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