cellula può intervenire sulla durata dell'interfase, allungandola o accorciandola a seconda delle esigenze del tessuto di cui fa parte. Durante l'interfase la cellula compie i processi metabolici e funzionali tipici della propria differenziazione. L'interfase si divide in fatti in tre fasi: G1, S e G2. **Fasi del ciclo cellulare** - Fase G1 (gap, intervallo): la cellula cresce e compie attività metabolica. La cellula inoltre controlla che l'ambiente e le dimensioni siano adatte (aumenta le dimensioni) e quando è opportuno avvia la fase successiva. La durata della fase G1 è variabile (da giorni a ore) a seconda del tipo cellulare (quando la cellula ha terminato la divisione e si differenzia si trova in questa fase del ciclo). - Fase S (sintesi): si duplicano DNA e centrioli (ora presenti in due coppie). La duplicazione del DNA avviene insieme all'assemblaggio di nuovi istoni della cromatina, ed avviene ad una velocità di 50 nucleotidi al secondo nei mammiferi (per cui le proteine che catalizzano la duplicazione sono molto veloci e precise). La cellula può rallentare o fermare questa fase se dovesse accorgersi di un'errata duplicazione del DNA (il che potrebbe portare a pericolose mutazioni nelle cellule figlie). La fase S ha durata costante nei mammiferi, ed è di 7-10 ore. - Fase G2: ha luogo un ulteriore accrescimento della cellula unito alla preparazione alla mitosi. La fase G2 è un intervallo di sicurezza in cui la cellula si accerta di aver portato a termine correttamente tutte le fasi precedenti prima di effettuare la divisione. La fase G2 ha durata costante nei mammiferi, ed è di 2-5 ore. In questa fase avviene un ulteriore accrescimento delle dimensioni della cellula. - Fase M (mitotica): avviene la divisione cellulare. La mitosi dura in genere 1-2 ore. Un ciclo cellulare completo dura quindi, in media, 12-24 ore. Le cellule che non si dividono continuamente, "escono dal ciclo cellulare", (es. neuroni, cellule muscolari) e permangono in una fase G0. Esistono cellule che entrano in fase M ma non la completano: queste cellule quindi vanno incontro a un programma di autodistruzione controllata (apoptosi). C'è un punto di non ritorno nella fase G1, superato il quale la cellula si impegna a entrare in mitosi. Questo punto viene regolato da proteine di innesco (della famiglia delle cicline). Controllo proliferazione cellulare: La proliferazione cellulare è necessariamente controllata, perché il tessuto o l'organo deve mantenere le dimensioni e densità iniziali. Ci sono quindi meccanismi di controllo della densità cellulare e delle interazioni tra le cellule, meccanismi che sembrano legati alla disponibilità di vari fattori trofici (sostanze prodotte dall'organismo in grado di garantire la sopravvivenza delle cellule e anche di stimolarne la crescita, come ad esempio la neurotrofina agisce sulle cellule nervose o sulle cellule gliali). Tra le fasi del ciclo cellulare esistono dei checkpoint regolati da proteine chinasi, attivate da proteine cicline per meccanismi di fosfo-defosforilazione (aggiunta-eliminazione gruppo fosfato). I checkpoint principali sono tre: - G1/S: si verifica che la cellula abbia abbastanza risorse ed energia per duplicare il DNA. - G2/M: si controlla che la cellula abbia le dimensioni idonee e che abbia fosfolipidi e citoplasma a sufficienza per dividersi. Si controlla anche se ci sia possibilità o meno di duplicarsi contemporaneamente a cellule adiacenti (come avviene nei primi stadi della crescita embrionale). - metafase mitotica: si verifica il corretto allineamento dei cromosomi sulla piastra metafasica. Errori nei geni che controllano i checkpoint portano a una proliferazione incontrollata e formazione di tumori. **Cromosomi:** Il DNA duplicato viene addensato in cromosomi (cromosoma = massima condensazione). Nelle cellule diploidi sono presenti due copie di ogni cromosoma, copie che hanno stessa forma e dimensione, mentre vi è solo una copia per ogni cromosoma nelle cellule aploidi. I cromosomi mitotici sono costituiti da due cromatidi (due copie identiche dello stesso cromosoma). I cromatidi sono a loro volta costituiti da due filamenti paralleli legati a livello del centromero. Nella zona del centromero si trova un disco trilaminare (due lamine dense separate da una meno densa), il cinetocore, sul quale si attaccheranno le fibre cromosomiche che muoveranno i cromosomi durante la divisione mitotica. **Mitosi** Mitosi = divisione nucleo della cellula / Citodieresi = divisione del citoplasma. Cellula raddoppia la massa e tutte le strutture che contiene durante i periodi di accrescimento, prima di dividersi per mitosi. La corretta divisione cellulare è assicurata dall'apparato mitotico: composto dalle coppie di centrioli, dall'astrosfera e fuso mitotico. La funzione dell'apparato è quella di spostare i cromosomi durante l'anafase della mitosi. - La coppia di centrioli per ogni polo della cellula è detta centrosoma. Dal centrosoma si irradiano i microtubuli che compongono l'astrosfera. - L'astrosfera è composta da microtubuli di 25 nm di diametro (fibrille) molto elastici; compare nella profase mitotica ma raggiunge la massima estensione nella metafase, scomparendo alla fine della telofase. - è formato da tre tipi di microtubuli/fibre: - Le fibre continue/polari, cosi chiamate perché si pensava si estendessero da un polo all'altro della cellula ormai allungata, ma che in realtà si arrestano al centro della cellula. - Le fibre cromosomiche, che dal polo della cellula si agganciano sul cinetocore del centromero dei cromosomi. - Le fibre interzonali, che connettono gruppi di cromosomi tra loro. I microtubuli del fuso mitotico sono associati a proteine (dineina o dineina simili), ossia adenosintrifosfatasi capaci di usare ATP per far scorrere i microtubuli e creare movimento. La corretta separazione dei cromatidi fratelli è legata a accorciamento fibre cromosomiche del fuso e allungamento fibre continue. Con la divisione cellulare si condensano i cromosomi, si rompe l'involucro nucleare e degli organuli, si allentano le giunzioni intercellulari, si trasformano le componenti del citoscheletro. Fasi mitosi profase - la cromatina si condensa - appaiono i cromosomi ben definiti, più corti e spessi (in numero caratteristico per ogni specie). - L'apparato mitotico si organizza utilizzando le componenti del citoscheletro derivanti dalla disgregazione di quest'ultimo. - Il nucleolo si disgrega, interrompendo momentaneamente la sintesi proteica. - le coppie di centrioli migrano ai poli della cellula. prometafase - si completa la disgregazione dell'involucro nucleare ( i frammenti di membrana entrano in vescicole che vanno nel RER). - Si formano i cinetocori a livello del centromero dei cromatidi - i cromosomi iniziano a muoversi grazie all'apparato mitotico.