Citologia

La CITOLOGIA è la scienza che studia la cellula.

Si calcola che ogni organismo possieda più di 100 tipi diversi di cellule differenti , sebbene la struttura di base sia sostanzialmente simile, ogni tipo di cellula differisce dall'altra per caratteristiche legate alla diversa funzione.

Pur esistendo diversi tii di cellule, tuttavia possibile distinguere due tii fondamentali :

la cellula procariotica ( dal greco pro- primitivo karion nucleo nucleo primitivo )

la cellula eucariotica ( dal greco eu- buono      karion nucleo vero nucleo )

Le cellule procariotiche ( in generale i procarioti ) sono rappresentate dai batteri e dalle alghe azzurre, organismi le cui dimensioni variano intorno a pochi micron ( 1/1000 di mm. ) .

La loro peculiarità consiste :

nella mancanza di un vero nucleo, per cui il materiale genetico , come poi vedremo , è libero

all'interno della cellula.

nella presenza di una parete cellulare che protegge l'organismo dall' esterno

nell' assenza di organuli cellulari.

I batteri sono gli organismi più rappresentati fra questi tipi cellulari e rivestono, come vedremo in seguito, un' importanza fondamentale nello studio delle malattie infettive.

La cellula eucariotica varia in base alla sua funzione e rappresenta il tipo cellulare più evoluto, che è presente negli organismi pluricellulari, compreso l' uomo .

Fra i suoi componenti distinguiamo :

la membrana cellulare

il nucleo

il citoplasma

La cellula eucariotica rappresenta inoltre un tipo di organismi unicellulari detti PROTOZOI che, a differenza dei batteri, sono più evoluti e , pur essendo formati da una sola cellula, essa è capace di specializzarsi per compiere determinate funzioni.

La membrana è presente nelle cellule sia animali che vegetali.

Essa è formata da un doppio strato di molecole chiamate fosfolipidi, la cui caratteristica è quella

di disporsi in un doppio strato con le teste verso l' interno e verso l' esterno della membrana mentre con le code verso l' interno. ( fig. 1)

esterno della cellula

interno della cellula

fig. 1

Questo è reso possibile dal fatto che ogni molecola presenta all' interno della stessa una parte, la testa, stabile in acqua ( polare ) ed una parte, la coda, non stabile in acqua ( apolare). La testa si disporrà quindi verso l' interno e verso l' esterno della cellula, mentre le code si troveranno all' interno della membrana. ( fig. 2)

All' interno della membrana sono inoltre presenti delle proteine che regolano il passaggio di molecole dall' interno all' esterno e viceversa.( queste sono chiamate CANCELLI o GATES ).

fig. 2

La membrana ha il compito di

proteggere la cellula dall' ambiente esterno

far sì che il passaggio di molecole sia controllato e non casuale

far entrare materiale nutritivo per la cellula

Ricevere e trasmettere impulsi

Il citoplasma è il liquido formato da acqua e sostanze organiche ed inorganiche nel quale sono contenuti gli organelli ed il nucleo.

Il nucleo è delimitato da una membrana e racchiude una parte importantissima della cellula : il materiale genetico.

Questo è rappresentato dal DNA che racchiude tutte le informazioni dell' organismo cui appartiene. Ognuna di queste informazioni è chiamata gene.

Il DNA è formato da una doppia elica ed è presente in forma ammassata , detta cromatina, o in alcuni periodi della vita cellulare , in un determinato numero di particelle, dette cromosomi.

Gli organelli cellulari sono :

i mitocondri

i ribosomi

il reticolo endoplasmatico

liscio

rugoso

l' apparato del Golgi

i lisosomi.

I mitocondri sono i siti della respirazione cellulare , e sono importanti perché sono la fonte d'energia della cellula. Quest'energia è immagazzinata in una molecola , che prende il nome di l'ATP ( Adenosin Tri Fosfato) [Adenosine Tri Phosphate dall' inglese n.d.r. ]

Recentemente si è scoperto che anche i mitocondri contengono una piccola parte di DNA detto DNA mitocondriale; questi studi rivestono una grande importanza perché sembra che vi siano delle associazioni con alcune malattie genetiche.

I ribosomi sono sferette libere o legate al reticolo endoplasmatico, e sono importanti perché sede

della sintesi proteica, in pratica la sintesi delle proteine.

Il reticolo endoplasmatico è costituito da una serie di membrane che costituiscono dei canalini

nudi o ricoperti di ribosomi. Il reticolo privo di ribosomi è detto liscio, quello ricoperto da

ribosomi, rugoso.

Il compito del reticolo endoplasmatico rugoso è di sintetizzare proteine che saranno escrete all'esterno della cellula;

il compito di quello liscio invece è quello di detossificare la cellula da sostanze tossiche, o di sintetizzare alcuni grassi come il colesterolo.

L' apparato del Golgi è formato da una serie di cisterne ed ha il compito di 'raffinare' cioè completare e rendere funzionali le proteine sintetizzate dai ribosomi.

Il citoscheletro è una sorta d'armatura interna della cellula e serve da impalcatura della stessa.

Esso è formato da 2 tipi di filamenti che prendono il nome di microtubuli e microfilamenti

Le funzioni cellulari

Avevamo visto nello studio della morfologia della cellula che il nucleo delle cellule eucariote conteneva il DNA.

Questa è una molecola importantissima per la vita della cellula, poiché essa contiene tutte le informazioni che riguardano la cellula e quindi l' organismo stesso.

Dal punto di vista della struttura chimica, essa è formata da :

desossiribosio ( un carboidrato, cioè uno zucchero semplice , a 5 atomi di carbonio =

fosfato ( formula chimica PO₄ ^3- )

basi azotate ( Adenina , Timina, Citosina e Guanina )

Il DNA assuma la forma di un doppio filamento e si dispone nello spazio a forma di elica.

I due filamenti sono formati dal Ribosio e dal Fosfato e quest'ultimi sono tenuti insieme dalle basi azotate formando una figura che assomiglia molto ad una scala a chiocciola.

Le basi non si legano a casaccio ma seguono un ordine ben preciso:

l' Adenina si lega alla Timina mentre la Citosina si unisce alla Guanina ( RICORDA A--T , G -C)

Sembra strano ma questa successione di basi costituisce il CODICE GENETICO: cioè le basi non si

dispongono casualmente ma seguono un codice che permette alla cellula di custodire tutte le informazioni necessarie alla vita dell' individuo (fig. 1) .

Ogni informazione contenuta nel DNA prende il nome di gene. Fisicamente il gene è una successione di basi che racchiudono tutte le informazioni necessarie per sintetizzare una proteina (le proteine , come vedremo, sono le molecole più importanti nella struttura di un organismo)

Il DNA che si trova all' interno del nucleo si serve di un' altra molecola , l'RNA per trasmettere le informazioni al di fuori del nucleo, nel citoplasma .

fig. 1

Dal punto di vista della struttura chimica, l' RNA è formato da :

ribosio

fosfato

basi azotate ( Adenina , Uracile, Citosina e Guanina )

Quindi l' RNA è molto simile al DNA per quanto riguarda la struttura chimica, e differisce per il ribosio al posto del desossiribosio e dall''Uracile al posto della Timina.

Per quanto riguarda la struttura, l' RNA si presenta nella forma di un filamento singolo con la lunghezza pari ad un gene ( quindi fisicamente è molto più piccolo del DNA ) .

Il suo compito è di copiare le informazioni del DNA e portarle dal nucleo al citoplasma.

Questo processo prende il nome di SINTESI PROTEICA

Vediamo in dettaglio questo processo:

Fase 1 : TRASCRIZIONE

l' RNA si costituisce all' interno del nucleo copiando " a stampo" le informazioni del DNA.

Le basi si appaiano come nel DNA ( A-U , G-C ).

Fase 2 : TRADUZIONE

L' RNA esce dal nucleo e si porta sui ribosomi dove viene " letto " il codice genetico e costituisce

la proteina. ( fig. 2)

Proteina

La moltiplicazione cellulare

Le cellule eucariote si riproducono secondo un meccanismo ben regolato che prende il nome di

MITOSI

Analizziamo il processo per intero :

tutte le cellule nella loro vita attraversano un periodo di quiescenza ( sono a riposo , cioè non si moltiplicano ) ed un periodo di attiva moltiplicazione.

Basti pensare ai tessuti dell' embrione dove , le cellule del futuro organismo sono in piena attività per formare gli organi necessari alla vita.

Ma anche in un organismo maturo vi sono alcuni tessuti le cui cellule si duplicano con elevata frequenza : basti pensare alle cellule degli strati profondi dell' epidermide che devono sostituire quelle degli strati superficiali o le cellule del sangue che hanno una vita breve.

In altri tessuti, invece, le cellule si moltiplicano solo in alcune circostanze come, ad esempio, in caso di una riparazione ( cellule del tessuto osseo o muscolare in caso di trauma ) ; in altri , infine, le cellule non si moltiplicano una volta che i tessuti si sono formati ( es. il tessuto nervoso )

Quindi nella vita della cellula abbiamo 2 momenti :

-- INTERFASE           

-- FASE MITOTICA

La prima rappresenta il periodo in cui la cellula non si divide; in questo periodo essa svolge le sue attività metaboliche senza però moltiplicarsi.

Esso si divide in 3 fasi :

G1 G0

S

G2

( vedi fig. 3)

fig. 3

Le fasi G1 , S e G2 sono dei periodi in cui la cellula si prepara alla divisione e sintetizza tutti quegli elementi che le permetteranno questo processo. Se dalla fase G1 passa alla fase G0 allora entra in riposo e fino quando non passa alla fase successiva.

In particolare nella fase S si ha la sintesi , o meglio la DUPLICAZIONE , del DNA in si forma una copia identica della molecola del DNA.

Dopo la fase G2 inizia la fase di divisione vera e propria , detta FASE MITOTICA

Essa si divide in 4 punti :

PROFASE

METAFASE

ANAFASE

TELOFASE

Durante la PROFASE si costituiscono gli apparati nella cellula che permetteranno la divisione (apparato mitotico ).

Uno dei concetti più importanti da ricordare è quello che durante la mitosi il DNA si " condensa ", cioè si spiralizza, per formare dei corpicini detti CROMOSOMI

Questi si presentano con la forma di una " X ", in coppia e in numero differente secondo le specie considerate.

Nell' uomo sono presenti 23 coppie con un totale di 46 cromosomi.

I cromosomi si formano durante la METAFASE e si dispongono al centro di un insieme di fibre che prendono il nome di fibre del fuso.

Durante l' ANAFASE , ogni cromosoma è diviso in due parti, ognuna delle quali prende il nome di CROMATIDI. Ogni cromatide è " tirato " ai poli della cellula dalle fibre del fuso.

Nella fase finale , la TELOFASE, i cromosomi si despiralizzano, si riforma la membrane nucleare e scompaiono le fibre del fuso. Allo stesso tempo si ha la divisione della cellula in 2 cellule

identiche.

Pertanto il significato di questo processo è , oltre a sintetizzare tutti gli organelli che si distribuiranno nelle 2 cellule figlie, quello di dividere il DNA nelle cellule senza la perdita di materiale genetico.