Forma e funzioni nei viventi (seconda parte) Lezioni d'autore di Paola Vinesi
DIVERSITÀ DI FORMA E FUNZIONE NELLE CELLULE (I) Confrontando una cellula procariotica e una eucariotica è evidente la differenza tra le due, a partire dalle dimensioni stesse: la cellula eucariotica è più grande, con un'organizzazione interna più complessa
DIVERSITÀ DI FORMA E FUNZIONE NELLE CELLULE (II) Infatti, mentre i procarioti necessitano di fonti energetiche molto semplici, gli eucarioti ricavano l'energia attraverso processi molto più complicati, che richiedono luce, oppure molecole presenti nel suolo, o altri organismi viventi. E' questo fatto a determinare l'aumento di dimensioni e il differente aspetto, dovuti alla presenza di membrane interne che dividono la cellula in comparti.
DIVERSITÀ DI FORMA E FUNZIONE NELLE CELLULE (III) Infatti, mentre i procarioti necessitano di fonti energetiche molto semplici, gli eucarioti ricavano l'energia attraverso processi molto più complicati, che richiedono luce, oppure molecole presenti nel suolo, o altri organismi viventi E' questo fatto a determinare l'aumento di dimensioni e il differente aspetto, dovuti alla presenza di membrane interne che dividono la cellula in comparti I comparti: nucleo, separato dal citoplasma grazie alla membrana nucleare, e il citoplasma stesso, contenente i mitocondri, i cloroplasti (questi solo nei vegetali) e un ampio sistema di membrane collegate fra loro e capaci di garantire il trasporto di molecole da un punto a un altro della cellula e tra il suo interno e l'esterno, utilizzando i processi di assorbimento e di secrezione.
DIVERSITÀ DI FORMA E FUNZIONE NELLE CELLULE (IV) Nel citoplasma delle cellule eucariotiche, oltre a quanto sopra, è anche presente il citoscheletro, composto da filamenti di actina, filamenti intermedi e microtubuli. Il suo ruolo è quello di dare una forma alla cellula.
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEGLI ANIMALI (I) Le cellule epiteliali: rivestono la superficie esterna di un organismo, costituendo l'epidermide, e ne tappezzano le cavità interne Tipi di tessuto epiteliale nell'uomo
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEGLI ANIMALI (II) Le cellule epiteliali: hanno funzione protettiva verso gli agenti esterni e per questo sono molto ravvicinate, a formare lamine sottili ma compatte. Tessuto epiteliale pavimentoso pluristratificato, colorato con ematossilina-eosina
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEGLI ANIMALI (III) Le cellule muscolari: formano le miofibrille, fibre fusiformi contenenti le proteine contrattili actina e miosina organizzate a formare i sarcomeri, strutture capaci di contrarsi in risposta a un impulso nervoso I diversi livelli del tessuto muscolare
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEGLI ANIMALI (IV) Le cellule sensoriali: hanno sviluppato strutture speciali (per esempio le ciglia) adatte al tipo di segnale fisico o chimico che devono individuare. Diverse sono le cellule nervose, che presentano un corpo cellulare dal quale si dipartono due tipi di prolungamenti: gli assoni e i dendriti. Due esempi di diversità neuronale
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEGLI ANIMALI (V) La funzione di queste cellule è quella di costituire una sorta di rete che permetta di recepire, trasportare, immagazzinare, elaborare informazioni e determinare adeguate risposte da parte dell'organismo. A seconda dell'attività svolta, le forme dei neuroni possono differire profondamente Simulazione al computer di rete di cellule piramidali nella corteccia cerebrale
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEGLI ANIMALI (VI) Il sangue: questo tipo di tessuto è costituito da molti tipi cellulari, caratterizzati da forme molto specifiche. I diversi tipi cellulari del sangue e il loro sviluppo da un comune precursore
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEI VEGETALI (I) Anche tra i vegetali si possono individuare tipi cellulari differenti, la cui forma è legata alla funzione svolta Le cellule vegetali si distinguono in sclerenchimatiche, parenchimatiche e collenchimatiche Differenti tipi cellulari vegetali: 1) spazio pieno d'aria; 2) cellule di sclerenchima; 3) floema; 4) xilema; 5) cellule del parenchima con spazi intercellulari
LA FORMA NEI VARI TIPI DI CELLULE NEI VEGETALI (II) Le cellule sclerenchimatiche hanno funzioni protettive e di sostegno e per questo presentano una parte cellulare secondaria, sottostante alla prima e formata quasi solo da lignina, che le rende molto rigide Le cellule parenchimatiche di solito hanno parete sottile e forma poliedrica, con un grande vacuolo centrale. Hanno un metabolismo molto attivo e capacità di svolgere svariate funzioni (fotosintesi, riserva, conduzione) Le cellule collenchimatiche sono allungate, con funzione di supporto ma capaci anche di fotosintesi. La parete manca di lignina e quindi non conferisce rigidità, ma può dare comunque elasticità
PROCESSI DI DIVERSIFICAZIONE E SVILUPPO (I) I processi di differenziazione cellulare iniziano durante le prime fasi dell'embriogenesi
PROCESSI DI DIVERSIFICAZIONE E SVILUPPO (II) Nella fase di blastula le cellule presenti sulla superficie dell'embrione cominciano a trasformarsi in cellule epiteliali polarizzate, producendo così l'ectoderma Durante la fase di gastrula l'epitelio si introflette generando quello che diventerà l'endoderma Da qui, alcune cellule migrano nella cavità formatasi tra i due strati cellulari, per formare quello che diventerà il mesoderma Le cellule ectodermiche ed endodermiche risultano polarizzate, con asimmetria apico-basale, e tutte hanno origine dalla superficie dell'embrione. L'asimmetria non è invece conservata dalle cellule endodermiche che migrano a costituire il mesoderma. L'iniziale asimmetria della cellula uovo è una costante che si ritrova in tutti gli organismi viventi
PROCESSI DI DIVERSIFICAZIONE E SVILUPPO (III) Dall'ectoderma derivano epidermide, sistema nervoso centrale e organi sensoriali, mentre dall'endoderma il tubo digerente, e da questo, successivamente, fegato e polmoni
PROCESSI DI DIVERSIFICAZIONE E SVILUPPO (IV) Dal mesoderma si formano mesenchima, muscoli (cuore compreso), ossa, cellule sanguigne e cellule del complesso urogenitale. Alcune di queste cellule, nel corso della morfogenesi, ripristinano l'asimmetria apico-basale che avevano in origine (per esempio nel rene) E' quindi evidente l'importanza dell'iniziale asimmetria embrionale nella creazione delle prime cellule differenziate, ossia quelle epiteliali, dalle quali derivano tutte le altre Questo processo avviene grazie all'interazione tra le varie cellule, per esempio con l'emissione di fattori di crescita. I meccanismi che regolano la differenziazione cellulare agiscono sui genomi, modificando le combinazioni di geni che vengono espressi a seconda dello stadio di sviluppo raggiunto dall'embrione
IL RUOLO DEL CITOSCHELETRO (I) Dal punto di vista molecolare, non è ancora del tutto chiaro come avvenga il processo di differenziazione, ma sembra che l'asimmetria iniziale sia dovuta a eventi riguardanti la superficie cellulare, coincidenti con riarrangiamenti del citoscheletro che inducono una diversa distribuzione citoplasmatica delle molecole coinvolte nella modulazione dell'espressione genica
IL RUOLO DEL CITOSCHELETRO (II) Gli studi volti a chiarire la differenziazione cellulare sottolineano sempre di più la fondamentale importanza del citoscheletro: infatti, questa struttura non solo regola la forma della cellula ma, essendo dinamica, è in grado di dotarsi di una specifica organizzazione, tale da garantire alla cellula differenziata gran parte delle funzioni correlate con la sua forma Citoscheletro di cellule endoteliali osservate in microscopia confocale: tubulina marcata in verde e actina in rosso
CONCLUSIONI Se i processi che regolano la differenziazione cellulare, che permette alle cellule di acquisire forme e funzioni specifiche, non sono ancora del tutto chiari e richiederanno ulteriori numerosi sforzi prima di essere pienamente compresi, è comunque evidente come la differenziazione sia dovuta all'attivazione di geni diversi in momenti diversi dello sviluppo. Questo significa che non è il genoma a variare, ma piuttosto l'espressione genica, con meccanismi di controllo che innescano combinazioni di geni variabili a seconda delle necessità cellulari. Alle funzioni di controllo partecipano anche la diversa localizzazione cellulare dei determinanti citoplasmatici dell'uovo e l'induzione mediata attraverso l'interazione cellulare. Non è invece ancora spiegabile il modo in cui un cambiamento nell'espressione di un gruppo di geni possa diventare stabile, in modo da trasmettersi alle generazioni cellulari successive.
FINE