Prima lezione
Definizione Istologia: studio dei tessuti.
I tessuti si possono definire come complesse associazioni di cellule o di cellule e sostanza tra di
esse. Sostanza che viene chiamata intercellulare anche detta matrice extracellulare.
I tessuti si organizzano tra di loro e i risultati sono strutture anatomiche rivelabili come tali definite
organi, che hanno una specifica funzione. Per es. prendiamo un epitelio di rivestimento mettiamoci
sotto un connettivo poi una parte muscolare poi ancora del connettivo, integrati possono dare un
organo come lo stomaco che ha come funzione specifica quella digestiva.
Ma l’organo è ben più del complesso dei singoli tessuti così come più organi vanno a costituire
un’unità complessa, integrata da un punto di vista funzionale, che è l’apparato. Per esempio
l’apparato digerente costituito da più organi che tutti insieme collaborano a quella che la digestione
e l’assimilazione. L’insieme degli apparati danno l’organismo. L’organismo è un insieme mai una
somma. L’insieme in biologia è sempre più di una somma tra loro di vari apparati, ciascun apparato
di vari organi, gli organi di vari tessuti, i tessuti di cellule.
Allora la cellula è il punto di partenza per capire i vari livelli organizzativi del nostro organismo e
come tale la prenderemo in considerazione, partendo dalla definizione di cellula: la più piccola
porzione costituita di materiale vivente capace di vita autonoma. Questo significa che la materia
vivente si organizza a formare delle unità funzionali e morfologiche che vengono chiamate cellule.
Definiamo la materia vivente partendo dalle sue caratteristiche che sono:
-
La variabilità
La capacità di adattamento
La riproduzione
(la materia vivente non si presenta sempre uguale, ha insito nelle proprie
strutture, nel proprio significato, appunto la variabilità, che noi tocchiamo e
vediamo a livello cellulare nella grande variabilità che esiste tra una cellula e
l’altra sebbene tutte costituite su uno stesso schema. Ma la cellula del fegato
è uguale a un neurone, non è identica. E’ sempre una cellula, è sempre
quell’elemento ma non è uguale. Saliamo, il tessuto epiteliale dello stomaco
riveste lo stomaco come riveste l’epidermide di un corpo ma non sono uguali
identici, sono diversi . Saliamo la scala, per cui un organismo è simile al suo
vicino ma non identico a meno che non esistano due gemelli monovulari.
Ecco la grande variabilità che parte dalla materia vivente come substrato su
cui si costituiscono i vari livelli organizzativi. Ed è importante che esista
questa variabilità a tutti i livelli perché la comparsa periodica di variazioni
sotto forma di mutazioni ha reso possibile quella che Darwin ha descritto
come evoluzione. In atto tutt’ora, sempre come la selezione di caratteri più
adatti all’ambiente.
Capacità di adattamento all’ambiente:
La materia vivente non è inerte, non è semplice aggregato di materiale
biologico, risponde attraverso l’irritabilità. Se io sollecito in qualche maniera
la materia vivente questa risponde per diventare adatta a quello stimolo.
Pensate alla cellula nervosa in cui l’irritabilità è espressa al massimo grado,
tale a trasmettere stimoli che corrono sulla sua membrana, che sono tutte
quelle informazioni che ci rendono atti a vivere insieme agli stimoli del
sistema endocrino. Ma anche la cellula è in grado di rispondere nel suo
piccolo in maniera adatta allo stimolo che gli viene applicato, tutte le cellule.
Poi questa capacità di adattamento si esprime attraverso la capacità di
assorbimento. Noi non siamo in grado di fabbricarci materiale organico, non
siamo piante verdi, quindi a livello cellulare e di organismo assimiliamo e
assorbiamo sostanze che poi elaboriamo attraverso meccanismi metabolici, e
questo ci rende in gradi di accrescerci. Oltre ad accrescerci perché
sintetizziamo, siamo anche in grado di motilità inteso come movimento,
contrazione, cellulare (ameboide), ma anche come spostamento di organuli
all’interno di una cellula. Quindi a tutti i livelli è sempre valida questa
affermazione.
Inoltre la riproduzione:
La materia vivente si crea da ciò che crea già la materia vivente, niente nasce
dal nulla, la cellula nasce dalla cellula madre, un individuo nasce dalla
fecondazione dei gameti della madre e del padre.
Questa materia vivente si organizza in livelli strutturali diversi, organizzazione in cellule
procariotiche ed eucariotiche (livello più complesso).
Le cellule eucaritiche oltre ad avere un organizzazione strutturale molto più elevata di quelle
procariotiche (tipica dei batteri), è anche in grado di una specializzazione (nella pluricellularità le
cellule si indirizzano verso direzioni diverse per portare avanti funzioni diverse che daranno vita
all’organismo si specializzano acquisendo caratteristiche morfologiche biochimiche particolari. Poi
si aggregano formano i tessuti fino ad arrivare all’organismo pluricellulare. Se noi guardiamo una
cellula eucariotica, quando si aggrega ad un’altra, fa colonia, dove ciascuno continua a portare
avanti le proprie funzioni. E’ raro che ci sia un’integrazione del tipo di cui parliamo noi, anche se è
semplice. D’ora in poi noi parleremo delle caratteristiche della cellula eucariotica.
La materia vivente prende il nome di protoplasma che è costituito da componenti inorganici e
organici.
I componenti inorganici sono di due tipi: l’acqua e i Sali minerali. L’acqua è essenziale per la vita
(si dice che dove non c’è acqua non c’è vita, ed è vero). L’individuo maschile ne ha il 70%,
l’individuo femminile un po’ di meno perché ha più grasso. Alcuni tessuti innalzano questa
percentuale, e quindi la dobbiamo pensare come un elemento essenziale per la vita. L’acqua è un
solvente e le molecole possono avere due tipi di comportamento: interagire (polari, idrofile) o non
avere questo tipo di capacità (non polari, idrofobe). Poi noi in istologia ce ne dimentichiamo perché
studiamo la struttura, e l’acqua non si vede, anzi l’istologo spesso la porta via per potere osservare i
tessuti. Ma voi non ve ne potete scordare anche perché è nell’acqua che avvengono tutte quelle
reazioni che hanno a che fare con il metabolismo cellulare, tessutale e poi dell’organismo.
I Sali minerali sono un’altra componente importante in organica della materia vivente. I componenti
organici sono tutte e quattro le categorie dei composti che voi conoscete:
- carboidrati
- lipidi
- proteine (insieme di amminoacidi caratterizzate da una struttura primaria che identificano la
proteina, che può dare una sequenza amminocidica secondaria, terziaria, quaternaria
ecc..)
- Acidi nucleici
(sapere una loro descrizione generalizzata vedi: proteine)
LA CELLULA EUCARIOTICA
E’ costituita dalla membrana plasmatica che la avvolge, la separa e la connette con l’ambiente, e un
altro sistema membranoso che si chiama involucro nucleare che separa il contenuto della cellula in
due distretti. Uno esterno (il citoplasma) uno interno (il nucleo). Dobbiamo conoscere tutte queste
parti a livello strutturale e funzionale.
Apriamo una parentesi: l’occhio umano ha una risoluzione di circa 0.1/0.2 millimetri, questo
significa che un’occhio riesce a distinguere due punti a 0.1 mm per un occhio d’aquila. Sotto
questo limite non si focalizza non si distinguono. Poiché le dimensioni medie delle cellule sono
nell’ordine di 20-25 micrometri e poiché l’istologo studia le cellule e poi i tessuti, va da sé che a
occhio nudo non vede nulla. Ecco l’urgenza di introdurre strumenti d’indagine chiamati microscopi
che sono in grado di alzare questo potere e quindi di farci vedere due punti che sono più vicini di
0.1 mm.
Il microscopio ottico è uno strumento che può stare sul tavolo e che porta il potere di risoluzione a
circa 0.2 micrometri (nel caso di un buon microscopio ottico). Permette di osservare cellule, tessuti,
strutture cellulari fino al limite di 0.2 micrometri.
Il microscopio così detto elettronico permette di osservare strutture fino a 2 nanometri. Le strutture
subcellulari sono quasi tutte visibili con il microscopio elettronico a trasmissione. E’ uno strumento
grande che entra in una piccola stanza davanti al quale sta seduto l’operatore. E usa un pennello di
elettroni che corrono lungo un tubo sottovuoto, è una struttura complessa paragonata ad uno
strumento ottico valido che utilizza una sorgente di illuminazione quale la lampadina. Questa è
microscopia elettrica a trasmissione detta TME.
Di tutti microscopi elettronici che usano il pennello elettronico, c’è il SEM (microscopio a
scansione), che ha potere di risoluzione minore perché ci fa vedere strutture fino a 20 nm. Ci
permette di vedere la superficie delle strutture dando un’immagine che sembra tridimensionale.
Quindi due metodiche di indagine che danno informazioni complementari.
Parliamo di immagini e di risoluzioni di strutture per cui si può usare un analizzatore senza dover
vedere.
Per vedere al microscopio io non posso prendere una biopsia mentre quello viene operato perché ho
delle difficoltà derivanti dal fatto che il tessuto separato dall’organismo muore andando incontro a
deterioramento Quindi l’istologo provoca la morte immediatamente dopo che il pezzetto di tessuto è
stato asportato, lo fissa, rendendo l’immagine il più vicina possibile a quella che aveva nel vivente
di solito denaturando le proteine rendendole insolubili, allontano l’acqua e tutti i processi enzimatici
vengono bloccati quindi anche la rigenerazione. Poi ho bisogno di ridurlo in sottilissime sezioni, ma
poiché è materiale biologico estremamente variabile, si ha poco contrasto tra le strutture, quindi
coloro per la microscopia ottica, cioè conferisco dei colori che sono sempre delle ricette che
rendono le colorazioni ripetitive e per il microscopio elettronico a trasmissione spolvero dei metalli
pesanti che interagendo con gli elettroni gli danno immagini nere (quindi dico elettropache o
elettrodense) mentre le porzioni prive di questi metalli lasciano passare gli elettroni e quindi sono
bianche (elettrotrasparente).Trasmissione osservo strutture subcellulari, scansione osservo la
superficie.
Entrando nei particolari si perde in ampiezza generale.
Le dimensioni cellulari: medie sono circa 20-25 micrometri. Ce ne sono anche di più piccoli tipo
3, 3.5 micrometri come il piccolo linfocita, lo spermatozoo, il globulo rosso (7.2).Anche qui grande
variabilità, per la maggior parte cellule medie, in parte piccole, poi ci sono cellule grandi come la
cellula adiposa o come i neuroni che arrivano 60-70 micrometri fino a che superato il limite dei 150
micrometri si parla di cellule giganti, esempio su tutti la cellula uovo (il gamete femminile). Se si
superano i 200 micrometri si parla di cellule particolari quali quelle che ritroviamo nel tessuto
muscolare che, in certi casi, come ad esempio le cellule lisce dell’utero durante la gravidanza,
possono arrivare ad alcuni mm o addirittura cm, allora le vedo anche ad occhio nudo.
Anche la forma delle cellule è variabile. I fisici ci dicono che se la cellula è libera di prendere le
dimensioni che più gli aggradano, per fenomeni di tensione superficiale in cui noi non entriamo,
sarebbe una sfera. Di fatto in natura poche cellule sono sferiche, ce ne sono alcune che fanno parte
del pool dei globuli bianchi come il granulocita e il monocita, che però rotolano dentro un sistema
fluido. A livello dei tessuti possiamo trovare la cellula adiposa che è globosa per un grosso
accumulo di trigliceridi dentro, poi la cellula uovo che per antonomasia è una cellula rotonda.
Ma la forma cellulare si modifica per due motivi:
Mutui contatti:se una cellula deve aderire strettamente ad un’altra a formare delle fibre come negli
epiteliali e negli agglomerati, due palle si toccano in un solo punto, mentre i prismi sono adatti
quindi selezionati per avere contatti più stretti. La forma più poliedrica nelle sue più svariate
manifestazioni (cubico, cilindrico, parallelepipedo, tronco di piramide ecc..). Forma poliedrica
sfaccettata nella più grande variabilità.
L’altra spinta è la funzione. La cellula si specializza durante la sua vita. Nasce secondo modello
base, poi per stimoli ambientali ed espressione del proprio genoma, acquisisce caratteristiche
morfologiche diverse in base alla funzione.
La prima caratteristica che può assumere è la forma in base alla funzione. La cellula nervosa, il
neurone, è una cellula grande avvolte gigante che si è selezionata per ricevere informazioni dalla
periferia e portarle ai centri per elaborare risposte dai centri e portarle anche in periferia oppure per
fare circuiti. Allora si costituisce questa forma costituita da un corpo con dei prolungamenti, e uno
di questi è in grado di raggiungere distretti lontani dal corpo e avere contatto con tantissime altre
cellule uguali. Quindi esprime in forma una funzione acquisita. Lo spermatozoo si è adattato a
risalire apparato femminile e raggiungere la cellula uovo. Ha la forma ridotta ad una testa che porta
il nucleo, dei lisosomi e tanti mitocondri per avere energia, più un lungo flagello. Terzo esempio:gli
elementi muscolari. Che cos’è la contrazione?è un meccanismo complesso in cui l’elemento in
questione si accorcia a parità di forme quindi diventa più grosso. Sono selezionate strutture molto
allungate che accorciandosi possono gonfiare rendendo la contrazione efficace, a differenza se
fossero dei palloni.
Membrana plasmatica:
E’ una sottile pellicola che separa e unisce la cellula dall’ambiente. Anche gli storici con microscopi
rudimentali si erano accorti che c’era una pellicola a dare individualità alla cellula perché, se la
bucavano con microaghi, usciva del materiale. Negli anni ’50 con l’avvento della microscopia
elettronica riuscimmo a mettere in evidenza la membrana con tre strati, due eletropachi (uno che
guarda all’ambiente extra e l’altro intracellulare) con nel mezzo uno strato elettrotrasparente. Lo
spessore era tra 0.7 e 10 nm. I chimici si misero all’opera scoprendo i costituenti ma smontando le
strutture. I costituenti sono proteine, lipidi e carboidrati. I lipidi fanno parte integrante della
membrana e sono posti in doppio strato. Le proteine possono essere parte integrante della
membrana oppure no e cmq ne fanno parte in due aspetti diversi. I carboidrati sono posizionati nella
porzione esterna della membrana verso l’ambiente extracellulare, a formare il glicocalice.
I fisiologi si erano dati da fare per spiegare il funzionamento della membrana, mancava un modello
che mettesse tutti d’accordo. Tra gli anni ’50 e ‘60 sono venute fuori tante idee, fino al ’71 ad opera
di Singer e Nicolson, che idearono un modello. Modello che mise tutti d’accordo, ed è ancora
valido, secondo il quale le membrane cellulari sono fatte da lipidi fatti in modo che una porzione
della loro molecola ha affinità con l’acqua (porzione polare o testa), poi hanno delle code fatte da
acidi grassi che non hanno affinità con l’acqua e quindi sono idrofobe, non polari. Questi lipidi
appartengono alla categoria dei fosfolipidi e colesterolo, quindi le membrane cellulari sono
costituite da fofsolipidi e in qualche parte da colesterolo, va da sé che, visto la grande variabilità tra
cellule, i tipi di fosfolipidi e quantità di colesterolo può variare. Questi lipidi se gettati in ambiente
acquoso quale quello vivente, si organizzano in un doppio strato esponendo le teste idrofile
all’ambiente intra ed extra cellulare dove c’è acqua, affondano le code idrofobe tra loro. Si crea
quindi uno strato di lipidi a circondare le cellule, a doppio. Questo triplo strato è quello che si vede
in microscopia.
I chimici ci hanno detto che ci sono anche le proteine. Proteine di membrana integrali intrinseche
che hanno la molecola costituita in maniera tale da affondare nel doppio strato lipidico, alcune un
po’,altre a tutto spessore sporgendo sia nell’ambiente intra che extra cellulare.
Poi esistono proteine estrinseche così dette, cioè proteine che contraggono coi lipidi dei legami
deboli, e si adagiano sul versante sia interno che esterno. Il tipo di interazione delle proteine
intrinseche, rispetto alle estrinseche col doppio strato lipidico, è minore, avendo una conformazione
molecolare che gli permette di interagire con i lipidi, ma non tanto da affondarcisi dentro al doppio
strato (dipende dall’aggregazione terziaria o quaternaria e dagli amminoacidi che contengono
all’interno).
Anche i carboidrati fanno parte integrante della membrana. Queste formazioni zuccherine a catena
si possono legare a lipidi di membrana formando glicolipidi. Oppure si legano alle proteine, sia
intrinseche che estrinseche, formando glicoproteine o proteoglicani (le prime differiscono dalle
seconde per le catene glicidiche che sono formate da monomeri o no e sono più o meno lunghe).
Si crea quindi una grossa asimmetria nella struttura della membrana perché la porzione
carboidratica è solo sul versante extracellulare. Potremmo dire che intorno alle cellule è presente
una nuvola zuccherina data dai carboidrati legati a lipidi o proteine che prende il nome di
glicocalice (si vede al microscopio elettronico). Ma non tutte le cellule lo esprimono allo stesso
modo, può essere più o meno accentuato e costituito da diversi tipi di zuccheri (grande variabilità).
Questo nell’insieme è il modello di membrana che prende anche il nome di mosaico.
Nel mosaico abbiamo le piastrelle che fanno il disegno (proteine), c’è la malta, una sostanza che
tiene le piastrelle adese tra loro (lipidi). Un mosaico fluido perché il doppio strato deve essere visto
come un mantello oleoso che circonda la cellula, che è più o meno fluido a seconda della quantità di
colesterolo e del tipo di fosfolipidi che avrò in quel tipo cellulare.
Quindi l’affinità della membrana è variabile da cellula a cellula. Ci sono cellule come i macrofagi
che hanno tante interazioni con l’esterno quindi hanno un membrana estremamente fluida. Ci sono
invece cellule del nostro sistema nervoso centrale che chiudono e proteggono il loro ambiente
intracellulare per cui la fluidità sarà minore.
In questo fluido più o meno denso ci stanno le proteine che si possono spostare o rotolarci sopra.
Si chiama sistema membranoso citoplasmatico un insieme di vescicole, tubuli, cisterne rivestite
da membrana unitaria. La membrana unitaria non è appannaggio solo della membrana plasmatica
ma anche di tutti i sistemi che stanno dentro la cellula.
FUNZIONI DI MEMBRANA
1. La cellula viene identificata dalla sua membrana che gli dà una sua individualità e la separa
dall’ambiente esterno.
2. Garantisce l’adesione tra cellula e cellula. L’adesione è mediata principalmente dal
glicocalice. Le glicoproteine di membrana hanno spesso un dominio che riconosce
l’ambiente intracellulare ma anche l’ambiente extra dato dalla sostanza intercellulare, la
riconoscono e ci si possono legare. Non è una funzione di poco conto perché qualora la
cellula perde la capacità di riconoscere il contatto con cellule simili, autolimitarsi quindi
nella divisione, quando perde la capacità di riconoscere dove si trova è già neoplasia,
colonizzano i tessuti estranei dando le metastasi.
3. Scambi tra cellule e ambiente. La membrana plasmatica, questo involucro, applica una
permeabilità selettiva. Dà un preciso ordine a ciò che passa. Attraverso la membrana può
passare acqua, ioni, piccole molecole. Oppure possono passare strutture vescicolari in un
senso o nell’altro, materiale articolato o macromolecole, va da sé che la membrana deve
operare dei meccanismi di importazione ed esportazione più complessi.
Il trasporto transmembranico:
T. passivo: quando acqua, ioni, piccole molecole o gas respiratori passano la membrana da
un versante all’altro seguendo un gradiente di concentrazione o elettrico. Vanno
da dove è più concentrata a dove è meno. Il doppio strato lipidico non è per loro
una barriera, ci si sciolgono e riaffiorano dall’altra parte. Ma l’acqua dovrebbe
trovare un muro e stessa cosa vale per le piccole molecole e ioni. Ci vengono in
aiuto le proteine intrinseche di membrana, le quali si conformano a formare
canali idrofili attraverso la membrana. Alle volte ci possono essere proteine che
riconoscono le macromolecole da far passare, ci si legano e sempre secondo
gradiente le fanno passare fuori o dentro (proteine vettrici).
Riassumendo, secondo gradiente, ciò che si scioglie nei lipidi ci passa da solo.
Ciò che trova barriera trova aiuto nelle proteine sotto forma di canali idrofili o
sottoforma di proteine vettrici.
T. attivo: Viene trasportato contro gradiente di concentrazione o elettrici. Si va da dove è
meno a dove è più concentrato, quindi ci vuole energia. Qual è la molecola che
immagazzina energia?ATP. Quindi c’è consumo di ATP.
Il trasporto attivo è quindi sempre legato ad attività ATP-asica, in cui c’è
scissione dell’ATP in ATP+ più fosfato (??), creando energia. Il trasporto attivo
è mediato dalle proteine di membrana che scindono l’ATP e poi trasportano le
sostanze contro gradiente. In particolare voglio portare la vostra attenzione al
trasporto contro gradiente di ioni, fatti da particolari proteine di membrana che si
chiamano pompe.
Le pompe altro non sono altro che proteine di membrana che trasportano ioni
contro gradiente. Ci sono pompe di vario tipo sulle membrane cellulari, per il
calcio estremamente importanti per il fenomeno della contrazione. Una molto
studiata è la pompa sodio/potassio che è legata a molti lavori cellulari ma in
particolare a quel fenomeno di membrana che è l’impulso elettrico proprio delle
cellule nervose. Questa pompa trasporta ioni diversi in diverse direzioni. Porta il
sodio fuori dalla cellula contro gradiente di concentrazione stessa cosa per il
potassio in direzione opposta. Sono entrambi ioni positivi, ma mentre trasporta
fuori più ioni sodio che dentro ioni potassio, si crea una disuguaglianza di cariche
positive sui due versanti della membrana, che sono alla base dei fenomeni
elettrici.
