Biologia della cellula animale, Sintesi del corso di Biologia Animale

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Strumenti per lo studio dei preparati Microscopio -> ottico -> elettronico Elementi importanti - Risoluzione - Ingrandimento - Profondità di campo Microscopio ottico - Permettono di vedere a colori - Si possono usare coloranti x identificare le componenti in analisi (istochimica) - Colorante scelto in base a ciò che si vuole studiare - Colorazione a fluorescenza (immunofluorescenza) utilizza anticorpi coniugati a sonde fluorescenti (fluorocromi specifici) per colpire un componente cellulare - microscopio confocale - Permette la ricostruzione 3D del preparato (modellizzazione) Microscopio elettronico - Ingrandimento e risoluzione molto più elevata - In bianco e nero perché fanno uso degli elettroni e non della luce - Due tipologie - microscopi elettronici a trasmissione (TEM) passano gli elettroni attraverso un campione per generare un'immagine a sezione trasversale - microscopi elettronici a scansione (SEM) disperdono elettroni su una superficie per differenziare la profondità e mappare in 3D Diversi modi per fissare un preparato - Fisica - Congelamento -> criostato - Chimica 1. Disidratazione in etanolo attraverso concentrazioni crescenti 2. Diafanizzazione in xilolo 3. Infusione in paraffina liquida 4. Taglio con il microtomo 5. Sparaffinazione 6. Reidratazione del campione (procedimento inverso) Membrane cellulari Diverse funzioni - Compartimentalizzazione - Trasporto - Barriera semipermeabile -> selettività - Interazione intra-cellulare - Adesione cellulare - Regolazione delle vie di segnalazione Componenti -> modello a mosaico [modello di SINGER e NICHOLSON] - Fosfolipidi - Proteine - Carboidrati FOSFOLIPIDI Classificati come anfipatici = sia idrofile che idrofobiche - Testa polare (idrofila) -> glicerolo e fosfato - Due code apolari (idrofobiche) -> catene di acidi grassi 1 Disposizione spontanea a formare un doppio strato - Regioni idrofobiche rivolte verso l’interno (protette dai fluidi circostanti) - Regioni idrofile rivolte vero l’esterno (materiale extra-cellulare fluido) Proprietà - Limita il passaggio di molte sostanze - Consente la fluidità e la flessibilità della membrana (i fosfolipidi possono muoversi all’interno del doppio strato) - Regolata dai componenti della membrana - Acidi grassi saturi = + fluida - Acidi grassi insaturi = - fluida - Troppo colesterolo = - fluida PROTEINE DI MEMBRANA Tipologie: - Proteine integrali o trans-membrana - Penetrano nel doppio strato fosfolipidico una (mono-passo) o più volte (multi-passo -> max 7 volte) - Glicoproteine, canali ionici o pompe proteiche - Proteine periferiche - Associate solo ad uno strato della membrana - Possono essere associate anche alle teste polari o ad altre proteine Funzioni (JET RAT) - Giunzioni -> collegare due cellule - Enzimi - Trasporto -> diffusione facilitata e trasporto attivo - Riconoscimento x identificazione cellulare - Ancoraggio -> punto di attacco per il citoscheletro e la matrice extra-cellulare - Transduction = Recettori Il movimento delle proteine è limitato da - Legami con un cortex interno - Legami ad altre proteine della matrice extra-cellulare - Legami a proteine presenti sulla membrana di altre cellule PROTEINE E GLICOSILAZIONE -> presenza di catene di carboidrati - Glicolipidi - Glicoproteine Si trovano sul lato extra-cellulare e hanno funzione di - Adesione cellulare - Riconoscimento cellulare Adesione cellulare - Giunzioni occludenti - Barriera impermeabile - Claudine, occludine e JAM - Giunzioni aderenti - Resistenza allo stress - Cellule epiteliali o endoteliali - Desmosomi - Spessi accumuli di fibrilla - Giunzioni comunicanti 2 - Funzioni - Attività di sintesi proteica per molecole che vanno secrete - Sintesi lipidica e colesterolo (comune) RER - Presenta ribosomi adesi sulla sua superficie - Sintetizzare proteine dai racchiudere in delle vescicole di trasporto - La presenza di ribosomi consente alle proteine di penetrare all’interno delle cisterne dove subiscono dei processi di maturazione - Le proteine di membrana rimangono attaccate al RER - Funzioni - Glicosilazione - Sintesi e maturazione delle proteine integrali di membrana - Sintesi e maturazione di proteine solubili - Sintesi e maturazione di proteine di secrezione - Formazione di ponti bisolfuro - Ripiegare le proteine nella giusta conformazione (folding) + eliminazione delle proteine non riconosciute (mis-folding) - Assemblaggio delle sub-unità proteiche REL - Funzioni - Sintesi dei lipidi - Fosfolipidi e steroidi - Metabolismo dei carboidrati - Processi di detossificazione grazie agli enzimi - Sequestra il Ca^2+ Ribosomi - Presenti sia nei procariorti che negli eucarioti - Sito della sintesi proteica (traduzione) - Formati da due sub-unità -> una piccola e una grande - Costituiti da RNA ribosomiale e circa 50 diverse proteine strutturali - Possono essere - Liberi nel citoplasma - Sintetizzano proteine - del citoscheletro - enzimi della glicolisi - proteine periferiche del latro interno del plasmalemma - enzimi dei perossisomi e mitocondri - Legati alla membrana del RER - Sintetizzano proteine - secrete dalla cellula, - transmembrana - enzimi del Golgi e dei lisosomi SINTESI PROTEICA - Il DNA non può uscire dal nucleo - Produzione di proteine grazie ai ribosomi -> leggono le informazioni nell’RNA - RNA (acido ribonucleico) - Molecola più labile e fluida, è molto duttile - Differenze rispetto al DNA -> ribosio, uracile, singolo filamento - Tipi di RNA - RNA messaggero (mRNA) = intermediario tra DNA e proteine 5 - RNA di trasporto (tRNA) = struttura a trifoglio, lega all’estremità un aminoacido particolare e lo trasporta ai ribosomi - RNA ribosomiale = funzione strutturale = organulo formato da due sub-unità che vanno ad unirsi per leggere mRNA - Ogni tre basi del DNA codificano per un amminoacido = codone (possono essere ridondanti = codificano per più aminoacidi) - Due fasi - Trascrizione - Avviene nel nucleo della cellula a partire da un promotore chiamato TATA box - Produzione di RNA a partire dal tratto corrispondente di DNA (gene) - Ci sono dei ribonucleotidi sparsi - La RNA polimerasi va a posizionarsi all’inizio di un gene e aggiunge una serie di ribonucleotidi andando a copiare la sequenza genica presente sul DNA - Passaggi post-trascrizionali - Splicing -> eliminazione degli introni dall’RNA - Traduzione - Avviene nel citoplasma -> mRNA elaborato e trasferito nel citoplasma - Le due sub-unità del ribosoma si vanno ad unire e leggono un codone alla volta (si posiziona in mezzo) - Vengono prodotte una serie di sequenze di aminoacidi a partire dall’RNA trascritto - I polimeri costituiscono le catene polipeptidiche che formano le proteine -> fino al codone di STOP = proteina completa Apparato del Golgi Serie di cisterne appiattite ed impilate l’una sull’altra - Si trova vicino al nucleo della cellula e al centrosoma - Riceve vescicole di trasporto (micro-vescicole) o transizione (macro-vescicole) provenienti dal RE - 3 comparti - Cis Golgi network CGN = ingresso (verso il RE) - Cisterna intermedia - Trans Golgi network TGN = uscita (verso il plasmalemma) - Proteine e lipidi subiscono degli interventi e trasformazioni sostanziali prima di essere impacchettati nelle vescicole di trasporto che sono regolate dalla dinamina (processo di scissione) - Cisterne del Golgi sono orfanelli statici = la dinamicità avviene grazie alle vescicole che si muovono in direzione cis-trans - Le proteine che partono dal TGN possono avere diverse destinazioni (almeno 5) - Produzione di lisosomi = grandi vescicole con enzimi litici -> digeriscono macromolecole e rifiuti cellulari (pH interno basso) + perossisomi -> demoliscono gli acidi grassi - Funzioni - Elaborazioni polisaccaridi e glicosaminoglicani - Associazione tra carboidrati e proteine a formare glicoproteine - Fosforilazione delle gicoproteine 6 Mitocondri - Presenti in tutte le cellule eucarioti ad eccezione dei globuli rossi nei mammiferi - Organuli citoplasmatici responsabili della produzione di energia -> la loro presenza varia in base al fabbisogno energetico della cellula -> presente vicino al Golgi e al RE (nel gamete femminile ce n’è una grande quantità) - La loro forma e dimensione varia - Teoria dell’endosimbiosi - Antenati = procarioti eterotrofi aerobi in grado di liberare grandi quantità di energia attraverso la respirazione cellulare - Un procariote unicellulare anaerobio ha inglobato per endocitosi un piccolo procariote aerobio -> ne ha sfruttato la capacità di fare la respirazione cellulare - DNA circolare (come i batteri) - Struttura e dimensioni analoghe a quelle dei procarioti - Organuli semi-autonomi -> si riproducono tramite scissione binaria in modo autonomo rispetto alla cellula - Doppia membrana - Membrana mitocondriale esterna = liscia e circonda l’intero organulo - Lipidi e proteine - Ricca di colesterolo - Membrana mitocondriale interna = presenta numerosi ripiegamenti (creste mitocondriale) -> aumentare la superficie per l’organizzazione dei complessi enzimatici che regolano la produzione di ATP - Polipeptidi = presenza di complessi deputati alla fosforilazione ossidativa e alla produzione di ATP (ATP sintasi) - Selettivamente permeabili - Lo spazio circoscritto dalla membrana interna è detto matrice mitocondriale - Enzimi - Molecole di DNA circolare a doppio filamento - Ribozimi - La presenza di ribosomi permette la sintesi proteica - L’mtRNA mitocondriale è ereditario dalla madre - Funzioni - Estrarre energia dai substrati organici (gradiente ionico) - Produzione di energia (ciclo di Krebs) - Beta ossidazione degli acidi grassi - Regolazione del ciclo cellulare - Apoctosi - Regolazione dello stato redox della cellula - Sintesi dell’emme e del colesterolo - Produzione di calore Citoscheletro = scheletro della cellula - Struttura dinamica -> permette la divisione e la contrazione e in movimento della cellula - Componenti - Micro-filamenti - Polimeri di actina 6 nm - Formano strutture specializzate (supporto per i microvilli) - Concentrati nel cortex = porzione periferica (appena sotto la membrana plasmatica) - Micro-tubuli - Lunghi cilindri cavi composti da protofilamenti di tubulina 25 nm - Lunghi e dritti + rigidi - Estremità attaccata ad un singolo centro organizzatore dei microtubuli = centrosoma - Filamenti intermedi - Simili a delle corde 10 nm - Composti da proteine - Formano un reticolo = lamina nucleare (appena sono la membrana nucleare interna) - Si estende nel citoplasma x dare una forza meccanica 7 - I cromosomi omologhi si appaiano tra loro e creano delle tetradi (4 cromatidi) - Avviene il crossing-over = ricombinazione del materiale genetico -> scambio di porzioni omologhe di materiale genetico che avviene fra due cromatidi diversi di una coppia di omologhi - Metafase I - Le tetradi si dispongono sul piano equatoriale della cellula grazie ai cinetocori -> fuso - Anafase e telofase I - I cromosomi si separano distribuendosi verso i poli della cellula in modo casuale, ma uguale MEIOSI II - Profase II - L’involucro nucleare scompare - I cromosomi sono aploidi - Metafase II - Le coppie di cromatidi si allineano all’equatore - Anafase II - I cromatidi si separano e migrano verso i poli della cellula - Telofase II e citodieresi - Si formano i nuclei e di formano 4 cellule aploidi = gameti - Spermatozoi - 1 ovulo e 3 cellule abortive La cellula comunica Grazie a delle vie di segnalazione = pathways - Spesso sono collegate tra loro - I meccanismi di comunicazione sono universali ATTORI - Sending cell -> la cellula che invia un ligando - Target cell -> la cellula che riceve il ligando grazie ad un recettore specifico - Non-target cell -> cellula che non ha il recettore e perciò rimane indifferente al ligando 3 STADI - Ricezione -> il ligando si lega al recettore - Trasduzione -> il recettore recepisce lo stimolo e produce a sua volta una cascata di stimoli all’interno della cellula grazie alla produzione di proteine (fosforilazione) - Risposta -> quando la cellula riceve lo stimolo si attiva una risposta -> le molecole che prima erano inattive si attivano e in risposta allo stimolo la cromatina può svolgersi in eu-cromatina o compattarsi in etero-cromatina Se gli stimoli sono troppi si mette in moto un sistema di FEED BACK = la cellula che riceve gli stimoli produce a sua volta un ligando che inibisce la produzione di ligando della cellula iniziale per ridurre o stoppare gli stimoli eccessivi TIPI DI SEGNALI - Fisici -> inizialmente non studiati, perché mancavano gli strumenti - Chimici -> attraverso composti chimici e molecole varie SEGNALAZIONI - Locali -> a contatto diretto (desmosomi) - Attraverso la matrice extra-cellulare - A lunga distanza -> attraverso gli ormoni MODALITÀ - Diretta - Cellula -cellula - Cellula - matrice - Indiretta -> attraverso la secrezione di molecole, 10 Tipi di segnalazione: - Endocrina -> ormoni secreti da ghiandole specifiche che passano attraverso il sistema circolatorio (nel sangue) - Paracrina -> agisce sulle cellule adiacenti grazie a neurotrasmettitori (sinapsi) = usata nei momenti di differenziamento e per il movimento ameboide - Autocrina -> la cellula produce un ligando che agisce sulla cellula stessa LIGANDI E MOLECOLE DI SEGNALE - Ormoni - Steroidi -> attraversano la membrana senza legarsi ad un recettore, perche è all’interno della membrana - Tiroide - Pancreas - Neurotrasmettitori - Le sinapsi formano collegamenti tra neuroni e tra cellule - NO (monossido di azoto) - CO (monossido di carbonio) Tessuti Le cellule assumono e si specializzano nei vari tessuti - Tessuto epiteliale - Tessuto muscolare - Tessuto nervoso - Tessuto connettivo - Connettivo propriamente detto - Tessuto osseo - Tessuto cartilagineo - Sangue - Tessuto adiposo CELLULE STAMINALI - Indifferenziate - Self renewal = si riproducono da sole - Possono dar luogo a molti tipi di cellule diverse = potenzialità - Possono dividersi asimmetricamente -> possono dividersi in una cellula staminale e una differenziata Tipologie in base alla potenza - Totipotenti -> zigote = tutti i tipi di cellule - Pluripotenti -> tutte le cellule eccetto quelle degli annessi embrionali - Multipotenti -> soltanto a cellule di alcune categorie (3 foglietti dopo la gastrulazione) - Unipotenti -> danno origine solo a cellule di quel tipo di tessuto TESSUTO EPITELIALE - Costituito da cellule contigue - Poca sostanza extracellulare amorfa - Forma lamine cellulari o ammassi solidi - Poggia su una membrana basale -> interfaccia tra un tessuto connettivo e uno non (sempre presente) -> lamina basale prodotti da culla epiteliali e collagene tipo III (fibroplasti del tessuto connettivo) - Sotto si trova il connettivo - Cellule contigue fittamente addensate = non è vascolarizzato = dipende dagli altri tessuti - Morfologia polarizzata -> specializzata in base alle funzioni e alle componenti biochimiche - Domini delle membrane - Basale = rivolta verso la membrana basale genera ioni di gradienti - Baso-laterale = contatto, adesione e comunicazione con altre cellule - Apicale = verso la matrice extra-cellulare -> regola i nutrienti e le secrezioni + protezione - Microvilli 11 - Ciglia - Flagelli Struttura - Semplice - Squamoso = singolo strato di cellule sottili, a stretto contatto, poligonali - Cubico = unico strato di cellule poligonali, rivestimento dotti ghiandolari - Cilindrico = alte con profilo rettangolare, nucleo alla base, microvilli all’apice o ciglia - Pseudo-stratificato - Cilindrico = singolo strato di cellule in contatto con lamina basale, solo alcune cellule raggiungono la superficie libera, i nuclei appaiono ad altezze diverse - Stratificato - Squamoso non cheratinizzato = composto da molti strati cellulari, il più profondo è in contatto con la lamina basale e presenta cellule cubiche, nello strato intermedio le cellule sono polimorfe, le cellule superficiali sono appiattite (squamose) e nucleate (non cheratinizzate) - Cheratinizzato = cellule degli strati superficiali morte con nuclei e citoplasma sostituiti da cheratina - Cubico = un paio di strati - Cilindrico = strato profondo di cellule cuboidali a contatto con lamina basale, strato superficiale di cellule cilindriche - Transizione - Rilassato diversi strati cellulari, strato basale con cellule cilindriche o cubiche, sopra ci sono cellule poliedriche - Disteso = vescica Funzioni - Di rivestimento - ricoprono superfici dell’organismo - sono responsabili di molte funzioni (barriera, assorbimento) - Ghiandolare o secernente - Insieme ai dotti costituiscono il parenchima della ghiandola - Il tessuto connettivo che costituisce il supporto della ghiandola è lo stroma - Sintetizzano i prodotti in scomparti intra-cellulari e li accumulano nei granuli di secrezione - Ghiandole esocrine (rilasciano ill prodotto per mezzo dei dotti sulla superficie epiteliale) ed endocrine (riversano i prodotti nel sangue o nella linfa) - Sensoriale TESSUTO CONNETTIVO Forma un continuo con il tessuto epiteliale, muscolare, nervoso per assicurare una integrazione funzionale dell’organismo - Formato dal mesoderma dalle cellule mesenchimali - Funzioni - Scambio di prodotti di rifiuto, meteboliti ecc. - Difesa e protezione - Deposito grassi - Supporto -> capsule che circondano organi e stroma che forma le impalcature - Matrice extra-cellulare - Costituita da fibre - Collagene - Fibre elastiche - È una sostanza fondamentale - Glicosaminoglicani - Proteoglicani - Glicoproteine - Cellule fisse - Stabili e a vita lunga (fibroblasti ecc) 12