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

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

2 Esistono in natura migliaia di cellule diverse

3 E. coli Ameba Proteus Cellula vegetale (foglia di pioppo) Globulo rosso umano

4 TEORIA CELLULARE Il termine cellula fu coniato per la prima volta nel 1665 da Robert Hooke il quale osservando al microscopio composto (detto cosi perché formato da più lenti) una fettina di sughero molto sottile si accorse che essa era tutta traforata e formata da tanti comparti separati da pareti cioè piccole stanze che chiamò cellule.

5 TEORIA CELLULARE Successivamente l olandese van Leeuwenhoek utilizzando il microscopio semplice (costituito da una sola lente ed un ingrandimento 200x), che a differenza di quello composto non dava aberrazioni sferiche e cromatiche, osservò e descrisse molte specie di protozoi, alghe e batteri. Ma dovettero passare più di 150 anni perchè Schleiden per i tessuti vegetali e Schwann per quelli animali enunciassero la teoria cellulare. Alcune loro concezioni si rivelarono successivamente errate, ma essi erano perfettamente scusabili.

6 TEORIA CELLULARE Schleiden sosteneva che la riproduzione cellulare era dovuta ad una sorta di gravidanza della cellula. Schwann riteneva invece che le cellule si originassero da pezzetti di tessuto nel liquido che si trova tra cellula e cellula. Finché nel 1859 Virchow coniò il famoso aforisma: Ogni cellula deriva da un altra cellula, valida ancora oggi. La moderna teoria cellulare può essere ricondotta a cinque affermazioni principali:

7 Teoria cellulare 1) Tutti gli organismi sono formati da una o più cellule 2) La cellula è la più piccola unità che presenta le proprietà tipiche della vita 3) Tutte le cellule derivano da altre cellule 4) L informazione genetica è trasmessa da una generazione all altra 5) Le reazioni chimiche che costituiscono il metabolismo cellulare avvengono all interno delle cellule

8 Dimensioni delle cellule Le cellule hanno dimensioni e forme molto diverse tra loro unità di lunghezza internazionali

9 Dimensioni e forma delle cellule Le cellule hanno (quasi tutte) dimensioni molto piccole e forme variabili a seconda della funzione. Ad es. una cellula di E.coli ha un volume di 2x10-12 ml. Vi sono anche cellule molto grandi come ad es. l acetabularia (un alga unicellulare lunga 5 cm!). Le cellule batteriche sono lunghe circa 2 µm, mentre quelle di animali superiori circa µm.

10 Perché le cellule non sono più piccole di come le conosciamo? La risposta è che non possono essere più piccole perché le molecole costitutive che formano la loro sostanza organica hanno dimensioni ben definite e determinate dalla grandezza degli atomi di C, H, O, N. Poiché un certo numero di diverse biomolecole sono necessarie per la vita, se le cellule fossero più piccole, esse dovrebbero essere costituite da atomi più piccoli.

11 Perché le cellule non sono più grandi di come le conosciamo? Le cellule non possono essere più grandi perché la velocità del loro metabolismo verrebbe limitata dalla velocità di diffusione delle molecole di nutrienti. Quindi deve esistere un rapporto ottimale tra superficie e volume della cellula (che è maggiore nei corpi piccoli rispetto a quelli più grandi di uguale forma).

12 Effetto scala: Il rapporto superficie/volume di qualsiasi corpo solido di forma costante diminuisce con l aumentare delle sue dimensioni. Dividendosi periodicamente la cellula riesce a mantenere abbastanza costante il rapporto superficie/volume e di conseguenza il suo tasso metabolico.

13 NEL CORPO UMANO Le cellule sono organizzate in tessuti (gruppi di cellule che adempiono a una medesima funzione). Il corpo umano è composto da 100 mila miliardi di cellule (10 14 ), di oltre 200 tipi diversi, classificate in quattro tipi di tessuti: 1) epiteliale, 2) connettivo, 3) muscolare e 4) nervoso. Diversi tipi di tessuti, uniti strutturalmente e coordinati nelle loro attività, formano gli organi.

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15 Microscopia ottica Microscopia elettronica Campo chiaro A scansione Campo oscuro Contrasto di fase Contrasto interferenziale DIC Microscopia a fluorescenza A trasmissione Microscopia confocale Microscopia multi-fotone

16 Microscopia in campo chiaro oculari direzione luce obiettivo vetrino condensatore luce vantaggi Semplicità: -) Strumentazione Stativo + tavolino portacampione Lampada Condensatore Ingrandimento con: obiettivi, lenti, oculari -) Preparazione di campioni

17 Microscopia in contrasto di fase Obiettivo per contrasto di fase Sfrutta ed esalta piccole differenze degli indici di rifrazione (n) dei campioni biologici I ritardi di fase dei raggi di luce attraversanti i campioni aventi differenti indici di rifrazione sono invisibili all occhio umano, ma accentuati e resi visibili dall impiego di anelli di fase lamp Anello di fase

18 Microscopia in contrasto di fase La microscopia in Contrasto di Fase consente di rendere visibili cellule o tessuti molto sottili, trasparenti e non colorati Campo chiaro Contrasto di fase

19 Microscopia in contrasto di fase Colture cellulari monostrato

20 Microscopia in contrasto interferenziale Differential Interference Contrast DIC/Nomarski Richiede l impiego di luce polarizzata e di speciali prismi detti di Nomarski e Wollaston. Tessuto epiteliale Tessuto renale

21 Microscopia ottica a fluorescenza Necessaria per: -) analizzare la morfologia dei singoli organelli intracellulari e monitorarne le loro funzioni -) visualizzare e seguire processi biologici in cellule vive Richiede: -) uso di molecole fluorescenti; -) strumentazione costosa.

22 Microscopia ottica a fluorescenza GFP. Subcellular targeting cytgfp mtgfp mtbfp gorfp citosol ergfp + mtbfp (in red) mitocondri mitocondri Golgi lysgfp peroxyfp Reticolo endoplasmico (verde) e mitocondri (rosso) lisosomi perossisomi

23 Microscopia ottica Risoluzione Ingrandimento Capacità di fornire un immagine ingrandita dell oggetto osservato. Capacità di distinguere come distinti due punti adiacenti. Corrisponde al prodotto degli ingrandimenti delle lenti di obiettivi, oculari e altri dispositivi accessori. É limitato dal potere di risoluzione. La distanza minima tra due oggetti (d) affinchè questi possano essere osservati al microscopio come entità separate è detta POTERE DI RISOLUZIONE X Il potere di risoluzione dipende da: - proprietà fisiche della luce (é λ =é d ) - indice di rifrazione del mezzo in cui è immersa la lente - apertura numerica dell obiettivo

24 Microscopia elettronica Trasmissione (TEM) Scansione (SEM)

25 Metodi di studio delle cellule Proprietà del microscopio 1) Potere di risoluzione (distanza minima alla quale due punti sono distinti tra loro; max 0,2 micrometri) 2) Ingrandimento (max 1000 X)

26 Microscopia elettronica: Preparazione del campione Necessarie sezioni molto sottili; uso di metalli pesanti come coloranti

27 Microscopia elettronica: Tecnica dell ombreggiatura metallica; vengono evidenziate le caratteristiche superficiali delle particelle.

28 Microscopia ottico Trasmissione (TEM) Scansione (SEM) Potere di risoluzione

29 Microscopio ottico composto

30 Tipologie di microscopia ottica 1) In campo chiaro 2) In campo scuro (luce laterale; si vede solo la luce diffusa dal campione) 3) Contrasto di fase (sfrutta il differente indice di rifrazione delle varie strutture cellulari) 4) Contrasto di interferenza differenziale

31 Microscopia ottica: Preparazione del campione; fissazione e colorazione

32 Microscopia a fluorescenza

33 Microscopio elettronico Potere di risoluzione max 0,1 nanometri

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