Laurea triennale in Biotecnologie
Corso di:
CITOLOGIA, ISTOLOGIA E EMBRIOLOGIA
Luciana Dini
[email protected]
La biologia (dal greco βιολογία, composto da βίος,
bìos= "vita" e λόγος, lògos= nel senso di "studio")
è la scienza che studia tutto ciò che riguarda la vita.
• Con il termine di biotecnologia (tecnologia
biologica) si indicano tutte le applicazioni
tecnologiche della biologia. Tra le definizioni
disponibili, la più completa è indubbiamente
quella stesa dalla Convenzione sulla Diversità
Biologica:
"La biotecnologia è l'applicazione tecnologica che
si serve dei sistemi biologici, degli organismi
viventi o di derivati di questi per produrre o
modificare prodotti o processi per un fine
specifico".
Visione generale della biologia
I biologi studiano la vita a molteplici livelli di scala:
•su scala molecolare con biologia molecolare, biochimica e genetica molecolare(studio di
grandi molecole biologiche, della loro struttura, delle loro proprietà e interazioni)
•su scala cellulare con citologia
•su scala multi-cellulare con istologia
•su scala di strutture e processi di un organismocon anatomiae fisiologia
•su scala dello sviluppo di un organismo mediante l'embriologiae la biologia dello sviluppo
•su scala di popolazione di organismi con genetica delle popolazioni, ed esame delle
interazioni fra di essi con etologia(comportamento e adattabilità)
•su scala multi-specie(lignaggio, discendenza) con la sistematica(paragone e classificazione
di organismi viventi ed estinti)
•su scala ancora maggiore si trova l'ecologia (che studia gli ecosistemi, cioè le interazioni
tra gli organismi viventi e il loro ambiente abiotico) e lo studio dell'evoluzione
CITOLOGIA: studio della cellula
ISTOLOGIA: studio dei tessuti e degli
organi
EMBRIOLOGIA: studio dello sviluppo
embrionale
TESTO CONSIGLIATO
Citologia ed istologia
Zaccheo, Pestarino
Citologia, Istologia e
Anatomia
Microscopica
Pearson
Lewin
Cellule
Zanichelli
L.P. Gartner, J.L.
Hiatt,
Istologia,
Edises.
TESTI DI CONSULTAZIONE:
BIOLOGIA CELLULARE
ANGELINI F et al. Biologia della cellula, Edi-Ermes
ALBERTS et al “Biologia Molecolare della Cellula”, Zanichelli
DARNELL, LODISH e BALTIMORE “Biologia molecolare della cellula”, Zanichelli
KARP G., “Biologia molecolare e cellulare”, EdiSES
WOLFE, S.L. “Biologia Cellulare e molecolare”, EdiSES
WOLFE, S.L. “Introduzione alla Biologia Cellulare e Molecolare”, EdiSES
COOPER. “La cellula, un approccio molecolare”, Zanichelli
ROSATI, COLOMBO, “La Cellula” “I Tessuti”, Edi-Ermes
ISTOLOGIA
ANGELINI F et al. Biologia dei tessuti, Edi-Ermes
BERGMAN, RA., AFIFI, A.K. e HEIDGER P.M., “Istologia”, EdiSES
BLOOM, W. FAWCETT, D., “Trattato di Istologia”, Piccin
JUNQUEIRA, CARNEIRO e KELLEY, “Compendio dl Istologia”, Piccin
MOLINARO et al. “Istologia di V.Monesi”, Piccin
WEISS, L e GREEP, R.Q., “Istologia”, Zanichelli
GARTNER, HIATT, “Istologia”, EdiSES
FIEDLER, LIEDER, “Atlante illustrato di Istologia”, Muzzio
KUHNEL “Atlante di Citologia e Anatomia Microscopica”, Ambrosiana
KRSTIC “I Tessuti dell'Uomo e dei Mammiferi, un Atlante per gli Studi Medici e Biologici” Masson
S0B0TTA, HAMMARSTEN, “Istologia”, USES
STEVENS, LOWE, “Istologia”, Ambrosiana
BURKITT, YOUNG e HEATH, Wheater “Istologia e anatomia microscopica, testo atlante”, Ambrosiana
TESTO CONSIGLIATO
Embriologia
Andreuccetti, Carnevali, Dini,
Falugi,Filosa, Kalthoff, Viscuso
Biologia dello sviluppo
McGraw-Hill
Testi di consultazione
Le Moigne, Foucrier BIOLOGIA DELLO SVILUPPO - EdiSES
Gilbert BIOLOGIA DELLO SVILUPPO – Zanichelli
Houillon EMBRIOLOGIA DEI VERTEBRATI - Ambrosiana
Riviste divulgative in italiano
Riviste scientifiche in inglese
• video
CELLULE
Unità strutturali e funzionali di tutti
gli organismi viventi
Diversità cellulare
LA TEORIA CELLULARE
• Tutti gli organismi consistono di una o
più cellule (Schwann 1839)
• La cellula è l’unità di base della
struttura di tutti gli organismi (Schwann
1839)
• Tutte le cellule originano da cellule
preesistenti (Virchow 1855)
Lo sviluppo della teoria cellulare moderna
•
Comporta l’integrazione di tre linee diverse in un’unica scienza, ciascuna con una
distinta origine storica
– La biochimica
• Studio della chimica e delle funzioni delle strutture biologiche
• Comprensione dei processi metabolici mediante lo sviluppo di:
– Tecniche per la separazione di componenti cellulari e molecolari (frazionamento
subcellulare, ultracentrifugazione, cromatografia, elettroforesi)
– Tecniche per lo studio delle reazioni enzimatiche (uso di composti marcati con
la radioattività ecc.)
– La genetica
• Si focalizza sul flusso dell’informazione
• Dimostrazione che il DNA è il portatore dell’informazione genetica in
grado di determinare l’ordine degli elementi di base delle proteine e,
quindi, le funzioni e le caratteristiche strutturali delle cellule stesse
– La citologia
• Studio della struttura cellulare, sfruttando soprattutto le tecniche
basate sull’ottica
•
La maggior parte delle integrazioni è avvenuta negli ultimi 75 anni
Dimensioni cellulari
Origine della citologia
•L’origine e il progredire dello studio della
cellula è strettamente connesso allo
sviluppo di strumenti e di metodiche
sempre più potenti che hanno consentito di
osservare la cellula e gli organelli in essi
contenuti.
•L’origine dela citologia risale alla fine del
1500 con l’invenzione del microscopio ottico
composto ad opera di Zacharias Jansenn.
Primi microscopi
•Nel 1665 Robert Hook esaminò al
microscopio la sezione di un
sughero osservando una struttura
costituita da tante piccole camere,
in latino cellule.
•Antoni van Leeuwenhoek grazie a
sistemi di ingrandimenti di sua
invenzione (microscopio ottico
semplice) individuò dapprima i
protozoi(1674) e successivamente
i batteri(1683).
Prime osservazioni degli organelli
•Robert Brownnel 1833 studiando in vivo le cellule di un’orchidea
osservava al loro interno un globulo centrale che chiamò nocciolo, in
latino nucleo.
•1838 – Matthias Schleiden Giunse alla conclusione che tutti i tessuti
delle piante erano costituiti da cellule e che una pianta embrionale
nasceva sempre da una singola cellula – Teoria presto estesa agli animal
(Scwann, 1839)
•1857 –Albert von Kölliker descrive i mitocondri nelle cellule muscolari
…ma occorsero più di due secoli dalle prime osservazioni perché gli
studiosi di scienze naturali riuscissero ad andare al di là delle pure e
semplici ossrvazioni e comprendessero la reale importanza delle
cellule per gli esseri viventi
….successivamente Rudolf Virchof (1855) formulano
la teoria cellulare che afferma:
•tutti gli organismi consistono di una o più cellule;
•la cellula è la più piccola entità vivente
identificabile ed autonoma;
•tutte le cellule derivano da cellule preesistenti.
Nel 1850 Schulze definisce la cellula:
Particella microscopica elementare della
sostanza vivente,
-costituita da una massa mucillaginosa
contrattile,
-ben delimitata,
-non miscibile con acqua,
-che contiene un corpicciattolodetto
“nucleo”.
ECCEZIONI ALLA TEORIA
1)Non tutte le cellule sono microscopiche (cellule
uovo)
2)La materia vivente non è fatta solo di cellule:
tessuti con elementi extracellulari (t.connettivo)
3)Non vi è sempre un solo nucleo: Sincizi e plasmodi
(t.muscolare scheletrico)
4)Virus: organismi viventi non cellulari
5)Autonomia cellulare non è assoluta:
a) interazioni tra cellule
b)inibizione da contatto
Oocita: cellula uovo umana
200 μM
Unità e diversità delle cellule
• E’ stato stimato che le specie viventi sul
nostro pianeta siano almeno dieci milioni,
forse cento.
• Le cellule di tutte queste specie (batteri,
farfalle, rose e delfini) che cosa hanno
in comune e in cosa differiscono?
Due classi di cellule fondamentalmente diverse
PROCARIOTI E EUCARIOTI
Eubatteri
Batteri
e
Cianobatteri
Archeobatteri
Metanobatteri
Alobatteri
Solfobatteri
Termoacidi
Rimanenti
forme di vita
Sopravvivono in
condizioni estreme
(metanofili, alofili e
termofili)
La massima diversificazione
cellulare si riscontra tra i
PROCARIOTI
La massima
specializzazione
cellulare è
mostrata dagli
eucarioti
eucariote
procariote
cellula eucariotica
Caratteristiche comuni tra procarioti
ed eucarioti
• Linguaggio genetico identico (informazione genetica
codificata dal DNA che usa lo stesso codice genetico)
• Meccanismi simili per la trascrizione e la traduzione
dell’informazione genetica (inclusi i ribosomi)
• Vie metaboliche condivise (es. glicolisi e ciclo degli ATC)
• Meccanismi simili di fotosintesi
• Simile apparato per la conservazione dell’energia chimica
sotto forma di ATP, con una diversa localizzazione
• Entrambi i tipi cellulari sono delimitati da membrana
plasmatica, di struttura simile, che li separa e protegge
dal mondo circostante
Le cellule eucarioti sono più
complesse:
•
Le cellule eucarioti possiedono un nucleo delimitato da membrana
(eucariote da eu: vero e carion: nucleo)
•
Il DNA degli eucarioti è strettamente associato a proteine
mentre quello dei procarioti è “nudo” (molecola circolare)
•
Le cellule eucarioti si dividono per “mitosi”, la maggior parte dei
batteri si divide per scissione binaria
•
Il citoplasma delle cellule eucarioti contiene una serie di
strutture diverse:
-
non delimitati da membrana
(tubuli e filamenti del citoscheletro, ecc.)
-
delimitati da membrane
(mitocondri, reticolo endoplasmatico, Golgi ecc)
Forme e dimensioni di alcuni batteri
“Forma e dimensione delle cellule sono
collegate alle loro funzioni”
•
Alcune cellule, come l’ameba ed il globulo bianco,
possono cambiare forma quando si muovono
• Le cellule spermatiche possiedono lunghe code a
forma di frusta (flagelli)
• Le cellule nervose possiedono estensioni sottili
anche molto lunghe (anche un metro)
• Le cellule epiteliali hanno forma quasi rettangolare
e sono impilate come mattoni per formare
strutture lamellari
Le dimensioni cellulari hanno un limite
Perché la maggior parte delle cellule è così piccola?
Man mano che la cellula si ingrandisce, il suo volume aumenta in
misura maggiore rispetto all’area della superficie
-Unicellulari e
pluricellulari,
-Presenza di organelli
intracellulari,
-riproduzione sia asessuata
che sessuata
Lisosoma
Mitocondrio
Perossisoma
Golgi
Reticolo Endoplasmatico
Nucleo
Citoplasma
Citosol
NUCLEO
•Organello cellulare
più grande
•Involucro Nucleare
(doppia membrana)
•Racchiude il DNA
NUCLEOLO
•Regione del nucleo
•Organizzatori dei
ribosomi
•Anche più di uno
per nucleo
RIBOSOMI
CITOSCHELETRO
•Rete di fibre che si spande in tutto il
•Citoplasmatici
citoplasma
•Assemblatinelnucleo
•Supporto cellulare e movimento
•Compostida:
•3 componenti principali:
•Proteine60%
•Microfilamenti
•RNA ribosomiale40%
•Proteine globulari (actina) supporto e
•Sitodellasintesidelleproteine
contrazione cellulare
CLOROPLASTI
•Poliribosomio
polisomi
•Filamenti intermedi
•Organelli con una doppia membrana ed un proprio DNA
•Proteine fibrose (cheratine),supporto
•Solo in cellule vegetali
•Microtubuli
•Organelli deputati alla fotosintesi
•proteine globulari (tubulina), supporto e
•Processo anabolico, endoergonico, anaerobico
motilità
Sistema di
Endomembrane
•Energia
luminosa ed acqua convertite in macro-molecole organiche,
Le membraneGlucosio
degli organelli cellulari sono in
relazione le une con le altre
1.Involucro nucleare
MITOCONDRI
2.Reticolo endoplasmatico
•Organelli con una doppia membrana ed un
3.Vescicole di trasporto
proprio DNA
4.Apparato del Golgi
•Sia in cellule animali che in cellule vegetali
5.Lisosomi
•Organelli deputati alla respirazione cellulare
6.Vacuoli
•Processo catabolico, esoergonico aerobico
7.Membrana plasmatica
•Energia estratta da macro-molecole
organiche (es.: Glucosio) per produrre ATP
Funghi: Lieviti, muffe …
Eucarioti: Animali, piante, funghi e altri organismi semplici
(es.: protisti)
Evoluzione cellulare
Tutte le cellule derivano da un progenitore comune
Gli eucarioti si sono evoluti dai procarioti circa 1,5
miliardi di anni fa
Diverse teorie proposte
Teorie sull’evoluzione
degli eucarioti
-Teoria della fusione
-Teoria dell’inglobamento
o dell’endosimbionte
TEORIA DELL’ENDOSIMBIONTE
•Endosimbiosi
•Due organismi che vivono in stretta collaborazione, uno all’interno
dell’altro, traendone reciproco vantaggio
•Movimento di piccoliprocarioti autotrofi (cloroplasti) o
eterotrofi(mitocondri) all’interno di cellule procariotiche più grandi
Cellula ospite
DNA
Cianobatterio
Mitocondrio
Cloroplasto
Nucleo
Procariota aerobico
TEORIA DELL’INVAGINAZIONE
L’invaginazione della membrana plasmatica dei procarioti ha
dato origine agli organelli intra-cellulari ed al sistema di
endo-membrane
Le dimensioni delle cellule e dei
loro componenti
Micrometro e nanometro
(mm)
(nm)
1 mm = 10-6 m
1 nm = 10-9 m
Il microscopio
Ottico
Utilizzato per studiare
cellule colorate o vive
Limite di risoluzione ~ 0,17 mm
Potere di risoluzione
~ 500 volte superiore a
quello dell’occhio umano
Potere di ingrandimento
1000-1500 volte
Elettronico
Permette di ottenere immagini ad
alta risoluzione che possono essere
ingrandite enormemente
Limite di risoluzione 0,1-0,2 nm
Potere di risoluzione
~ 100 volte superiore a quello
del microscopio ottico
Potere di ingrandimento
250 000 volte
“Potere” e “limite” di risoluzione
• Il limite di risoluzione indica quanto distanti
possono essere due oggetti perché essi possano
essere distinti come entità separate.
• Minore è il limite di risoluzione maggiore è il potere
di risoluzione.
• Il limite di risoluzione diminuisce con il diminuire
della lunghezza d’onda (l) fino ad un massimo di l/2.
• Utilizzando sorgenti con “l“ minore si può diminuire
il limite di risoluzione migliorando il potere di
risoluzione
La luce visibile utilizzata dal MO ha lunghezza d’onda (l)
compresa tra 400 (violetto) -700 (rosso) nm.
Quindi,
per la luce visibile si può ipotizzare un Limite di
Risoluzione compreso tra 200 e 350 nm.
La lunghezza d’onda degli elettroni è di molto inferiore a
quella della luce.
Quindi, il Limite di Risoluzione si
abbassa notevolmente fino al valore di 0,1 – 0,2 nm.
Un fascio di luce (MO), o di elettroni (ME), viene diretto da lenti condensatrici
attraverso il campione che viene ingrandito dalle lenti dell’obiettivo e
dell’oculare nel caso del MO, oppure dalle lenti dell’obiettivo e dalle lenti
proiettori nel caso del TEM.
Le lenti del microscopio elettronico sono in realtà dei magneti in grado di
piegare il fascio degli elettroni.
Nel TEM gli elettroni vengono trasmessi attraverso il campione.
Il SEM effettua una
scansione sulla
superficie del
campione e forma le
immagini mediante la
rilevazione degli
elettroni che vengono
deflessi dalla superficie
del campione stesso.
Gli agenti che invadono le cellule
(virus, viroidi, prioni)
• Virus
(20-400 nm)
– Parassiti
intracellulari
incapaci di vita
propria
– Agenti molto
infettivi
– Anche utili
strumenti di
laboratorio per
biologi
molecolari e
genetisti
Gli agenti che invadono le cellule
Viroidi
Agenti infettivi ancora più piccoli dei virus
Costituiti da piccole moelcole corte di RNA (250400 nucl) in forma condensata senza capside
Si localizza nel nucleo della cellula ospite ed
interferisce con la regolazione genica
Prioni
Particella proteica infettiva
Proteine anomale derivate da normali geni
cellulari
LEZIONI:
MARTEDI, MERCOLEDI, GIOVEDì 9.00-11.00
Esercitazioni:
Dicembre- Gennaio
(Orario e giorni in via di definizione)
Gli esami sono di regola orali ma…
SOLO PER CHI FREQUENTA
ed al PRIMO APPELLO
L’esame è scritto ed è diviso in due
parti (due esoneri)
citologia: a dicembre –istologia ed
embriologia: a fine corso
