UNITA 1. CITOLOGIA-ISTOLOGIA. Prof. Berardinelli Paolo

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1 UNITA 1. CITOLOGIA-ISTOLOGIA Prof. Berardinelli Paolo

2 La cellula è la più piccola unità strutturale e funzionale capace di svolgere tutte le attività vitali LA CELLULA

3 Esistono in natura migliaia di cellule diverse

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5 van Leeuwenhoek utilizzando il microscopio semplice descrisse molte specie di protozoi, alghe e batteri. Teoria Cellulare.150 anni più tardi Schleiden per i tessuti vegetali e Schwann per quelli animali prime enunciazioni della teoria cellulare. Schleiden : la riproduzione cellulare era dovuta ad una sorta di gravidanza della cellula. Schwann : le cellule si originavano da pezzetti di tessuto nel liquido che si trova tra cellula e cellula.

6 nel 1859 Virchow :. Ogni cellula deriva da unʼaltra cellula, moderna TEORIA CELLULARE Tutti gli organismi sono formati da una o più cellule La cellula è la più piccola unità che presenta le proprietà tipiche della vita Tutte le cellule derivano da altre cellule L informazione genetica è trasmessa da una generazione all altra Le reazioni chimiche che costituiscono il metabolismo cellulare avvengono all interno delle cellule

7 Possiede infatti tutte le proprietà che definiscono la vita: 1. Riproduzione 2. Accrescimento 3. Capacità di sintesi proteica 4. Reattività agli stimoli 5. Movimento

8 dimensioni e forme molto diverse tra loro

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10 La Cellula Eucariotica animale

11 MEMBRANA PLASMATICA Sottile membrana di circa 6-8 nm che avvolge la cellula. Non è visibile al MO La membrana plasmatica o membrana cellulare o plasmalemma è un sottile involucro che avvolge la cellula separandola dall esterno e regolando lo scambio di sostanze trofiche.

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13 Evoluzione dei modelli di membrana

14 Struttura delle membrane biologiche Cellula (neurone) lipidi proteine glucidi per lo più fosfolipidi, glicolipidi e steroli integrali o intrinseche estrinseche o periferiche oligosaccaridi confinati alla sola superficie esterna dove svolgono una funzione recettoriale e di riconoscimento oligosaccaride La membrana è una struttura ASIMMETRICA fosfolipidi colesterolo Proteina intrinseca

15 Film sottile di lipidi e proteine, tenute unite da interazioni non covalenti Modello di membrana a mosaico fluido

16 LIPIDI I lipidi di membrana: la componente fluida del modello di membrana a mosaico fluido. Sono molecole anfipatiche che formano spontaneamente un doppio strato.

17 Fosfolipidi La fosfatidilcolina saturi Colina (+) Fosfato (-) glicerolo acidi grassi insaturi Testa Polare Coda Apolare I lipidi di membrana sono molecole anfipatiche: polo idrofilo e coda idrofoba. Preciso orientamento spaziale nella costituzione di tutte le membrane costituzione del doppio strato molecolare (bilayer lipidico)

18 Lipidi: 50% della massa della membrana: circa 10 9 mol/cellula animale. Fosfolipidi: a) fosfogliceridi derivati dal glicerolo (fosfatidilcolina ) b) sfingolipidi derivati dalla sfingosina (sfingomielina ) Colestero: ha effetti complessi sulla fluidità delle membrane

19 Gli acidi grassi nei lipidi di membrana: le code degli idrocarburi formano una barriera idrofobica per la diffusione dei soluti polari. Grassi insaturi: aumentano la fluidità di membr. ostacolando l impacchettamento delle altra molecole Lunghezza delle catene: atomi di C, in media Lunghezza ottimale per la formazione di un doppio strato di spessore 6-8 nm. Legami semplici Legami doppi Tra le catene degli acidi grassi: legami deboli di Van der Waals.

20 Il colesterolo IL COLESTEROLO Impedisce alle catene di CH2 di interagire troppo e di cristallizzare, quindi inibisce transizioni di fase troppo brusche. Rapporto 1:1 con fosfolipidi Effetti sulla fluidità: 1- a t relativamente alta (37 C) stabilizza le membrane riducendo il movimento dei fosfolipidi 2- a t relativamente bassa impedisce l impacchettamento stretto dei fosfolipidi

21 Fluidità di membrana Flip-flop: un evento raro E invece sostenuta la rotazione e la diffusione laterale.

22 I lipidi di membrana sono un solvente bidimensionale per le proteine di membrana e regolano con la loro composizione la funzione delle proteine di membrana. LE PROTEINE DI MEMBRANA Svolgono la maggior parte delle funzioni specifiche della membrana plasmatica Possono essere glicosilate sulla faccia esterna (glicocalice o rivestimento cellulare) Circa il 30% delle proteine codificate sono proteine di membrana

23 LE PROTEINE DI MEMBRANA Per studiarle: criofrattura della membrana lungo lo strato idrofobico

24 LE PROTEINE DI MEMBRANA Integrali Ancorate ai lipidi Periferiche monopasso multipasso

25 LE PROTEINE DI MEMBRANA Porzione esterna (glicosilata) con ponti disolfuro Alfa elica destrogira Dominio citoplasmatico

26 LE PROTEINE DI MEMBRANA

27 LE PROTEINE DI MEMBRANA

28 Le membrane sono MOSAICI strutturali e funzionali Le proteine di membrana sono di diversi tipi e quindi hanno funzioni diverse Recettori Enzimi Trasportatori Come le tessere di un mosaico danno figure diverse nel loro complesso Il modello strutturale della membrana è uno, ma le membrane sono tutte diverse per composizione e assortimento delle singole tessere

29 MODELLO A MOSAICO FLUIDO Fluidità delle membrane sistema dinamico movimento attraverso le membrane CARATTERISTICHE FUNZIONALI E STRUTTURALI MEMBRANA DINAMICA

30 Glicocalice: funzioni glicoproteine glicolipidi Il rivestimento è composto da catene polisaccaridiche legate covalentemente alle proteine transmembrana o ai fosfolipidi di membrana del foglietto esterno. Lo spessore è vario, può arrivare fino a 50 nm in alcune cellule di rivestimento, come nel tratto digestivo evitare alla cellula contatti con le proteine indesiderate, con aggressivi chimici e fisici Riconoscimento cellula-cellula Es. coagulazione del sangue, risposte immunitarie

31 In conseguenza della sua composizione e della sua architettura molecolare la membrana plasmatica è SEMIPERMEABILE costituisce il dispositivo di regolazione degli scambi fra l ambiente extra ed intra cellulare: si ha cioè un flusso bidirezionale ininterrotto di molecole con caratteristiche diverse. I componenti idrofobici della membrana limitano enormemente il passaggio di molecole idrofiliche attraverso il doppio strato lipidico. Solo la presenza e la particolare attività di proteine transmembrana specializzate rendono possibile il passaggio di alcune molecole attraverso questa barriera

32 Funzioni delle membrane cellulari 1) Supporto strutturale Preservare l individualità della cellula Delimitazione: cellula-ambiente; organulo citoplasma Mantenimento della forma, plasticità: rapporti con il citoscheletro 2) Scambio di molecole Mantenere una permeabilità altamente selettiva Trasporto regolato in modo attivo 3) Scambio di informazione Controllare il flusso di informazione Rapporti cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare Riconoscimento e trasduzione di segnali chimici Funzioni di membrane specializzate Es. membrana nucleare, mitocondriale, del golgi e RER, delle vescicole, dei lisosomi ecc

33 MEMBRANA CELLULARE: SELETTIVITA

34 PERMEABILITÀ SELETTIVA Membrana

35 MECCANISMI DI TRASPORTO Membrana

36 Trasporto di membrana molecole piccole molecole grosse Trasporto passivo Trasporto attivo (con pompe o cotrasportatori) endocitosi esocitosi Diffusione semplice Diffusione facilitata (da canali o permeasi)

37 POTENZIALE DI MEMBRANA

38 PARETE CELLULARE CELLULA VEGETALE Catene di CELLULOSA

39 CITOPLASMA E ORGANULI CELLULARI Cellula pancreas esocrino al ME

40 ORGANULI CELLULARI Nucleo Reticolo Endoplasmatico Apparato del Golgi Sistema vacuolare di membrana Mitocondri Lisosomi

41 RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO (REL) RUGOSO (RER) microsomi ottenuti per centrifugazione al ME

42 Reticolo endoplasmatico FUNZIONI: Sintesi e rimaneggiamento delle proteine (RER) Sintesi di lipidi e steroidi (REL) Degradazione dei lipidi (REL) Detossificazione di alcuni composti (REL) Rimaneggiamento di tutte le membrane della cellula (RER)

43 Reticolo endoplasmatico liscio Il REL, in forma di piccole vescicole o sacculi indipendenti è particolarmente abbondante nelle cellule epiteliali epatiche (detossificazione dei matariali tossici) e in tutte le cellule che producono ormoni steroidei.

44 Reticolo endoplasmatico liscio assume caratteristiche di specializzazione in alcune cellule (fibre muscolari scheletriche, cellule miocardiche dove è presente in forma di tubuli - reticolo sarcoplasmatico-)

45 Funzioni del REL Deposito di Calcio Funzioni del REL Deposito di Calcio

46 RER

47 Reticolo endoplasmatico rugoso La cavità sono in continuità con la cisterna perinucleare (spazio esistente tra la membrana interna ed esterna dell involucro nucleare)

48 RER Zolle di Nissl

49 Reticolo endoplasmatico rugoso La superficie esterna delle membrane puo essere rivestita di granuli di nm: i RIBOSOMI

50 RIBOSOMI Ogni ribosoma è costituito da una subunità grande e da una piccola entrambe prodotte nel nucleolo Funzionano da base strutturale per la sintesi proteica

51 RIBOSOMI : Meccanismo sintesi proteica proteine liberate nel lume del RER

52 Modalità di sintesi e maturazione proteica Proteine integrali con NH3 terminale citosolico Proteine integrali con COOH terminale citosolico Proteine integrali con estremità terminali citosoliche Maturazione proteica nel lume del RER: es. Glicosilazione

53 Apparato del Golgi È costituito da una o più serie di cisterne appiattite e leggermente incurvate (pile del Golgi) e vescicole collegate tra loro

54 Apparato del Golgi Le funzioni dell apparato di Golgi consistono: 1) Nel completamento della sintesi di glicoproteine e glicolipidi 2) Condensazione dei prodotti di sintesi e segregazione in organuli delimitati da membrana.

55 Apparato del Golgi Le proteine presentano un particolare segnale che le dirige verso il Golgi Durante questi trasferimenti all interno del Golgi le proteine vengono modificate (es. glicosilate, acetilate, fosforilate)

56 Apparato del Golgi Le proteine che escono dall apparato del Golgi vengono racchiuse in vescicole e possono avere diversi destini

57 Destino delle vescicole ENDOCITOSI ESOCITOSI GEMMAZIONE

58 Macrofaco che fagocita un globulo rosso (GR), img ME Endocitosi

59 Esocitosi Vacuolo gemmato dall apparato del Golgi Spazio extracellulare Le proteine prodotte nel RER gemmano come vescicole di transizione, si portano al Golgi e si staccano come vescicole di condensazione; quindi come vescicole di secrezione migrano nel citoplasma apicale dove le membrane si fondono rivestendone il contenuto all esterno

60 Transcitosi Esempio: transcitosi di anticorpi materni verso epitelio intestinale del neonato

61 Fusione delle vescicole La fusione delle vescicole è regolata dalla presenza di specifiche proteine dette SNARE

62 Destino delle vescicole lisosomi Sono vescicole rotondeggianti contenenti idrolasi acide e costituiscono il sistema digestivo della cellula

63 Lisosomi Intervengono nella degradazione di: macromolecole microrganismi frammenti cellulari fagocitati organuli cellulari invecchiati I vari enzimi digeriscono il materiale fagocitato degradandolo in prodotti terminali di basso peso molecolare che, trasportati da particolari proteine di trasporto, fuoriescono dai lisosomi e possono essere riversati nello spazio extracellulare oppure riusati dalla cellula

64 Lisosomi Le idrolasi in essi contenute non vengono mai in contatto con il citoplasma M = membrano C = cuore elettron-denso

65 Lisosomi Nelle cellule che sono destinate a morte programmata (apoptosi) i lisosomi riversano il loro contenuto all interno della cellula, provocando AUTOLISI

66 Mitocondri I mitocondri sono organuli citolpasmatici presenti in tutte le cellule eucariotiche, ad eccezione dei globuli rossi dei Mammiferi. Il numero dei mitocondri/cellula varia da a 2.000, fino a negli ovociti.

67 Mitocondri La forma più comune è quella bastoncellare con lunghezze di 1-6 μm x 0,2-1 μm. Più rari sono mitocondri ovali o sferoidali. Le forme sferoidali possono divenire filamentose e viceversa. I mitocondri filamentosi possono gemmare rami collaterali destinati a costituire un mitocondrio indipendente. L insieme di tutti i mitocondri della cellula, cioè il loro volume, e detto condrioma. E possibile determinarlo attraverso una centrifugazione frazionata.

68 Mitocondri La membrana interna e quella esterna sono di natura lipoproteica anche se le due frazioni sono differentemente ripartite. La frazione proteica è costituita da una varietà di circa 60 tipi di proteine idrofobe, trasportatrici e della catena respiratoria.

69 Mitocondri ** * Tra le due membrane mitocondriali rimane compreso un sottile spazio di circa 10 nm, la camera mitocondriale esterna *. La camera mitocondriale interna ** è variabile a seconda dell estensione delle creste. Il contenuto della camera interna corrisponde alla matrice mitocondriale. Essa contiene dei ribosomi (mitoribosomi)

70 DNA Mitocondriale!!! Nella camera interna sono contenute 5 10 molecole di mdna mitocondriale circolare e non associato a proteine. (vd cellula epatica di ratto foto)

71 Mitocondri=Centrale Energetica