Epiteli. Gli epiteli monostratificati regolano gli scambi di materiali tra l ambiente interno dell organismo e l ambiente esterno.

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2 Epiteli Gli epiteli monostratificati regolano gli scambi di materiali tra l ambiente interno dell organismo e l ambiente esterno. In base alla funzione svolta gli epiteli monostratificati si distinguono in: Epiteli di scambio: si caratterizzano per il fatto di avere uno spessore molto ridotto Es. endotelio capillare, media gli scambi tra il sangue e il liquido interstiziale, Es. epitelio di rivestimento delle superfici respiratorie, media gli scambi gassosi con l ambiente esterno) Epiteli di trasporto: promuovono e regolano l assorbimento e la secrezione di numerosissime sostanze (es. epitelio renale ed epitelio intestinale) Epiteli secernenti: rilasciano nell ambiente esterno o nel sangue sostanze prodotte rispettivamente da ghiandole esocrine o da ghiandole endocrine

3 Epiteli di trasporto Gli epiteli di trasporto sono costituiti da un solo strato di cellule cilindriche connesse le une alle altre da un complesso sistema giunzionale. Le cellule dell epitelio di trasporto poggiano su una membrana basale la quale consente il libero passaggio di tutte le sostanze trasportate dall epitelio. Essa, pertanto, ha solo la funzione di interfacciare l epitelio con il sottostante tessuto connettivale.

4 Caratteristiche fondamentali degli epiteli di trasporto Tale complesso giunzionale lega saldamente le pareti laterali delle cellule epiteliali. Esso sigilla cellule epiteliali adiacenti garantendo così la funzione di barriera svolta dall epitelio. Diversità morfologica e funzionale tra la membrana plasmatica apicale e quella basolaterale.

5 Complesso giunzionale in un epitelio di trasporto: Giunzioni strette o occludenti (o tight junctions) Giunzioni aderenti Giunzioni comunicanti

6 Tight junctions Aiutano a mantenere la polarità cellulare Collocate di norma sotto la superficie apicale Formano una barriera per sigillare le cavità del corpo (intestino, stomaco, etc.) Le membrane di due cellule contigue sono «saldate» da domini extracellulari di specifiche proteine transmembranarie: la claudina, occludina, proteina JAM

7 Tight junctions Occludina, claudina e JAM sporgono sulla faccia esterna delle membrane e sono tra loro unite da legami non covalenti. Queste proteine formano una cintura intorno alla cellula che nemmeno le proteine di membrana possono attraversare, dividendola quindi in due domini, quello apicale e quello basolaterale

8 Tight junctions Al microscopio elettronico la tight junction appare come una struttura a tre binari elettrondensi: i due più esterni sono rappresentati dagli strati fosfolipidici più interni delle due cellule coinvolte nella giunzione, quello più interno è dato dalla fusione dei due strati fosfolipidici esterni delle due cellule. Le Giunzioni occludenti svolgono una funzione sigillante, uniscono le due cellule adiacenti senza lasciare interstizi, in modo che le molecole idrosolubili non filtrino facilmente tra una cellula e l'altra. Sono localizzate generalmente all'apice di cellule polarizzate come quelle dell'epitelio intestinale e impediscono alle molecole presenti, ad esempio, nel lume dell'intestino di valicare l epitelio.

9 Giunzione aderente Sono localizzate al di sotto delle giunzioni tight e circondano la cellula. Lo spazio intercellulare di nm presente tra i due foglietti esterni delle membrane adiacenti contiene delle particolari proteine integrali di membrana, Ca 2+ -dipendenti: le caderine. Le regioni extracellulari di queste proteine formano ponti con quelle della cellula adiacente. La loro porzione citoplasmatica, invece, si lega a una regione specializzata, rappresentata da un fascio di filamenti di actina. La struttura dei filamenti di actina è ben saldata anche con la membrana cellulare grazie a due particolari proteine, la vinculina e l α-actinina.

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11 Giunzioni comunicanti Le giunzioni comunicanti rappresentano vie di comunicazione tra cellule, consentendo alle cellule dello stesso tessuto di essere funzionalmente accoppiate. Esse sono formate da due unità chiamate connessoni, formati a loro volta da proteine specifiche dette connessine (in numero di sei per subunità). L accoppiamento del connessone di una cellula con il connessone della cellula adiacente consente di costituire un canale idrofilo a ponte tra le due cellule che permette gli scambi di metaboliti (quali AMP ciclico, ione calcio, urea, acqua) e quindi l'accoppiamento elettrico. È importante ricordare che queste giunzioni possono andare incontro a regolazione a feedback da parte del calcio, ph e camp per prevenire eventuali danni alle cellule adiacenti.

12 Giunzioni comunicanti Ф =1.5nm connessone ph i acido, aumento Ca i, decremento di AMPc CHIUDONO i CANALI Regolazione

13 Polarità morfologica: Polarità funzionale: la membrana luminale, a differenza di quella basolaterale è dotata di microvilli (detti anche orletto a spazzola) che aumentano notevolmente la superficie apicale asimmetrica distribuzione di proteine di trasporto a livello della membrana apicale e basolaterale delle cellule. Ad esempio la pompa Na + -K + -ATPasi è localizzata a livello della membrana plasmatica basolaterale, ma non a livello di quella apicale. Polarità elettrica: a cavallo dell epitelio è sempre presente un potenziale transepiteliale, determinato dal trasporto transepiteliale degli ioni, il cui valore può essere molto variabile da epitelio a epitelio

14 Trasporto transepiteliale Gli epiteli proteggono l ambiente interno dell organismo, così come la membrana plasmatica delimita la cellula. Pertanto, le molecole che entrano o escono dall organismo devono attraversare un epitelio (trasporto transepiteliale).

15 Vie di permeazione di una sostanza attraverso in un epitelio 1 2 C C C C C via di permeazione paracellulare, attraverso gli interstizi tra le cellule lasciati liberi dalle giunzioni intercellulari 2 via di permeazione transcellulare, attraverso il corpo delle cellule.

16 Via di permeazione paracellulare C C C C C 1 2 via di permeazione paracellulare: non comporta l attraversamento di membrane dipende dal grado di «apertura» della via paracellulare che di per sé è sprovvista di specificità; non avviene in modo direzionato, in quanto attraverso gli interstizi tra le cellule il passaggio può avvenire sia in un senso che nell altro. costituisce una via di fuga (leakage o perdita) per le sostanze trasportate contro gradiente per via transcellulare, che in tal modo possono ritornare secondo gradiente dal lato da cui provengono. avviene per movimento diffusionale passivo di ioni (Na +, Cl -, K +, Ca 2+, Mg 2+ ) e acqua.

17 Via di permeazione paracellulare La pervietà della via paracellulare dipende essenzialmente dalla tenuta del complesso giunzionale. In relazione alla pervietà della via paracellulare si distinguono: epiteli leaky epiteli tight

18 Via di permeazione paracellulare Epiteli leaky: la via paracellulare è ampia e facilmente percorribile da ioni. Questi epiteli presentano piccole differenze di potenziale transepiteliale e bassa resistenza elettrica. Esempi: epitelio dell intestino tenue epitelio del tubulo contorto prossimale Epiteli tight: la via paracellulare è impervia o ristretta (tight). Questi epiteli presentano elevate differenze di potenziale transepiteliale e bassa resistenza elettrica. Esempi: epitelio del colon epitelio del dotto collettore del rene

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20 La tenuta delle giunzioni tight consente di distinguere epiteli leaky ed epiteli tight La distinzione tra epiteli leaky ed epiteli tight dipende dalle caratteristiche del complesso delle giunzioni tight. Nelle giunzioni tight le membrane di due cellule adiacenti si connettono le une alle altre lungo più linee continue di saldatura, complesse e ramificate, che rendono lo spaccato delle giunzione simile ad una rete. Le linee di saldatura sono dovute a due file di proteine intrinseche (l una appartenente ad una membrana, l altra alla membrana adiacente) che si affaccerebbero l una di fronte all altra, connettendosi testa a testa come in una cerniera lampo. La cellula lungo la linea di saldatura viene «incernierata tutt intorno alle cellule vicine. La differenza tra epiteli leaky ed epiteli tight sta a livello del complesso giunzionale sta nel numero di linee di saldatura in serie e nel numero di ramificazioni

21 Via di permeazione transcellulare C C C C C 1 2 via di permeazione transcellulare: comporta il passaggio in serie della sostanza attraverso la membrana apicale e basolaterale delle cellule; avviene in modo direzionato, attraverso l intervento di sistemi di trasporto attivo; presenta una elevato grado di selettività.

22 Via di permeazione transcellulare C C C C C 1 2 Il trasporto attraverso la via transcellulare prevede l attraversamento della membrana apicale e in serie l attraversamento della membrana basolaterale. Questo tipo di trasporto è la risultante di vari processi di trasporto di membrana, attivi, passivi e attivi secondari, che insieme danno luogo ad un trasporto transepiteliale direzionato.

23 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento intestinale di glucosio

24 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento intestinale di amminoacidi

25 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento transepiteliale di NaCl 1) Il primum movens per il trasporto trasepiteliale di NaCl è rappresentato dalla attività della pompa Na + -K + -ATPasi. Epitelio intestinale 2) La pompa Na + -K + -ATPasi, localizzata a livello della membrana basolaterale, genera e mantiene il gradiente elettrochimico del Na + favorevole al suo ingresso in cellula attraverso i trasporti attivi secondari Na + dipendenti presenti a livello della membrana apicale o anche attraverso canali per il Na + (soprattutto a livello del colon). Pertanto, l azione combinata della pompa Na + -K + -ATPasi sulla membarna basolaterale e dei trasporti attivi secondari sulla membrana plasmatica apicale determina l assorbimento transepiteliale (ad esempio a livello intestinale e renale) di Na +.

26 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento transepiteliale di NaCl 3) Per garantire l elettroneutralità delle soluzioni è necessario che al seguito degli ioni Na + avvenga l assorbimento di una quantità equivalente di Cl -. L assorbimento transepiteliale di Cl - avviene con meccanismi di trasporto differenti a seconda degli epiteli. Nell intestino gli ioni Cl - attraversano la membrana plasmatica apicale attraverso il cotrasporto HCO 3- /Cl - e quella basolaterale attraverso canali per il Cl -. Epitelio intestinale

27 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento transepiteliale di NaCl Tubulo renale Nel tratto ascendente dell ansa di Henle del rene gli ioni Cl - superano la membrana plasmatica apicale mediante il simporto Na + /K + /2Cl - e quella basolaterale mediante il cotrasporto K + /Cl - ed anche attraverso canali del Cl -.

28 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento transepiteliale di NaCl Tubulo renale lume Lato basolaterale Cl - K + Nel tratto ascendente dell ansa di Henle del rene gli ioni Cl - superano la membrana plasmatica apicale mediante il simporto Na + /K + /2Cl - e quella basolaterale mediante il cotrasporto K + /Cl - ed anche attraverso canali del Cl -.

29 Esempi di trasporto transepiteliale: l assorbimento transepiteliale di NaCl Tubulo renale Na + Na + Cl - K + ATP K + Cl - Nel tubulo contorto prossimale del rene, gli ioni Cl - superano la membrana luminale mediante il simporto Na + /Cl - e la membrana basolaterale mediante canali del Cl -.

30 Trasporto transepiteliale di acqua Il movimento transepiteliale dell acqua segue quello degli osmoliti, come ioni e nutrienti. Pertanto, gli epiteli assorbono o secernono acqua, utilizzando il trasporto attivo di soluti. Quindi, l'acqua è trasportata attraverso gli epiteli con un meccanismo secondario come conseguenza del trasporto dei soluti. Il meccanismo dell assorbimento transepiteliale dell acqua accoppiato a quello dei soluti si basa su un meccanismo denominato gradiente stazionario teorizzato da Curran (detto anche modello di Curran o teoria dei tre compartimenti).

31 Trasporto transepiteliale di acqua Le membrane laterali delle cellule epiteliali operano un intenso trasporto attivo di NaCl. Quando il sale viene pompato all'esterno della cellula in queste lunghe e strette fessure, la sua concentrazione darà origine ad una ipertonicità locale all interno degli spazi intercellulari e determina così un gradiente osmotico che richiama l acqua negli spazi intercellulari stessi. Il richiamo d acqua dal lume verso gli spazi intercellulari avviene prevalentemente attraverso la via transcellulare ed è mediato dalle acquaporine.

32 Trasporto transepiteliale di acqua Si realizza pertanto negli spazi intercellulari un gradiente osmotico stazionario che favorisce il passaggio di acqua dal lume dell epitelio verso lo spazio sottoepiteliale. Il richiamo di acqua nello spazio intercellulare fa aumentare nello spazio intercellulare stesso la pressione idrostatica, creando così una forza che spinge il liquido (composto da acqua e soluti) ad uscire. Ciò avviene preferenzialmente verso lo spazio sottoepiteliale, perché la lamina basale è molto permeabile sia all acqua che all NaCl. Pertanto, in sintesi il compartimento intercellulare funziona come una camera di compressione, in cui l acqua viene attratta per effetto osmotico attraverso la via trancellulare negli spazi intercellulari e spinta per effetto idrostatico verso lo spazio sottoepiteliale.

33 Trasporto transepiteliale di acqua Quindi, il flusso transepiteliale di acqua si realizza grazie al: o coefficiente di riflessione σ molto alto della membrana basolaterale (molto permeabile all acqua grazie alla presenza di acquaporine), ma praticamente impermeabile al Na +, per l assenza di canali per tale o ione; coefficiente di riflessione σ molto basso (praticamente 0) della lamina basale, che è molto permeabile ad acqua ed NaCl. o coefficiente di permeabilità idraulica molto alto della lamina basale, che si lascia attraversare molto facilmente dall acqua.