Citologia e cellule

 

 

 

I riassunti , gli appunti i testi contenuti nel nostro sito sono messi a disposizione gratuitamente con finalità illustrative didattiche, scientifiche, a carattere sociale, civile e culturale a tutti i possibili interessati secondo il concetto del fair use e con l' obiettivo del rispetto della direttiva europea 2001/29/CE e dell' art. 70 della legge 633/1941 sul diritto d'autore

 

 

Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).

 

 

 

 

Citologia e cellule

 

1. Introduzione alla citologia

1. la membrana plasmatica

 

La membrana plasmatica è un sottile involucro che separa la cellula dall’esterno.

Ha anche una funzione regolatrice:

1. regola la composizione del citoplasma attraverso un meccanismo di permeabilità selettiva
2. numerose attività della cellula (antigeniche, ormonali, divisione cellulare, ecc..) sono strettamente connesse alla membrana plasmatica

Struttura

Con metodologie differenti si è giunti a scoprire la conformazione del plasmalemma:

1. margine organizzato di spessore 7-10 nm

Secondo il modello a mosaico fluido elaborato da Singer e Nicholson la membrana plasmatica è composta da un bilayer fosfolipidico:

1. due strati di fosfolipidi insaturi si fronteggiano in prossimità delle code apolari, formando legami idrofobico
2. la parte polare è rivolta verso l’interno della cellula e verso l’esterno
3. nel mosaico fosfolipidico sono presenti delle proteine, di natura globulare, che sono libere di muoversi.

Questa struttura è riscontrabile in tutti gli altri tipi di membrana.

Le proteine sono di due tipi:

1. proteine estrinseche: sono associate alla superficie esterna della membrana plasmatica. Possono effettuare spostamenti rotatori e laterali perché sono legate alla membrana attraverso legami polari con le teste dei fosfolipidi
2. proteine intrinseche: sono immerse totalmente o in parte nel doppio strato fosfolipidico. Queste hanno natura polare all’esterno e apolare idrofobica all’interno. Quelle che attraversano lo strato fosfolipidico da parte a parte sono dette proteine transmembranali. Il movimento di queste proteine è possibile, in quanto scorrono nel mosaico fluido.

Le principali funzioni

Le principali funzioni della membrana plasmatica sono:

1. separare l’ambiente extracellulare da quello intracellulare
2. attuare scambi selettivi con l’esterno
3. controllare la moltiplicazione cellulare
4. controllare le interazioni con altre cellule e la matrice extracellulare
5. modulare, trasmettere e ricevere i messaggi.

Composizione chimica

La membrana cellulare è composta essenzialmente da:

1. fosfolipidi (60%)
2. proteine (40%)
3. componente glucidica (glicolipidi e glicoproteine)

Le proporzioni sono essenzialmente differenti per ogni tipo di cellula, per la funzione che riveste. Possono esservi anche differenze in vari settori della cellula.

Componente lipidica

Nonostante i lipidi varino a seconda delle membrane, è abbastanza comune la struttura che li caratterizza:

1. sono molecole anfipatiche (testa idrofila-polare e una coda idrofobica)

Sono costituiti da:

1. fosfolipidi,
2. glicolipidi
3. colesterolo

La maggioranza è rappresentata dai fosfolipidi in due categorie principali:

1. glcerofosfolipidi: esteri del glicerolo (acidi grassi) alla cui testa vi è un groppo fosfato legato a molecole differenti
2. sfingomieline: composto dell’amminoalcol insaturo sfingosina, con un acido grasso e una testa polare di fosforilcolina. 

I glicolipidi sono dei lipidi formati da acidi grassi (glicerolo esterificato con due acidi grassi o un complesso formato da sfingosina con un acido grasso) a cui sono legati delle porzioni glucidiche:

1. residui monosaccaridici (cerebrosidi)
2. catene oligosaccaridiche (gangliosidi)

Ciò che caratterizza la componente lipidica della membrana cellulare è la caratteristica dell’anfipaticità, ovvero la duplice componente polare e apolare:

1. spiega perché i fosfolipidi e nn i trigliceridi
2. perché il colesterolo e nn altri steroli

Questa composizione chimica permette alla membrana di essere a contatto con soluzioni acquose (matrice extracellulare e citoplasma) e di essere relativamente impermeabili all’acqua:

1. il passaggio di sostanze attraverso la membrana avviene attraverso apposite proteine immerse nel mosaico lipidico.

La componente apolare instaura interazioni irofobiche (a ivello delle code):

1. spessore di 7-10 nm della membrana
2. le code di acidi grassi insaturi permettono una maggiore mobilità dei fosfolipidi, poiché hanno un maggiore ingombro sterico e un minor numero di interazioni
3. il colesterolo limita la mobilità

Tuttavia si possono anche presentare dei grassi saturi, che ad una determinata temperatura possono diventare insaturi:

1. quanto più sono sature le catene degli acidi grassi, tanto più sarà rigida la membrana plasmatica

è interessante puntualizzare che talvolta la composizione della membrana a livello lipidico dipende dal tipo di dieta:

1. l’alimentazione di un individuo può cambiare nel’arco di tre mesi la componente lipidica degli eritrociti
2. è probabile che ciò possa avvenire anche a livello di altre membrane

Componente carboidratica

La componente proteica all’interno della membrana è molto eterogenea e differenziata.

Vi sono proteine sempllici che possono avere funzioni differenti:

1. funzione strutturale
2. di trasporto
3. enzimatica

Sono presenti anche in grande quantità delle proteine complesse, che hanno soprattutto delle attività in relazione all’esterno della cellula. Sono per lo più glicoproteine:

1. recettori per ormoni o fattori di crescita
2. espressione antigenica
3. attive nelle interazioni intercellulari

Le proteine del plasmalemma si possono distinguere in:

1. proteine periferiche o di membrana, che sono cioè esterne o interne alla membrana plasmatica
2. proteine intrinseche o integrali, che sono immerse parzialmente o totalmente (transmembrana) nel mosaico fosfolipidico

le proteine intrinseche necessitano, per essere estratte della distruzione della membrana stessa, mentre quelle periferiche possono essere separate con metodi più blandi, senza danneggiare la membrana.

Le proteine intrinseche possono cambiare il loro strato di immersione nella membrana in relazione al loro momento funzionale:

1. sono globulari
2. una determinata sequenza amminoacidica può determinare alcune differenti configurazioni spaziali
3. ogni configurazione spaziale è determinata da un certo livello energetico
4. l’ambiente interagisce e riconosce solamente le parti della proteina (alcuni amminoacidi) che sono esposti all’esterno.

Il movimento all’interno del film fosfolipidico è dato dal cambiamento conformazionale della proteine:

1. ricevendo una certa energia la struttura della proteina cambia
2. se espone amminoacidi maggiormente idrofobici allora si immerge nel bilayer, se ne espone di idrofili allora si dirige verso la componente polare del plasmalemma.

Un esempio di questo meccanismo è dato dalla rodopsina, che cambia la propria conformazione in funzione dell’illuminazione che riceve.

La mobilità di queste proteine è influenzato da differenti fattori:

1. fluidità della membrana
2. legami con elementi extracellulari o citoplasmatici

Nel proprio cammino, una molecola proteica può avere destini differenti:

1. con buona probabilità si scontrerà con un’altra proteina, andando ad integrarsi
2. può cadere nel citosol o venirne inglobata
3. difficilmente ritorna al punto di partenza

 

Il movimento di una proteina è molto spesso circoscritto in un’area delimitata dalle tight junctions (giunzioni strette), particolari giunzioni cellulari.

La disposizione di alcune proteine o glicoproteine che interagiscono con il citoscheletro non è casuale:

1. vi possono essere fenomeni di clustering, ovvero la disposizione di specifiche proteine in ristrette zone della membrana (es. particolari recettori)
2. l’interazione con il citoscheletro potrebbe essere la causa di alcuni fenomeni del processo di differenziamento  cellulare

Componente proteica

La componente saccaridica della membrana è formata in gran parte da oligosaccaridi associati a proteine (glicoproteine) o ai lipidi (glicolipidi).

Si trovano inoltre i proteoglicani di membrana:

1. sono costituiti da un asse proteico transmembrana al quale sono legate catene polisaccaridiche  a resitui di serina o treonina con legame O-glucosidico

le glicoproteine sono costituite da una o più catene di oligosaccaridi legate a residui di asparagina.

Le glicoproteine e gli elementi affini prendono parte a molte atività della cellula:

1. riconoscimento cellulare
2. adesione tra cellule e alla matrice extracellulare
3. fusione cellulare
4. regolazione di crescita (recettori) e divisione della cellula

La presenza percentuale dei carboidrati è abbastanza costante in tutti i tipi di cellule, ad eccezione dei globuli rossi:

1. probabilmente questi glucidi contribuiscono a creare un potenziale negativo all’esterno della cellula, in modo da impedire il coagulo (che si avvicinino e si blocchino)

Nonostante i glucidi che compongono i polisaccaridi siano soltanto sette, questi possono formare una infinità di legami e combinazioni differenti:

1. contribuiscono all’alta specificità della membrana plasmatica
2. aumentano le possibilità di riconoscimento di sostanze specifiche

La specificità delle glicoproteine le permette di agire come recettori peri più svariati substrati:

1. ormoni proteici
2. virus
3. fattori di crescita
4. come antigeni di istocompatibilità

 

fisiologia della membrana

La membrana esercita una permeabilità selettiva, poiché è in grado di selezionare gli agenti che entrano e quelli che escono, e di essere attiva nell’attuare gli scambi con l’esterno.

Attraversano la membrana:

1. ioni (Ca2+, Na+, K+, Cl-, Mg2+, ecc…)
2. acqua
3. piccole molecole (glucosio, amminoacidi, glicerolo, nucleotidi, ecc…)
4. prodotti del catabolismo cellulare.

1. trasporto di sostanze attraverso il plasmalemma

 

Il passaggio di sistanze attraverso la membrana plasmatica avviene con diverse modalità.

1. Se le sostanze da immettere o espellere si dirigono secondo gradiente di concentrazione o secondo potenziale eettrico si tratta di diffusione (trasporto passivo),  meccanismo tale per cui non è necesario dispendio di enrgia.
2. Se le sostanze da immettere o espellere necessitano di proseguuire contro gradiente o contro potenziale si tratta di trasporto attivo, che avviene con un dispendio energetico

Per l’immissione o l’espulsione di componenti particolari quali macromolecole o particolari fluidi si hanno meccanismi quali:

1. endocitosi
2. esocitosi

1. trasporto passivo

 

Il trasporto passivo tende ad eguagliare le differenze di concentrazione (o potenziale) che vi sono sui due versanti della membrana:

1. avviene per diffusione ovvero il quando la sostanza disciolta si sposta per agiazione termica verso il lato meno denso di quella sostanza.

Esistono due diversi tipi di membrana rispetto ad una soluzione:

1. permeabile: tutte le sostanze disciolte nella membrana si diffondono dall’altra parte secondo gradiente
2. semipermeabile: solamente le sostanze del solvente eguagliano le molecole che sono presenti dall’altro lato della membrana (osmosi)

Per alcune sostanze la membrana plasmatica si comporta come semipermeabile, ma va ben oltre:

1. solo alcune delle sostanze disciolte possono permeare attraverso la membrana assieme al solvente
2. queste immissioni ed espulsioni sono regolate da sistemi proteici

Secondo gradiente possono entrare:

1. gas disciolti
2. acqua (attraverso i pori acquosi)
3. piccole molecole lipidiche
4. ormoni steroidei (passano tranquillamente perché nn sono carichi)

La membrana non è permeabile a:

1. molecole polari (glucosio, nucleotidi, ecc…)
2. ioni perché sono carichi(Na+, Cl-, K+, Mg2+, ecc)

1. diffusione facilitata

 

La diffusione facilitata è un mecanismo che si avvale di speifiche proteine per attuare scambi allinterno della cellula:

1. avviene sempre per gradiente di concentrazione
2. aumenta la velocità maggiore è la concentrazione del soluto nel mezzo esterno
3. ad un certo punto giunge ad un livello di saturazione, al quale le proteine chiudono i propri passaggi

Le proteine che svolgono il lavoro di diffusione facilitata sono altamente specifiche per il substrato che devono accoliere:

1. quando la concentrazione di substrato giunge a livello di saturazione, queste smettono di funzionare.

Vi sono due tipi di proteine che attuano la diffusione facilitata (dette carrier):

1. Proteine canale
2. Proteine vettrici

Vengono trasportate all’interno da specifiche proteine di membrana quelle sostanze che non si immetterebbero nella membrana per dimensioni o per carica.

Le proteine canale trasportano per lo più ioni:

1. ogni canale è altamente specific per uno ione
2. hanno una cavità polare che permette agli ioni di passare attraverso il bilayer fosfolipidico di natura idrofila
3. gli ioni nn si devono legare alla proteina (alta velocità ed efficienza)

Normalmente questi canali sono chiusi. Si aprono solo in relazione a precisi stimoli:

1. controllo di ligando: legame di specifiche molecole a recettori di membrana
2. controllo di voltaggio: variazione di ddp
3. controllo meccanico: si aprono in risposta a precisi stimoli meccanici

Le proteine vetrici invece assicurano il passaggio di molecole di dimensioni maggiori di natura polare, quali zuccheri, amminoacidi, nucleotidi, ecc..

Quando il substrato si lega alla proteina specifica, questa assume una modifica della propria conformazione, in modo da rilasciare la molecola dall’altra parte della membrana, sempre secondo gradiente di concentrazione.

1. trasporto attivo

 

Le proteine carrier che attuano il trasporto attivo sono sempre dirette contro gradiente:

1. necessitano di energia metabolica (molto spesso sotto forma di ATP)

Queste sono proteine transmembrana, che si presentano sotto forma di poro, che normalmente è chiuso:

1. quando il substrato si lega al sito di legame e la proteina è stata energizzata mediante ATP il poro si apre
2. la proteina cambia la propria conformazione spaziale e forza il passaggio dello ione o della molecola all’interno del citosol

Le principali proteine carrier sono:

1. la pompa sodio-potassio: espelle 2 Na+ e ingloba 3 K+. Questo sito possiede in sé un’attività enzimatica in grado di idrolizzare l’ATP, ed è quind un complesso ATPasi
2. pompa calcio: mantiene la concentrazione del calcio nel citoplasma bassa
3. pompe protoniche: trasportano gli ioni H+ contro gradiente

Quete pompe ioniche, in cui l’energia è spesa in situ sono dette di trasporto attivo primario.

Esistono anche dei sistemi di trasporto attivo secondario, in cui l’ATP viene idrolizzata per fonire energia prima del trasporto:

1. esempio delle cellule dell’intestino per il trasporto degli zuccheri. L’energia serve per greare un gradiente di ioni Na+ esterno alla cellula, che poi rientreranno secondo gradiente
2. l’energia potenziale del gradiente di ioni Na+ sarà utile a trasportare le molecole glucidiche insieme allo ione con un sistema di cotrasporto.

Una proteina puòavere siti di legame per più molecole:

1. sinporto: trasporto simultaneo di due o più molecole nella stessa direzione
2. antiporto: trasporto simultaneo di due molecole in direzione opposta (una entra l’altra esce)
3. uniporto: trasporto di un solo tipo di molecole

I sistemi di sinporto e antiporto sono deti di cotrasporto.

Possono esservi questi tipi di trasporto specifici in determinae zone de citoplasma:

1. nei microvilli intestinali la pompa Na/glucosio è presente solo nella zona prospciente il lume, mentre in zone più interne sono presenti sisetmi di trasporto attivo

1. potenziale di membrana

 

La differente composizione ionica ai due lati della membrana permtte alla cellula di svolgere varie attività funzionali:

1. pilotare determinati processi di trasporto
2. conduzione e trasmissione dell’impulso nelle cellule nervose

La principale differenza a livello di carica è data dalla maggiore presenza di piccoli cationi all’interno della cellula.

Questo fatto è dovuto alla presenza di cellule non diffusibili all’interno della cellula, ad esempio le proteine, che si dissociano in anioni:

1. per bilanciare le cariche anioniche entra il potassio, che si trova in maggior concentrazione nel citoplasma

L’unica eccezione è fatta dal sodio:

1. ha una concentrazione simile a quella del Cl-, che non viene immesso nel citplasma, vista la presenza di polianioni
2. la concentrazione è mantenuta stabile dalle pompe attive sodio-potassio e altre

Sono presenti vari canali di fuga sempre aperti per il K+, che esce senza bisogno di ATP:

1. il meccanismo si arresta quando la concentrazione di ioni K+ è identica da entrambi i lati
2. si determina un potenziale di -75 mV, detto potenziale di membrana

1. trasduzione del segnale

 

Anche nel caso di organismi semplici, le cellule sono in grado di riconoscersi tra loro, anche se non hanno la facoltà di legarsi.

Sono due e famiglie di molecole che supportano questo tipo di attività non giunzionale (riconoscimento):

1. proteine CAM: proteine di membrana strutturalmente simili alle immunoglobuline
2. caderine: gruppo di molecole calcio-dipendenti

Il segnale può diffondersi in diversi modi, su diverse scale:

1. segnale a lungo raggio(endocrino): comunicazione attraverso ormoni segnale che passano nel sangue
2. paracrina: il ligando passa tra le cellule senza necessità di entrare nel flusso circolatorio
3. autocrina: la cellua produce sostanze che riconosce egli stessa

Per le ricezioni che devono raggiungere lo spazio cellulare vi è la necessità che il sito di ricezione abbia all’interno della cellula un trasduttore che comunichi in zona citoplasmatica il segnale:

1. vi sono i cosiddetti metodi di trasduzione

I ligandi di natura proteica necessitano dei metodi di trasduzione del segnale, poiché non attraversano le membrane.

I ligandi liposolubili (ormoni di tipo steroideo) passano direttamente la membrana:

1. non necessitano di meccanismi di trasduzione del segnale

 

1. tipi di segnale

I tipi di segnale tradotto all’interno della cellula sono differenti.

1. inversione di potenziale

 

Il recettore è una proteina canale normalmente chiusa.

Quando il ligando si lega al recettore, la proteina-canale si apre e determina l’immisione di ioni che determinano una variazione di potenziale (da -75 a +30/110 mV) che induce determinati meccanismi cellulari.

È il caso di neurotrasmettitori come l’acetilcolina che aprono i canali di Na+.

1. proteine chinasiche

 

Il ligando, legandosi al recettore, determina l’attivazione di un complesso enzimatico di tipo chinasico.

Il complesso enzimatico può indurre egli stesso l’attivazione di 8-10 proteine di tipo chinasico.

1. proteina-G

 

L’attivazione di proteine-G, una volta formato il complesso ligando/recettore, può stimolare l’attivazione (solitamente con dispendio energetico) di atre molecole dette secondi messaggeri, che andranno poi ad attivare la riposta cellulare.

 

È da tenere in considerazione che un singolo segnale a lungo raggio può stimolare in un organismo una differente risposta in tessuti differenti:

1. l’adrenalina stimola sia vasocostrizione che la dilatazione dei bronchi.

1. fosforilazione

 

Può anche darsi che la riposta cellulare sia dovuta alla fosforilazione di una proteina legata al recettore:

1. viene attivata la coda della proteina transmembrana che idrolizza un fosfolipidi di membrana (fosfolipasi C) che innesca la produzione di altri enzimi proteici e altri tipi di risposte

 

Glicocalice

Le cellule animali non presentano un rivestimento rigido all’esterno della membrana plasmatica:

1. coltre morbida e flessibile detta glicocalice, con proprietà adesive
2. ha spessore variabile e aspetto lanuginoso

Gran parte delle interazioni tra cellule sono mediate da questo mantello, in cui sono distribuite in maniera ordinata una serie i molecole che svolgono importanti attività funzionali:

1. riconoscimento dei ligandi extrscellulari
2. riconoscimento del “sé” e “non sé” da parte della cellula
3. mutua adesione tra cellule
4. controllo della proliferazione cellulare

Il glicocalice è costituito prevalentemente da un rivestimento glicoproteico, che è riscontrabile immediatamente all’esterno della membrana, con la quale opera delle interazioni molto strette.

Il glicocalice è strettamente connesso alla membrana, mediante alcune porzioni glucidiche che sono legate alla struttura del plasmalemma, ma anche con materiale della matrice extracellulare.

È composto da:

1. oligosaccaridi dei glicolipidi
2. oligosaccaridi delle glicoproteine
3. catene saccaridiche dei proteoglicani di membrana

 

le funzioni

1. protettiva

 

Le strutture carboidratiche sono associate al citoscheletro, con cui interagiscono strettamente.

Il glicocalice svolge la propria funzione protettiva in due modalità:

1. filtro/barriera, protegge dagli agenti esterni e seleziona quelli che possono immettersi
2. carica elettrica negativa all’esterno: ad esempio per gli eritrociti, viene mantenuta una carica negativa in modo che questi si respingano, impedendo il coagulo.

1. di assorbimento

 

Il glicocalice aiuta a fare da filtro per le sostanze che devono essere assorbite:

1. nell’intestino le porzioni glucidiche aiutano i microvilli ad assorbire sostanze

1. adesione

 

è una funzione calcio-dipedente in alcuni casi.

Il glicocalice si lega ad altre cellule o alla matrice extracellulare in vari modi che si vedranno in seguito.

1. Recettoriale

 

Sono presenti nel glicocalice specifici recettori per ogni tipo di cellula o molecola.

Ad esempio, l’epitelio della vescicola urinaria ha un glicocalice particolarmente sviluppato, poiché non può fare passare l’urina.

1. sistemi di adesione intracellulare

 

La membrana plasmatica presenta notevoli tipi di specializzazione:

1. gli epiteli di rivestimento possono avere diversi sistemi a livello della membrana laterale, apicale o basale

Queste specializzazioni possono essere:

1. sistemi di giunzione tra le cellule
2. specializzazioni della superficie libera
3. specializzazioni della superficie basale delle cellule

Le cellule si organizzano morfologicamente a formare i tessuti, i quali si organizzano a loro volta in organi.

I tessuti sono costituiti da:

1. cellule
2. materiale interposto tra le cellule (matrice intracellulare), secreto ed elaborato dalle cellule stesse.

Differenti tipi di tessuto sono caratterizzati da una differente quantità di cellule o matrice intracellulare.

Nel costituire tessuti compatti le cellule si posizionano in rapporti stretti ma non intaccano mai la loro individualità.
Si posizionano ad una distanza circa di 10-20 nm tra di loro.

Dopo anni di ricerche, con l’avvento del microscopio elettronico si è scoperto che le cellule sono specializzate nell’operare sistemi di giunzione tra loro o tra la matrice extracellulare.

Nelle cellule epiteliali, nello spazio intracellulare (10-20 nm), si trova materiale di natura glicoproteica che per aderire necessita di ioni calcio:

1. sotto una determinata concentrazione di questi ioni, le cellule tendono a dissociarsi

Nello spazio tra le cellule circolano i liquidi interstiziali e il sangue proveniente dai capillari, che permettono lo scambio di:

1. gas,
2. metaboliti

Le giunzioni cellulari vengono classificate secondo criteri funzionali in tre tipi principali:

• giunzioni occludenti: sono talmente unite da sigillare lo spazio in modo completo o quasi
• giunzioni aderenti (ancorate): realizzano la salda adesione tra le cellule
• giunzioni comunicanti: consentono il passaggio di piccole molecole da una cellula ad un’altra

Bisogna precisare la differenza tra zonula e macula:

• zonula: si estendono su tutto il perimetro cellulare come una cintura
• macula: è limitata ad una piccola regione circoscritta (placca)

Giunzioni occludenti

• tight junctions (giunzioni strette)

Giunzioni ancoranti:

• desmosomi
• emidesmosomi
• fasce aderenti
• placche di adesione

Sono giunzioni comunicanti le gap junctions (ginuzioni serrate).

I meccanismi di giunzione possono trovarsi isolati o raccolti in specifici complessi di giunzione, come nel caso degli epiteli.

• giunzioni occludenti

 

Nella zonula occludens che si trova al di sotto della superficie libera delle cellule, le membrane sono adese una all’altra fino a chiudere completamente il passaggio.

Gli strati più esterni si fondono in più punti andando a formare delle giunzioni strette.

Nelle fasce di giunzione stretta, sono presenti anche dei punti di contatto tra le due membrane dette connessioni focali, che si organizzano in una struttura reticolare che circonda tutto il perimetro della cellula:

• si intravvede un reticolo di filamenti sigillanti.

La funzione principale di queste giunzioni è:

• isolare il lume dalle cavità intracellulare e viceversa
• limitare la migrazione di specifiche proteine atte all’assorbimento e all’espulsione delle varie sostanze

Thight junctions sono ad esempio presenti:

• nell’epitelio intestinale, per consentire alla struttura microvillare di restare all’esterno
• nelle cellule endoteliali, per impedire la fuoriuscita di sostanze dal flusso sanguigno

L’aspetto di queste zone sigillanti varia a seconda del tipo di epitelio:

• thight junctions: 8-10 bande lineari di connessione. Il tessuto è impermeabile totalmente
• leaky junctions: solamente 1-2 bande di connessioni focali. La membrana è detta semipermeabile o lassa.

• fasce aderenti

 

Al di sotto della zonula occludens, vi è quella aderens, in cui le mmbrane plasmatiche delle cellule adiacenti sono separate da uno spazio di 15-20 nm:

• fasci di microfilamenti aderiscono alla faccia citoplasmatica delle due membrane adiacenti

Con il termine giunzione aderente si intende delle proteine transmembrana della famiglia delle caderine che:

• dal lato citoplasmatico sono presenti filamenti di astina legati al citoscheletro
• dal lato extracellulare sono connese con componenti esterne alla cellula o con un’altra caderina

I fasci di actina si legano alla proteina transmembrana attraverso altre proteine di attacco intracellulare (vincoline, catenine, alfa-actinina). I filamenti di actina si legano all’intreccio soprastante (verso la zona apicale) formando la trama terminale.

Queste differiscono dai desmosomi perché:

• sono disposte a cintura laterale su tutta la cellula
• ispessimento della membrana molto inferiore
• manca una vera e propria linea densa intermedia alle membrane plasmatiche giunte.

L’insieme di fasce occludenti e fasce aderenti forma la “terminal bar” (quadro di chiusura).

• Desmosomi

 

I desmosomi o maculae adhaerens sono tra i più complessi sistemi i giunzione intracellulare, ma anche tra i più diffusi.

Sono osservabili al microscopio elettronico, dove paiono come inspessimenti della membrana, che possono arrivare anche a 0,2 micron, con anche un micron di diametro.

L’ispessimento è dato dalla presenza di placche citoplasmatiche:

• forma ellittica,
• diametro di 0,3-0,7 micron
• spessore di circa 10 nm

Il desmosoma è formato da:

• tonofilamenti: sono dei fasci che si legano alle placche citoplasmatiche, che legano con materiale nel citoplasma. Sono di cheratina nelle cellule epiteliali, di altre molecole in altri tipi di cellula
• placche di attacco: sono placche di natura proteica che hanno la funzione di fungere da aderente tra i filamenti intermedi del citocsheletro con il plasmalemma. I tipi di molecole sono desmoplachine I e II  oppure delle placoglobine
• Membrana plasmatica distanziata: nel  desmosoma la membrana plasmatica è distanziata di circa 30 nm
• Linea intermedia: materiale filamentoso di adesione di natura proteica. Sono famiglie delle caderine, quindi calciodipendenti.

Proprio in virtù della dipendenza dal calcio la cellula può inattivare il desmosoma creando una forte carenza di calcio nella zona intracellulare:

• i demorsomi infatti sono anche permeabili, a differenza delle giunzioni occludenti

La funzione principale dei desmosomi è meccanica:

• senza la loro presenza anche piccole sollecitazioni le cellule potrebbero distruggere la superficie di continuità

I desmosomi si trovano principalmente nelle cellule soggette a stress meccanico:

• cellule epiteliali della superficie esterna del corpo
• superfici interne delle vie respiratorie
• apparato gastro-intestinale
• apparato genito-urinario

Una malattia come il pemfigo dimostra l’importanza dei desmosomi:

• una malattia che provoca la comparsa di bolle sull’epidermide e la perdita delle connessioni tra le cellule epiteliali
• è autoimmune: produce anticorpi contro differenti tipi di desmogleine

 

• emidesmosomi

Sono dispositivi di giunzione che stabiliscono l’ancoraggio con la superficie basale della cellula e la lamina basale (o membrana basale).

Appaiono morfologicamente come una delle metà simmetriche di un desmosoma, ma  presentano rilevanti differenze:

• anche se nel versante citoplasmatico le particolari proteine si legano ad elementi del citoscheletro, nel versante extracellulare, i filamenti si legano a molecole della membrana basale;
• le proteine transmembrana ce svolgono questa funzione sono le integrine, che per la loro natura glicoproteica si legano a specifici recettori presenti in molecole della matrice quali laminina, fibronectina, collagene.
• La porzione citoplasmatica dell’integrina si lega direttamente con porzioni di citosceletro intermedio.
• I filamenti citoplasmatici del citoscheletro interagiscono direttamente con una placca tipo desmoplachine.

• placche di adesione

 

Le placche di adesione sono specifiche regioni specializzate per l’adesione modulabile (attacco/sgancio) alla matrice extracellulare, particolarmente studiate nei fibroblasti in coltura.

Sono molecole stellate, che modificano temporaneamente la propria forma citoplasmatica emanando delle estensioni dette pseudopodi che si legano al substrato sottostante mediante placche di adesione (o contatti focali, o adesioni focali).

La loro locomozione dipende proprio da questo tipo di giunzioni.

In tali zone, sembra che nel citoplasma vi siano delle emanazioni di filamenti di actina che si legano al substrato extracellulare:

• in questi punti vi è un complesso proteico che è la vera e propria pacca di adesione

La placca di adesione è particolarmente complessa, poiché i filamenti di actina non si legano direttamente ad una proteina transmembrna della famiglia delle integrine:

• i filamenti di actina vengono riuniti grazie ad una proteina capace di creare ponti tra differenti filamenti, l’a-actina.
• I filamenti di actina si legano a proteine tipo tensina o HA1.
• Questa si lega ad una specifica proteina “ponte”, la vincolina, che lega la talina
• la talina è in grado di legare una proteina filiforme della famiglia delle integrine, che è la vera proteina transmembrana che si lega al substrato
• la proteina di legame (integrina) si lega a specifiche proteine fibrose della matrice extracellulare quali collagene, fironectina o laminina.

Strutture come queste sono anche i podosomi, presenti negli osteocasti in zone del plasmalemma in cui questi aderiscono al tessuto oseo da distruggere.

• giunzioni serrate

 

Le cellule orgnizzate in tessuti, si dimostrano strettamente interconnesse e comunicanti:

• se una cellula viene disgiunta cessa il poprio processo di replicazione e in parte anche la sintesi proteica.

Si è osservato al microscopio elettronico un’area della membrana in cui le cellule sono strettamente adiacenti (2-4 nm) di diversa conformazione rispetto al bilayer fosfolipidico:

• si ipotizza una macchia proteica che facilita la diffusione di ioni e piccole molecole tra le membrane di due cellule
• queste sono le giunzioni serate o gap junctions

Le proteine globulari che formano i canali sono molto ravvicinate tra di loro e immerse nella membrana fosfolipidica. Hanno un diametro di circa 7-8 nm, mentre il canal che formano è di circa 1,5 nm.

Sono di forma esagonali, e la struttura prevede:

• formate da subunità proteiche (connessine) che formano connessioni che collegano una cellula all’altra mediante un canale
• Entrambe le cellule adiacenti possiedono la porzione costitutiva (connessone) del canale, che si incastra perfettamente a livello delle subunità proteiche.
• Nel canale possono passare ioni o piccole molecole (max 1000 dalton).

Ogni tessuto elabora il proprio tipo di connessina:

• può essere molto diversa in tessuti differenti
• è molto simile in tessuti omologhi di differenti animali con differente stadio evolutivo

Le ginzioni serrate non sono strutture stabili:

• vengono costruite in relazione all’esigenza delle cellule di comunicare tra loro

Le giunzioni serrate hanno un aminore resistenza elettrica rispetto alla membrana:

• permettono il passaggio di ioni
• si trovano con maggior frequenza nelle cellule eccitabili (nervose, pericardio, muscolatura liscia)

Queste gap junctions non sono permanentemente aperte:

• possono aprirsi e chiudersi con una alta rapidità
• l’apertura dei canali rimane fino a che non vi è una alta concentrazione di ioni Ca++.
• Sono sensibili anche alle variazioni di pH mediante la concentrazione di ioni H+

Dal punto di vista funzionale:

• trasporto dell’impulso elettrico da una cellula all’altra (tessuti muscolari lisci e miocardio, cellule nervose, ecc..)
• Regolazione della crescita e del differenziamento cellulare
• Regolazione della proliferazione
• Tengono l’uniformità degli eletrtoliti nelle varie cellule.

1. Citoplasma

 

• Sistema membranoso interno

È un sistema costituito da membrane formate da:

• tubuli
• cisterne
• vescicole

I principali costituenti sono:

• reticolo endoplasmatico (liscio o rugoso)
• apparato di Golgi
• lisosomi

Tutte queste membrane e sistemi di cisterne non hano funzione protettiva, ma funzionale:

• nei reticoli endoplasmatico avviene la sintesi di proteine o glucidi o lipidi e contengono parecchi enzimi
• nel Golgi si ha lo smistamento e la parte final della sintesi di metaboliti
• nei lisosomi avviene la produzione di materiali di scarto.

• Ribosomi

 

I ribosomi sono piccoli organuli presenti nel citoplasma (15-30 nm), con un carattere spiccatamente basofilo, poiché la loro composizione è prevalentemente di natura ribonucleica (rRNA, acido).

Nel citoplasma possono trovarsi liberi o adesi al reticolo endoplasmatico (rugoso):

• la loro adesione, nelle cellule eucariotiche, dipende dal tipo di proteina da sintetizzare, quindi dalla sequenza portata dall’mRNA
• quando sono attivi, si raggruppano in cumuli detti poliribosomi, che leggono lo stesso filamento di mRNA.

Si nota che:

• nelle cellule embrionali prevalgono i poliribosomi liberi
• in quelle specializzate prevalgono quelli adesi al reticolo endoplasmatico rugoso

Sono dei piccoli corpuscoli formati da due subunità (minore e maggiore), che prendono parte alla sintesi proteica, e interagiscono con:

• amminoacidi
• mRNA
• tRNA

Vi sono sostanzialmente due classi di ribosomi:

1. 70 S: formati da due subunità da 30 S e 50 S, presenti nei procarioti
2. 80 S: formati da due subunità da 60 S e 40 S, presenti per lo più negli eucarioti

 

Nelle cellule eucariote, i ribosomi 80S sintetizzano tipi di proteine differenti a seconda della loro posizione:

1. liberi: sintetizzano proteine destinate a restare nel citosol
2. adesi al RER: sintetizzano per lo più proteine destinare ad essere secrete o proteine integrali di membrana

I ribosomi sono sensibili ad agenti chimici che bloccano le attività sintetiche:
- per le cellule eucariote (ribosomi 80 S) l’inattivatore è la cicloesimide.

La sintesi dei ribosomi nelle cellule eucariotiche avviene a livello del nucleolo, ma senza entrare in contatto con il DNA (differentemente dai procarioti).

Funzioni

I ribosomi assicurano le corrette interazioni e le disposizioni di tutte le molecole che intervengono nel processo di sintesi proteica.

Diventano unità attive quando sono ribosomi liberi (citosol):

1. un mRNA si lega alla subunità minore
2. a questo punto si lega anche la subunità maggiore
3. inizia la sintesi della proteina
4. tra i primi amminoacidi sintetizzati vi sono degli specifici amminoacidi (asparagina) che dicono se sia il caso legarsi o meno al RER.
5. Quando il ribosoma legge un codone di stop sull’mRNA la proteina si slega dal ribosoma, il quale torna a dissociarsi.

 

1. Reticolo endoplasmatico rugoso

Il reticolo endoplasmatico rugoso è composto da cisterne appiattite e parallele delimitate da una membrana citoplasmatica, che divide la composizione chimica tra il lume ed il citosol.

Sulla faccia ialoplasmatica della membrana aderiscono i ribosomi, che caratterizzano il reticolo endoplasmatico liscio per 2 motivi:

1. lo fanno apparire rugoso
2. lo colorano come una sostanza fortemente basofilo in presenza di coloranti acido-base

Nei poliribosomi liberi sono sintetizzate le proteine destinate a:

1. citosol
2. citoscheletro
3. organuli (mitocondri e perossisomi)
4. nucleo

Nel RER, invece, sono sintetizzate le proteine che penetrano nel lume del reticolo endoplasmatico:

1. alcune rimangono nella membrana del RER
2. sono in generale destinate ad essere secrete e finiscono nel Golgi
3. nei lisosomi
4. nella membrana plasmatica

 

Dal RER si distaccano delle vescicole che sono destinate all’apparato di Golgi, ed all’interno di questo, riversano i proprio contenuto.

All’interno del reticolo endoplasmatico sono presenti moltissimi enzimi che catalizzano le reazioni di sintesi proteica (RER), lipidica e glucidica (REL).

Tra le maggiori cellule che sintetizzano proteine da secernere (con ReR molto sviluppato) vi sono:

1. eritroblasto: sss
2. leucocita eusinofilo: ha una funzione antiparassitaria e antiallergenica. Il suo RER produce proteine enzimatiche che secerne sotto forma di vescicole
3. plasmacellula: secerne anticorpi. Ha delle cisterne molto sviluppate
4. cellula acinosa (es pancreas): è presente nelle vescicole e nelle ghiandole di secrezione.

1. Sintesi proteica

 

La sintesi proteica è attuata principalmente dai ribosomi, che si trovano inizialmente liberi nel citoplasma.

L’associazione al RER avviene in questo ordine:

1. Il ribosoma si lega alla molecola di mRNA e ne decodifica la prima sequenza amminoacidica, detta sequenza segnale
2. La leader sequence è riconosciuta da proteine specifiche sparse nel citoplasma, le SRP (SIgnal recognition particle), che si legano alla leader sequence inattivando la sintesi degli amminoacidi
3. L’SRP si dirige verso il proprio recettore sul reticolo endoplasmatico, un recettore dipendente dalla GTP formato da due subunità
4. La sintesi proteica riprende quando l’SRP viene rilasciato, immettendo la proteina all’interno della cisterna del reticolo endoplasmatico, grazie alla liposolubilità del gruppo amminico
5. Il ribosoma rimane ancorato alla membrana grazie ad una specifica proteina cava, detta traslocone (famiglia delle riboforine), in cui viene immessa la sequenza amminoacidica sintetizzata
6.  All’arrivo del segnale di STOP la sintesi si interrompe ed il ribosoma viene rilasciato
7. una peptidasi (enzima) taglia la leader sequence, la quale rimane legata all’interno della membrana, per poi essere rilasciata nel lume del RER.

 

La SRP è un grosso complesso proteico formato da:

1. 6 proteine organizzate intorno ad una molecola di RNA, che ha sostanzialmente funzione strutturale
2. il complesso ha superficie pari a 7 Svedenberg
3. possiede un sito GTPasi

Per quanto riguarda le proteine destinate a rimanere nella membrana del RER il procedimento differisce in parte:

1. Alcune, con il gruppo - NH2 nel lume e il –COOH nel citosol possiedono una sequenza di stop che le fa rimanere legate alla membrana, in modo che all’interno si formi una a-elica senza impedire il completamento della sintesi
2. Altre volte la sequenza segnale non è all’inizio della catena, ma in un punto centrale. Viene riconosciuta e legata dal traslocane, che la immette nel canale dove sta passando anche la parte ancora sintetizzantesi. La leader sequence non vine scissa dalla peptidasi e può rimanere all’interno della membrana del RER.

Le sequenze amminoacidiche libere e il numero delle volte che la proteina attraversa la membrana durante la sintesi determinano poi la configurazione spaziale.

In base alla disposizione dei gruppi e della sequenza si classificano le proteine transmembrana del reticolo in:

1. tipo 1: All’interno il gruppo carbossilico e all’esterno quello amminico
2. tipo 2: all’esterno il carbossilico e all’interno quello amminico
3. tipo 3: la membrana viene tagliata più volte

All’interno del lume del RER sono attive particolari proteine:

1. proteine BIP: impediscono che i residui amminoacidica di proteine differenti interagiscano tra loro
2. isomerasi ponti disolfuro: Servono per stabilizzare la proteina, ovvero scindono i legami S – S quando la proteia non assume la conformazione corretta.

LA GLICOSILAZIONE DELLE PROTEINE NEL RER.

Il processo di glicosilazione generico può essere così sintetizzato:

1. nella membrana del reticolo endoplasmatico sono presenti dei glicolipidi (dolicolo) la cui catena oligosaccaridica di 14 zuccheri è nel lume
2. il dolicolo funge da donatore della catena oligosaccaridica alla proteina.
3. La catena oligosaccaridica viene legata a amminoacidi di asparagina che sono circondati da una determinata sequenza
4. Il processo avviene ad opera di un enzima detto glicosiltransferasi
5. Poiché l’oigosaccaride si lega ai gruppi –NH2 dell’asparagina è detta glicosilazione N-linked.

L’oligosaccaride contenuto nel dolicolo è formato da 14 zuccheri di cui:

1. 2 N-acetilglucosammina
2. 9 di mannosio
3. 3 di glucosio

La glicosilazione N-linked non è l’unica possibile. Vi sono anche zuccheri O-linked, che si legano alla serina e alla treonina.

Le porzioni glucidiche delle glicoproteine vengono poi rielaborate:

1. nel RER si eliminano 3 glucosio e 1 mannosio
2. nell’apparato di Golgi viene poi rielaborata l’intera catena

Il trasporto delle proteine avviene per mezzo di vescicole transfer, delle vescicole che si vengono a formare in un preciso luogo della membrana del RER, detta zona di transizione:

1. nella parete delle VT sono trasportate le proteine di membrana,
2. nel lume della VT si trovano le proteine solubili

In definitiva, nel RER vi possono essere le seguenti modifiche post traduzionali:

1. glicosilazione delle proteine
2. modifiche covalenti a carico di amminoacidi: idrossilazione di prolina e lisina (formazione di idrossiprolina e idrossilisina)
3. formazione di ponti disolfuro a livello della cisteina

1. Reticolo endoplasmatico liscio

 

Il REL è molto differente dal RER per struttura, composizione chimica e funzione:

1. struttura di tubuli rivestita da una membrana
2. privo di rRNA (senza ribosomi) presenta carattere acidofilo

Il Reticolo Endoplasmatico Liscio ha un differente sviluppo a seconda del tipo di cellula in cui risiede.
È abbondante per la produzione di ormoni steroidei, formando una struttura a rete di tubuli anastomizzati nelle cellule:

1. ghiandola surrenale
2. cellule del corpo luteo dell’ovaio
3. interstiziali di Leyding nel testicolo

Negli epatociti l’abbondante REL è associato alle riserve di glicogeno:

1. può utilizzare tali depositi per immettere glucosio nel flusso sanguigno
2. la glucosio-6-fosfatasi del REL occupa un ruolo importante in questo processo

Nelle cellule del tessuto muscolare formano una struttura precisa con le miofibrille: il reticolo sarcoplasmatico:

1. particolarmente specializzato nel sequestrare ioni Ca2+, essenziali per la regolazione dell’attività contrattile

Lo sviluppo del REL può essere influenzato da particolari stimolatori chimici, con processi solitamente reversibili.

Funzioni

1. sintesi dei fosfolipidi

 

la sintesi dei fosfolipidi non avviene all’interno del lume del reticolo endoplasmatico, ma avviene sul versante citosolico.

Gli enzimi necessari alla sintesi dei lipidi sono situati sulla membrana del reticolo endoplasmatico, con i siti attivi sulla faccia esterna.

I vari fosfolipidi sono poi trasportati alle altre membrane della cellula attraverso delle particolari proteine di trasporto fosfolipidi.

Il principale fosfolipidi è la fosfatidil-colina.

1. sintesi dei lipidi complessi

 

Nelle cisterne del REL sono presenti numerosi enzmi che catalizzano le reazioni di produzione di:

1. lipidi complessi
2. ormoni steroidei

Gli ormoni steroidei vengono sintetizzati insieme ai mitocondri:

1. la sintesi comincia con gli enzimi presenti nel REL
2. continua nelle membrane del mitocondrio
3. termina a seconda dell’ormone necessario o nel REL o nel mitocondrio. Ciò dipende dalla presenza di enzimi differenti

Nelle cellule epatiche vengono prodotte nel reticolo endoplasmatico liscio le lipoproteine.

1. Detossificazione

 

Nel REL possono essere presenti numerosi enzimi che inattivano le sostanze tossiche, che poi verranno espulse.

Molto spesso elimina le sostanze lipofile mediante ossidrilazione.

1. metabolismo del glicogeno

 

Nel REL sono presenti numerosi enzimi che consentono il metabolismo del glicogeno.

Nelle cellule del pancreas, in risposta all’attivazione di particolari ormoni si attuano glicogenosintesi o glicogenolisi:

1. insulina: stimola la glicogenosintesi a partire da glucosio-6-fosfato
2. glucagone: stimola la glicogenolisi.

1. Controllo di ioni Mg e Ca

 

Nel reticolo sarcoplasmatico, le cisterne del REL fungono da regolatori degli ioni Mg e Ca, che sono indispensabili alla contrazione muscolare.

1. Apparato di Golgi

 

Osservato al microscopio ottico dopo una colorazione con sali d’argento si nota una precipitazione a livello cellulare dell’argento in prossimità di un apparato reticolare di tubuli e vescicole anastomizzate e strette tra loro.

Solitamente questo apparato si situa nel centro cellulare, in prossimità del nucleo e adiacente al reticolo endoplasmatico, tuttavia in alcune cellule dotate di polarità morfo-funzionale (ad esempio le cellule secretorie) occupa una posizione ben precisa (tra il nucleo e la superficie apicale).

La morfologia del complesso di Golgi prevede un numero variabile d cisterne appiattite disposte a pila una sull’altra:

1. da 4 a 6 per le cellule animali, differenziato a seconda della funzione che svolge (le cellule secretorie hanno un apparato di Golgi parecchio sviluppato)
2. oltre la decina nelle cellule vegetali

La posizione di questo apparato, può inoltre subire delle fluttuazioni a seconda del momento del ciclo secretorio in cui si trova.

Il complesso di golgi è la sede in cui vengono convogliati e rielaborati i materiali sintetizzati nel  RER e nel REL, inoltre attua specifiche attività di sintesi di polisaccaridi e lipidi complessi.

Tutte le funzioni e la struttura dell’apparato di Golgi sono sotto il controllo diretto del nucleo:

1. in corso di digiuno o di un inibitore della trascrizione le funzioni del Golgi si riducono considerevolmente (in relazione alla sintesi proteica effettuata)

Struttura.

Sono tre i componenti osservabili dal punto di vista ultrastrutturale nell’apparato di Golgi:

1. cisterne appiattite in pila
2. microvescicole (vescicole di trasporto)
3. macrovescicole (vescicole di secrezione)

Le cisterne sono dei dischi fatti di una membrana simile a quella del reticolo endoplasmatico che delimita uno spazio interno di altezza circa 10 nm nella parte centrale, che si espande ai lati fino ad arrivare ad altezze di 30-50 nm.

Una cisterna è separata da un’altra da uno spazio  di circa 10 nm, in cui non sono presenti né ribosomi, né inclusi citoplasmatici vari.

Il complesso di Golgi presenta anche una polarità interna anche a livello delle singole cisterne. Si possono quindi distinguere, in funzione anche dell’attività enzimatica e di sintesi:

1. faccia cis: detta anche faccia prossimale
2. faccia trans: detta anche faccia distale

La faccia prossimale (o cis) è solitamente rivolta verso l’involucro nucleare o verso il reticolo endoplasmatico:

1. è la camera d’ingresso che accoglie tutte le vescicole derivanti dai vari organuli di sintesi
2. la stessa parte cis può avere origine dalla fusione delle varie vescicole

La faccia distale (o trans) è solitamente rivolta verso la periferia della cellula:

1. rappresenta la porta d’uscita dei prodotti delle cisterne
2. formata da una rete complessa di tubuli anastomizzati
3. numerose vescicole si staccano per gemmazione.

Lo spessore delle membrane golgiane è costante:

1. maggiore di quelle del REL
2. meno spesso di quello della membrana plasmatica.

L’aumento dello spessore è lieve ed è nella direzione della faccia distale.

La composizione biochimica delle cisterne è differente:

1. verso la parte prossimale o cis la membrana è ricca d lecitine
2. verso la parte distale la membrana possiede parecchie sfingomieline e steroli, divenendo simile alla membrana plasmatica, con la quale le vescicole rilasciate dovranno fondersi

Ogni pila di cisterne dell’apparato di golgi è costituita da tre differenti compartimenti, ognuno dotato di uno specifico corredo enzimatico che catalizza le varie fasi di elaborazione delle glicoproteine giunte dal RER:

1. cis
2. mediano
3. trans

Questi tre compartimenti constano di una o due cisterne ciascuno e sono in rapporto tra loro mediante il distacco di vescicole laterali:

1. le vescicole gemmano dai margini della cisterna e si fondono con la cisterna adiacente
2. trasportano glicoproteine a differente stadio di elaborazione

Come già accennato, vi sono altri due tipi di vescicole:

1. microvescicole o vescicole transfer
2. macrovescicole o vescicole secretorie

Le vescicole transfer hanno un diametro di circa 80-100 nm e sono indipendenti:

1. si fondono insieme a livello della membrana cis del Golgi per coalescenza

Queste vescicole hanno movimenti bidirezionali mediati da tracce microtubulari:

1. si instaura un equilibrio volumetrico tra RER, REL, mitocondri o altri organuli e compartimento cis
2. dal cis ritornano vescicole che sono destinate a rifondere la membrana dell’organulo che è stata staccata

I granuli di secrezione presentano un diametro di circa 1 micron e derivano dai vacuoli che si staccano dal compartimento trans:

1. nelle cellule a funzione secretoria possiedono il prodotto di secrezione
2. si fondono con la membrana plasmatica per esocitare il secreto

Anche nel caso delle macrovescicole vi è un ritorno di membrana al complesso del Golgi:

1. le vescicole endocitate dalla cellula forniscono nuova membrana al compartimento trans.

Compartimentazione delle cisterne golgiane.

 È più plausibile la teoria che le cisterne si scambino materiale attraverso vescicole piuttosto che il ricambio di materiale avvenga per trasformazione di un compartimento nei suoi vari stadi:

1. le vescicole arrivano dagli organuli nel compartimento cis
2. vengono elaborate e passate nel mediano attraverso piccole vescicole (laterali)
3. vengono ulteriormente elaborate e passate al compartimento trans.

Questa compartimentazione rende possibile la simultanea elaborazone di tre tipologie di prodotti:

1. quelli destinati ai lisosomi
2. quelli secreti attraverso i granuli di secrezione
3. quelli destinati al rinnovo dei componenti della membrana plasmatica

Ogni compartimento ha una precisa competenza biochimica, contenendo enzimi differenti.

Da studi biochimici si è dimostrato che le proteine vengono glicosilate con l’aggiunta di:

1. N-acetilglucosammina nel compartimento mediano
2. Galattosio e acido sialico nel trans

La glicosilazione delle proteine

1. Dal RER arrivano vescicole di trasporto riconoscibili per il loro rivestimento proteico e si fondono con il cis-Golgi.
2. Nel cis  arrivano glicoproteine ramificate con 14 zuccheri, che hanno già subito il distacco di tre molecole di glucosio e una di mannosio nel RER (2 N-acetilglucosammina, 9 mannosio, 3 glucosio)
3. Alcune di queste proteine subiscono l’aggancio di due gruppi fosfato ai mannosi terminali mediante attacco di N-acetilglucosammina-fosfato e distacco dell’N-acetilglucosammina ad opera di due enzimi (N-acetilglucosammina fosfatotransferasi, fosfoglicosidasi)
4. Queste proteine, a causa del legame con il gruppo fosfato, non subiscono ulteriori modificazioni, giungono nel trans-Golgi network e vengono espulse con destino lisosomiale fondando vescicole idrolasiche.

 

Altre glicoproteine sono  elaborate a livello del compartimento mediano ad opera di altri enzimi:

1. la mannosidasi I stacca tre unità di mannosio
2. la N-acetilglucosammina-transferasi aggiunge una molecola di N-acetilglucosammina mediante energia fornita da UTP
3. la mannosidasi II rimuove ulteriori due molecole di mannosio
4. la N-acetilglucosammina-transferasi aggiunge un’altra molecola di N-acetilglucosammina

Trasportate nel trans-Golgi network le glicoproteine subiscono, da parte di enzimi specifici, l’aggiunta di altre molecole quali:

1. galattosio
2. acido sialico
3. fucosio

Queste glicoproteine differenti, a seconda delle diverse aggiunte nel trans, hanno destini differenti:

1. alcune sono destinate ai granuli di secrezione
2. altre a rinnovare la membrana plasmatica, in particolare le proteine ricche di acido sialico, che forma il glicocalice
3. vescicole idrolasiche sono formate da quegli enzimi (idrolasi) elaborati nel compartimento cis, che rimangono nel citoplasma

Le proteine, dunque, non sono separate finché non raggiungono il reticolo trans dell’apparato di Golgi, dove vengono riconosciute e smistate alle loro  differenti destinazioni.

Ad ogni spostamento di vescicole, è bene ricordare che la membrana del vacuolo di trasporto viene restituita mediante un ritorno alla cisterna precedente.

Funzioni

Il ruolo primario dell’apparato di golgi è quello dell’impacchettamento e della condensazione dei secreti.

Tuttavia il complesso di Golgi svolge anche altri ruoli fondamentali che si sono scoperti negli ultimi anni:

1. rinnovamento del sistema membranoso interno: sintetizza le proteine di membrana con la rielaborazione delle catene oligosaccaridiche

Oltre alla rielaborazione degli oligosaccaridi N-linked legati alle proteine sintetizzate nel RER è anche capace di operare la O-glicosilazione:

1. la catena oligosaccaridica è sintetizzata interamente nell’apparato di Golgi e legata a residui i serina o di treonina con legami O-glucosidico.

Alcune proteine di secrezione (es. insulina) vanno incontro a modificazioni per proteolisi, ovvero subiscono il distacco dalla catena più lunga che ha origine nel RER.

Avvengono anche le sintesi di:

1. polisaccaridi
2. polisaccaridi con zuccheri amminici (es. Glicosamminoglicani) che legati a un asse proteico di serina vanno a costituire i proteoglicani
3. solfatazione dei proteoglicani

Partecipa anche alla sintesi di alcuni lipidi:

1. glicerofosfolipidi e colesterolo sono sintetizzati nel REL
2. gli sfingolipidi sono sintetizzati nell’apparato del Golgi

La sintesi degli sfingolipidi avviene solo per quanto riguarda lo scheletro molecolare nel REL, mentre nel Golgi viene legato un gruppo di fosforilcorina, formando sfingomieline a cui vengono aggiunti carboidrati.

1. Il processo di secrezione

Il RER, il REL  e il complesso di Golgi svolgono un ruolo sinergico in vari processi:

1. ogni apparato è provvisto di una composizione chimica differente
2. ogni compartimento ha una specifica funzione, ma l’attività di uno è strettamente correlata a quella dell’altro

Uno dei processi più importanti è quello della secrezione:

1. nel reticolo endoplasmatico vengono sintetizzate le sostanze
2. nel Golgi vengono elaborate e chiuse in vescicole
3. questi granuli di secrezione si fondono con la membrana plasmatica secernendo il secreto all’esterno della cellula.

Nel complesso di Golgi le proteine subiscono modifica post-traduzionali ed entrano a far parte di vescicole che gemmano dal trans-golgi network.

In molte cellule secernenti che accumulano il prodotto di secrezione, le vescicole sono sede di condensazione:

1. perdono progressivamente acqua
2. diventano granuli di screzione o granuli di zimogeno

I granuli di zimogeno sono la forma inattiva delle proteine enzimatiche sintetizzate, che si attivano non appena rilasciate all’esterno della cellula per esocitosi.

Nel processo di evoluzione il meccanismo secretorio si è conservato:

1. tutte le cellule hanno le medesime modalità di secernere vari tipi di secreto

Molte cellule, degli organismi pluricellulari, si specializzano per un particolare tipo di secreto, ad esempio:

1. enzimi digestivi
2. muco
3. proteine sieriche
4. fattori di  crescita
5. ormoni
6. ecc..

tuttavia esistono due differenti modalità con cui il secreto viene espulso dalla membrana plasmatica:

1. via secretoria costitutiva
2. via secretoria regolata

La via secretoria costitutiva comprende quei fenomeni che avvengono in tutte le cellule, come il rinnovamento della membrana plasmatica e delle proteine di membrana, il rilascio di lipidi o proteoglicani all’esterno della membrana o altro genere di molecole regolativeI.

Questa via è un processo continuo che non necessita di essere stimolata e non è calcio-dipendente.

La via secretoria regolata, invece è presente solamente in cellule specializzate, come ad  esempio le cellule ghiandolari endocrine ed esocrine e alcune cellule nervose, che accumulano in vescicole il secreto per lungo tempo.

Questi granuli contenenti il secreto si accumulano al di sotto della membrana plasmatica, talvolta fondendosi con essa, e rilasciano il secreto solamente quando, a causa di uno stimolo nervoso o ormonale esterno, i innalza la concentrazione degli ioni Ca2+ nel citoplasma.

I granuli secretori sono dunque dei granuli di accumulo del secreto soggetti alla concentrazione di calcio nella via secretoria regolata.

I granuli secretori che vengono gemmati  dal trans-Golgi sono granuli immaturi, che nel corso della permanenza nel citoplasma giungono a maturazione:

1. viene eliminato il volume in eccesso
2. vengono condensate le proteine
3. vengono rimossi certi costituenti di membrana.

1. Lisosomi

 

I lisosomi sono vacuoli delimitati da membrana che contengono enzimi idrolitici a pH acido (idrolasi acide):

1. sono capaci di degradare differenti tipi di molecole
2. sono la principale sede di digestione cellulare

Il materiale che viene degradato può avere differenti provenienze:

1. materiale obsoleto della cellula
2. materiale introdotto dall’esterno

I lisosomi sono molto eterogenei per il tipo di enzimi che contengono e per le loro dimensioni:

1. uno dei fondamentali componenti è la fosfatasi acida

Ogni cellula contiene un numero variabile di lisosomi:

1. abbondanti nelle cellule fagocitarie (macrofagi o granulociti neutrofili)
2. in altri tessuti possono avere una distribuzione preferenziale

La forma di questi piccoli vacuoli e le dimensioni possono variare a seconda di cosa hanno inglobato:

1. le dimensioni e la forma saranno maggiori e irregolari se all’interno sono pezzi fagocitati
2. le dimensioni saranno minori e la forma ovoidale se il contenuto è proteico

Un lisosomi contiene enzimi idrolitici di varia natura, che possono variare a seconda dei tipi cellulari. I più comuni e frequenti sono:

1. idrolasi acide
2. proteasi
3. glicosidasi
4. ribonucleasi
5. desossiribonucleasi
6. solfatasi
7. glicosidasi
8. solfatasi…

Tutti i tipi di molecole biologiche possono essere degradati all’interno dei lisosomi in condizioni di pH ottimali, ovvero intorno a 5:

1. si spiega l’impossibilità del funzionamento dei medesimi enzimi nel citosol (pH è 7,2)
2. nella membrana lisosomiale vi è la presenza di pompe protoniche (necessitano di ATP) che immettono H+ nel lume per mantenere il pH=5.

Oltre alle pompe protoniche ATP-asiche della membrana del lisosomi sono presenti altre proteine transmembrana:

1. alcune proteine hanno una porzione glucidica che sporge nel lume e serve ad impedire la digestione della membrana da parte delle proteasi attive

Formazione e funzione dei lisosomi

La formazione del lisosomi, con le sue caratterisitiche funzioni enzimatiche e la sua peculiare acidità si forma per la fusione di varie vescicole che forniscono le varie componenti molecolari necessarie.

Dalla membrana plasmatica, per endocitosi, si formano delle vescicole che possiedono già alcune proteine di membrana: gli endosomi precoci:

1. proteine di membrana presenti nel plasmalemma vengono riciclate
2. la sua maturazione e l’acquisizione di pompe protoniche facilita la diminuzione del pH del lume (da 7,3 a circa 6 negli endosomi tardivi)
3. la maturazione a endosomi tardivi avviene quando sono state acquisite proteine di membrana, pompe protoniche e l’ambiente interno ha pH di circa 6.

Si ritiene che le pompe protoniche, sintetizzate nel RER e rielaborate nel Golgi siano fatte giungere agli endosomi mediante vescicole differenti da quelle contenenti idrolasi.

La fusione dell’endosoma tardivo con le vescicole idrolasiche (prodotte dal Golgi, di diametro di circa 400 nm e contenenti enzimi idrolasi) porta alla formazione di un endolisosoma:

1. per futura acquisizione di pompe protoniche diventa il vero e proprio lisososma, in cui può avvenire la digestione.
2. Il pH di un lisososma arriva a 5

Lo smistamento delle idrolasi è dovuto alla marcatura delle stesse con mannosio-6-fosfato:

1. nel cis-Golgi le idrolasi subiscono la fosforilazione dei mannosi terminali
2. nel trans-Golgi sono presenti recettori sulle cisterne in particolari siti addensati
3. Le proteine marcate con mannosio-6-fosfato a pH neutro si legano ai recettori
4. Dal trans-Golgi gemmano le vescicole contenenti le idrolasi acide ancora legate ai recettori
5. Quando le vescicole idrolasiche si fondono con l’endosoma tardivo, il pH acido fa slegare le idrolasi marcate con mannosio-6-fosfato che rimangono nell’endolisosoma
6. La membrana della vescicola con i recettori per il mannosio-6-fosfato vengono riciclati dal trans-Golgi.

Il lisosoma non contiene solamente enzimi proteolitici e idrolasi acide, ma anche materiale residuo che deve essere degradato, solitamente assunto per endocitosi dalla cellula.

Quando il materiale che deve essere degradato è di grosse dimensioni poiché assunto per fagocitosi, la fusione del fagosoma (vacuolo contenente il materiale fagocitato) con l’endosoma tardivo forma una grossa struttura detta fagolisosoma.

Se invece la necessità e di digerire organuli invecchiati, quindi di fare dell’autofagia:

1. gli organuli vengono racchiusi in vacuoli detti autonomi
2. gli autonomi si fondono con gli endosomi tardivi formando gli autofagolisosomi.

Il meccanismo dell’autofagia, a seconda del tipo cellulare, può avere dimensioni imponenti:

1. nel fegato si ha un ricambio di mitocondri per miliardi all’ora

Le molecole risultanti dalla digestione intercellulare sono rilasciate nel citosol, trasportate all’esterno del lisosoma da specifiche proteine di membrana, che possono in futuro fungere da materiale di sintesi per:

1. metaboliti
2. organuli
3. nuove molecole

Altri prodotti, invece, sono espulsi dalla cellula come prodotti d’escrezione.

Talvolta, come nel caso degli osteoblasti, gli enzimi lisosomiali possono essere espulsi dalla cellula, con specifiche funzioni nella matrice extracellulare.

Deficienze genetiche ed enzimi lisosomiali

Sono state descritte parecchie malattie in cui le mutazioni geniche portano alla mancanza di geni che codificano per specifiche idrolasi:

1. malattie da accumulo lisosomiale, in quanto il substrato dell’enzima interessato non può essere degradato e si accumula nel lisosoma,
2. le conseguenze delle malattie da accumulo possono anche essere molto gravi.

Un altro genere di malattia, riguarda il deficit di recettori per il mannosio-6-fosfato:

1. è definita malattia a cellule I, poiché si riscontrano particolari inclusioni citoplasmatiche
2. i vari enzimi idrolitici non possono legarsi al mannosio-6-fosfato e indirizzati nelle vescicole idrolasiche
3. gli enzimi vengono esocitati per la via secretoria costituitva, riversandosi nel sangue.

1. Trasporto cellulare mediato da vescicole

 

Il complesso sistema di membrane all’interno di una cellula (RER, REL, involucro nucleare, Golgi, sistema endosomi/lisosomi) è in continua comunicazione:

1. i compartimenti si scambiano continuamente vescicole
2. le vescicole trasportano nel lume le proteine solubili
3. la membrana delle vescicole si fonde con le varie membrane ed assicura il continuo ricambio delle proteine di membrana.

La comunicazione tra le vescicole e il plasmalemma aiuta anche a cambiare la composizione proteica della membrana plasmatica:

1. di fondamentale importanza per determinare la possibilità di interazioni con altre cellule e con la matrice extracellulare
2. necessità per il mantenimento degli organi e del loro sviluppo

IN cellule specializzate/polarizzate la differente composizione molecolare di lipidi e proteine di membrana è assicurata dalle differenti destinazioni delle vescicole gemmate dal trans-Golgi:

1. si formano trasportatori distinti per il corretto indirizzo sulle regioni della membrana

Il traffico delle vescicole avviene su due differenti vie:

1. via biosintetica
2. via endocitica

Su ogni via, è assicurato il riciclaggio dei componenti poiché vi è la presenza di un traffico di ritorno.

Le vescicole, al momento della gemmazione, sono coadiuvate da un rivestimento che nel momento del distacco funge da chiusira per la membrana donatrice:

1. in seguito, rimane a coprire la vescicola fino al momento dell’apertura
2. se la vescicola non si fonde con nessun’altra membrana, il rivestimento si distaccherà dalla vescicola.

Il rivestimento per le vescicole di via biosintetica è costituito da proteine reclutate sul RER e sull’apparato di Golgi:

1. COP-I e COP-II: sono complessi di proteine morfologicamente simili ma hanno differente composizione molecolare

Al momento dell’assemblaggio si ha l’attivazione di un monomero proteico che lega GTP in prossimità del legame alla membrana:

1. i siti di legame delle proteine di rivestimento alla membrana sono code citoplasmatiche di particolari proteine di membrana

Dal reticolo endoplasmatico al Golgi il rivestimento è di tipo COP-II, mentre dal Golgi ad altri apparati il rivestimento è COP-I.

Le vescicole mantengono il rivestimento COP fino a quando non sono agganciate alla membrana di destinazione:

1. a questo punto il rivestimento si disgrega e le vescicole si agganciano alla membrana bersaglio

Un altro tipo di rivestimento è quello di clatrina, che comprende le vescicole impegnate nel trasporto nato da:

1. endocitosi (trasporto tramite endosomi dal plasmalemma)
2. trans-Golgi network (compartimento tubulare) in direzione della membrana plasmatica e dei lisosomi
3. fagocitosi, ma è  un rivestimento incompleto

La molecola di clatrina è una molecola esamerica con tre braccia:

1. il rivestimento intorno alla vescicola è a maglie pentagonali o esagonali
2. la peculiarità di tale rivestimento è la pronta disgregazione, che richiede ATP.

Il trasporto attuato dalle vescicole clatriniche è tipicamente selettivo:

1. le specifiche molecole da trasportare sono riconosciute da recettori di membrana
2. i complessi ligando-recettore sono addensati in una zona della membrana da cui ha origine la vescicola
3. La porzione citoplasmatica dei recettori serve come segnale per il rivestimento di clatrina, mediato e attuato da adaptine.

Il traffico delle vescicole deve essere precisamente indirizzato:

1. molecole complementari sulla membrana bersaglio e su quella delle vescicole assicurano il corretto posizionamento
2. molecole v-SNARE sono posizionate sulla vescicola come recettori
3. molecole t-SNAREsono presenti sulla membrana bersaglio come recettori delle v-SNARE.
4. Altre proteine specifiche (ad esempio le proteine Rab) esercitano il controllo sull’esattezza del riconoscimento.

Affinché la fusione delle due membrane avvenga, occorre un ancoraggio che vinca le forze di repulsione elettrostatiche:

1. sono adoperate particolari proteine di fusione, che con ausilio di ATP e GTP come riformìnimento energetico vincono le forze idrofile della membrana bersaglio
2. proteine come e NSF e SNAP si legano alla membrana bersaglio e catalizzano la fusione della membrana della vescicola. A processo concluso, ritornano nel citoplasma.

1. perossisomi

 

Il perossisoma è una vescicola di diametro di 0,6-0,7 µm, delimitato da una membrana:

1. contiene uricasi e una sostanza cristallina contenente vari enzimi

Nel nucleoide cristallino che si forma in zone addensate del perossisoma, sono localizzati tre enzimi funzionalmente correlati tra loro:

1. uricasi
2. D-amminoacido-ossidasi
3. Catalasi

L’uricasi catalizza l’ossidazione dell’acido urico, degradando le purine, dando come prodotto l’allantoina e acqua ossigenata

La D-amminoacido ossidasi da come sottoprodotto acqua ossigenata.

L’acqua ossigenata viene poi degradata dalla catalasi presente nel perossisomi.

Il nucleoide dei perossisomi e la funzione enzimatica nell’ossidazione delle purine, è presente solamente negli animali non mammiferi:

1. questi secernono nell’urina l’allantoina
2. i mammiferi secernono invece acido urico

I perossisomi, sono tuttavia presenti in tutte le cellule eucariotiche e contengono enzimi ossidativi differenti a seconda delle specie:

1. il loro nome deriva dalla presenza delle catalasi che degradano il perossido d’idrogeno a acqua e ossigeno.

Gli enzimi dei perossisomi impiegano ossigeno molecolare per rimuovere idrogeno dalle molecole, dando come sottoprodotto acqua ossigenata:

1. l’acqua ossigenata viene poi degradata ad acqua pura dalla catalasi.

I perossisomi sono utilizzati per neutralizzare la tossicità di numerose molecole introdotte con la dieta (ad esempio l’alcol etilico):

1. ossidano anche gli acidi grassi ad acetil-coenzima A
2. questo è poi inviato ai mitocondri per il ciclo di krebs

Si calcola la presenza di numerosi enzimi, tra cui molti anche impegnati nella biosintesi dei lipidi e fosfolipidi.

1. inclusioni citoplasmatici

 

Con il termine inclusione si intende sostanza contenta in una cellula che non fa parte di organuli, ma che è morfologicamente visibile.

I più importanti inclusi sono rappresentati dalle sostanze di riserva e dai pigmenti.

SOSOTANZE DI RISERVA

I materiali di deposito fungono da riserva energetica. Sono  presenti nel citosol senza alcuna delimitazione da parte di membrane.

I glucidi sono immagazzinati sotto forma di un polisaccaride chiamato glicogeno:

1. è immagazzinato in alcuni tipi cellulari e, depolimerizzato in glucosio rappresenta una fonte energetica di riserva che raggiunge tutte le altre cellule attraverso il flusso sanguigno
2. la sintesi è catalizzata da un enzima detto glicogeno-sintetasi
3. la depolimerizzazione è catallizzada dalla glicogeno-fosforilasi.

I lipidi si conservano in alcuni tipi cellulari sotto forma di goccioline di trigliceridi, oppure come nel caso delle cellule adipose, come grossi accumuli che formano un’unica goccia al centro della cellula.

I lipidi appaiono come spazi tondeggianti all’interno della cellula.

PIGMENTI

I pigmenti sono inclusioni citoplasmatiche di varia natura chimica. Si possono distinguere in:

1. pigmenti esogeni: provenienti dall’ambiente esterno
2. pigmenti endogeni: provenienti dal metabolismo cellulare.

Esempi di pigmenti endogeni possono essere:

1. melanina: si trova in particolari dellule della cute, dette melanosomi, di olore bruno o nero. È presente anche sull’epitelio pigmentato della retina.
2. Lipofuscine: Sono aggregati di materiale fluorescente che si trovano in alcune cellule degli organismi anziani. La presenza in soggetti anziani fa supporre che siano materiale inutilizzato che no riesce ad essere espulso.
3. Derivati dell’emoglobina: ad esempio la bilirubina o la emosiderina si trovano sotto forma di granuli scuri nei macrofagi della milza, del fegato e del midollo osseo.

I pigmenti esogeni, sono immessi con la dieta, per inalazione o per immisione cutanea:

1. il carotene è assunto con la dieta
2. le polveri di carbone sono inalate se presenti nell’aria ed inglobate dai macrofagi polmonari
3. per assorbimento cutaneo è possibile assumere alcuni minerali come argento e piombo.

 

2. Mitocondri

I mitocondri sono organuli presenti nel citoplasma delle cellule animali e vegetali, benché mancano nei procarioti.

Sono organuli estremamente dinamici:

1. reagiscono ai cambiamenti di pressione osmotica rigonfiandosi in ambiente ipotonico e restringendosi in ambiente ipertonico
2. hanno dimensioni e forma variabile, in relazione ai momenti funzionali della cellula
3. possono passare dalla forma filamentosa a quella a bastoncino con estrema rapidità, allungarsi, stringersi, gonfiarsi con facilità
4. possono scindersi in due mitocondri
5. possono fondersi due distinti mitocondri
6. gli spostamenti dipendono dai sistemi di movimento intracellulari.

Nella mitosi il patrimonio mitocondriale delle due cellule figlie è dimezzato rispetto alla cellula madre:

1. in fase G1 i mitocondri vanno incontro a fenomeni di divisione dopo aver replicato il proprio DNA (in maniera indipendente da quello del nucleo della cellula)
2. si ricostruisce il numero di mitocondri tipico della cellula madre.

La principale funzione dei mitocondri è la produzione di ATP come fonte energetica per tutto il metabolismo cellulare:

1. le reazioni metaboliche dei glucidi liberano l’energia che viene immagazzinata sotto forma di ATP (adenosintrifosfato)-
2. la principale fonte di energia sono lipidi e carboidrati, in misura minore sono sfruttati anche gli amminoacidi.

Forma, dimensioni, numero, localizzazione.

In cellule in coltura, i mitocondri possono essere osservati dopo colorazione con il verde Janus, che rimane nella forma ossidata solamente nei mitocondri, che sono ben visibili.

La forma dei mitocondri è estremamente variabile, da tondeggiante a tubulare.

Le dimensioni variano con il variare della forma:

1. la lunghezza può andare da 1 a 6 µm, potendo giungere anche a 10 µm
2. lo spessore può invece passare da 0,2 a 1 µm

Il numero dei mitocondri in relazione al fabbisogno energetico della cellula:

1. in una normale cellula si trovano 1000-2000 mitocondri
2. in ovociti di alcune specie possono esservene anche 30000.

Si ritiene che il 30-35% delle proteine di una cellula siano dislocate nei mitocondri:

1. le membrane di questi sono ricchissime di proteine.

La distribuzione dei mitocondri è generalmente omogenea. Possono tuttavia esservi delle eccezioni, in relazione alla posizione ove è necessaria maggiore energia:

1. nelle ghiandole, generalmente i mitocondri si trovano verso la superficie basale
2. negli epiteli intestinali, questi si trovano generalmente ai due poli
3. nello spermatozoo formano una guaina elicoidale nel pezzo intermedio alla coda
4. nei muscoli sono allineati ai fasci di miofibrille
5. ecc..

Ultrastruttura

Al microscopio elettronico si osserva che un mitocondrio è formato da una superficie con una doppia membrana:

1. la membrana esterna, ha spessore di circa 6-8 nm,
2. ma membrana interna ha anch’essa spessore di 6 nm, ma è tutta ripiegata su sé stessa in invaginazioni dette creste mitocondriali, disposte perpendicolarmente all’asse longitudinale del mitocondrio.

Nei mitoocndri delle cellule che producono ormoni steroidei (es. corteccia surrenale o gonadi) hanno creste disposte a tubuli.

Le due membrane delimitano uno spazio denominato spazio perimitocondriale o camera esterna.

La camera interna, invece, è lo spazio delimitato dalla membrana interna del mitocondrio:

1. contiene materiale finemente granulare e opaco, detto matrice mitocondriale

la matrice mitocondriale contiene enzimi che servono per l’ossidazione di acidi grassi e del piruvato e per il funzionamento del ciclo di Krebs:

1. talvolta queste proteine con funzione enzimatica sono così numerose da conferire alla matrice l’aspetto di un gel granulare
2. Il numero di granuli è in rapporto all’accumulo e al trasporto di ioni calcio e magnesio, di cui i mitocondri sono la principale riserva a livello cellulare.

Nella matrice mitocondriale sono presenti molecole di DNA ad anello, con le relative tre classi di RNA (messaggero, transfer, ribosomiale) e dei ribosomi di dimensioni leggermente più piccole di quelli citoplasmatici.

Sulle creste mitocondriali, sul lato della matrice, si possono riscontrare dei complessi proteici denominati F1:

1. formati da 5 o più subunità
2. sono ancorati alla membrana mediante un peduncolo di 3-4 nm

Le subunità del complesso F1 sono legate a quelle del complesso F0, che è totalmente inserito nella membrana interna e la attraversa completamente:

1. l’intero complesso F1-F0 è orientato in modo che le componenti F1 possano sporgere verso l’interno della membrana (nella matrice)
2. questo complesso (particella elementare) è l’enzima che attua la fosforilazione ossidativa.

Composizione chimica

In generale i mitocondri sono costituiti per la maggior parte da proteine, con la seguente composizione chimica:

1. 65-70% di proteine
2. 25-30% di lipidi
3. piccole quantità di acidi nucleici per circa 1-0,5%

è anche possibile ottenere dati sulla composizione chimica delle componenti isolate:

1. la membrana esterna è relativamente permeabile e ha un contenuto lipidico più alto di quella interna (40-50%). I lipidi principali sono i fosfolipidi.
2. la membrana interna ha un minor contenuto lipidico (20%), scarsa di colesterolo e ricca di proteine.

Altri componenti dei mitocondri sono:

1. acidi nucleici (DNA, RNA)
2. nucleotidi (ATP, ADP, NAD, NADP, FAD)
3. ioni Na+, Ca2+, Mg2+.

Modificazioni ultrastrutturali dei mitocondri nei vari tessuti

In differenti condizioni fisiologiche i mitocondri possono presentare forme differenti:

1. quando i processi do ossidoriduzione della fosforilazione rallentano, la camera interna si rigonfia e quella esterna si riduce, assumendo la cosidetta forma ortodossa
2. se viene stimolata la fosforilazione ossidativa, la camera interna si riduce e quella esterna si amplia. Si ha la forma condensata.

La forma condensata viene raggiunta poiché quando il mitocondrio è in attività, vengono pompati protoni dalla camera interna a quella esterna, con conseguente aumento di pH:

1. viene immessa acqua per evitare l’esagerata acidità nella camera esterna

Nel digiuno prolungato i mitocondri si gonfiano e mostrano una diminuzione delle creste ed una rarefazione della matrice.

In ambiente anaerobio la membrana interna si presenta liscia e le creste scompaiono.

Ciclo vitale, biogenesi ed origine.

Un mitocondrio si divide per frammentazione, e parte della sua membrana viene conservata:

1. la vita di un mitocondrio può durare differenti giorni o poche ore, a seconda del tipo cellulare in cui si trovano
2. l’eliminazione avviene per via autofagica, quando vengono avvolti da membrane del reticolo endoplasmatico e fusi con vescicole lisosomiali

I mitocondri possiedono un proprio genoma e un proprio apparato sintetico:

1. il DNA mitocondriale è ciclico e non legato a proteine. È agganciato alle creste mitocondriali
2. le differenti lunghezze dei filamenti genomici nei diversi organismi non comporta un numero differente di geni, ma solamente di sequenze introniche che vengono ripetute o di esoni.

La maggior parte delle proteine mitocondriali proviene dal citoplasma:

1. sintetizzate sotto il controllo del nucleo.

Il DNA mitocondriale, invece, codifica per:

1. RNA ribosomiale dei mitocondri
2. Geni per i 22 tRNA
3. Geni per 13 proteine che sono coinvolte nel processo di trasporto di elettroni e del complesso ATP-sintetasi.

Per quanto siano dotati di DNA e di tutto il corredo per la produzione di proteine, i mitocondri non sono in grado di produrre tutte le molecole di cui sono costituiti:

1. le proteine dei mitocondri sono in larga parte sintetizzate su ribosomi presenti nel citosol con informazioni fornite dal nucleo della cellula
2. le proteine hanno una specifica sequenza di riconoscimento legata all’estremo amminoterminale di 12-80 residui
3. sono legate da uno specifico recettore sulla membrana esterna del mitocondrio
4. dalla membrana sono poi smistate con vari procedimenti

Si pensa che il punto in cui le due membrane siano parecchio vicine sia un sito di traslocazione di proteine da una membrana all’altra e dalla membrana esterna alla matrice.

Dal citosol vengono anche importati i costituenti della membrana, in gran parte fosfolipidi, tra cui la cardiolipina, che è un fosfolipide che conferisce impermeabilità.

Sull’origine dei mitocondri vi sono due ipotesi:

1. endosimbiotica: i mitocondri sarebbero ex cellule procarioti capaci di attuare meccanismi ossidativi che non erano possibili alle cellule eucarioti, quindi questi sarebbero entrati in simbiosi
2. autogena: i mitocondri sarebbero nati da scissione di una parte di DNA dal nucleo della cellula eucariota al momento della divergenza con i procarioti. La porzione di DNA di membrana sarebbe stata racchiusa da membrane, che non sarebbero potute essere attraversate da proteine.

Funzione

La funzione principale dei mitocondri è quella di fornire energia alla cellula. L’energia è fornita alla cellula sotto forma di ATP (adenosintrifosfato), sintetizzata dai mitocondri grazie ad una serie di processi ossidoriduttivi con la catalisi dell’enzima ATP-sintetasi.

La sintesi dell’ATP si svolge in tre fasi:

1. glicolisi anaerobica: viene formato acido piruvico a partire da glucosio
2. ciclo di Krebs
3. fosforilazione ossidativa: viene creata energia dalla differente concentrazione di protoni tra i due spazi interni ai mitocondri.

Un mitocondrio può avere anche altre funzioni:

1. capacità di accumulare ioni calcio: l’importanza degli ioni calcio nella motilità intracellulare è data dal fatto che il calcio regola il movimento dei microfilamenti. La capacità di accumulare calcio è data dal potenziale di membrana che si viene a creare nella catena ossidoriduttiva.
2. Associazione reversibile di alcuni enzimi come le esochinasi: questi si associano alla membrana esterna e regolano alcuni processi come ad esempio la glicolisi che avviene nel citoplasma
3. Sintesi di ormoni streroidei: partecipano insieme al REL nella sintesi di ormoni steroidei con alcuni enzimi posti sulla membrana esterna.
4. Gluconeogenesi: è un meccanismo che interviene quando il glicogeno e il glucosio sono insufficienti per l’apporto energetico necessario alla cellula. Viene sintetizzato glucosio a partire da precursori non saccaridici.
5. Sintesi proteica: sebbene limitata alle proteine necessarie al mitocondrio.
6. Produzione di calore: quando non vi è sufficiente ADP per trasformare tutta l’energia in ATP, l’energia residua che deriva dalla fosforilazione viene dissipata in calore

Sintesi di lipidi e fosfolipidi.

Fonte: http://www.bluejayway.it/Enrico_Colombos_Page/Medicina_files/CORSO%20DI%20CITOLOGIA.doc

Sito web da visitare: http://www.bluejayway.it/Enrico_Colombos_Page

Autore del testo: Parolini

Il testo è di proprietà dei rispettivi autori che ringraziamo per l'opportunità che ci danno di far conoscere gratuitamente i loro testi per finalità illustrative e didattiche. Se siete gli autori del testo e siete interessati a richiedere la rimozione del testo o l'inserimento di altre informazioni inviateci un e-mail dopo le opportune verifiche soddisferemo la vostra richiesta nel più breve tempo possibile.

 

Citologia e cellule

 

 

I riassunti , gli appunti i testi contenuti nel nostro sito sono messi a disposizione gratuitamente con finalità illustrative didattiche, scientifiche, a carattere sociale, civile e culturale a tutti i possibili interessati secondo il concetto del fair use e con l' obiettivo del rispetto della direttiva europea 2001/29/CE e dell' art. 70 della legge 633/1941 sul diritto d'autore

Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).

 

Citologia e cellule

 

"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco

www.riassuntini.com dove ritrovare l'informazione quando questa serve