La composizione chimica del protoplasma;

1La composizione chimica del protoplasma;I principali costituenti della materia vivente sono:• Carbonio;• Ossigeno;• Idrogeno;• Azoto;• Zolfo;• Fosforo.Un certo numero di elementi si trova inoltre sotto forma di sali inorganici presenti sotto forma disali dissociati; ricordiamo tra questi:• I cationi (con carica positiva): K + , NA + , Ca ++ , Mg ++• Gli anioni (con carica negativa): Cl - , HCO 3 - , H 2 PO 4 - , SO 4- -Una decina di elementi si trovano in piccolissime dosi ma svolgono funzioni importantissime evengono detti oligoelementi; si tratta per lo più di metalli che svolgono funzioni di catalizzatori nellereazioni chimiche, e sono: Magnesio, Ferro e Rame.Il protoplasma è costituito da composti inorganici (acqua e sali minerali) e da composti organici(glucidi, lipidi, acidi nucleici).Nelle cellule animali e vegetali esso è costituito dal 75-85% di acqua, 10-20% di proteine, 2-3% dilipidi, 1-1,5% di acidi nucleici (DNA ed RNA), 1% di glucidi e dall’1% di sali minerali.I Componenti inorganici;L’acqua;L’acqua permette che abbiano luogo buona parte delle funzioni cellulari dato che, in ambienteacquoso, gli scambi si verificano in tempi brevi (sempre se a condizioni chimico-fisiche costanti oquasi).L’acqua è un solvente particolare in quanto le forze presenti tra le sue molecole sono fortementedipendenti dalla temperatura e ciò influisce inevitabilmente anche sul comportamento dei compostiorganici ed inorganici in essa disciolti.La molecola d’acqua è costituita da un dipolo magnetico il cui centro di carica negativa è costituitodall’ossigeno (O), mentre i due idrogeni (H) risultano parzialmente positivi. Le forze che siinstaurano tra l’ossigeno e l’idrogeno vengono dette legami a idrogeno.Il carattere dipolare dell’acqua le conferisce grandi poteri di solvatazione 1 sia su sali inorganici che sumolecole organiche in grado di dissociarsi o di formare legami a idrogeno.E’ inoltre anche un mezzo di stabilizzazione di molte macromolecole e possiede un elevato calorespecifico che contribuisce a mantenere costante la temperatura degli organismi.E’ infine un mezzo di trasporto di metaboliti e di prodotti di rifiuto.I componenti minerali;1 E’ in grado di fungere da ottimo solvente

2‣ Na + , K + , Cl - : questi ioni rappresentano il sistema principale per la regolazione della permeabilitàdella membrana cellulare.‣ Ca ++ , HPO 4- - : il fosfato di calcio si trova nelle ossa, nei denti, nel sangue e nei liquidi tissutali.Lo ione calcio regola la contrattilità muscolare e interviene nel processo di coagulazione delsangue oltre che in diversi altri processi enzimatici.Il fosfato di calcio contribuisce alla stabilità del pH del sangue ed all’accumulo dell’energia nellemolecole di ATP e di GTP 2 .‣ Mg + + : è presente nelle ossa sotto forma di fosfato; in forma ionica attiva molti processienzimatici.‣ SO 4- - , HCO 3 - : fanno parte della composizione di alcune vitamine ed hanno funzioni stabilizzanti.Ricordiamo poi il ferro (Fe) che rappresenta il veicolo dell’emoglobina e dell’ossigeno e lo iodio(I) che è un costituente delle molecole degli ormoni della tiroide.Le proprietà delle soluzioni: l’osmosiConsiderando due contenitori separati fra loro da una membrana semipermeabile e contenentiognuno una soluzione ma con diverse concentrazioni, assistiamo al fenomeno dell’osmosi ovvero ilpassaggio del solvente dalla soluzione meno concentrata a quella a concentrazione maggiore.Questo passaggio continua fino a quando le concentrazioni delle soluzioni nei due contenitori non siequivalgono.Le particelle in sospensione esercitano una pressione sulla membrana detta pressione osmotica cheviene determinata non dalle dimensioni delle particelle bensì dal numero delle stesse:meno particelle = minore pressioneLe due soluzioni saranno definite anche iperosmotica (quella che esercita una pressione maggioresulla membrana) ed iposmotica (con una pressione minore).Le proteine;2 Sono molecole ad alto contenuto energetico che vedremo in seguito

3Le proteine sono costituite da elementi fondamentali chiamati amminoacidi (vedi Figura 1). Ciascunamminoacido è costituito da un atomo di carbonio posto in posizione centrale che prende il nome dicarbonio alfa, da un gruppo amminico NH 3 , da un gruppo carbossilico COOH, da un atomo dicarbonio e da un “residuo” R.E’ proprio questo residuo che distingue un amminoacido dall’altro.Gli amminoacidi usati dalla cellula sono 20 anche se in realtà in natura ne esiste un numero superiore.Il legame esistente tra due amminoacidi è detto legame peptidico.Alcuni esempi di amminoacidi sono l’acido aspartico e l’acido glutammico, la valina etc.In genere gli amminoacidi possono essere:• Polari con carica• Polari senza carica• Non polari• Con il residuo R costituito da H o da CH 3Una proteina possiede diverse strutture: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria checontribuiscono a rendere funzionale la molecola.Struttura primaria della proteine;La semplice sequenza degli amminoacidi che costituiscono una proteina prende il nome di strutturaprimaria.Struttura secondaria delle proteine;La configurazione in struttura secondaria di una proteina può essere di due tipi:♦ Configurazione alfa:E’ data dall’instaurarsi di legami idrogeno tra l’idrogeno del gruppo peptidico di un amminoacidoe l’ossigeno del gruppo carbossilico di un altro amminoacido. La catena si dispone a spiralelungo la superficie di un cilindro immaginario e, naturalmente, la lunghezza della spirale dipendedal numero di amminoacidi che costituiscono la proteina.In questa configurazione la molecola è leggermente estensibile nel senso della lunghezza e, ungruppo di queste molecole poste vicine tra loro, tende ad avvolgersi come i componenti di unafune; ne è un esempio la molecola di cheratina.♦ Configurazione beta:La catena polipeptidica in questa configurazione si ripiega su se stessa nello spazio dandoluogo a delle lamine con i gruppi R posti (nello spazio) al di sopra e al di sotto della strutturastessa. La struttura ottenuta si presenta da un lato molto rigida, mentre dall’altro è dotata di unacerta flessibilità; ne è in questo caso un esempio la proteina della seta.Struttura terziaria delle proteine;In questo tipo di struttura la proteina si ripiega su se stessa nello spazio originando dei tratti dicatena paralleli fra loro che si vengono a creare grazie a delle interazioni di tipo debole.

4La struttura terziaria dipende dalla natura dei gruppi R e da quanto essi siano vicini.In alcuni casi, a mantenere la struttura, intervengono dei legami covalenti al posto delle interazionideboli, come ad esempio quando vi siano dei gruppi SH.Una proteina svolge la sua funzione finche la sua struttura terziaria rimane intatta, se vienevariata (ovvero denaturata), non è più in grado di adempiere alle proprie funzioni.Struttura quaternaria delle proteine;Alcune proteine sono caratterizzate da questa struttura che si ottiene quando due o più proteine construttura terziaria si legano fra loro. Un esempio è rappresentato dalla molecola di emoglobina cheè formata da quattro catene (due α e due β) in struttura terziaria collegate fra loro.La proteina è in grado di funzionare solo se le quattro subunità sono collegate correttamente.Classificazione delle proteine;La classificazione delle proteine risulta essere varia. Una prima riguarda la loro forma:• Globulari: hanno forma grosso modo sferica (emoglobina)• Fibrose: con forma allungata (proteina della seta, cheratina)Una seconda riguarda le funzioni che esse svolgono:• Strutturali: servono a “costruire” sia dentro che fuori la cellula• Funzionali: con specifiche funzioni (ad es. il trasporto delle sostanze)• EnzimiAlcune proteine sono sia strutturali che funzionali e possono essere costituite completamente dastruttura proteica, oppure possono avere una parte prostetica come nel caso delle proteineconiugate 3 .Gli enzimi;Gli enzimi sono proteine particolari aventi funzione di catalizzatore di determinate reazioni chimicheche altrimenti non si avrebbero o si svilupperebbero troppo lentamente per le necessità della cellula.Ciascun enzima reagisce con un substrato o con una categoria di essi ed enzima e substrato sonostrutture fra loro complementari.3 Vedi gli Enzimi

5Lungo la superficie di contatto fra enzima e substrato (zona che prende il nome di sito attivo) sistabiliscono delle interazioni deboli (legame idrogeno o forze di Van Der Waals) che permettonoall’enzima di trasformare il substrato nel prodotto della reazione.Una volta che questa trasformazione è avvenuta il prodotto si stacca dall’enzima e, quest’ultimo è dinuovo disponibile per catalizzare una nuova reazione chimica.Gli enzimi sono proteine coniugate e la parte non proteica (prostetica) è detta proenzima (se ditipo organico) o cofattore (se inorganica, ad es. Fe).Per inibire l’azione di un enzima si può o denaturare la parte proteica o eliminare quella non proteica.Classificazione degli enzimi;Gli enzimi si possono classificare distinguendo le reazioni chimiche che essi catalizzano; abbiamo inquesto modo:a) Ossidoreduttasi: che catalizzano le reazioni di ossidoriduzione.b) Idrolasi (o enzimi idrolitici): per le reazioni in cui si rompe un legame covalente mediantel’apporto di acqua.c) Transferasi: catalizzano i trasferimenti di gruppi radicali (amminici, carbossilici).I carboidrati;Rappresentano fondamentalmente il materiale energetico della cellula anche se oltre a questo ruoloesiste quello strutturale e di riconoscimento.(CH 2 O) nFigura 2Figura 2. Formulagenerale dei carboidratiIl numero di atomi di carbonio di un carboidrato varia da 3 a 7 anche se i principali sono i carboidraticon 5 atomi di carbonio (pentosi) o con 6 (esosi). Gli esosi sono i più numerosi in natura ed anche ipiù importanti per le funzioni che svolgono.In soluzione sia i pentosi che gli esosi si possono presentare con due diverse strutture:• Forma aperta• Forma ciclicaI pentosi più importanti sono: il ribosio e il desossiribosio (che formano gli acidi nucleici e inucleotidi), lo xilosio e l’araminosio.Il principale carboidrato esoso è invece il glucosio che può presentare configurazione alfa o beta aseconda della posizione dell’ossidrile (OH) rispetto al piano su cui giace l’anello della struttura.Gli isomeri del glucosio sono il mannosio ed il galattosio che possono entrambi avere unaconfigurazione diversa come nel caso del glucosio.Glucosio, mannosio e galattosio possono poi essere destrogiri o levogiri ovvero, possono esserestrutturalmente uno l’immagine speculare dell’altro.Vi sono alcuni zuccheri che, pur derivando dal glucosio presentano alcune sostituzioni:‣ Con gruppo metilico CH 3 : fucosio

6‣ Con gruppo carbossilico COOH: acido glucoranico‣ Con gruppo ossidrilico CH 2 OH: sorbitolo‣ Con gruppo amminico CHO: glucosamminaOgnuna di queste varietà può poi essere sia levogira che destrogira.Strutturalmente gli esosi e i pentosi oscillano fra catena ed anello, ma quando l’anello interagisce conun altro zucchero rimane bloccato in quella posizione.I polimeri più importanti del glucosio;Le molecole di glucosio unendosi tra loro danno origine a tre polimeri molto importanti:• L’amido (per le cellule vegetali) ed il glicogeno (per le cellule animali):Si ottengono se entrambi i monomeri sono in configurazione alfa, abbiamo quindi una catenalineare. La differenza tra amido e glicogeno è data esclusivamente dalla parte finale della lorostruttura. Il glicogeno si accumula nel fegato degli animali.• La cellulosa:E’ un altro polimero dato dal glucosio in configurazione beta con gli ossidrili che giacciono suparti opposte del piano; la catena è sempre lineare e questo polimero non ha funzione energetica,ma solo strutturale e solo nei vegetali.Altri zuccheri che svolgono funzioni importanti sono gli oligosaccaridi che sono dei piccoli polimericon funzioni di riconoscimento cellulare.Spesso gli zuccheri risultano associati a proteine (proteine associate) come nel caso delleglicoproteine e delle mucoproteine.La differenza fra queste due molecole sta nella diversa quantità di zuccheri presente che, è maggiorenelle mucoproteine minore nelle glicoproteine.Le mucoproteine devono questo nome alle secrezioni mucose dove sono state individuate per laprime volta. Le glicoproteine sono numerose e possono sia essere prodotte dalle cellule e poi secreteche essere utilizzate per costruire le strutture cellulari.I lipidi;I lipidi sono molecole che non formano complessi macromolecolari.Un esempio di lipide è rappresentato dall’acido grasso che è costituito da una catena idrocarburicacon all’estremo un gruppo carbossilico (COOH).I lipidi possono essere così classificati:q Fosfolipidi: costituiscono le membrane citoplasmaticheq Sfingolipidi: come i fosfolipidiq Steroli: hanno vari ruoli (costituiscono ad esempio il colesterolo o gli steroidi)q Carotenoidi: hanno vari ruoli

7qGlicolipidiI fosfolipidi;Al posto dell’acido grasso abbiamo un acido fosforico (che è la parte polare) ed otteniamo l’acidofosfolipidico che è una molecola anfipatica, ovvero con una parte polare ed una apolare.Questo acido è quindi costituito da una testa idrofila (polare) e da una coda idrofoba (apolare).Gli sfingolipidi;La più comune è la sfingasina che ha il gruppo fosforico legato alla serina ed all’amminoalcool.I glicolipidi;Sono dati da un legame covalente con carboidrati o con una catena olisaccaridica (di ridottedimensioni) e prendono il nome di glicosil-digliceridi.Vi sono poi i glicosfingolipidi presenti nelle cellule nervose (cerebrosili, gangliosili) che possiedonola sfinganina.Gli steroli;Ne è un esempio il colesterolo che ha solo un ossidrile. Sono molecole anfipatiche e di piccoledimensioni.I carotenoidi;Vengono sintetizzati dai vegetali.Gli acidi nucleici;Sono le molecole più grosse presenti negli organismi viventi.Esistono due tipi di acidi nucleici che presentano una composizione chimica molto simile:♦ Acido desossiribonucleico (DNA)♦ Acido ribonucleico (RNA)Sono sempre presenti entrambi in ogni forma di vita tranne che nei virus dove ce n’è uno solo(spesso il DNA, mapuò anche essere presente l’RNA).Gli acidi nucleici sono detti anche polinucleotidi perché costituiti da tante unità elementari chiamatenucleotidi.Ciascun nucleotide è a sua volta formato da una base azotata, un pentoso 4 e da un radicale fosforico.Il pentoso nel DNA è il desossiribosio mentre nell’RNA è il ribosio.Le basi azotate sono:• Pirimidiniche: costituite da un solo anello (timina, citosina e uracile)• Puriniche: costituite da due anelli fusi insieme (adenina e guanina)Nel DNA le pirimidine sono la timina e la citosina mentre nell’RNA sono la citosina e l’uracile.Struttura primaria;La struttura primaria è determinata dalla successione dei nucleotidi a formare il polinucleotide e,come abbiamo visto DNA ed RNA differiscono per la natura del pentoso e per una base pirimidinica.4 Vedi i carboidrati

8Struttura secondaria;E’ molto diversa tra DNA e RNA.Il primo è formato da due filamenti di polinucleotidi paralleli fra loro ed avvolti a formare una doppiaelica avvolta in senso destrorso con passo regolare.L’RNA è invece costituito da un singolo filamento disteso in alcuni punti ed avvolto su se stesso inaltri.Il DNA;Nella doppia elica i due filamenti si avvolgono in giri destrorsi.I filamenti sono detti “scheletri” e costituiscono la parte invariabile del DNA. I filamenti parallelisono tenuti a distanza costante da basi azotate che sporgono verso il centro dell’elica legate dalegami idrogeno.Per motivi stereochimici la base A (adenina) si lega solo con T (timina) e, la base C (citosina) solocon G (guanina).Il meccanismo di autoduplicazione del DNA è detto semiconservativo perché il nuovo DNA è permetà costituito da quello originale, e per metà dal filamento sintetizzato ex-novo.Il tratto di DNA che contiene l’informazione per codificare la sintesi di un’intera proteina è dettogene strutturale; esso entra in attività trascrivendo un mRNA (o RNA messaggero) sul qualeavviene poi la sintesi della proteina con l’aiuto di altri due RNA: tRNA (o RNA transfer) e l’rRNA(o RNA ribosomiale).Ogni essere vivente contiene nelle sue cellule enormi molecole di DNA che costituiscono ilgenoma. Le funzioni del DNA sono quindi in sostanza quelle di:1. Reduplicare se stesso2. Sovrascrivere le sue informazioni su molecole di RNA, in particolare di mRNA, che aloro volta vengono tradotte in proteine.L’RNA;L’RNA è più piccolo del DNA; ha vita limitata ed in genere non è in grado di duplicare se stesso.Le molecole di RNA sono trascritte dal DNA con l’intervento di un enzima: la RNA polimerasi.La trascrizione si attua con l’apertura della doppia elica del DNA di cui un solo filamento funge dastampo (quello in direzione 3’- 5’) 5 mentre l’altro resta “silente”.Riassumendo i principali tipi di RNA sono quindi:‣ mRNA: sul quale il DNA trascrive i codoni 6 di una proteina‣ tRNA: che serve per il trasporto degli amminoacidi da assemblare in proteina‣ rRNA: che forma insieme ad alcune proteine i ribosomi grazie ai quali viene assemblata laproteina.5 Ciascun filamento dello scheletro del DNA possiede un estremo chiamato per convenzione 5’ e l’altro denominato 3’6 Il codone è una sequenza di tre basi sul DNA che codifica per un amminoacido.

9Gli aspetti generali della cellula;La materia vivente è un colloide (o soluzione colloidale). La principale differenza tra una soluzioneed un colloide è il numero delle particelle che li compongono:- Per una soluzione: 10 4 particelle- Per un colloide: 10 4 - 10 9 particelleInizialmente si pensava esistessero due tipi di colloidi che vennero chiamati sol e gel; nella realtàquesta distinzione si è dimostrata non esatta in quanto esiste solo lo stato di gel; il sol non è altro cheun gel molto liquido che si definì quando ancora si conosceva poco questo stato della materia.Quando parliamo di colloide ci riferiamo alle grosse molecole della materia vivente in quanto lepiccole molecole di materia vivente si organizzano in soluzioni, così come d'altronde le molecoleinorganiche che però rappresentano solo una piccola parte dei costituenti della materia.

10In un colloide l’acqua viene definita: fase disperdente. Le molecole in un colloide,indipendentemente dalla loro forma, stabiliscono fra loro dei legami più o meno forti che creano ungel più o meno vischioso.Classificazione delle cellule;Una prima grande classificazione delle cellule è quella che le distingue in:♦ Eucariote 7♦ Procariote (le più primitive)La principale differenza tra le cellule procariote e le eucariote è che il DNA nelle procariote non èseparato in modo netto da tutto ciò che non è patrimonio genetico; mentre nelle eucariote il DNA èavvolto dalla membrana nucleare e la parte restante della cellula è detto citoplasma.La cellula è separata dall’esterno dalla membrana cellulare.Si definisce membrana una struttura molto estesa in superficie e di spessore molto ridotto.Le cellule procariote;I procarioti hanno un solo cromosoma formato da un solo filamento di DNA che ha la particolarità diessere circolare. Pur non possedendo un nucleo vero e proprio, la zona della cellula dove si trova ilDNA è detta nucleoide.Nella cellula procariote è presente un solo tipo di organello: il ribosoma, che si dedica alla sintesiproteica.La membrana plasmatica delle cellule procariote presenta un introflessione detta mesosoma, incorrispondenza della quale si ha un punto di contatto con il DNA.I batteri sono dei tipici organismo procarioti ed hanno un diametro di circa1/2 micron (milionesimi dimillimetro), così come lo sono i procarioti fotosintetici erroneamente chiamati alghe azzurre (lealghe sono infatti organismi eucarioti).A rivestire esternamente la membrana cellulare vi è la parete cellulare.Esistono anche alcuni procarioti senza parete cellulare con un diametro di 1/10 di micron che sonoconsiderati le cellule più semplici esistenti in natura e sono chiamati PPLO o micoplasmi.Le cellule eucariote;Nelle cellule eucariote il DNA è contenuto nel nucleo e ricoperto da una struttura che prende il nomedi membrana nucleare.Gli eucarioti vegetali hanno alcune caratteristiche particolari rispetto agli eucarioti di origine animale,presentano infatti una parete cellulare (che non è mai presente negli eucarioti animali), presentanodelle strutture che prendono il nome di cloroplasti nei quali avviene la fotosintesi e, possiedono dellegrosse lacune delimitate da membrana nel citoplasma chiamate vacuoli.Gli organelli;Quella parte di citoplasma che apparentemente ad una prima osservazione sembrava privo di unorganizzazione o struttura venne chiamato ialoplasma (o citosol o matrice citoplasmatica), ma inrealtà in seguito ci si rese conto che conteneva tutta una serie di organelli che sono:7 Il suffisso –cario indica il termine nucleo

11• I ribosomi: che sintetizzano le proteine• Il reticolo endoplasmatico: cioè una serie di membrane che delimitano degli spazi nel citoplasma,ve ne sono di diverso tipo e con funzioni diverse. Sono in comunicazione con la membranacellulare.• L’apparato di Golgi: ha funzione secretiva• I mitocondri: sono organelli addetti alla produzione di energia chimica• I perossisomi• I lisosomi• I microtubuli e microfilamenti: sono strutture allungate dedicate agli spostamenti della cellula.• I centrioli: sono associati alla produzione dei microtubuli e intervengono nella divisione cellulare(non esistono nelle cellule vegetali).I virus;I virus sono delle strutture piuttosto semplici costituite da acidi nucleici (DNA o RNA) rivestiti da uninvolucro proteico. Essi non possono essere definiti come cellule dato che non hanno tutte lemanifestazioni tipiche della materia vivente. Tali manifestazioni sono:‣ Presenza di un metabolismo (i virus si basano infatti sul metabolismo dell’organismo che liospita)‣ Capacità di accrescimento (i virus non si accrescono)‣ Elaborazione di sostanze extracellulari (i virus non ne elaborano)‣ Possibilità di movimento (i virus non si possono muovere)‣ Irritabilità cellulare (i virus non ne presentano)‣ Autoregolazione (i virus si regolano in base all’organismo che li ospita)Le dimensioni delle cellule;Gli estremi che riscontriamo in natura sono:• Il PPLO che è il più piccolo organismo vivente, ha un diametro di 0,1 micron e non possiedeparete cellulare.• L’Acetabularia è una cellula di forma allungata che raggiunge i 10 cm. di lunghezzaUn’altra possibile classificazione per ciò che riguarda le dimensioni è questa:• Metazoi: minimo 2 micron di diametro• Mammiferi: 6 - 30 micron di diametro• Anfibi: 80 micron di diametroLe cellule che hanno rapporti di interscambio con l’ambiente esterno li attuano evidentementeattraverso la superficie cellulare. Considerando che anche se il volume di una cellula cresce di unacerta quantità, la superficie cresce in rapporto minore; da questo si deduce perché è più convenienteper un organismo essere costituito da tante cellule di ridotte dimensioni piuttosto che da pochecellule di grosse dimensioni.

12Gli strumenti utilizzati nello studio delle cellule;Le unità di misura che vengono utilizzate studiando le cellule sono i millimetri (mm), i micron (µm), inanometri (nm) e gli angstrom (Å).I rapporti esistenti tra tali grandezze sono:• 1 mm = 1000 micron• 1 micron = 10 -3 mm = 1000 nm = 10.000 Å• 1 mm = 10 ÅLe lunghezze d’onda della luce;La lunghezza d’onda della luce si misura in nanometri. L’occhio umano percepisce le diverseampiezze della radiazione luminosa come variazioni di luminosità, mentre percepisce le variazioni dilunghezza come variazioni di colore.

13Il “visibile” è compreso tra i 400 e 750 nm; al di sotto di 400 nm vi è l’ultravioletto mentre al disopra dei 750 nm vi è l’infrarosso. La luce bianca è un insieme di onde del visibile cioè non èmonocromatica.Il Microscopio ottico;Il microscopio ottico è detto anche “a luce trasmessa nel campo del visibile”. Ed è costituito da duelenti: obbiettivo ed oculare. L’ingrandimento finale è dato dal prodotto dell’ingrandimentodell’obbiettivo per l’ingrandimento dell’oculare.Il fattore più importante nel microscopio ottico è il limite di risoluzione, che rappresenta la distanzapiù piccola per cui due punti sono percepibili come distinti e si misura in micron.LR=0,61 ⋅ λA.N .Figura 3.Formula dellimite di risoluzioneIn questa equazione i vari dati rappresentano:1. 0,61 = costante di Plank.2. A.N. = apertura numerica (dipende dall’ottica del microscopio) che è pari ad n · sen µ dove nrappresenta l’indice di rifrazione del mezzo attraverso il quale viaggia la luce che solitamente ècompreso tra 1 e 2, µ rappresenta invece la metà dell’angolo di apertura della lente obbiettivo.3. λ è invece la lunghezza d’onda della luce utilizzata.Gli obiettivi di un microscopio ottico possono essere:• A secco: con indice di rifrazione al massimo di 0,2 micron .• A immersione: con risoluzione maggiore (0,1 micron). Tra l’obiettivo e l’oggetto è interpostouna goccia di olio con un indice di rifrazione simile a quello del vetro.Per ciò che invece riguarda la luce utilizzabile, i limiti di risoluzione ottenibili sono:• Luce bianca: 0,25 micron• Luce violetta: 0,17 micron• Ultravioletto: 0,1 micronImportante è anche lo spessore del campione da analizzare 8 ; lo spessore ottimale va da 1 a 10 micronmentre a 50 micron la luce non è più in grado di passare efficacemente.Microscopio a contrasto di fase;Questo microscopio permette l’osservazione delle cellule senza bisogno di colorarle.Questo strumento sfrutta un limite dell’occhio umano: l’uomo infatti riesce a percepire le sfasaturedelle onde luminose solo quando queste variazioni superano di ¼ la lunghezza dell’onda stessa.8 Vedi preparazione del campione per l’osservazione in microscopia ottica

14I campioni da analizzare creano delle sfasature diverse a seconda delle molecole che li compongonosolo che tali differenze spesso sono troppo piccole per essere percepite dall’occhio umano; perquesto il microscopio a contrasto di fase aumenta artificialmente la sfasatura costantemente di 1 / 4della lunghezza d’onda della luce utilizzata.Con questo sistema si ha un immagine a toni di grigio che consente di non colorare i campioni.Microscopio a luce polarizzata;La luce polarizzata è costituita da un’onda che vibra su un solo piano (al contrario di ciò che avvienenormalmente) perpendicolare alla direzione dell’onda stessa.La luce polarizzata si ottiene facendo passare la radiazione luminosa attraverso il prisma di Nicol cheprovocando una doppia rifrazione la polarizzaIl prisma è costituito da due minerali ci calcite opportunamente lavorati ed accoppiati; il primoprisma è detto polarizzatore e si trova a livello del preparato da osservare, il secondo è dettoanalizzatore. Oggi al posto del prisma si usano delle lamine di plastica ricoperte di da uno iodurochiamate polaroid.Un campione è detto isotropo se non fa ruotare la luce mentre è anisotropo se fa ruotare il pianodella luce polarizzata.Microscopio a contrasto interferenziale o Normaski;E’ allo stesso tempo un microscopio a luce polarizzata ed a contrasto di fase.Microscopio in fluorescenza;Il principio generale della fluorescenza (valido per alcune sostanze) è basato sul salto che compionogli elettroni verso l’orbitale più esterno se vengono colpiti dalla luce.Il salto viene effettuato sfruttando l’energia fornita dalla radiazione luminosa incidente; dato che peròl’elettrone tende a tornare nella condizione iniziale di equilibrio, quando questi ritorna nel suoorbitale originario rilascia questa stessa energia in parte sotto forma di calore ed in parte sotto formadi radiazione luminosa.La luce “di ritorno” (cioè quella che percepiamo come fluorescenza) ha minor contenuto energeticorispetto a quella iniziale e presenta una lunghezza d’onda maggiore.L’intervallo di tempo tra eccitazione ed emissione è molto breve, dell’ordine di 10 -8 secondi per lafluorescenza mentre, se è maggiore di 10 -6 secondi, parliamo di fosforescenza.Questo microscopio ha dei filtri che selezionano la lunghezze d’onda emesse e utilizzando delleparticolari molecole che si fanno penetrare nella cellula, è possibile avere un’indicazione indirettadella composizione chimica del campione (queste molecole si fissano infatti in modo specifico adeterminati composti chimici).Preparazione del campione per l’osservazione con microscopio ottico;Per poter osservare una cellula è necessario colorarla.I coloranti possono essere:- vitali: di origine naturale, non uccidono la cellula e vengono usati con il microscopio aa fluorescenza- sopravitali: di origine chimica, uccidono la cellula

15Supponendo anche di avere delle cellule dello spessore adatto per l’osservazione nonostante questonon potrebbero sopravvivere a lungo ad una osservazione visto che il microscopio non è il loroambiente ideale ed è anche per questo motivo che si usano cellule coltivate in vitro.La morte della cellula rappresenta un problema per l’osservazione in quanto i tessuti vanno incontroad una rapida degenerazione falsando il risultato dell’osservazione, per questo motivo la cellula deveessere opportunamente preparata.La preparazione avviene attraverso una serie di passaggi che sono:- fissazione: consiste nell’uccidere la cellula con un procedimento che non rovini i tessuti coni cosiddetti cross leganti che stabiliscono legami covalenti fra le molecole.Alcuni esempi di queste sostanze sono: gli aldeidi (formaldeide, formalina eglutoraldeide) e l’alcool etilico, l’alcool metilico, l’acetone e il cloroformio.Generalmente vengono usati in soluzione acquosa.Si usano anche dei procedimenti fisici anche se meno frequentemente che sono: usodi calore e congelamento.- inclusione: per procedere all’affettamento della cellula è necessario renderla rigida e questo siottiene con l’inclusione. Tale processo consiste nel far penetrare in tutti gli interstizidella cellula la paraffina (bagno di paraffina) che a 50 - 60 °C è liquida mentre atemperatura ambiente solidifica. Non essendo però compatibile con l’acqua ènecessario disidratare il campione con soluzioni di alcool a concentrazioni crescenti.La paraffina non interagisce però con l’alcool per cui bisogna usare degli intermediaricome il toluolo o il benzolo.Vi è però un problema, molte molecole lipidiche vengono eliminate durante iltrattamento così ultimamente al posto della paraffina si usano dei monomeri chevengono in seguito polimerizzati cioè induriti.A questo punto il preparato può essere affettato con l’uso di microtomi.- colorazione: si usano coloranti in soluzioni acquose e, per questo è necessario rimuovere laparaffina con benzolo (sparaffinate) poi, bisogna reidratare progressivamente ilcampione. Ora si può procedere alla colorazione.I coloranti si legano a diverse componenti della cellula spesso sfruttando leinterazioni fra molecole acide e molecole basiche.A questo punto si può “montare” il preparato chiuso tra due vetrini di basso spessore e conl’aggiunta di alcune resine sintetiche che conservano il campione.Microscopio elettronico a trasmissione;Nel microscopio elettronico al posto di radiazioni luminose si utilizzano fasci di elettroni.La risoluzione del microscopio elettronico è dipendente dal voltaggio al quale lavora, la tensione ècompresa tra 10.000 e 100.000 Volt.Per l’osservazione biologica si usano regolarmente tensioni intermedie dell’ordine dei 50.000 Volt;con questa tensione si ottiene una risoluzione teorica di 0,2 nm mentre quella reale è leggermenteinferiore: 2 - 5 A.Lo spessore dei preparati deve essere inferiore a quello dei preparati per la microscopia ottica, infattideve essere pari a 70 nm.Il microscopio elettronico è costituito da una colonna di dimensioni considerevoli (altezza di 2 m.)sulla sommità della quale è posto il catodo costituito da un filamento di tungsteno che resoincandescente emette elettroni.Questi stessi elettroni attraversano l’anodo sottostante che serve a focalizzare il fascio.

16Tutto l’interno della struttura dell’apparecchio è sotto vuoto in modo che gli elettroni possanocompiere delle traiettorie pulite.Tra il catodo ed il preparato vi è una prima coppia di “lenti” elettromagnetiche ovvero dei solenoidi,dette condensatore. Il compito di queste lenti è quello di focalizzare il fascio elettronico sulpreparato sottostante.Gli elettroni incontrano così il campione e lo attraversano; le parti del preparato che sono più densecreano un fenomeno di diffusione del fascio mentre le altre lo possono lasciare anche invariato.Il fascio è a questo punto intercettato da altre coppie di lenti, prima l’obbiettivo e poi, le lentiintermedie che hanno il compito di focalizzare l’immagine.Si forma a questo punto un’immagine intermedia che può a volte essere usata per avere indicazioniaggiuntive sulla messa a fuoco.L’immagine vera e propria viene invece proiettata o su uno schermo fluorescente o su una lastrafotografica; quest’ultima soluzione viene comunque sempre usata in quanto il preparato si deterioravelocemente a causa del calore sviluppato dagli elettroni quindi, è meglio stampare ogni immagine.Preparazione del campione per l’osservazione con microscopio elettronico;Con questo strumento non è possibile osservare campioni contenenti materiale acquoso quindi tutti ipreparati devono essere prima di tutto disidratati.Bisogna a questo punto procedere con la fissazione del campione.Le sostanze usate per questo procedimento sono gli aldeidi fra i quali la più usata è la glutaraldeide(fissatore primario) alla quale si associa il tetrossido di osmio (OsO 4 ) che si lega alla parte lipidicadella cellula ed è un elemento che fa aumentare il contrasto del tessuto.Bisogna quindi procedere all’inclusione con una sostanza che indurisca il campione. A questoproposito le sostanze usate sono delle resine epossidiche che a 50 - 60 °C e con l’intervento di alcunicatalizzatori si induriscono ( cioè polimerizzano).A questo punto l’elevata durezza raggiunta dal campione permette con l’ausilio di ultramicrotomi diottenere delle sezioni ultrasottili (70 nm.) necessarie per osservare il campione al microscopioelettronico.La lama dell’ultramicrotomo è generalmente de vetro o in diamante, le sezioni tagliate si raccolgonosul pelo dell’acqua contenuta in una vaschetta e, da qui possono essere prelevate con delle grigliemetalliche circolari (diametro 1 cm.).Prima di iniziare l’osservazione del preparato è necessario farlo asciugare e contrastarlo con deicoloranti che accentuino i toni di bianco e di nero.I coloranti usati sono delle miscele di metalli pesanti che aumentano l’elettrondensità del preparato esono: il citrato di piombo e l’acetato di uranile.Procedimenti per l’accentuazione del contrasto;Con questi procedimenti posso arrivare ad analizzare le macromolecole come: proteine, frammenti dimembrane o di organelli).I tipi di contrasti possono essere:- colorazione negativa: raccolgo le macromolecole su di una griglia ricoperta da una membranamolto sottile e trasparente come la celloidina. Immergo quindi la grigliain una miscela di acido fosfotungstico che ha il potere di rendereelettrondenso il materiale sopra la griglia ad eccezione del campione.- in ombreggiatura: con questo metodo i campioni raccolti sulla griglia vengono messi in ambientisotto vuoto dove viene reso incandescente un filamento di tungsteno chevaporizza elettroni. Gli elettroni cadono sul preparato con una determinata

17angolazione regolabile creando così delle zone chiare e delle altre scure dandoanche un effetto di tridimensionalità al preparato.Microscopio elettronico a scansione;E’ più piccolo di quello a trasmissione, ma usa anch’esso un fascio di elettroni come fonte di energiae, dei solenoidi per focalizzare il fascio. La differenza principale è data dal fatto che questostrumento è dotato di un doppio raggio analizzatore (primario e secondario).Il fascio primario è il primo che si focalizza sul preparato e fornisce ad un computer indicazioni sulledimensioni del preparato ed inoltre, elimina tutte le bande non adatte all’osservazione di quelparticolare preparato.L’osservazione è effettuata dal fascio secondario che, utilizzando le informazioni fornitegli dalprimario, agisce con elettroni di energia particolare.L’immagine ottenuta è quella della superficie del preparato ed è tridimensionale, essa è visualizzatasu di un monitor e può comunque essere stampata.Il preparato non dovendo essere attraversato dal fascio elettronico può essere di grosse dimensioni.Microscopio elettronico a trasmissione ad alto voltaggio;E’ in grado di dare informazioni di livello elevatissimo però i campioni devono essere ancora piùsottili (30 nm.).METODI E MEZZI D’INDAGINE;Antigene: è una macromolecola proteiche, lipidica, glicolipidica specifica di undeterminato tessuto e di una determinata specie.Anticorpo: è una macromolecola che riconosce e si lega ad un particolare antigene.Gli anticorpi sono delle particolari proteine (immunoglobuline)sintetizzate nel citoplasma di particolari cellule: i linfociti B.Per individuare un antigene e per poterlo così osserv are posso utilizzare degli anticorpi “marcati” especifici per l’antigene che vogliamo individuare.La marcatura dell’anticorpo è diversa a seconda che si utilizzi un microscopio ottico o unoelettronico.Per il microscopio ottico a fluorescenza posso usare anticorpi resi fluorescenti con molecole difluorocromo. Per il microscopio elettronico uso la ferritina che crea delle zone più elettrondenseoppure, la perossidasi che è un enzima che, in presenza di acqua ossigenata (H 2 O 2 ) e di un rilevatorequale la diaminobenzidina, dà luogo ad una precipitazione di sostanze granulari elettrondense cherisultano rilevabili anche al microscopio ottico.CITOCHIMICA ENZIMATICA;Gli enzimi si possono studiare utilizzando due metodi:- Biochimicamente: con questo sistema si localizzano gli enzimi e la loro attività enzimatica.Si lavora su omogenati estratti dal tessuto, è un metodo quantitativo ovvero,non permette di individuare il sito esatto dell’enzima.- Citochimicamente: il metodo permette di localizzare i siti degli enzimi determinando così

18Processo enzimatico:E + S = ES = E +PPP + catturante = PSl’eterogeneità di distribuzione quantitativa e qualitativa degli enzimi.1) Autoradiografia: faccio incorporare l’inibitore radioattivo dell’enzima(una coltura cellulare). Lo sviluppo autoradiografico individueràgli enzimi2) Immunocitochimica: marco le proteine con anticorpi specifici e verifico solo sel’enzima è presente ma non so qual’è il suo funzionamento.3) Citochimicaenzimatica: localizzo il prodotto dell’enzima ed in base a questo vedodove è sito e qual’è il suo funzionamento.S = substrato dell’enzima che deve essere specifico. Solitamente il campione non contiene S chedeve essere aggiunto in soluzione acquosa tamponata.ES = prodotto intermedio la cui formazione abbassa l’energia di attivazione della reazione.PP = prodotto primario derivante dalla trasformazione del S operata dall’enzima. Solitamente èuna molecola diffusibile e non visibile al microscopio ottico.PS = è il prodotto finale di reazione, insolubile (in modo da non diffondere originando erratelocalizzazioni) ed è visibile al microscopio ottico.TECNICHE DI FRAZIONAMENTO CELLULARE;Il frazionamento cellulare si rende necessario per poter osservare determinate porzioni di tessuti oper osservare determinate macromolecole (ad es. proteine). Ad ogni fase del frazionamento siassocia in parallelo un controllo effettuato con microscopio ottico.Isolamento di macromolecole;Il processo è costituito da diverse fasi:- Omogeneizzazione: si preleva un pezzo di un tessuto di un derminato organo e lo si elaboraa 0 °C per evitare surriscaldamenti con gli omogeneizzatori. Ve ne sono didue tipi: a lama rotante e a pestello.Quello a lama rotante provoca la rottura quasi completa senza preservare lastruttura cellulare del tessuto mentre quello a pestello rotante la lascia intatta.- Digestione: viene effettuata o con degli enzimi digestivi che distruggono ulteriormente alcunilegami chimici oppure con degli acidi (TCA o acido tricloroacetico al 5%).- Centrifugazione: viene effettuata con delle centrifughe dotate di un rotore metallico e poste sottovuoto per evitare surriscaldamenti, per lo stesso motivo la centrifugazione èeffettuata a basse temperature. La velocità massima di rotazione è di6000 giri/min. Dalla centrifugazione si ottiene un precipitato ed un supernatante.A questo punto il precipitato viene messo in contatto con una soluzione di alcool ed etere a 50 °C ericentrifugato ottenendo così un nuovo precipitato ed un supernatante contenente la parte lipidica.Si pone quindi il precipitato in una soluzione di TCA a 90 °C ed il nuovo precipitato ottenuto ècostituito dalle proteine (55 - 85 %) mentre, il supernatante dagli acidi nucleici depolimeralizzati (10- 20%).Isolamento di organelli;

19Se si volessero isolare degli organelli invece che delle macromolecole è necessario procedere condelle centrifugazioni differenziali cioè, con una successione di centrifugazioni con tempi differenti econ velocità di rotazione sempre maggiori.Nei vari passaggi si ottengono:- a 800 giri/min.: si isolano nuclei e cellule intatte perchè sono la parte più pesante e della soluzionepostnucleare.- a 12.000 giri/min.: ottengo particelle grandi come mitocondri e lisosomi più supernatantepostmitocondriale.- a 120.000 giri/min.: rimangono piccoli frammenti di membrana, ribosomi e supernatantepostribosomiale.Centrifugo a 65.000 giri/min. per 2 ore il supernatante con una soluzione di saccarosio aconcentrazione stabilita e ottengo la stratificazione del saccarosio in fasce con diverso gradiente.Le particelle in sospensione si sistemano nelle fasce con il gradiente a loro più congeniale ottenendocosì una separazione dei componenti; sul fondo del contenitore si raccolgono le macromolecole,salendo troviamo i mitocondri ed in superficie i lisosomi.IL CRIODECAPPAGGIO (FREEZE - ETCHING O FREEZE - FRACTURE);E’ un altro sistema di osservazione dei tessuti.Una volta individuata la cellula da analizzare la si porta ad una temperatura molto bassa (- 140 °C)e la si taglia separando la membrana.La cellula che presenta alcune strutture in rilievo viene posta sotto vuoto facendo si che l’acquaevapori; la struttura rimanente viene ombreggiata con oro e platino.Si prende il tutto e lo si pone in una soluzione in grado di distruggere tutti i tessuti lasciando unasorta di stampo della superficie; questo risultato della tecnica applicata può essere osservato almicroscopio elettronico e dà un immagine della superficie sezionata.LE COLTURE IN VITRO;Per allestire una coltura è sufficiente prelevare da un animale o da una pianta piccoli frammentid’organo o cellule isolate e porle in condizioni controllate. In ambiente opportuno molte popolazionicellulari si riproducono liberamente anche al di fuori del corpo.Per cellule provenienti da mammiferi le condizioni fisiche di coltura sono date da una temperaturacostante di 37 °C e da un mezzo di incubazione (terreno di crescita) che può essere chimicamentedefinito e contenere fino ad un centinaio di elementi in proporzioni costanti oppure, essere costituitoda miscugli biologici eterogenei quali siero fetale, estratto embrionale...Due condizioni molto importanti per le colture sono: il pH e la pressione osmotica del terreno dicrescita che devono essere compatibili con quelli della cellula.Il terreno di coltura tipo è costituito da:1 ) Una componente salina (ioni inorganici)2 ) Una componente micromolecolare (metaboliti essenziali, amminoacidi, carboidrati e vitamine)3 ) Una componente macromolecolare (proteine sieriche)

20L’unione dei componenti 1 e 2 costituisce il terreno di mantenimento in grado di mantenere le cellulein una stato di quiescenza per periodi di tempo variabili.Aggiungendo il terzo componente si realizza il terreno di crescita in capace di far proliferare lecellule per lunghi periodi o indefinitamente.LA MEMBRANA PLASMATICA;Separa il citoplasma dall’ambiente esterno ed è la parte attraverso la quale la cellula comunica conl’esterno o con le altre cellule.La struttura della membrana plasmatica è valida anche per tutte le altre membrane cellulari e perquesto è detta membrana unitaria.La struttura della membrana è un mosaico fluido; il “collante” o “matrice” è costituito da lipidi neiquale sono immerse le proteine. E’ definito fluido perché sia le proteine che i lipidi si muovono.Dal punto di vista funzionale però i costituenti più importanti sono le proteine.La membrana se osservata al microscopio elettronico appare costituita da uno strato più chiarocentrale e da due più scuri agli estremi; queste fasce più scure sono determinate dal tetrossido diosmio usato come fissatore per la microscopia elettronica che si fissa alla parte polare delle molecolelipidiche.I lipidi della membrana;I lipidi hanno due code idrofobe che in soluzione acquosa tendono a unirsi fra loro in modoassolutamente spontaneo dando luogo ad una struttura a doppio strato (bi-layer lipidico).I movimenti che possono compiere i lipidi sono di diverso tipo:- diffusione (spostamento) laterale- rotazione delle code idrofobe- flessione delle code idrofobe- flip-flop fra uno strato e l’altro dei lipidi (avviene più raramente, 1 volta al mese)

21Quando la temperatura si abbassa i movimenti cessano perché le code dei lipidi tendono ad assumereuna struttura paracristallina. La temperatura alla quale cessano i movimenti è detta: temperatura ditransizione.La temperatura di transizione è tanto più alta quanto più lunghe sono le code idrofobe e tantomaggiori sono i legami insaturi presenti nelle molecole.Per questo motivo i batteri ed i lieviti che non possono regolare la propria temperatura, se si trovanoin situazioni critiche per le proprie strutture, sintetizzano rapidamente molecole lipidiche in grado diresistere a temperature più basse.In tutte le membrane plasmatiche è presente, seppur in proporzioni diverse, il COLESTEROLO.Il colesterolo è una piccola molecola costituita da una piccola parte polare e da una struttura adanelli molto rigida.La parte polare si lega alle teste polari dei lipidi mentre la parte ad anelli limita la rotazione dellecode e impedisce che le code, a temperature più basse, si “impacchettino” fra loro dando luogo aduna struttura paracristallina. In questo modo mantiene i lipidi attivi anche a temperature più basse.I principali lipidi della membrana sono: etanolammina, serina, colina e sfingomielina.La membrana plasmatica è asimmetrica per ciò che riguarda la distribuzione dei lipidi.La colina è presente prevalentemente nello strato della membrana posto verso l’esterno della cellulamentre l’etanolammina in quello rivolto verso l’interno.La serina porta una carica negativa verso l’interno dando luogo ad una grande presenza di carichenegative.I lipidi limitano l’accesso e l’uscita dalla cellula delle molecole ed è il movimento dei lipidi cheprovoca il movimento delle proteine.Le proteine della membrana;Le proteine della membrana plasmatica si possono rimuovere con dei detergenti chimici.In base alla facilità di estrazione vengono divise in: estrinseche (le più facili da estrarre) edintrinseche.Proteine intrinseche;Sono transmembrana attraversano cioè per intero la membrana plasmatica.Possiedono una parte idrofoba che viene a coincidere con le code dei lipidi che costituiscono lamembrana. Le proteine possono penetrare diverse volte nella struttura lipidica (proteine multi-pass),il tutto dipende da quante parti idrofobe è costituita la proteina in questione.Esistono delle proteine che hanno una molecola lipidica che si aggancia allo strato lipidico e vengonosintetizzate dal citosol ma sono presenti in un numero poco significativo.Altre proteine sono legate sulla parte esterna della membrana per mezzo di una sequenza dicarboidrati che si legano con un legame covalente ai lipidi, sono dette GPI e sono importanti per latrasmissione dei segnali.Proteine estrinseche;Interagiscono con la parte polare (idrofila) di proteine intrinseche.Sono presenti in numero minore rispetto alle intrinseche.

22Le funzioni delle proteine di membrana;Le proteine sono notevolmente diversificate in base ai compiti che svolgono per la vita cellulare.Alcuni esempi sono:- proteine recettore: hanno il compito di segnalare degli eventi alla cellula. La parte che da versol’esterno si lega ad una particolare molecola facendo si che la parte dellaproteina che da verso il citoplasma dia luogo ad una serie di reazioni.- proteine canale: determinano la presenza di canali nella palizzata lipidica; il canale è attraversatoda ioni o molecole particolari che sennò non potrebbero passare attraverso lamembrana. Il canale è costituito da minimo due proteine con amminoacidi polaridel tipo multi-pass; le porzioni idrofobe vengono messe vicine creando così unospazio polare (canale).Le proteine sono asimmetriche rispetto alla membrana e le diverse molecole sono inserite nellamembrana sempre con lo stesso orientamento.I carboidrati della membrana;Sono quei carboidrati legati alle proteine o ai lipidi della membrana plasmatica.Generalmente sono oligosaccaridi organizzati in brevi catene ma molto ramificate.I carboidrati sono presenti solo sulla faccia extracellulare della membrana plasmatica.I monomeri che costituiscono i carboidrati della membrana sono: glucosio, acetilglucosammina,fucosio, mannosio e acido sialico.Il glicocalice;Le glicoproteine più i glicolipidi costituiscono il glicocalice (o cell coat) che, se osservato almicroscopio elettronico, si presenta sotto forma di lanugine sfilacciata con spiccate proprietà adesive.E’ molto importante per gran parte delle interazioni fra cellule così come per il riconoscimento emolto probabilmente per il controllo ordinato della proliferazione cellulare evitandoammucchiamenti disordinati.I globuli rossi;Se pongo dei globuli rossi (che sono cellule prive del nucleo) in una soluzione con pressioneosmotica superiore a quella della cellula, la membrana cellulare si rompe disperdendo l’emoglobina.A questo punto la membrana tende a richiudersi per le proprietà dei lipidi ottenendo così l’ombra oil fantasma del globulo rosso.Si può anche fare il modo che quest’ombra si richiuda con la parte interna rivolta verso l’esternorendendo così immediatamente rilevabile la struttura della parte interna della membrana cellulare.Le proteine presenti sulla membrana plasmatica dei globuli rossi sono: la glicoferina e la banda B.Aspetti funzionali della membrana plasmatica: la fluidità delle proteine;Questo aspetto delle proteine è analizzabile o con metodi fisici quali la risonanza magnetica nucleareo con tecniche immunocitochimiche con microscopio a fluorescenza.

23Per attuare quest’ultima tecnica bisogna prendere due cellule (generalmente linfociti) di animalidiversi; queste cellule vengono unite con l’aiuto di agenti chimici (o di virus) dando luogo ad ununica cellula con due nuclei chiamata eterocarium.A questo punto si prendono degli anticorpi specifici per le due cellule iniziali, vengono marcati influorescenza con colori diversi e messi in soluzione con l’eterocarium.In questo modo è possibile osservare con un microscopio a fluorescenza che gli anticorpi si sonolegati alle proteine della membrana creando una fluorescenza ben distinta sulla superficie della stessa.A distanza di 40 min. e ad una temperatura di 37 °C si può notare che i colori non sono piùdistinguibili evidenziando il movimento che le proteine hanno compiuto.Certe proteine legate all’anticorpo si avvicinano prima fra loro (patching) poi tendono a portarsi aduna estremità della cellula (capping).E’ possibile inoltre calcolare qual’è la velocità di spostamento delle proteine attraverso un metodoparticolare.La cellula immersa in anticorpi marcati in fluorescenza diventa tutta fluorescente, a questo punto conun laser circoscrivo una zona ben delimitata della membrana che perderà la fluorescenza.Dopo qualche tempo osserverò che l’area è tornata fluorescente, a questo punto conoscendo gliopportuni dati è possibile calcolare la velocità di spostamento delle proteine.L’INTERNO DELLA CELLULA;All’interno della membrana plasmatica esistono dei “compartimenti” che a volte sono fra loro incomunicazione (fenomeno di anastomosi), e sono:- nucleo: delimitato da due membrane- reticolo endoplasmatico- apparato di golgi- lisosomi- vescicole (o vacuoli) di endocitosi- mitocondri- perossisomi (detti microbodys)- cloroplasti: solo nelle cellule vegetaliIl reticolo endoplasmatico (o endoplasma reticolare);E’ costituito da una serie di cavità molto sottili che si allargano in “cisterne” e da altre diconformazione rotondeggiante che vengono dette “vescicole”. Tutte queste parti comunicano fra diloro (anastomosi).Il reticolo endoplasmatico è diviso in: rugoso e liscio.

24La rugosità del primo è dovuta alla presenza dei ribosomi adesi sulla membrana esterna del reticolo(quella verso il citosol).I ribosomi sono di forma rotondeggiante e sono costituiti da due subunità, una più grande ed una piùpiccola e presiedono la sintesi delle proteine. I polisomi (più ribosomi uniti da una molecola dimRNA) liberi nel citoplasma elaborano le proteine destinate alla cellula stessa mentre i polisomiassociati al reticolo producono proteine che verranno estruse ed utilizzate al di fuori della cellula.I microsomi;Sono il risultato di una preparazione della membrana cellulare, sono cioè una frazione ottenuta da unomogenato della cellula.I microsomi non esistono nella cellula: sono infatti una preparazione artificiale !Per separare le diverse membrane che si mischiano nell’omogenato si pone lo stesso in una soluzionedi glucosio con diversi gradienti e si centrifuga il tutto.In questo modo le parti di membrana più pesanti si posizioneranno sul fondo del contenitore mentrele più leggere in superficie dove il gradiente è inferiore.Le funzioni del reticolo endoplasmatico rugoso;Il reticolo endoplasmatico rugoso partecipa alla sintesi delle proteine.Tale processo avviene grazie a particolari organelli detti: ribosomi.I ribosomi si trovano in sospensione del citosol e, solo in alcuni casi si legano alla parete del reticolo.RIBOSOMIRitenzioneCITOSOLRETICOLO ENDOPL.Mitocondri Nucleo Perossisomi GolgiRitenzioneLisosomi Superficie Vescicole didella cellula secrezioneAlcune proteine che passano per il reticolo endoplasmatico rugoso vi restano (proteine residenti)anche se sono la minima parte.Le proteine, una volta sintetizzate, si spostano verso l’obbiettivo da raggiungere con diversi metodi.Le proteine libere sono associate ad altre proteine particolari che permettono alle prime diraggiungere il sito previsto, queste proteine “chiave” sono dette chaperonine.

25Le proteine che devono invece entrare nel nucleo devono passare attraverso delle aperture sullasuperficie della membrana nucleare (detti pori) di forma circolare che però possono risultare aperti ochiusi a seconda dei segnali pervenuti.I “segnali” che regolano tutte le attività della cellula per ciò che riguardo la sintesi proteica sono dellecatene di amminoacidi idrofobi.I ribosomi;Sono organuli citoplasmatici presenti in tutte le cellule; non sono visibili con il microscopio luce datele loro ridotte dimensioni. Possono trovarsi liberi nel citoplasma o adesi al reticolo endoplasmaticorugoso e sia nell’uno che nell’altro caso sono riuniti in gruppi detti polisomi formati da 3 a 30ribosomi legati fra loro da un filamento di mRNA.I ribosomi singoli sono molto rari, in ogni caso questi organuli vengono sintetizzati dal nucleolosotto forma di due sub-unità distinte che tendono, per loro natura, ad associarsi a gruppi di polisomigià esistenti.I ribosomi sono indispensabili per il processo di sintesi proteica dato che, solo tra le due sub-unitàche li compongono avvengono le necessarie interazioni tra mRNA, tRNA ed amminoacidi.Il reticolo endoplasmatico liscio;Il reticolo endoplasmatico liscio presenta un’organizzazione costituita da un’intricata rete di tubulidelimitate da membrane e tra loro anastomizzati.Mentre al reticolo rugoso è possibile ricollegare precise funzioni, per quello liscio vi sono deiproblemi visto e considerato che le stesse sono decisamente diverse da cellula a cellula.Il REL (ret. endopl. liscio) è responsabile della sintesi dei lipidi ed è in grado di sintetizzare ormonisteroidei a partire dal colesterolo; può essere inoltre sede di alcuni enzimi necessari nei processi didisintossicazione cellulare.Lo sviluppo del REL è notevole nelle cellule corticali delle ghiandole surrenali e nelle cellule delcorpo luteo delle ovaie.Nei diversi tipi cellulari la configurazione e la localizzazione di tale apparato variano. Ad esempionegli epatociti (cell. del fegato) gli elementi tubolari e le vescicole del REL occupano spazi in cui sitrovano accumuli di glicogeno e di gocciole lipidiche, nel tessuto muscolare il REL forma un sistematridimensionale di tubuli e cisterne che si pongono in relazione in modo preciso con le miofibrillecreando il cosiddetto reticolo sarcoplasmatico, dal quale dipendono i fenomeni contrattili.In altri casi il REL aumenta in particolari momenti funzionali o sotto l’influenza di particolari stimolicome ad esempio la somministrazione di alcool etilico, di barbiturici o di tetracloruro di carbonio(come dimostrato attraverso prove di laboratorio).Sempre nelle fibre muscolari il REL (reticolo sarcoplasmatico) svolge un ruolo importante nellaconcentrazione di ioni Ca ++ . Si è infatti osservato che in condizioni di rilassamento muscolare laconcentrazione degli ioni calcio è molto bassa mentre, in seguito ad uno stimolo aumentarepentinamente inducendo una serie di reazioni chimiche che portano alla contrazione della fibra.

26Il complesso o apparato di Golgi;La struttura di questo apparato, da un punto di vista ultrastrutturale, è costituita da tre tipi dicomponenti:- cisterne appiattite impilate l’una sull’altra- microvescicole (o vescicole transfer)- macrovescicole (o vacuoli secernenti)Le cisterne appiattite risultano essere impilate le une sulle altre ed a tratti fenestrate; ogni cisterna èformata da membrane assai simili a quelle del REL ma appiattite e circolari. Il numero delle cisterne èvariabile ed in genere oscilla tra 3 e 10 anche se in alcuni casi si può arrivare a 30.In ogni cisterna, come nell’intero apparato, si può riconoscere una faccia prossimale (faccia cis) euna faccia distale (faccia trans).La faccia cis rappresenta la “camera d’ingresso” che accoglie le vescicole di trasporto smistate dalleregioni sintetizzatrici del Golgi. Essa è costituita da una serie di microtubuli anastomizzati fra loro eposti in modo da formare grossolanamente dei poligoni.La faccia trans è generalmente orientata verso la periferia cellulare; presenta nella sua porzione piùesterna numerose vescicole di gemmazione che distaccandosi portano all’interno dell’apparatomateriale più o meno elettrondenso.Lo spessore delle membrane del Golgi è costante ed è lievemente maggiore di quelle del REL eminore di quello della membrana plasmatica.Una pila di cisterne golgiane è costituita da tre compartimenti differenti: cis, mediano e trans.Nell’area del Golgi si riscontrano, come già detto, anche altri componenti:- le microvescicole: diametro di 80-100 nm., localizzate presso la faccia cis, si presentano sottoforme di vescicole indipendenti staccatesi dal RER (ret. end. rugoso).- le macrovescicole: diametro di 1000 nm., rappresentano i vacuoli di secernenti che sistaccano dalle estremità dilatate delle cisterne (trans); una volta giunte incontatto con la membrana plasmatica queste vescicole liberano all’esterno ilcontenuto.Le dimensioni dell’apparato sono notevolmente variabili; risulta essere di dimensioni notevoli nellecellule costituenti le ghiandole esocrine ed in particolare nel sistema nervoso mentre, è di dimensioniridotte nei tessuti muscolari dove l’attività secretoria è ridotta.La compartimentazione delle cisterne risulta fondamentale per l’elaborazione contemporanea dialmeno tre classi di prodotti glicoproteici, alcuni destinati ai lisosomi, altri ai granuli di secrezione ealtri ancora destinati al rinnovo della membrana plasmatica.Le cisterne posseggono compartimentazioni biochimiche ben precise. Mediante centrifugazione ingradiente di saccarosio si sono evidenziate tre compartimentazioni: quella con la mannosidasi I,quella con la galattosiltransferasi e la transferasi dell’acido sialico e quella con i gruppi fosfatodelle proteine lisosomiali.Processo di sintesi delle glicoproteine;

27Tenendo conto dei processi biochimici ora elencati, il percorso delle glicoproteine che transitano nelGolgi è il seguente:1 ) Dal RER si staccano vescicole di trasporto (riconoscibili per il rivestimento proteico) che, sifondono con le cisterne del cis e vi riversano il loro contenuto (alcune delle vescicole sembra che poipossano ritornare indietro).2 ) Giunte nelle cisterne cis una parte di queste glicoproteine subisce l’aggancio (ai due mannositerminali) di due fosfati che la preserveranno dall’azione degli altri compartimenti del Golgi.3 ) Le altre glicoproteine (con quelle lisosomiali) proseguono il viaggio nel compartimento medianodell’apparato dove subiscono modificazioni nelle catene oligosaccaridiche da parte di altri enzimi:la mannosidasi I che stacca tre unità di mannosio e la N-Acetilglucosammintransferasi aggiunge unamolecola di N-Acetilglucosammina. A questo punto la mannosidasi II rimuove altre due unità dimannosio mentre una seconda N-Acetilglucosammintransferasi aggiunge un’altra molecola dizucchero aminato.4 ) A questo punto, le glicoproteine così ottenute vengono trasferite nel compartimento trans dovesubiscono da parte degli enzimi transferasici del galattosio e dell’acido sialico l’aggiunta di duemolecole di galattosio e quindi di due molecole di acido sialico.5 ) Le nuove glicoproteine sono destinate in parte ai granuli di secrezione ed in parte a rinnovare lamembrana plasmatica che costituisce il glicocalice.Fino a qualche tempo fa, il modello classico della progressione delle cisterne dal cis al trans era il piùaccettato. Dopo studi sulla compartimentazione era difficile accettare l’idea che le diverse cisternepotessero modificarsi in altre, così si avvalorò l’ipotesi che le cisterne rimangono fisse mentre sonole glicoproteine che passano da un compartimento all’altro per gemmazione di vescicole. Esperimentirecenti sembrano avvalorare questa ipotesi.Riassumendo possiamo dire che le funzioni del Golgi sono:- quella di rappresentare una stazione intermedia di elaborazione nel trasporto dei prodotti dellasecrezione proteica dal luogo della sintesi a quello dell’esocitosi.- è il luogo dove avviene l’aggiunta di carboidrati alle proteine per la sintesi di glicoproteine edei proteoglicani- presiede al rinnovamento della membrana plasmatica- è la sede della formazione dei lisosomi primari e dell’acrosoma degli spermatozoiL’apparato vacuolare interno ed il processo di secrezione (REG, REL e App. Golgi);Il REG, il REL e l’apparato di Golgi formano un sistema collegato strutturalmente e funzionalmente,per questo vengono considerati come elementi dell’apparato vacuolare interno.Il processo di sintesi, trasporto e liberazione dei materiali destinati all’elaborazione è definitodi secrezione. Tale meccanismo è stato possibile osservarlo con l’autoradiografia al microscopioelettronico somministrando un amminoacido marcato con tritio, per esempio la leucina 3 H.L’amminoacido viene assunto dalla cellula ed incorporato nella nuova catena poliptidica. Conprelievi successivi nel tempo si osserva che, dopo 2-3 minuti la sostanza marcata è esclusivamentenei ribosomi; dopo 5-6 minuti è nelle cisterne del reticolo ergastoplasmatico e nelle vescicole delGolgi. In periodi successivi la marcatura passa nei vacuoli di esocitosi per poi essere secreta.

28Nell’apparato di Golgi il prodotto elaborato dall’ergastoplasma va incontro ad un processo dicondensazione e concentrazione con una progressiva perdita d’acqua. Appare quindi evidenteil ruolo del Golgi che è quello di condensazione delle proteine sintetizzate nell’ergastoplasma.Durante tutto il processo le proteine acquisiscono le caratteristiche strutturali secondarie, terziarie equaternarie; inoltre nel reticolo endoplasmatico e nel complesso di Golgi avvengono processi diglicosilazione delle glicoproteine che consiste nella sintesi e nell’attacco all’asse polipeptidico dellecatene laterali oligosaccaridiche con l’intervento in sequenza di specifiche glicosiltransferasiassociate alle membrane.Tutti questi processi richiedono naturalmente energia ottenuta dai complessi plurienzimatici NADH,NAD e ATP presenti nelle membrane dell’ergastoplasma.Esocitosi ed endocitosi;Le proteine sintetizzate nel Golgi sono guidate nel loro percorso da determinati segnali. Vi sonoinfatti segnali che le indirizzano verso i lisosomi o altri verso le vescicole di secrezione.In assenza di segnali la proteina si porta direttamente sulla membrana plasmatica.Perchè le vescicole di secrezione si fondano con la membrana nel processo di esocitosi è necessarioun apporto di energia ovvero di ATP che poi idrolizzata diventa ADP + P ed inoltre unaconcentrazione sufficiente di ioni calcio (Ca ++ ) nel punto dove deve avvenire la fusione.I lisosomi;I lisosomi sono formazioni vacuolari contenenti enzimi idrolitici e delimitati da una membrana che hala funzione di isolare gli enzimi che, se dispersi, potrebbero essere dannosi per la cellula. Se infatti glienzimi si diffondessero le funzioni cellulari cesserebbero all’istante per la degradazione delle proteinecitoplasmatiche digerite dagli enzimi litici.Ogni lisosoma contiene notevoli quantità di enzimi idrolitici attivi quando il pH è acido.La forma, le dimensioni e la struttura dei lisosomi sono variabili.Il lisosoma viene definito primario dal momento in cui si libera dall’apparato dei Golgi fino a quandoesso si fonde con un altro vacuolo, a questo punto viene detto secondario.Il lisosoma può fondersi:1 ) con un vacuolo di fagocitosi (fagosoma) o di pinocitosi (pinosoma)2 ) con un organulo citoplasmatico, oppure con un granulo secreto.Nel primo caso viene inglobato materiale extracellulare, si parla di eterofagosoma ed il lisosomaviene definito eterolisosoma.Nel secondo caso vengono inglobate parti del citoplasma, si parla di autofagosomi (crinofagia se ilfagosoma contiene granuli di secreto) ed il lisosoma viene definito autolisosoma.Se una parte del materiale non viene digerita può essere espulsa dalla cellula o rimanervi

29(corpo residuo). I lisosomi secondari vengono anche chiamati vacuoli digestivi.I lisosomi primari;Ogni cellula contiene un numero variabile di lisosomi primari. Si presentano come delle formazionisferoidali delimitate da una membrana e contenenti un numero variabile di idrolasi. Presentano undiametro di 0,2-1 micron ed il loro contenuto si presenta discretamente elettrondenso.La membrana del lisosoma primario è trilaminare ed è più complessa delle altre membrane;la faccia più interna è rivestita da un materiale protettivo simile a quello del glicocalice.Il numero dei lisosomi primari appare variabile a seconda delle diverse cellule; sono abbondanti neimacrofagi, nei granulociti neutrofili e acidofili e nei monociti, cioè in tutte quelle popolazioni cellulariimpegnate nei meccanismi di difesa attuati per fagocitosi.Questi lisosomi originano per gemmazione dalla faccia trans del Golgi e si ritiene che i lisosomiappena liberati dal Golgi siano molto diversi dai cosiddetti lisosomi primari.Uno dei primi enzimi ad entrare in funzione sembra essere la fosfatasi acida e non è possibiledeterminare il numero completo degli enzimi contenuti nei lisosomi primari, ogni cellula presentainfatti un numero di enzimi variabile. Schematizzando la situazione si può dire che gli enzimilibosomiali idrolizzano (a pH 5,5) i substrati di quattro principali famiglie di macromolecole: acidinucleici, proteine, carboidrati e lipidi.La produzione degli enzimi avviene nel RER da dove vengono trasferiti nel Golgi, da qui arrivanoalla faccia trans e vengono poi rilasciati nel citoplasma avvolti da una membrana.E’ convinzione che esistano dei “territori” strettamente associati al Golgi in grado di originare sololisosomi e vengono definiti GERL (Golgi, Endoplasmic reticulum, Lysosome); essi sarebberocostituiti da un’ampia zona di REL situata in prossimità della faccia trans del Golgi dalla qualeoriginerebbero i lisosomi.I lisosomi secondari;I lisosomi secondari sono dei lisosomi primari direttamente impegnati nella digestione cellulare.Essi originano quindi dalla fusione di lisosomi primari con vacuoli che possono avere tre diverseorigini: eterofagosoma, autofagosoma, crinofagia.I vacuoli eterofagici;Il fagosoma iniziale si distingue dal citoplasma grazie ad una sottile membrana la cui parete interna èrivestita da una struttura simile al glicocalice. In tempi brevi questo materiale si stacca dalla parete esi concentra nel centro del fagosoma per poi scomparire; questa separazione rende la membranapermeabile con il citoplasma circostante.A questo punto il fagosoma può andare incontro a diversi destini:1 ) può attraversare tutta la cellula senza fondersi con altri lisosomi primari2 ) può incontrare durante il suo spostamento dei lisosomi primari e fondersi con essi costituendoun vacuolo eterofagico.I vacuoli autofagici;Costituiscono la sede dove si realizza la demolizione enzimatica di alcune strutture cellulari.

30Ogni cellula rinnova le sue strutture continuamente degradando e rimpiazzando le proteine che lecostituiscono. Tale degradazione avviene con tre modalità:- una prima attività catabolica, dovuta a specifiche idrolasi presenti ovunque nella cellula che nonsono di origine lisosomiale- una discreta azione catabolica svolta da enzimi lisosomiali che possono diffondere attraverso lamembrana dei lisosomi- l’alternativa appunto dell’autofagiaI vacuoli autofagici si formano per fusione di un autofagosoma con dei lisosomi primari. Attualmentepoco si conosce sull’origine della membrana dell’autofagosoma e si pensa che derivi da porzioni dimembrana derivanti dal reticolo endoplasmatico.Il materiale da fagocitare viene prima avvolto da un estensione del reticolo endoplasmaticoevidenziando così due membrane attorno alla parte; successivamente quella più interna scompare.Grazie a questo meccanismo si possono rimpiazzare grandi parti di citoplasma comprendenti i relativiorganuli quali ad esempio i mitocondri. Oltretutto benché si manifesti in modo poco evidente,l’autofagia è un fenomeno molto esteso nella cellula (ad es. in 1gr. di parenchima epatico in 1 oravengono distrutti e rinnovati centinaia di milioni di mitocondri).La crinofagia;Nella cellule che presentano un’attività secretoria alcune vescicole di secreto possono essereautodigerite dai lisosomi. Questo sembra essere un di meccanismo controllo del numero di vescicoleda mantenere o da eliminare.I mitocondri;Sono gli organuli deputati alla produzione di energia chimica. Questa energia chimica consiste nellasintesi di una molecola: l’ATP ottenuta partendo da ADP + P (dove P è acido fosforico).L’ATP (o adenosil trifosfato) è una molecola simile a quella che costituisce i nucleotidi, la principaledifferenza sta nel fatto che l’ATP ha tre residui di fosfato mentre il nucleotide ne possiede uno solo.I nucleotidi non hanno quindi ATP bensì AMP (o adenosil monofosfato).Un’importante differenza esistente tra queste due molecole è costituita dal diverso contenutoenergetico dei due legami che è molto più alto nell’ATP.L’energia necessaria per creare il legame ADP + P è ricavata da una serie di reazioni chimiche diossido - riduzione e da una sorta di carburante che “brucia” liberando energia chimica.L’energia immagazzinata è usata dalla cellula in diversi modi. Ad esempio la cellula può idrolizzarel’ATP nuovamente in ADP ed adoperare l’energia ottenuta per creare o modificare legami, oppureper far compiere degli spostamenti agli elementi che costituiscono la membrana plasmatica.

31L’ATP è in grado di trasformare l’UDP in UTP che è un nucleotide costruito sulla base dell’uracileoppure, il GDP in GTP altro nucleotide avente come base la guanina.Il mitocondrio, per produrre ATP, segue questo processo:Proteine Polisaccaridi (glicogeno) Grassi (trigliceridi)Amminoacidi Zuccheri semplici e Acidi grassi eglucosioglicerologlicolisianaerobicaATP(limitato)Piruvatose c’è O 2Acetil coenzima ACiclo citrico o di Krebbs(processi di ossido - riduzioni)Formazione di NADH (NAD ridotto)trasportatori ATP !di elettroniO 2NH 3 H 2 O CO 2Dal punto di vista energetico, considerando cioè il numero di molecole di ATP prodotte, la resa deigrassi rispetto a quella delle proteine è notevolmente maggiore; tuttavia la sintesi di ATP partendodai grassi risulta più lenta rispetto a quella ottenibile dai polisaccaridi. Per questo motivo è la cellula,in base alle proprie necessità, a decidere quale fonte utilizzare.Da una molecola di glucosio se ne ottengono due di piruvato.Per tutti i processi di sintesi elencati è fondamentale la presenza di NAD + cioè di nicotin adenindinucleotide.Morfologia dei mitocondri;Sono strutture che presentano forma allungata o rotondeggiante e risultano lunghi fino a 1,5 micronquindi apprezzabili al microscopio ottico.Il mitocondrio è costituito da due membrane: esterna ed interna. Quest’ultima presenta delleintroflessioni dette creste mitocondriali. Più numerose sono le creste e maggiore è la produzione diATP.Lo spazio esistente fra le due membrane è chiamato camera esterna quando è rivolta verso l’esterno,viceversa la parte interna viene definita camera interna.La membrana esterna presenta delle proteine di membrana dette porine, che delimitano dei canali ingrado di far passare molecole piuttosto grandi (fino a 5000 dalton). Questa membrana èsemipermeabile.Tutto ciò che sta’ all’interno del mitocondrio è detto matrice mitocondriale.Sempre all’interno di questo organello vi sono degli enzimi che partecipano alle reazioni di

32ossido - riduzione, altri che partecipano all’ossidazione degli acidi grassi ed alla produzione delpiruvato; sono detti enzimi solubili. Sono inoltre presenti molecole come l’ATP, l’ADP e l’acidofosforico.Osservando l’interno del mitocondrio si possono osservare delle strutture detti granuli mitocondrialiche sono proteine legate a ioni calcio ed a ioni magnesio. E’ infatti proprio nel mitocondrio che siconcentrano gli ioni magnesio presenti in eccesso nel citosol.Sono presenti all’interno di questo apparato dei ribosomi detti mitoribosomi che hanno esattamentegli stessi compiti di sintesi proteica degli altri ribosomi.Le creste in alcuni casi possono avere forma tubolare come nei mitocondri delle cellule specializzatenella produzione di ormoni steroidei.I mitocondri possono muoversi oppure restare fermi nel citosol, tutto è comunque dipendente dalcitoscheletro.Le particelle elementari o F 1;I mitocondri possono essere posti in una soluzione a diversa concentrazione osmotica, provocando larottura delle membrane, poi le membrane si possono far richiudere alla rovescia, ovvero con la facciainterna esposta e successivamente colorate negativamente.E’ possibile in questo modo osservare delle particelle globulari dette particelle F 1 o particelleelementari altrimenti non apprezzabili.Tali particelle contengono l’enzima che è in grado di sintetizzare l’ATP e rendono possibile ilpassaggio di ioni H + .Il DNA mitocondriale;All’interno della matrice vi sono delle strutture allungate che contengono delle molecole di DNA e dimRNA.Questo DNA è più piccolo di quello presente nel nucleo ed è di forma circolare; un’altra differenza èche il DNA mitocondriale non è legato a proteine istoniche (istoni), al contrario di quello presentenel nucleo.Conformazione condensata dei mitocondri;In questa conformazione il mitocondrio presenta uno spazio rilevante fra le due membrane e le crestetendono a scomparire. Questa situazione si viene a creare quando l’ADP è presente in quantitànotevolmente maggiore dell’ATP.Il micoplasto;Se si rimuove la membrana esterna attraverso l’uso di soluzioni ipotoniche, si viene ad avere unamodificazione della struttura data da delle estroflessioni della membrana interna. Questa struttura èdetta micoplasto ed è in grado di espletare tutte le funzioni del normale mitocondrio.La glicolisi anaerobica;E’ un processo che avviene nel citosol ed è data da enzimi che, nel caso si tratti di animali, sonoassociati al glicogeno mentre se si tratta di cellule vegetali, sono associati all’amido.

33Già in questo processo è presente del NADH, ma per poter entrare nel mitocondrio deve esserecomunque ritrasformato.Il piruvato entra nel mitocondrio e si mette in contatto con un complesso enzimatico che lo trasformain Acetil CoA (Acetil coenzima A).All’Acetil CoA è possibile arrivare anche attraverso un processo di ossido - riduzione degli acidigrassi: una volta messi in contatto gli acidi grassi con il coenzima A, vengono ossidati dei legami esuccessivamente eliminati degli atomi di carbonio; a questo punto si arriva all’Acetil CoA ottenendoNADH e FADH.Durante tutto il processo vi è produzione di elettroni indispensabili per produrre ATP, inoltre ancheNADH e FADH producono a loro volta elettroni; è così evidente il motivo per cui la sintesidell’ATP dai grassi ha una resa maggiore di quella derivante dai carboidrati.Il ciclo di Krebs;In questo ciclo, in modo schematico, viene rimosso il CoA, viene scartata CO 2 e si forma NADH eFADH; a questo punto gli elettroni e i protoni (H + ) si separano: i primi vanno ai trasportatori dielettroni mentre i protoni vanno nella camera esterna posta fra le due membrane. In seguito siriuniranno per sintetizzare ATP.Il ciclo vero o proprio è così strutturato:1 ) Si parte dall’ossalacetato che si unisce all’Acetil CoA dando, insieme con H 2 O, citrato(con 6 atomi di carbonio). A questo punto il CoA viene rimosso e torna in circolo per essereriutilizzato.2 ) cominciano una serie di ossido - riduzioni che portano alla formazione di NADH; inoltre, in unodi questo passaggi l’accettore non è il NAD bensì il F AD così si ottiene anche produzione diFADH. Sempre all’interno di questo processo avvengono due successive eliminazioni di CO 2che privano la molecola elaborata complessivamente di quattro atomi di carbonio.Un altro risultato di questa reazione è la produzione di GTP ad alto contenuto energetico cheperò ben presto cede il gruppo fosforico P e trasforma l’ADP in ATP.Tutte le tappe del ciclo di Krebs sono rese possibili da enzimi posti nella matrice mitocondrialetranne che la succinico deidrogenasi che si trova nelle creste mitocondriali.Le molecole di NAD e di NADH sono in soluzione nella matrice, mentre quelle di FAD e di FADHsono legate alla succinico deidrogenasi legata alle creste.Arrivati a questo punto elettroni e protoni prendono strade diverse.Trasportatori di elettroni;Percorso degli elettroni;Gli elettroni passano attraverso dei complessi prevalentemente proteici (trasportatori) per mezzo deiquali compiono un tragitto obbligato. Questo tragitto deve essere seguito obbligatoriamente daglielettroni perchè i diversi complessi attraverso cui passano sono caratterizzati da un’affinitàelettronica crescente che lega gli elettroni a questo percorso. Durante questo passaggio diminuisceanche il livello energetico degli elettroni in modo che quando arrivano in contatto con l’ossigeno,risulta essere molto basso.Naturalmente la posizione dei trasportatori è tale da favorire tutto il processo.L’energia persa per lo spostamento di livello energetico è utilizzata per spostare i protoni H + dallamatrice alla camera esterna della membrana.

34I passaggi attraverso i vari trasportatori sono questi:1 ) Gli elettroni giungono al primo dei trasportatori cioè la NAD deidrogenasi che, è in grado diaccettare elettroni in quanto è composta da una molecola derivante dalla flamina (FMN) eperché vi sono delle proteine ferro - zolfo che passando dallo stato ferrico a quello ferroso,favoriscono questo processo.2 ) A questo punto gli elettroni vengono raccolti da una molecola idrofoba detta coenzima Q che èuna molecola libera di muoversi nella membrana3 ) Il coenzima Q passa gli elettroni al secondo trasportatore detto dei citocromi B e C che, in tuttarisposta passano da uno stato ossidato ad uno ridotto (Fe 3+ => Fe ++ ).4 ) Gli elettroni passano a questo punto su un componente detto citocromo C 1 che è una proteinadi membrana messa in posizione asimmetrica cioè è spostata verso le camera esterna.5 ) Da questa posizione passa sul citocromo A e A 3 o citocromo C-ossidasi e da qui giungono incontatto con l’ossigeno atmosferico. Il versante del citocromo che cede gli elettroni è rivoltoverso la matrice.Pompa protonica;Percorso dei protoni H + ;Nello spazio contrapposto alla matrice si accumulano intanto i protoni; questo porta a creare unaparte carica positivamente mentre l’altra negativamente e cioè, un gradiente elettrico diverso ed ungradiente chimico diverso tra la camera esterna della membrana e l’interno del mitocondrio.Questa situazione porta allo sviluppo della cosiddetta pompa protonica.Il complesso che trasporta gli elettroni crea energia che è in grado di modificare la forma deitrasportatori in modo da rilasciare protoni.Il sistema dei trasportatori è multienzimatico ed è associato alla parte dedita alla sintesi di ATP.Nella camera esterna, come si è visto, vi è quindi un accumulo di protoni ed essendoci un gradientediverso, questa zona tende ad equilibrarsi con la parte interna del mitocondrio.Questo è reso possibile solo attraverso un passaggio obbligato costituito dalle particelle F 1 che alloro interno hanno un canale in grado di far passare protoni.Le particelle F 1, oltre che dal canale, sono costituite da una “testa” dove grazie all’energia rilasciatadal passaggio dei protoni, è possibile la sintesi dell’ATP (ATP sintetasi) e quindi la produzione dienergia chimica.La resa energetica dei mitocondri;La loro resa energetica è piuttosto alta, migliore di ogni macchina inventata dall’uomo. Ad esempiocirca il 40 % dell’energia fornita da una molecola di glucosio viene utilizzata.La produzione calorica è:- Glicolisi anaerobica: 24.000 K (2ATP + 2NADH) + 32.000 K (calore) + 2 molecole di piruvato- Ciclo di Krebs: 2ATP + 8NADH + 2 FADH- Trasportatori di elettroni: 34 ATPTOTALE: 36 ATP = 268.800 K !!!! (l’acido palmitico, un grasso, fornisce addirittura 129 ATP !)

35Origine dei mitocondri;Il numero dei mitocondri presenti in una cellula può essere variato dalla stessa a seconda delleproprie necessità. Il mitocondrio, come ogni organello della cellula, si origina sempre da un altroorganello identico.Il mitocondrio che si deve moltiplicare comincia ad ingrandirsi, ad un certo punto si formaun’introflessione nella membrana che diventa sempre più profonda fino a scindere il mitocondrioiniziale in due parti (fissione mitocondriale).Le proteine necessarie per la sopravvivenza del nuovo organello derivano in parte da quellooriginario ed in parte dal nucleo; il mitocondrio è detto per questo semiautonomo.Ciò di cui ha bisogno il mitocondrio per sopravvivere sono informazioni genetiche.Il mitocondrio è in grado di sintetizzare 35 / 36 proteine tra cui il citocromo A e B, ma le altredevono essere sintetizzate nel citosol ed entrare in seguito nell’organello.L’entrata è resa possibile grazie a dei segnali costituiti da sequenze di 20 - 25 amminoacidi caricatipositivamente.Alcune patologie umane ereditarie sono dovute ad alterazioni del DNA mitocondriale che, adesempio, portano ad alterazioni dei tessuti muscolari.Origine evolutiva dei mitocondri;I mitocondri sarebbero apparsi quando è comparso l’ossigeno nell’atmosfera.Il mitocondrio in origine sarebbe stato una cellula procariota in grado di utilizzare ossigeno messo insimbiosi con una cellula eucariota che non era in grado di farlo.Il procariote entrò nell’eucariote e diventò l’attuale mitocondrio cedendo il proprio genomaall’eucariote; da questa unione nacquero vantaggi sia per il mitocondrio che poté usare i metabolitipresenti in abbondanza nel citosol, sia per l’eucariote che poté avere ATP in abbondanza.A suffragare questa ipotesi vi è la notevole somiglianza della membrana dei mitocondri con lamembrana plasmatica e lo stesso tipo di DNA circolare presente sia nei mitocondri che nelle celluleprocariote.Una seconda ipotesi fa derivare il mitocondrio da un componente del nucleo che solo in seguito fucircondato da una doppia membrana, ma è una teoria che trova pochi consensi.I perossisomi (o microbodies);Sono dei corpuscoli ovali del diametro di 0,6 - 0,7 micron delimitati da una membrana e contenentidel materiale granulare che in alcune cellule tende ad addensarsi in una zona centrale detta centriolo.I microbodies presiedono alla demolizione di acqua ossigenata (o perossido d’idrogeno) e, perquesto li si è chiamati perossisomi.Gli enzimi presenti nei perossisomi (uricasi, D-amminoacido-ossidasi e catalasi) utilizzano l’ossigenomolecolare per asportare atomi di idrogeno a vari substrati organici (R) secondo la reazione: RH 2 +O 2 = R + H 2 O 2 .L’acqua ossigenata che si ottiene è tossica per la cellula e viene eliminata dagli stessi perossisomiattraverso l’enzima catalasi spesso ossidando con esso alcuni substrati come l’acido formico, laformaldeide e l’alcool.I perossisomi epatici e renali sono adibiti a neutralizzare la tossicità di molte sostanze come adesempio l’alcool.

36Origine dei perossisomi;Gli enzimi presenti nei perossisomi vengono sintetizzati dai ribosomi liberi e rimangono in soluzionenel citosol; questi enzimi possiedono tutti un segnale che una molecola presente nei perossisomi è ingrado di riconoscere.I lipidi che costituiscono la membrana dei perossisomi vengono sintetizzati dal reticoloendoplasmatico liscio e vengono poi captati da particolari enzimi che li sistemano nel bi-layerlipidico. Le proteine di membrana sembra provengano dai ribosomi ma non si conosce ancora ilmeccanismo che le porta a far parte della membrana dei perossisomi.Il citoscheletro;Il citoscheletro è costituito da una serie di strutture molto complesse, di tipo filamentoso e cosìdivisibili:- I microtubuli: con diametro di 25 nm. e di lunghezza indefinita- I microfilamenti: con diametro di 5-8 nm. e di lunghezza indefinita- I filamenti intermedi: con diametro di 7-10 nm.Sono strutture visibili al microscopio elettronico e, attraverso tecniche di immunocitochimicapossono essere apprezzate anche al microscopio ottico.Il citoscheletro è presente in tutte le cellule eucariote ed in tutte presenta le medesime caratteristichefondamentali.Oggi il citoscheletro è studiato nei lieviti e nelle amebe perché sono organismi conservati dal punto divista evolutivo e perché negli organismi unicellulari è facile indurre delle mutazioni che permettano distudiare meglio il citoscheletro.Tutto il citoscheletro è un sistema in grado di modificarsi grazie a segnali interni o esterni alla cellula.Sintesi delle funzioni del citoscheletro;- Movimento della cellula- Movimento o modificazioni della superficie cellulare- Movimento degli organelli della cellula- Cambiamento di forma della cellula / embrione- Supporto meccanico della cellula- Mantenimento della forma della cellula- Organizzazione spaziale di complessi funzionali proteici e di organelliProteine presenti nelle diverse strutture del citoscheletro;- Microfilamenti: sono costituiti dall’actina.- Microtubuli: sono costituiti dalle tuboline (alfa e beta).- Filamenti intermedi: sono costituiti da cheratina e da diverse proteine.Caratteristiche generali dei componenti del citoscheletro;I microfilamenti;Sono costituiti da Actina; in particolare sono costituiti da unità globulari associate fra loro per dare imicrofilamenti che sono avvolti a spirale a coppie; essi costituiscono una struttura piuttostodinamica.

37I diversi filamenti si possono disporre poi in diversi modi, possono ad esempio creare delle retitridimensionali, oppure costituire dei fasci con le fibre più o meno distanti fra loro.I microtubuli;derivano dall’unione di unità globulari di tubolina che si uniscono a formare le pareti dei tubuli.E’ una struttura dinamica e la cellula è in grado di controllarne l’assemblaggio o il disassemblaggio.I microtubuli vengono “montati” dalla cellula in una zona posta vicina al nucleo ed al Golgi dettacentrosoma (M.O.C.) all’interno della quale è presente una struttura detta diplosoma costituita dadue centrioli.Questa è la situazione per ciò che riguarda le cellule animali mentre per le cellule di origine vegetaleil diplosoma non è definito ed è possibile evidenziare solo una zona con struttura granulare in gradodi svolgere le medesime funzioni del diplosoma.I microtubuli hanno, grazie alla presenza di Actina, polarità funzionale ovvero le due estremità diogni tubulo possono essere contrassegnate con un + od un -. La parte negativa è posta nelcentrosoma mentre la positiva è rivolta verso la periferia della cellula.Le molecole di tubolina si dividono in alfa, beta e gamma. Nel processo di assemblaggio unamolecola alfa si associa ad una beta creando un eterodimero; il 50 % degli amminoacidi checostituiscono le alfa e le beta sono uguali mentre il resto presenta delle differenze.Nella sezione di una parete di un microtubulo vi sono 13 unità globulari ovvero 13 protofilamenti;ogni protofilamento è costituito da una successione di eterodimeri.I filamenti intermedi;Sono costituiti da una famiglia eterogenea di strutture le cui funzioni sono solo in parte note.I filamenti intermedi si dividono in:- Lamine nucleari- Proteine della Vimentina: e sono la Vimentina, la Desmina, la Proteina Gliofibrillare acida.Quest’ultima è così definita perché si trova nelle cellule gliali cheinsieme ai neuroni costituiscono il tessuto nervoso.- Le cheratine: sono formate dalla sintesi di più di 20 polipeptidi e si dividono in acide e basiche- I filamenti neuronaliLe unità costitutive di tutte queste proteine sono molecole con struttura filamentosa con delleporzioni in alfa - elica (conservate dal punto di vista evolutivo) e delle porzioni amminiche ecarbossiliche specifiche per ogni proteina.Anche le modalità di assemblaggio sono le stesse perché, le molecole si avvolgono le une sulle altremantenendo le porzioni amminiche e la porzioni carbossiliche vicine fra loro.L’unità di base è il dimero.A questo punto i vari dimeri si associano formando dei tetrameri (formati da due dimeri) che a lorovolta si uniscono fra loro grazie alle parti della loro struttura lasciate libere e predisposte allo scopo.Continuando ad associarsi i tetrameri si avvolgono su se stessi lasciando la parte che li caratterizzaall’esterno del filamento, in modo da permettere successive interazioni.La struttura ottenuta è abbastanza stabile anche se non permanente; infatti può essere alterata peresempio fosforilando i gruppi caratteristici che, come già detto, rimangono esposti ed ottenendo cosìil disassemblamento della parte.

38Si è detto che i filamenti intermedi si possono presentare sotto varie forme:Le lamine nucleari: dove i filamenti si intrecciano a dare una rete che è possibile individuaresulla faccia interna della membrana nucleare.Le cheratine: sono tipiche ad esempio delle cellule epiteliali e si presentano sotto forma di fasci.La cheratina è una proteina che si presenta sempre in configurazione alfa nellecellule dei mammiferi, mentre è in configurazione beta ad esempio nelle piumedegli uccelli. I filamenti di cheratina sono detti tonofilamenti e, si uniscono indesmosomi.La funzione principale della cheratina è meccanica, serve cioè a dare forma ee resistenza alla cellula per, ad esempio, proteggere i tessuti sottostanti.Le Vimentine: si trovano nel mesoderma ed il ruolo dei filamenti di Vimentina è di disporsiintorno al nucleo per fargli mantenere una posizione relativamente costante rispettoalla cellula (se quest’ultima si muove).La Desmina: si trova nelle cellule muscolari dove interviene nel collegare fra loro actina e miosinadeterminate sedi ed a metterle in contatto con la membrana plasmaticaI filamenti neuronali e gliali: le cellule gliali ed i neuroni possiedono dei prolungamenti moltosottili e si pensa che questi filamenti contribuiscano a dare rigidità atali strutture.I filamenti intermedi vengono usati per riconoscere l’origine di cellule tumorali allontanatesi dalluogo d’origine. Sempre i filamenti intermedi cooperano inoltre con l’actina ed i microtubuli anche seancora non si sa esattamente con quali modalità.Studio del processo di assemblaggio dei microtubuli;Alcune modalità di assemblaggio dei microtubuli è possibile studiarle in vitro in un sistema acellulare;per far questo è necessario avere delle determinate concentrazioni di tuboline alfa e beta, della GTP,degli ioni Magnesio ed un pH di 6,8.Naturalmente esistendo però delle differenze tra lo studio in vitro e quello in vivo verranno trattatiseparatamente.Lo studio in vitro;L’estremità + è caratterizzata da una maggior velocità di assemblaggio delle subunità.Sia che il tubulo si stia allungando, sia che si stia accorciando o sia che abbia raggiunto unasituazione di equilibrio delle sue dimensioni, ai due estremi del tubulo vi è sempre e comunque unacquisto ed un rilascio di subunità.La mezza vita di un microtubulo è di circa 2 ore; la vita media di una molecola di tubolina è di circa20 ore. E’ così evidente che le molecole di tubolina restano in circolo prima di essere abbastanza perentrare a far parte della struttura di più microtubuli.Il processo di assemblaggio in vitro è così caratterizzato:1 ) Una volta superata la fase iniziale dell’assemblaggio che risulta essere più lenta (nucleazione),all’estremità +, dove è più bassa la concentrazione di tubolina, si ha un numero maggiore diunità rimosse rispetto a quelle acquistate così come all’estremità -.2 ) Aumentando la concentrazione di tuboline si raggiunge una concentrazione tale per cui, dallato + il numero di unità rilasciate è uguale al numero di quelle acquistate mentre, dalla parte -la situazione rimane invariata. Si raggiunge così il punto della concentrazione critica per

39l’estremità +.3 ) Si aumenta ancora la concentrazione di tuboline e dal lato + vengono aggiunte più unità diquante ne vengono eliminate, mentre dal lato - la situazione rimane immutata.4 ) Aumentiamo ancora la concentrazione e osserviamo che ai due estremi il numero di unitàacquistate e rimosse è lo stesso; il filamento raggiunge cioè una lunghezza costante.5 ) Se aumentiamo ancora la concentrazione di tuboline anche all’estremità - se neaggiungono più di quante se ne eliminano creando un filamento che cresce da ambedue le partiConsiderando di aver raggiunto la lunghezza statica del filamento, le unità si spostano in breve tempodall’estremo + a quello - con un processo detto attività mulinello che è stata dimostrata in vitro manon in vivo.Si è detto che per poter fare questo esperimento era necessario avere GTP.Questa molecola ad alto contenuto di energia è infatti fondamentale per il processo diacquisto - liberazione di unità. Essa si lega alle tuboline beta sotto forma di GTP poi, dopo pocoviene idrolizzata in GDP la quale tende a staccarsi ed a tornare in soluzione.E’ quindi evidente che se vi è tanta tubolina tendono ad aggiungersi tanti monomeri quindi la partecon la GTP è stabile, mentre se sono poche le molecole di tubolina tende a staccarsi.Lo studio in vivo;Questo tipo di studio ha dimostrato che, pur presentando sempre la doppia polarità, i microtubuli sitiin un sistema cellulare si accrescono e si accorciano sempre dalla stessa parte +.L’ipotesi è che la parte - rimane protetta dal materiale finemente granulare del centrosoma che quindine limita le variazioni di lunghezza.Tutto questo è stato possibile osservarlo iniettando tuboline marcate in fluorescenza nelle cellule dastudiare.La tubolina gamma;Questa tubolina della quale non si è ancora parlato, ha un ruolo particolare. Essa infatti risiede nelcentrosoma ed è la molecola che da’ l’avvio al processo di costruzione dei microtubuli essendo ingrado di interagire con le tuboline beta di ogni eterodimero.Le proteine che entrano a far parte della struttura dei microtubuli;La specializzazione della cellula dipende dai microtubuli. Alcuni microtubuli entrano in contatto conla membrana plasmatica e continuano ad allungarsi senza poter più disassemblarsi perché entrano incontatto con delle proteine non ben identificate dette capping proteins (o proteine cappuccio) cheincappucciano la struttura dei microtubuli.Vi sono poi altre proteine, le M.A.P. che, associate ai microtubuli, stabilizzano gli eterodimeri controil disassemblaggio spontaneo al quale andrebbero incontro; sono presenti in numero variabile.Le M.A.P. sono divise in Tau (con basso peso molecolare) e le M.A.P da 1 a 6(con PM = 200.000 - 300.000 dalton).Queste proteine sono costituite da una porzione che si inserisce nella parete del microtubulo perstabilizzarne la struttura e da una porzione sporgente che può interagire con altri tubuli oppureinteragire con i filamenti di Actina o con in filamenti intermedi.Le funzioni dei microtubuli;

40I microtubuli possono costituire le ciglia o i flagelli di determinate cellule e, in questo caso,presiedono o al movimento delle stesse cellule o alla creazione di “correnti” particolari.I microtubuli che invece si trovano liberi nel citoplasma sono adibiti al movimento degli organellidelimitati da membrana; questo è possibile perché associati ai microtubuli vi sono delle proteineparticolari dette proteine motore che interagiscono con il tubulo e con l’organello da trasportare.Il movimento è reso possibile grazie all’idrolisi di ATP.Le proteine motore dette anche motori molecolari, si dividono in: chinesine e dineinecitoplasmatiche.Le dineine scorrono lungo il tubulo nella direzione che va dal capo + a quello -; le chinesinecompiono il tragitto opposto dall’estremo - a quello +.Le proteine motore;Le proteine motore sono costituite da una porzione divisa in due globi vicini detta testa e, da unaparte allungata detta coda. La testa possiede un sito che idrolizza l’ATP usata per modificare laconformazione della coda che è indirettamente legata a ciò che deve trasportare.La coda è legata indirettamente perché, tra la coda e ciò che la proteina motore deve trasportare, vi èun adattatore specifico per ogni sostanza.Una volta modificata la coda si determina uno spostamento del motore lungo il microtubulo inoltre,essendosi l’ATP modificata, viene rilasciata sotto forma di ADP e rientra in circolo.I “carichi” trasportati dai motori molecolari possono essere vescicole provenienti dal Golgi o dallamembrana plasmatica. Non si conosce ancora il motivo per il quale le due diverse proteine compionotragitti opposti si sa solo che sono le proteine motore a stabilire la direzione delle sostanze datrasportare e non i microtubuli che fungono solo da “binari”.Lo studio delle funzioni dei microtubuli;Le funzioni dei microtubuli sono studiabili con l’aiuto di alcuni composti chimici in grado dimodificarne la conformazione. Questi composti, con i relativi effetti, sono:- La colchicina (o la colcemide): che impedisce l’associazione delle tuboline. Per questo vieneanche usata per il trattamento di cellule tumorali le quali vannocontinuamente in mitosi. E’ però una sostanza piuttosto tossica.- Il nocadazolo: provoca gli stessi effetti della colchicina ed è però molto meno tossico.- La vinblastina e la vincristina: che fanno polimerizzare gli eterodimeri in grossi cristalli.- Il taxol: che stabilizza la struttura labile dei microtubuli. Per questo si usa per lo stesso scopoantitumorale delle precedenti sostanze con in più il lato positivo di essere il meno tossico.L’actina (nelle cellule non muscolari);Nelle cellule eucariotiche esistono diverse isoforme di actina (ne sono state identificate 6) tra cui lealfa - actine (site nelle cellule muscolari) e le beta e gamma - actine (nelle cellule non muscolari).Più si sale nella scala evolutiva dell’organismo a cui appartiene la cellula e più numerose sono lemolecole di actina presenti.Il peso molecolare dell’actina è di 42.000 dalton; e nelle cellule non muscolari la singola molecola haun diametro di circa 5 nm.Esistono due forme di actina, la G e la F. Nelle cellule muscolari è presente solo la F, mentre nellenon muscolari vi è il continuo passaggio dalla forma F a quella G e viceversa anche se esistono deidispositivi in grado di bloccarla in forma F.

41L’actina in forma F è costituita da catene aventi un passo di circa 70 nm. (cioè i microfilamenti).Complessivamente l’actina, sia in forma G che F, rappresenta il 20 % delle proteine totali presentinella cellula.L’actina in forma G è libera di muoversi nel citosol mentre il sito della F (filamentosa) dipende dallefunzioni della cellula anche se è sempre presente come una “corteccia” al di sotto della membranaplasmatica (actina corticale).L’actina corticale, in alcune cellule che presentano fenomeni di endocitosi, quando si introfletteinsieme alla membrana plasmatica passa dalla forma F alla forma G.Il passaggio dalla forma G alla forma F provoca un aumento della viscosità del citosol mentre, ilpassaggio inverso lo rende più fluido.La sintesi dei microfilamenti di Actina;Perché sia possibile la sintesi sono necessarie alcune condizioni: bisogna che vi sia unaconcentrazione critica di actina G, di ioni Mg, di ioni K e dell’ATP.La molecola di actina (G) possiede due siti di legame (anteriore e posteriore). Il sito anteriorereagisce con le molecole già montate nella catena del filamento, mentre il sito posteriore è pronto perricevere altre molecole.La molecola di actina è in grado di idrolizzare ATP ottenendo ADP e provocando un cambiamentodi forma della molecola in quanto, quando l’actina è legata ad ADP non si può legare alle altremolecole, mentre lo può fare se è legata ad ATP.L’inizio del processo di sintesi (nucleazione) è lento, come nel caso delle tuboline poi, procede piùrapidamente. Ad un certo punto, come per le tuboline, l’ATP si trasforma in ADP + P perdendol’affinità elettronica che possedevano e tendendo a staccarsi dal filamento.Anche nei filamenti di actina vi è un estremo + molto attivo nell’acquisto di molecole e,un estremo - che tende a cederle; l’attività del polo - (di depolimerizzazione) è però più lenta rispettoa quella delle tuboline, di conseguenza la vita media di un filamento di actina è maggiore di quella diun filamento di tubolina.Il passaggio tra le due forme G ed F può avvenire in siti di nucleazione posti nella membranaplasmatica.Le proteine associate ai filamenti di Actina;Ve ne sono diverse e con diverse funzioni, e sono:- la Timosina: che impedisce il passaggio dalla forma G alla forma F. Questa molecola si legaall’actina globulare ma non si sa ancora dove interagisce; un’ipotesi è che si leghialla parte anteriore o a quella posteriore della molecola.- la Profilina: ha un duplice ruolo: se infatti è legata all’actina permette alla molecola di legarsi soloall’estremo + del filamento; in alcuni momenti però l’estremo + di un filamento puòessere bloccato da particolari proteine cappuccio che rendono così impossibile lasintesi del filamento decretandone la scomparsa; in altri quando non vi sono questicappucci e la molecola è legata alla profilina, quest’ultima favorisce la presenza diATP al posto di ADP accelerando quindi la polimerizzazione.- la Tropomiosina: serve a stabilizzare il filamento di actina. Questa molecola si avvolge sopraall’elica che costituisce il filamento e lo stabilizza; ogni molecola ditropomiosina è lunga come il passo dell’elica di un microfilamento (70 nm.).- la Fimbrina: è una piccola proteina che stabilizza l’actina quando questa è sistemata in fasci conle fibra poco distanti fra loro (10 - 20 nm.) ponendosi trasversalmente rispetto aifilamenti.- l’Alfa - actinina: è di forma allungata e si associa in dimeri; compie lo stesso lavoro della

42fimbrina solo che tiene le fibra ad una distanza maggiore permettendo cosìun eventuale accesso alle altre molecole che devono interagire con l’actina.- la Filamina: stabilizza i filamenti di actina quando questi si dispongono tridimensionalmente comeuna rete. E’ una molecola di forma allungata che si unisce in dimeri.- la Gelsolina: favorisce il passaggio dallo stato F allo stato G e viene attivata solo quando aumentala concentrazione di ioni Calcio.Le funzioni dell’Actina;Per analizzare le funzioni dell’actina si utilizzano delle molecole (alcaloidi) che sono in grado diinteragire con essa.Tra queste abbiamo le citochalasine che sono in grado di depolimerizzare i filamenti di actinalegandosi al polo + e la falloidina che stabilizza l’actina in forma F e polimerizza le parti globularibloccando le funzioni della cellula.Le funzioni dell’actina le possiamo suddividere in: statiche e dinamiche.Funzioni statiche;L’actina costituisce, ove presenti, i microvilli. In questo caso il polo + è posto verso l’apice delmicrovillo mentre il polo - verso il citoplasma.Il polo + risulta inoltre ricoperto da una proteina cappuccio così come il polo -.Una serie di proteine, tra le quali la fimbrina e la villina, creano dei legami trasversali tra i filamentidi actina per stabilizzare la struttura inoltre, sono presenti delle molecole di miosinatipo I che interagiscono all’interno del microtubulo con la membrana ed i filamenti di actina.L’actina che continua nel citoplasma è mantenuta in fasci paralleli da una proteina dettatipo spectrina o fodrina. I filamenti di actina terminano poi in una struttura tridimensionale costituitada filamenti intermedi (cheratina).La fodrina ed i filamenti intermedi costituiscono la rete terminale (o terminal web).I microvilli possono essere come in questo caso permanenti oppure possono scomparire come nelcaso delle cellule che costituiscono l’epitelio pavimentoso monostratificato.Funzioni dinamiche;L’actina (associata alla miosina) è responsabile del movimento di alcuni organelli.Ad esempio nella cellula vegetale è possibile osservare un movimento circolare di organelli dovutoall’actina. Infatti a ridosso dei cloroplasti vi sono dei filamenti di actina sovrastati dalla miosina che simuove a gran velocità.Durante la divisione cellulare il solco che si forma e che poi porterà alla scissione nei due citoplasmi,è costituito da anelli di actina antiparalleli associati a miosina tipo II.In questo modo il movimento della miosina porta ad una graduale restrizione del solco fino allaseparazione.La miosina;Nelle cellule non muscolari è presente sotto due forme: tipo I e tipo II.TIPO II;E’ la forma molecolare più evoluta ed è presente anche nelle cellule muscolari. Ha una lunghezza di150 nm. ed un peso molecolare di 500.000 dalton.

43Ha una struttura costituita da una coda con struttura ad alfa elica e da una testa costituita da unadoppia porzione globulare; due molecole uguali si avvolgono su se stesse dalla parte delle code.Nella testa, oltre alle due parti globulari, vi sono altre 4 molecole polipeptidiche dispostea due a due.Complessivamente è una molecola costituita da catene polipeptidiche pesanti (testa + coda) e da4 catene leggere (testa).Attraverso processi di proteolisi, la molecola è così suddivisibile:- Mero miosina leggera- Mero miosina pesante, che a sua volta si divide in S 1 (testa) ed S 2 .Le molecole si associano coda - coda in un’organizzazione detta antiparallela.Nelle cellule non muscolari si associano solo in seguito ad un segnale, mentre nelle cellule muscolarisono sempre associate.TIPO I;Simile al tipo II ma con coda molto più corta; è costituita solo da una catena polipeptidica e non siassocia mai in dimeri.La miosina è costituita da una porzione globulare che è in grado di idrolizzare ATP; l’energiaottenuta da questo processo è utilizzata dalla molecola di miosina per spostarsi lungo il filamento diActina in direzione del polo +. Per questo motivo è catalogata tra le proteine motore.L’interazione tra actina e miosina è utilizzata per capire qual è l’orientamento dei filamenti di actinache infatti, se osservati al microscopio elettronico, sembrano formate da tante frecce successive conla punta rivolta verso il polo - del filamento.Queste interazioni sono di vario tipo e sono così classificabili:- La tipo I si può associare a due filamenti di actina antiparalleli dei quali uno è ancorato, lamiosina tende così a spostare di poco l’altro filamento libero.- La tipo I può avere un sito di legame legato ad un organello provvisto di membrana, in questomodo l’organello stesso verrà spostato lungo il filamento di actina.- La tipo I può essere legata da una parte alla membrana plasmatica mentre con l’altro sito spostaun filamento di actina.- Due molecole di tipo II si uniscono fra loro dalla parte delle code e legano le teste a due filamentidi actina antiparalleli; in questo modo, se i filamenti sono ancorati scorrono di poco, in casocontrario sono liberi di scorrere.Tutte queste interazioni sono controllate dalla concentrazione di ioni Calcio.Difatti la calmodulina (una proteina), quando la concentrazione di ioni Calcio sale oltre unaconcentrazione critica, si lega agli ioni e si unisce a formare dei complessi detti miosina-chinasi ingrado di idrolizzare ATP.L’energia ottenuta da questo processo viene usata per fosforilare una delle due coppie di cateneleggere poste sulla testa della molecola di miosina.La catena leggera, una volta fosforilata, si trasforma e lascia scoperto un sito in grado di reagire conl’actina così da provocare lo spostamento della mi osina lungo il filamento.Le proteine associate alle molecole di miosina;La filamina preclude ogni interazione tra l’alfa - actinina e la miosina.La tropomiosina può interagire dopo l’alfa - actinina e favorire poi l’inserimento della miosina.

44Il nucleo;L’involucro nucleare;Il nucleo è rivestito da una doppia membrana. La parte esterna rivolta verso il citoplasma è copertada ribosomi ed è connessa con le cavità del reticolo endoplasmatico rugoso mentre l’interna è lisciaed è separata dal materiale nucleare da una lamina fibrosa di natura proteica.Ad intervalli regolari sulla superficie delle membrane si presentano dei pori nucleari di 80 nm. didiametro medio. A livello dei pori la lamina fibrosa risulta interrotta e l’area del poro risultaparzialmente chiusa da un sottile diaframma che restringe il diametro a 15 nm.I pori nucleari sono costituiti dalle due membrane; all’interno vi sono delle strutture a colonna(che sono proteine) associate alle quali vi sono delle strutture globulari che sporgono all’interno delporo e, delle altre strutture proteiche che ancorano il poro alle membrane.Tra le proteine che formano le colonne restano delle fessure che sono in grado di lasciar passare perdiffusione delle molecole con peso molecolare fino a 5000 dalton.Il nucleoplasma;E’ composto principalmente da cromatina.Con questo termine si intende un insieme di strutture filamentose o granulari costituite da DNA,RNA e diverse classi di proteine.La cromatina si distingue in due porzioni, la eurocromatina fibrillare e debolmente colorabilee l’eterocromatina che si presenta sotto forma granulare o di zolle compatte ed è ben colorabile.Le due componenti della cromatina sono presenti in quantità diverse nel nucleo a seconda dei tessuti,delle varie specie e dei momenti funzionali della cellula. Ad esempio l’eurocromatina rappresenta ilmateriale genetico in fase di attività mentre l’eterocromatina lo rappresenta nella fase inattiva.La cromatina è costituita da tutto il DNA del nucleo che con le sue molecole filamentose ne forma laparte principale e più facilmente colorabile; il numero di molecole di DNA è costante nelle variespecie ed è facilmente rilevabile quando le molecole si spiralizzano dando luogo ai cromosomi.Sia la cromatina che i cromosomi sono costituiti anche da due classi di proteine, la prima è formatada un piccolo gruppo di molecole basiche dette istoni con ruoli strutturali, la seconda è definitaproteine non - istoniche che sono molecole acide o neutre.Il complesso del poro;Il poro è un apertura nella membrana nucleare di 30 - 100 nm. di diametro.Essi sono delimitati da un labbro originato dalla fusione di due membrane; un materiale elettrondensochiamato annulo ne contorna i margini e ne riempie parzialmente il lume.L’intera struttura è formata da complessi proteici di peso molecolare elevato (50 - 100 milioni didalton).I pori fungono da complesse vie di scambio di materiale (macromolecole) tra il nucleo ed ilcitoplasma. Il poro è infatti selettivo a livello delle sostanze che può far entrare nel nucleo.Il lume è occupato da 8 masserelle periferiche disposte intorno ai margini in modo simmetrico e, nelcentro esiste un’ulteriore masserella con caratteristiche diverse dalle precedenti.Si pensa che tali masse siano costituite da strutture complesse simili ai microtubuli, formati cioè damasse globulari costituite dall’avvolgimento di filamenti più sottili.

45Lo scheletro nucleare;L’actina è un’elevata costituente del nucleo (il 16 % delle proteine totali) e questo suggerisce cheall’interno del nucleo esista una struttura simile a quella del citoscheletro.L’actina è l’unica struttura filamentosa visibile dello scheletro nucleare; circa il 40 % del totale è informa polimerica (a costituire le fibre), il resto è in forma monomerica. Come nel citoplasma l’actinadi tipo G è mantenuta in forma monomerica da un polipeptide alla quale è legata.La cromatina ed i cromosomi;Osservando il nucleo si possono notare delle zone più o meno elettrondense (eurocromatina) e dellezone più o meno colorabili con coloranti basici (eterocromatina).A risoluzione più elevata ambedue i tipi di cromatina risultano costituiti da fibre di materialeimpaccato ed irregolare con inframmezzate delle zone di materiale amorfo chiamato carioplasma.Le fibre di cromatina sono le strutture che contengono il DNA e corrispondono ai cromosomi chesono visibili, nella loro forma condensata, durante le fasi della divisione cellulare.L’esame al microscopio elettronico ad alta risoluzione delle singole fibre ha dimostrato che esse sonocostituite da singole strutture globulari di 10 nm. di diametro impaccate in sequenze lineari.L’eterocromatina corrisponde a fibre cromatiniche fortemente spiralizzate e geneticamente inattive almomento dell’osservazione; si distinguono due tipi di eterocromatina:a ) l’eterocromatina costitutiva che rimane in forma condensata in ogni cellulab ) l’eterocromatina facoltativa che può invece trasformarsi in eurocromatina in certi tipi di celluleo a seconda degli stadi funzionali.Un esempio di eterocromatina costitutiva è quella della regione del centromero dei cromosomi.Poco prima di dividersi le cellule condensano la cromatina in strutture a bastoncello fortementecolorabili chiamate cromosomi.Negli organismi superiori il corredo cromosomico è diploide e questo vale a dire che ogni cellulaprima di replicarsi possiede due coppie di ciascun cromosoma, uno di origine paterna e l’altro diorigine materna.I cromosomi di identica morfologia vengono detti omologhi. Ogni specie possiede un numero bendefinito di cromosomi, nell’uomo ve ne sono 46, di questi 22 coppie di omologhi vengono chiamatiautosomi. Esiste inoltre una coppia di cromosomi X nella femmina ed una coppia XY nel maschiodefiniti cromosomi sessuali o eterocromosomi.Ciascuno dei cromosomi è in realtà doppio ed è costituito da due lunghe fibre spiralizzate dicromatina esattamente identiche chiamate cromatidi. Ciascun cromatide possiede la serie completadelle informazioni genetiche di quel particolare cromosoma.Al momento della divisione cellulare i due cromatidi sono uniti in un punto chiamato centromero chedivide i due cromatidi in due bracci.In base alla posizione del centromero i cromosomi si definiscono:- metacentrici: se il centromero è in mezzo- acrocentrici: quando è ad un estremità- telocentrici: quando il centromero è in uno dei segmenti distali del cromosoma

46- submetacentrici: quando è nel terzo centrale ma non nel mezzoIl centromero è sito in una zona del cromosoma dove il cromatide si assottiglia (costrizioneprimaria), alcuni cromosomi possono presentare un’altra zone dove il cromatide si assottiglia(costrizioni secondarie) che sono utili per identificare il cromosoma.Nella zona del centromero esiste un tipo di cromatina destinata a mantenere uniti i cromatidi fino almomento della divisione cellulare e, sempre in questa zona, esistono delle strutture in grado di legarsiai microtubuli quando questi vengono separati e divisi tra le cellule figlie.Le due estremità dei cromosomi sono chiamate telomeri ed in questa regione sono presenti, in alcunicromosomi, delle masserelle di cromatina chiamate satelliti unite al resto del cromatide da unacostrizione secondaria.I cromosomi sono fortemente colorabili ed attraverso dei trattamenti con enzimi e coloranti selettiviè possibile ottenere una colorazione a bande; la posizione delle bande cambia per ogni cromosoma epermette di riconoscere gli omologhi.L’insieme dei caratteri morfologici dei cromosomi di ciascuna specie costituisce il cariotipo.La struttura molecolare della cromatina;Nell’ambito di ciascun cromosoma il filamento di DNA è continuo. Il DNA, che possiede un pesomolecolare notevole e un grandissimo numero di informazioni, trova posto nei cromosomi lunghipochi micrometri grazie al fatto che la doppia elica è spiralizzata all’interno della fibra di cromatina.Responsabili di questa spiralizzazione sono le proteine associate al DNA che sono di due tipi:- Istoni (o proteine basiche)- Proteine non-istoniche (o acide)Oltre al DNA ed alle proteine la cromatina contiene anche una certa quantità di RNA stabilmentelegato al DNA e tracce di lipidi.Gli Istoni sono proteine costituite per metà esclusivamente o prevalentemente da amminoacidi conradicali basici e, proprio per mezzo di questa “coda” possono legarsi reversibilmente al DNA;l’altra metà della molecola è invece ricca di amminoacidi apolari e, questa parte è libera di interagirecon altri istoni o con proteine non-istoniche.La fibra cromatinica è modellata su una struttura di base costituita da unità modulari ripetutechiamati nucleosomi costituiti da un segmento di DNA spiralizzato lungo circa 200 nucleotidi earrotolato (come un filo su un rocchetto) attorno ad un ottamero di Istoni.Le proteine acide (o non-istoniche) della cromatina sono molto meno conosciute, sono eterogenee ela loro localizzazione nella fibra cromatinica è nota solo parzialmente.L’RNA associato stabilmente al DNA costituisce una piccola ma significativa frazione dellacromatina. Questo RNA chiamato cromatinico possiede un basso peso molecolare.La trascrizione;Nel nucleo una parte del DNA viene ricopiata in singoli filamenti di RNA ad opera di un certonumero di enzimi solubili nel carioplasma chiamati RNA polimerasi.Il processo che è chiamato trascrizione è il primo della serie degli eventi che trasportano daicromosomi al citoplasma le informazioni codificate per essere tradotte in proteine.Le RNA polimerasi copiano fedelmente uno dei due filamenti di DNA in copie speculari le cui basisono complementari a quelle che si trovano nella sequenza usata come stampo.

47Le polimerasi si attaccano in punti definiti del filamento di DNA chiamati siti di inizio contenentisequenze nucleotidiche specifiche, la sintesi dell’RNA procede in direzione 5’ - 3’ ad una velocità di30 nucleotidi al secondo (a 37° C).Il distacco dal DNA avviene in punti chiamati siti di terminazione alcuni di questi siti hanno bisognodi fattori di terminazione (di natura proteica).Perché la trascrizione cominci è necessario che la polimerasi leghi uno o più fattori d’inizio o fattoridi elongazione; questi sono proteine che si legano all’enzima quando è già ancorato al DNA.Muovendosi lungo la doppia catena di RNA la polimerasi dissocia temporaneamente i filamenti perun breve tratto (che corrisponde alle dimensioni del sito attivo), nel segmento aperto i nuovinucleotidi polimerizzano e si forma una breve doppia elica che si libera rapidamente nel momento incui il complesso enzimatico si muove, a questo punto per ragioni termodinamiche le due catene diDNA si chiudono.Le molecole di RNA polimerasi sono solubili e si muovono liberamente nel nucleoplasma, in questomodo avvengono continue e casuali collisioni con le eliche di DNA; il legame diventa stabile se ilcomplesso enzimatico incontra un promotore che definisce il sito di inizio e indica alla polimerasiquale filamento trascrivere.Difatti solo una delle due eliche (chiamata stampo) viene ricopiata in modo complementare diconseguenza il nuovo RNA avrà l’identica sequenza della catena opposta, salvo naturalmente lasostituzione delle basi T con le basi U.Legandosi al promotore la polimerasi copre un lungo tratto di DNA comprendente almeno 60 coppiedi basi, 40 delle quali prima (upstream) e 20 dopo (downsteam) il sito di inizio della trascrizione.Esoni ed Introni;I geni delle cellule eucariote sono costituiti da “blocchi” non contigui di sequenze nucleotidiche checodificano segmenti di proteine.Questi “blocchi” sono separati da sequenze di DNA “silente” che, almeno apparentemente, noncontengono informazioni genetiche; le sequenze di DNA che contengono le informazioni vengonochiamate esoni mentre quelle di DNA silente introni.Il significato funzionale di esoni ed introni;La funzione della frammentazione del gene in esoni ed introni non è ben nota.Gli introni sembra siano sequenze intercalate secondo un ordine casuale all’interno della catena;questa ipotesi poggia sul fatto che le sequenze introniche variano (sia come posizione che comelunghezza) anche in specie animali evolutivamente molto vicine.Il fatto che le sequenze geniche siano invece frammentate in esoni può invece essere utile a livellofunzionale.Secondo un ipotesi con l’evoluzione delle specie, solo alternando diversi “blocchi” di esoni, sisarebbero potute sintetizzare un altissimo numero di proteine con funzioni diverse; in pratica sisarebbero utilizzati gli esoni come dei “mattoni” prefabbricati da combinare tra loro in diversi modiper ottenere diverse proteine.La maturazione degli RNA;La biosintesi degli RNA coinvolge una serie complessa di reazioni enzimatiche che trasformano ilprimitivo prodotto di trascrizione dei geni in molecole mature e funzionanti.

48La maggior parte di queste reazioni avvengono nella parte non organizzata del nucleo, il cosiddettocarioplasma.Conoscendo le strutture di partenza e quelle di arrivo si è quindi in grado di identificare i trascrittiprimari, i prodotti intermedi detti precursori e di studiare gli enzimi che li producono ed il loromeccanismo d’azione.La presenza di esoni ed introni implica che debba esistere un sistema in grado di rimuovere odomettere le sequenze non utili alla trascrizione, sistema chiamato splicing.L’intero gene, compresi esoni ed introni, è trascritto a dare un precursore; poi le sequenze intronichevengono eliminate da una serie di molecole che riconoscono selettivamente i punti di giunzione traesoni ed introni; infine le estremità vengono di nuovo saldate fra loro per dare una molecola di RNAmaturo.La mappa dei geni;Nel 1911 Morgan dimostrò che i geni sono entità fisiche disposte linearmente lungo i cromosomi.Nell’uomo il numero dei geni è stato calcolato (in modo molto approssimativo) intorno a 50.000; lalunghezza delle catene di DNA presenti nei cromosomi umani basterebbe per contenere un numeroalmeno cento volte superiore di geni tuttavia, una buona parte di questo DNA è destinato a compierefunzioni di regolazione o è in forma ripetitiva con funzioni strutturali (come per il centromero)oppure codifica RNA ribosomiale e di trasferimento.Il primo gene ad essere stato localizzato su di un cromosoma è quello responsabile della visionecolorata localizzato sul cromosoma sessuale X; i principali geni che interessano la medicina sono igeni della visione colorata, quelli che controllano le reazioni di rigetto, quelli responsabili deldaltonismo e dell’emofilia ...Il mongolismo si sa che è dovuto alla trisomia (cioè tre copie al posto di due) della parte terminaledel braccio lungo del cromosoma 21.Il nucleolo;Osservando al microscopio ottico una sezione del nucleo di una cellula colorata con coloranti basicisi notano delle masserelle nel nucleo di struttura molto compatta e di qualche micron di diametro.Questa masserella è il nucleolo che può essere messo particolarmente in evidenza attraversoparticolari preparazioni istochimiche che colorino selettivamente le strutture contenenti RNA.Il microscopio elettronico ne distingue una parte interna di aspetto fibrillare ed una esterna di aspettogranulare. La porzione fibrillare è costituita da filamenti di circa 5 nm. che costituiscono ilnuclelonema molto simile alla fibre di cromatina; la parte granulare è costituita da granellitondeggianti di circa 15 nm. di diametro.Molto spesso è visibile una porzione di cromatina nucleare associata al nucleolo, questa porzione èchiamata organizzatore nucleolare.Il nucleolo è costituito da una certa quantità di DNA e da molto RNA legato in gran parte a proteinein complessi di grandi dimensioni.Il nucleolo è dunque il luogo dove avvengono la sintesi e l’assemblaggio dei ribosomi.L’assemblaggio dei ribosomi in sede nucleolare è causa di un intenso traffico di proteine eribonucleoproteine attraverso i pori della cisterna perinucleare; i ribosomi acquistano la loro strutturadefinitiva e la loro funzionalità solo nel citoplasma dopo che si sono assemblate le ultime proteineribosomiali e c’è stato un riarrangiamento generale della struttura spaziale dell’intero complesso.

49I SISTEMI DI REGOLAZIONE DELLE CELLULE;I geni regolatori;Esistono dei geni che, al contrario dei geni strutturali, non codificano direttamente un prodotto attivobensì servono da “regolatori” del funzionamento dei geni strutturali.Nei procarioti i geni strutturali sono preceduti da una serie di geni regolatori che ne controllano latrascrizione, questo complesso di geni strutturali e regolatori è chiamato operon.Ogni operon ha almeno tre geni regolatori:a ) il gene regolatore propriamente dettob ) il gene promotorec ) il gene operatoreI sistemi operon si possono distinguere poi in inducibili dove la sintesi delle proteine avviene solo inpresenza dello specifico substrato e reprimibili nei quali gli enzimi cessano di essere fabbricatiquando la concentrazione del prodotto si accumula nella cellula.I sistemi regolatori possono essere:- Ad autoregolazione: perché il gene regolatore manca- Negativo: quando la proteina regolatrice è un repressore che legandosi al DNA impedisce latrascrizione del gene strutturale.- Positivo: quando il complesso regolatore è legato al DNA la sintesi può procedere, in questocaso il prodotto del gene regolatore è un attivatore.- Reprimibile a controllo positivo (ipotetico): in questo caso, non ancora identificato, la proteinaregolatrice dovrebbe essere un attivatore, ma illegame con il metabolita dovrebbe indurnel’inattivazione.Alcune osservazioni condotte su batteri fanno supporre che, oltre ai sistemi di regolazione dellatrascrizione, possano esistere altri sistemi rudimentali di regolazione post-trascrizionale. In praticaquando la cellula necessita di dover sintetizzare molte proteine fabbrica molti ribosomi, quando la

50sintesi di proteine deve essere ridotta viene ristretta la produzione di ribosomi attraverso i regolatoripost-trascrizionali.Inoltre i procarioti possono esercitare un certo controllo sulla traduzione regolando l’attacco deiribosomi sui messaggeri attraverso i cosiddetti fattori di inizio.Negli eucarioti la situazione è più complessa.Innanzitutto la quantità di DNA contenuta nei cromosomi è nettamente maggiore di quella contenutanei procarioti, la quantità di DNA inoltre è ulteriormente aumentata dalla presenza degli introni, dalDNA satellite e dagli spaziatori che sono sequenze relativamente lunghe ripetute più volte a intervalliregolari tra i geni strutturali veri e propri.Inoltre il DNA negli eucarioti è stabilmente associato a delle proteine basiche, acide e con una certafrazione di RNA a dare quella struttura che è la cromatina.Poi i geni degli eucarioti, al contrario di quelli dei procarioti che sono allineati lungo un unicofilamento di DNA, sono distribuiti in cromosomi multipli e, con l’eccezione del cromosoma Y, sonoduplici.Ad aumentare le differenze vi è infine la struttura stessa dei geni che nei batteri sono collineati con iloro prodotti mentre, negli eucarioti, sono intercalati con introni che all’atto della codifica nonvengono considerati.Nei mammiferi fenomeni di induzione o di repressione da parte di metaboliti sono soprattuttoevidenziabili a livello delle cellule epiteliali del fegato o dell’intestino. Gli induttori non sono sempreperò metaboliti in quanto anche gli ormoni ed altri segnali extracellulari possono indurre la sintesi dispecifiche proteine.E’ necessario poi ricordare che nelle eucariote non basta arrestare la sintesi di mRNA per far cessarela sintesi proteica perché la vita media delle molecole di mRNA nelle cellule nucleate è mediamentepiù lunga.I livelli di regolazione nelle cellule eucariotiche;Il primo dei livelli è, come nelle procariote, la regolazione della trascrizione.Uno specifico gene deve attivato e ricopiato in una molecola di RNA; poi questo RNA devematurare nel nucleo per dare origine all’mRNA corrispondente quindi, deve attraversare l’involucronucleare per arrivare al citoplasma dove sono localizzati i ribosomi.Tutti questi processi possono rappresentare altrettanti punti di regolazione.Inoltre, a differenza che nelle procariote, gli mRNA sono stabili perché uniti a proteine e la lorotraduzione da parte dei ribosomi non è automatica ma soggetta anch’essa a regolazioni.Infine per essere funzionante la proteina deve assumere la sua conformazione tridimensionalecorretta.In genere la regolazione trascrizionale è quel meccanismo che agisce a livello del DNA permettendoo meno la sintesi di RNA nucleare da parte delle RNA polimerasi.La regolazione post-trascrizionale è il controllo effettuato sulle molecole di RNA dopo latrascrizione ma prima della traduzione.Infine la modulazione della traduzione è il controllo della sintesi di una proteina codificata da unaquantità definita di messaggero.

51La regolazione trascrizionale;Determinare quali siano le molecole coinvolte nella regolazione della trascrizione e se agiscano daattivatori o da repressori è un problema complesso.E’ chiaro che come attivatori sono coinvolti i fattori trascrizionali e le proteine acide nucleari più ingenere; sebbene manchino prove sperimentali è stato proposto come elemento repressore il cRNA oRNA cromatinico.LA DUPLICAZIONE DEL DNA;La duplicazione del DNA consiste nello srotolamento della doppia elica, nella separazione dei duefilamenti e nella sintesi dei due nuovi filamenti complementari ai rispettivi filamenti originari.Al termine della duplicazione i quattro filamenti, a due a due complementari, si riassociano e sirichiudono in modo che ciascuna delle due eliche possieda un filamento “vecchio” ed uno dei nuovisintetizzati. Questo processo è chiamato replicazione semiconservativa.La duplicazione di un gene comincia nel sito d’inizio, punto in cui le due eliche, per azione di unenzima, si separano per un breve tratto; nella struttura srotolata si infilano proteine dette unwindingche forzano la struttura delle due eliche esponendo alle DNA polimerasi l’interno dell’elica che primarisultava inaccessibile. La quantità di queste proteine durante la duplicazione del DNA raggiungepercentuali notevoli dell’ordine del 3 - 4% delle proteine totali della cellula.Nell’uomo e nel topo queste proteine hanno peso molecolare di 30 - 35.000 dalton; sono molecolenon dotate di attività enzimatica che attuano solo un’azione di origine meccanica resa possibile dallaloro altissima affinità per il DNA a singola elica.Alla despiralizzazione del DNA prendono parte anche proteine untwisting (o proteine delrilasciamento) che invece modificano la struttura spaziale del DNA producendo dei tagli in alcunipunti della doppia spirale (solo però ad un filamento) in modo da permettere la libera rotazione e ilrilasciamento della struttura.Gli stessi enzimi presumibilmente sono poi in grado di risaldare la struttura.In un gene esistono più siti d’inizio che vengono attivati in successione, su basi sperimentali si ècalcolato che le dimensioni delle unità di replicazione sono di 7 - 100 micron.

52Basandosi su questi dati si è definita l’unità di replicazione o replicone ciascuno dei quali comprendeun segmento di DNA costituito da molte migliaia di giri di elica.La maggior parte dei repliconi cominciano simultaneamente la sintesi del DNA ma terminano intempi diversi a causa della loro diversa lunghezza.Alcune osservazioni suggeriscono che, come avviene per i procarioti, la replicazione inizia nel puntoin cui il gene è a contatto con la membrana interna della cisterna perinucleare; inoltre questoancoraggio potrebbe essere necessario per aiutare lo srotolamento dell’elica al quale si oppone unaforza notevoleLo srotolamento è poi molto rapido infatti il cromosoma di E. Coli si raddoppia in 30 min. il cheequivale a dire che i 400.000 giri dell’elica si srotolano a 13.000 giri al minuto !!!La replicazione dei due filamenti della doppia elica avviene in modo bidirezionale, a partire da un sitod’inizio i due filamenti si replicano in direzioni opposte e sempre in direzione 5’ > 3’ per l’interventodi DNA polimerasi. Nei nuclei delle cellula animali sono presenti almeno due polimerasi: alfa (conalto PM) e beta (di minor PM).Una terza polimerasi gamma è stata individuata nei mitocondri è serve per duplicare lo specificoDNA circolare presente in questi organelli.LE ATTIVITÀ’ NUCLEARI;Il periodo che intercorre tra la genesi di una cellula originata da una divisione e la successivadivisione della stessa è detto ciclo vitale della cellula.Il ciclo vitale è costituito da quattro fasi: G 1 , S, G 2 , M.La fase G 1 : è la fase caratterizzata dalle attività trascrizionali. I principali tipi di RNA vengonosintetizzati in questa fase attraverso l’intervento, negli eucarioti, di almeno tre polimerasi mentre, neiprocarioti, la polimerasi necessaria è solo una. Inoltre si duplicano i centrioli dell’apparato miotico.La fase S: è la fase nella quale il DNA viene duplicato.La fase G 2 : in questo periodo si attuano la sintesi di gran parte dei componenti dell’apparatomitotico. In questa fase vengono ad esempio sintetizzate nuove parti di membrana nucleare cheserviranno per le membrane nucleari delle cellule figlie.La fase M: è la fase nella quale si verifica la mitosi.LA DIVISIONE MITOTICA (RIPRODUZIONE ASESSUATA);Formazione dell’apparato mitotico;

53Mentre nel nucleo la cromatina si sta spiralizzando per dare i cromosomi, nel citoplasma sievidenziano i componenti dell’apparato mitotico.L’apparato mitotico è costituito, nelle cellule animali, da:- Centrioli: e dalle strutture ad essi circostanti (centrosoma, centrosfera, astrosfera).- Fuso mitotico: che è un complesso di microtubuli tesi tra i centrioli.Nelle cellule delle piante verdi mancano i centrioli ed è presente solo il fuso mitotico.L’apparato mitotico perdura per tutta la divisione cellulare ed il suo compito è quello di guidare icromosomi in modo ordinato e corretto in modo da fornire alle due cellule figlie lo stesso patrimoniogenetico della cellula madre.Il centriolo: è un corpicciolo puntiforme e ben colorabile, per lo più è un corpicciolo duplice ed inquesto caso è detto diplosoma. Il centriolo si duplica durante la trascrizione dell’RNA (in G 1 ) quindi,all’inizio della divisione la cellula si presenta con due centrioli (o due diplosomi) che gradualmente siallontanano fra loro.Attorno al centriolo è presente un’area più chiara di forma circolare detta centrosoma ed attorno adessa un’area più densa chiamata centrosfera.All’inizio della mitosi dalle due centrosfere si vedono irradiare delle strutture fibrillari che prendono ilnome di astrosfere; tra le due centrosfere che si vanno separando tra loro si evidenziano delle fibreche costituiscono il fuso mitotico.Le modalità di formazione del fuso mitotico sono due: la prima è detta del fuso metafisico nel quale ilfuso si forma dopo che i due centrioli sono arrivati alle estremità del citoplasma; la seconda è dettadel fuso centrale e in questo caso le fibra del fuso si formano fin da quando i centrioli cominciano adallontanarsi.Il fuso fino ad ora descritto è detto fuso citoplasmatico o mantellare. In realtà quest ricopre unsecondo fuso che si forma solo quando la membrana nucleare è scomparsa che prende il nome difuso centrale o cromosomico perché sulle sue fibre si legano i centromeri dei cromosomi.Stadi e significato della mitosi;Nella profase il nucleo spiralizza la cromatina a dare i cromosomi.Verso la fine della profase quando i cromosomi sono praticamente già spiralizzati, i nucleoli sidisintegrano, spargono il loro contenuto granulare e condensano la parte fibrillare; infine si disgregaanche la membrana nucleare.La prometafase è quel breve periodo che intercorre tra la scomparsa dell’involucro nucleare (cheindica la fine della profase) e la messa in piastra equatoriale dei cromosomi (stadio di metafase).Nella metafase i cromosomi che sono legati alle fibre del fuso mitotico si trovano dislocati sul pianoequatoriale (ortogonale rispetto all’asse del fuso) a costituire una figura detta di aster o di piastraequatoriale.A questo punto si nota che il centromero dei cromosomi è fratturato longitudinalmente in due particiascuna delle quali contiene un cinetocoro di un cromatide.Segue l’anafase nella quale i cinetocori dei cromatidi vengono “tirati” verso i poli opposti dellacellula dalle fibre cromosomiche del fuso suddividendo il materiale genetico in due gruppi fra lorouguali che si allontanano reciprocamente lasciando libera la piastra equatoriale.Non è chiaro se sono le fibre del fuso a “tirare” i cromatidi o se sono questi ultimi a spostarsi lungo ilfuso anche se la prima sembra l’ipotesi più probabile.

54La “trazione” inoltre non è esercitata in senso meccanico dai microtubuli delle fibre del fuso bensì èprovocata dalla continua depolimerizzazione che si verifica al centro della fibra ed al successivorisaldarsi della stessa.I due gruppi di cromosomi divisi vanno così allontanandosi talvolta assumendo la forma di unafigura detta di diaster perché sembra costituita da due aster.La telofase è lo stadio che conclude la divisione mitotica.I cromatidi che sono giunti ormai a metà strada tra i poli della cellula e la piastra equatorialecominciano a despiralizzarsi; attorno a ciascuno dei due gruppi si va ricostruendo l’involucronucleare con l’uso dei resti del vecchio e di parti nuove sintetizzate.L’apparato mitotico si va depolimerizzando con l’esclusione dei centrioli, la membranacitoplasmatica si introflette fino a saldarsi provocando la divisione della cellula in due cellule figlie dieguali dimensioni.Nelle cellule vegetali lungo la zona di frattura si accumulano delle vescicole provenienti dal Golgi checreano il fragmoblasto che costituisce il setto divisorio da cui nascerà la parete cellulare.LA DIVISIONE MEIOTICA (RIPRODUZIONE SESSUALE);Diploidia e riproduzione sessuale;La riproduzione sessuale prevede la fusione di due cellule in una con il conseguente rimescolamentodei rispettivi genomi. Le cellule figlie ereditano solo una delle coppie dei geni di ciascuno dei parenti,ne consegue che alcuni discendenti di parenti eterozigoti portatori di una mutazione letale ricevonocasualmente due copie del gene mutato; la morte di questi individui abbassa il numero dei geni mutatipresenti nella popolazione.Inoltre poiché l’assortimento dei geni è casuale si origineranno individui diversi dai loro progenitori.Il rimescolamento dei geni avviene in concomitanza con la fusione di due cellule aploidi in unadiploide. Le nuove cellule aploidi vengono generate periodicamente con un ciclo chiamato meiosiconsistente nella formazione di due cellule contenenti un solo corredo di geni originate da una cellulamadre con doppio corredo cromosomico.E’ la ricombinazione cromosomica che ha luogo durante la meiosi a fornire a ciascuna delle celluleaploidi un nuovo assortimento di geni che in parte derivano dal corredo di uno dei promotori aploididella precedente generazione ed in parte dall’altro.

55E’ questo meccanismo di: “aploidia - fusione - diploidia - meiosi” chiamato GOD (Generation ofDiversity) che permette alla selezione naturale di espandere le cellule e gli organismi che casualmentehanno sviluppato il migliore assortimento genico.Nella specie umana le cellule aploidi esistono solo per un breve periodo limitato all’espletamentodelle funzioni sessuali; sono cellule altamente differenziate e specializzate per la fusione.Vengono chiamate gameti, quello maschile è chiamato spermatozoo, mentre il femminile uovo odoocita.La loro fusione porta alla formazione dello zigote (l’uovo fecondato) diploide dal quale si sviluppanoe proliferano tutte le cellule somatiche del nuovo organismo.La meiosi;La meiosi è il processo di divisione cellulare attraverso il quale da una cellula progenitrice diploidevengono generate quattro cellule figlie aploidi.Il processo è costituito da un solo ciclo di duplicazione del DNA seguito da due divisioni cellulari.Ogni cellula diploide somatica possiede due esemplari di ciascun cromosoma eccetto l’XY nelmaschio; i due esemplari dello stesso cromosoma sono detti omologhi e derivano dal gamete paternoe da quello materno delle generazione precedente.La meiosi si attua attraverso due distinte divisioni cellulari, nel corso della prima le coppie diomologhi si appaiono formando una complessa struttura chiamata sinaptonema costituita quindi daquattro cromatidi.In questa fase avvengono gli scambi di tratti di DNA tra i cromatidi appartenenti ai due cromosomiomologhi; quindi i cromosomi (e non i cromatidi come nella mitosi) si separano di nuovo e, trascinatidalle fibre del fuso mitotico, si allontanano verso i poli opposti della cellula.In questa fase, al contrario che nella mitosi, i centromeri non si separano perché le fibre del fusotirano tutte dalla stessa parte.Come risultato della prima divisione meiotica ciascuna cellula figlia è ancora diploide ma haereditato due cromatidi appartenenti ad uno solo degli omologhi (il paterno o il materno).Quindi le due cellule figlie sono già diverse tra loro, inoltre gli stessi cromatidi fratelli non sonouguali perché c’è già stato il riassortimento dei geni.Il passaggio del patrimonio genetico da diploide ad aploide ha luogo nella seconda divisionemeiotica che non è altro che una semplice mitosi che però non è preceduta da un ciclo diduplicazione del DNA.Il sinaptonema e la ricombinazione;Con la prima divisione meiotica le due cellule figlie ricevono una differente miscela di cromosomi diorigine paterna e materna; già solo con questo meccanismo i gameti umani possono ricevere unassortimento di cromosomi pari a 2 23 (cioè 8,4 milioni).Nella realtà questo numero è molto più elevato grazie al processo del crossing - over durante il qualenella lunga profase della prima divisione meiotica vengono scambiati tratti di cromatidi tra icromosomi omologhi.In media ogni coppia di cromosomi si scambia due o tre segmenti di DNA.Il crossing - over è il risultato della rottura della doppia elica di DNA in uno dei cromatidi di originepaterna e nei punti corrispondenti di uno dei cromatidi di origine materna; la rottura è seguita dallasaldatura delle loro estremità in modo reciproco.

56Il processo avviene quando i quattro cromatidi appartenenti ai due cromosomi omologhi sonoappaiati nel sinaptonema.La formazione del sinaptonema è accompagnata da modificazioni morfologiche della cromatinanucleare rilevabili sia in microscopia ottica che in microscopia elettronica.Il processo è articolato in cinque fasi così chiamate: leptotene, zigotene, pachitene, diplotene ediacinesi e così ca ratterizzate:- Leptotene: questa fase ha inizio con la condensazione della cromatina e la formazione deicromosomi visibili cui segue la formazione di una struttura tubolare di natura proteicache si dispone lungo l’asse di ciascun cromosoma.- Zigotene: i cromosomi omologhi si appaiono a formare il complesso sinaptonemico.L’appaiamento inizia a volte dall’estremità del cromosoma ancorata alla cisternaperinucleare, a volte da un punto più centrale e procede con le stesse modalità dellachiusura di una “cerniera lampo”.La responsabile del perfetto appaiamento dei geni dei cromosomi omologhi è la triplarotaia del complesso sinaptonemico. Questa è formata dalle due strutture tubolari cheerano comparse nel leptotene che si dispongono parallelamente ad una distanza di100 nm.I due tubuli sono uniti tra loro da traversine disposte perpendicolarmente anch’esse dinatura proteica. Le traversine a loro volta sono intersecate esattamente nel mezzo dauna terza struttura filiforme intermedia.Poiché le eliche di DNA non sono in contatto fisico bisogna dedurre che le struttureresponsabili del corretto allineamento siano le traversine anche se il meccanismo cheporta all’esatto allineamento è ancora oscuro.- Pachitene: si completa l’appaiamento dei cromosomi omologhi e, nella struttura a tripla rotaiacompaiono dei noduli di ricombinazione che, sono particelle proteiche ellissoidali osferiche di 90 nm. di diametro che corrispondono a complessi multienzimaticiresponsabili dell’incisione e della successiva saldatura dei tratti di DNA.Il crossing - over ha luogo in questa fase.- Diplotene: il complesso sinaptonemico si rilascia ed i cromosomi omologhi si allontananorimanendo però agganciati nei due o tre punti dove ha avuto luogo il crossing - over,questi punti vengono chiamati chiasmi.- Diacinesi: il diplotene continua impercettibilmente nella fase di diacinesi attraverso la qualela profase della prima divisione meiotica passa nella metafase. In questa fase icromosomi si condensano ulteriormente ed i cromatidi, prima troppo addossati, sirendono visibili.I gameti;Le cellule che attraversano fasi cicliche di aploidia sono chiamate gameti.Dopo la fusione di due gameti, tra le cellule che daranno origine al nuovo individuo, le cellule dellalinea germinale migrano nella gonadi, gli organi riproduttivi.Nelle gonadi i progenitori dei gameti chiamati goni proliferano con ripetuti cicli di mitosi.Nella femmina i goni si differenziano in uova od oociti, nel maschio in spermatozoi.L’oogenesi;

57Nella femmina i goni si localizzano nell’ovaio e, in un primo tempo si differenziano in oogoni.Questo proliferano per un tempo limitato della vita dell’embrione (tra la quinta settimana e il settimomese). Da questo momento in poi il numero degli oogoni comincia a diminuire per degenerazionespontanea mentre un certo numero di cellule si differenziano in oociti.A questo stadio l’oocita è detto primario ed è ancora diploide; i cromosomi già replicati sonoappaiati nel pachitene o nel leptotene. In quest’ultimo caso,che nei mammiferi può durare anni,l’oocita primario sintetizza notevoli quantità di mRNA, tRNA e rRNA oltre ad una riserva diproteine che gli serviranno nel successivo ed eventuale sviluppo.Solo con la maturità sessuale (12°/14° anno di vita) alcuni oociti maturano periodicamente e vengonoespulsi dall’ovaio. Per effetto degli ormoni la prima divisione meiotica si completa, i cromosomi sicondensano e gli omologhi segregano nelle due cellule figlie.Il citoplasma si divide però in modo disuguale dando origine ad un oocita secondario di grossedimensioni (100-120 micron) e ad una cellulina abortiva chiamata globulo polare priva di citoplasma.L’oocita secondario è ancora diploide e, si riduce ad aploide solo con il passaggio a uovo maturo cheavviene al termine della seconda divisione meiotica; anche in questo caso la ripartizione delcitoplasma non è eguale così ne risulta una cellula uovo ed un secondo globulo polare.L’uovo maturo è una cellula particolare in quanto è l’unica in grado di dare origine ad un individuotutto intero. Per questo motivo ha acquisito delle caratteristiche particolari: prima di tutto ledimensioni (100-150 micron) superiori a quelle medie delle altre cellule somatiche.Le dimensioni sono tali perché l’uovo è pieno di sostanze nutritive (vitello) sotto forma di granulicostituita prevalentemente da proteine.Nei mammiferi l’oocita è rivestito da una struttura periferica chiamata zona pellucida di consistenzagelatinosa costituita da glicoproteine e mucopolisaccaridi, in parte secreti dall’uovo stesso ed inparte dalle cellule periferiche che costituiscono la corona radiata.Al di sotto della membrana plasmatica sollevata da numerosi microvilli sono presenti diversevescicole di secrezione dette granuli corticali ricche di enzimi che intervengono nel processo difertilizzazione, difatti dopo che uno spermatozoo è penetrato nell’uovo inducono delle mutazioni cheimpediscono l’entrata di altri spermatozoi (reazione corticale).Negli oociti di specie animali contenenti un’alta percentuale di vitello (ma non dei mammiferi) ladistribuzione degli organelli nel citoplasma è asimmetrica, in questi casi si distingue un’area delcitoplasma che contiene il nucleo e gli organelli che è chiamata polo animale ed un’area ricca divitello detta polo vegetativo; in queste uova l’embrione si sviluppa dal polo animale.Il follicolo ooforo e l’ovulazione;Sin dal loro sviluppo iniziale gli oogoni sono avvolti da uno strato di cellule cubiche che formano ilfollicolo; queste cellule sono collegate all’oocita attraverso delle giunzioni comunicanti (gap onexus) che permettono il passaggio di sostanze nutritive di basso peso molecolare e di segnaliregolativi.Nella specie umana, alla nascita, è presente nell’ovaio un numero definito di oociti prinari bloccatinella profase della prima divisione meiotica ciascuno dei quali è circondato da uno strato unico dicellule appiattite che costituiscono il follicolo primordiale.A partire dalla nascita un certo numero di follicoli primordiali si evolve, le cellule proliferanoformando più strati ed inoltre compare una cavità piena di liquido, il follicolo si è così trasformato daprimordiale in follicolo antrale.Prima della pubertà tutti i follicoli antrali vanno incontro ad un processo degenerativo che coinvolgeanche gli oociti in essi contenuti.

58Il processo porta alla formazione di un uovo maturo soltanto nella pubertà quando, l’ipofisi(una ghiandola) emette degli ormoni: le gonadotropine. Le principali in questo caso sono:l’ormone stimolante il follicolo o FSH e l’ormone luteinizzante o LH.L’effetto combinato di questi due ormoni porta all’accrescimento delle cellule della parete delfollicolo antrale ed al loro differenziamento: lo strato a ridosso dell’oocita forma il cumulo ooforol’altro periferico tappezza le pareti dell’antro follicolare e crea lo strato della granulosa.In questo stadio il follicolo è maturo (o follicolo di Graaf), l’oocita termina la prima divisionemeiotica, genera il primo globulo polare e si trasforma in oocita secondario.Infine per l’aumento della pressione del liquido contenuto nella cavità antrale il follicolo si rompelasciando libero l’oocita, un certo numero di cellule che costituivano il follicolo resta però collegatoall’oocita attraverso un sottile prolungamento e costituisce la corona radiata.L’oocita di secondo ordine terminerà la sua seconda divisione meiotica solo se sarà fecondato da unospermatozoo.A partire dalla pubertà ogni ventotto giorni matura un follicolo e si libera un oocita, questo processoè chiamato ovulazione ed è strettamente controllato dal rilascio in circolo di ormoni dellegonadotropine dell’ipofisi.L’azione più evidente esercitata dall’ormone LH è quella di separare le cellule follicolari dall’oocitascindendo le giunzioni comunicanti che le tenevano unite.Uno dei processi rimasti senza spiegazione è quello riguardante la selettività delle gonadotropine chefanno il modo che solo un follicolo alla volta possa giungere a maturazione.Gli oociti che maturano verso la fine del periodo fertile della donna, ovvero poco prima dellamenopausa sono rimasti bloccati nella prima fase della divisione meiotica per quaranta ocinquant’anni e questo spiega l’alta incidenza delle anomalie genetiche negli individui generati damadri in questa fase.Ad esempio la trisomia della parte terminale del braccio lungo del cromosoma 21 che porta almongolismo è causata dalla non disgiunzione al momento della meiosi ed incide per oltre l’1% nellemadri oltre i quarant’anni.Il ciclo mestruale;Subito dopo l’ovulazione le pareti del follicolo collassano e, per azione dell’LH, proliferanoriempiendo lo spazio che in precedenza era occupato dal liquido follicolare e dal cumulo ooforo.Questa struttura chiamata corpo luteo continua a sintetizzare - stimolata dall’LH - a produrreprogesterone; inoltre in questa fase il corpo luteo è stimolato anche da un altro ormone la prolattina.Il progesterone agisce sulle pareti dell’utero preparando le condizioni più favorevoli all’annidamentodell’uovo fecondato, se questo però non avviene entro circa un paio di settimane, il corpo luteodegenera trasformandosi in una cicatrice bianca non funzionale detta corpo albicante.Le variazioni periodiche della secrezione ormonale provocano delle modificazioni istologichenell’utero note come ciclo mestruale.Ogni ciclo dura in media 28 giorni. Inizia con la fase mestruale che dura da tre a sei giorni e, nellaquale non essendoci stata fecondazione si ha il distacco e l’eliminazione di tutti gli strati della pareteinterna dell’utero, con l’eccezione dello strato basale.Nella fase proliferativa aumenta lo spessore della parete uterina per effetto degli estrogeni e nellafase luteinica si verifica l’ovulazione e la comparsa del corpo luteo che può poi trasformarsi ingravidanza se vi è fecondazione oppure in caso contrario si giunge ad una nuova fase mestruale.

59La spermatogenesi;Nei maschi della specie umana la proliferazione degli spermatogoni inizia nella pubertà e procedeseppur in minor misura fino alla morte dell’individuo.Il processo avviene nei tubuli seminiferi che sono dei microscopici organi cavi del diametro di200 - 250 micron e lunghi 40 - 80 cm. che avvolti a gomitolo formano i testicoli.Gli spermatogoni diploidi occupano la parte periferica dei tubuli seminiferi dove si riproducocontinuamente per mitosi; in queste cellule un intero ciclo duplicativo dura 8 - 10 giorni.Mentre una parte degli spermatogoni si mantiene in ciclo (spermatogoni staminali o di tipo A),altri (spermatogoni di tipo B) si dividono ancora una volta e si differenziano in spermatociti primari.Gli spermatociti primari, entrano nella profase della prima divisione meiotica, appaiono i cromosomiomologhi, attuano il crossing - over e si dividono dando origine a due spermatociti secondari.Ciascuno di questi prosegue nella seconda divisione meiotica e danno origine a quattro spermatidiaploidi contenenti un cromatide dei ciascuno dei 22 autosomi ed il cromosoma Y o uno dei due X.A partire dallo stadio di spermatogonio di tipo B la divisione dei nuclei delle cellule in corso dimaturazione non è accompagnata dalla relativa divisione dei citoplasmi venendosi così a creare unsincizio di cellule tra spermatociti e spermatidi.Questo fenomeno porta ad un doppio risultato: innanzitutto sincronizza la maturazione deglispermatozoi che vengono liberati in onde sincrone, in secondo luogo questa situazione favorisce illibero scambio di macromolecole tra uno spermatide e l’altro.Questo meccanismo permette inoltre la sopravvivenza anche di quegli spermatidi che hanno un allelemutato e non funzionante, il prodotto di quel gene mancante può infatti arrivare attraverso l’unicocitoplasma da altri spermatidi funzionanti.La spermioistogenesi;Il processo finale della differenziazione delle cellule germinali maschili chiamato spermioistogenesiporta alla trasformazione degli spermatidi in spermatozoi.Lo spermatide è una cellula relativamente piccola (5-6 micron) costituita prevalentemente daeurocromatina e da una certa quantità di citoplasma. Vicino al nucleo è presente un apparato di Golgie, a partire da quest’ultimo vengono formati numerosi piccoli granuli contenenti enzimi litici di tipolisosomiale che confluiscono progressivamente in una vescicola chiamata acrosomica.Questa vescicola aderisce alla cisterna perinucleare in punto che diventerà l’apice del futurospermatozoo.La vescicola aumenta le sue dimensioni e addossandosi sempre più al nucleo ne riveste i due terzianteriori come un cappuccio (cappuccio acrosomico o acrosoma); contemporaneamente il nucleo siallunga e si appiattisce e la cromatina si condensa fino a raggiungere una struttura particolare; questacondensazione è dovuta alla sostituzione degli istoni dei nucleosomi con proteine basiche ricche diarginina tipiche degli spermatozoi e chiamate protamine.I centrioli migrano al polo cellulare opposto all’acrosoma disponendosi uno di fila all’altro; dalcentriolo distale ha origine un flagello che progressivamente si allunga.Nello stesso periodo compaiono nel citoplasma dei microtubuli che si orientano a formare unastruttura cilindrica chiamata manicotto della coda o manchette che contribuisce ad impartire alnucleo la forma definitiva in corrispondenza della zona dove si innesta il flagello ed inoltre orienta imitocondri a formare una spirale attorno alla prima porzione del flagello.Lo spermatozoo è una delle cellule più differenziate del corpo umano.

60Misura 50 nm. di lunghezza ed è costituito da una testa lunga 5 e larga 3 micron e da una coda lunga55 micron e di diametro variabile tra 1 e 0,1 micron.Tutto lo spermatozoo privo di citoplasma è rivestito dalla membrana plasmatica.La testa è ovoidale vista dall’alto e piriforme di profilo e contiene il nucleo, tra la cisternaperinucleare (priva di pori) e la membrana plasmatica è posto il cappuccio acrosomale.Tra la parte posteriore della testa ed il flagello è presente un breve segmento chiamato collo checontiene almeno un centriolo e che da’ l’inserzione ai microtubuli dell’assonema; la periferia del colloè occupata dai rigonfiamenti laterali chiamati capitelli originati dalle fibre dense che circondanol’assonema.La coda dello spermatozoo è caratterizzata per i primi 5-7 micron di lunghezza (porzioneintermedia) da un rivestimento di mitocondri in grado di fornire l’ATP necessaria per il movimentodella coda.La porzione intermedia termina con un anello detto annulus formato da materiale elettrondenso cheblocca i mitocondri nella loro posizione impedendogli di slittare in basso.Il tratto tra l’annulus e il fondo della coda detto porzione principale è rivestito da una serie disemi-anelli fibrosi orientati in senso trasversale e tra loro paralleli che sono tenuti in posizione da duecolonne longitudinali, una dorsale ed una ventrale.Il movimento della coda è generato dal reciproco slittamento dei doppietti di microtubuli checostituiscono la struttura assonemale.ESOCITOSI ED ENDOCITOSI;Esocitosi;La proprietà di riversare all’esterno macromolecole per esocitosi è tipica di tutte le cellule anche se èparticolarmente evidente nelle cellule ghiandolari.Queste cellule periodicamente eliminano notevoli quantità di elaborati citoplasmatici comeglicoproteine, collagene etc.Questa attività secretiva inizia nel RER dal quale gemmano delle vescicole che passano perl’apparato di Golgi e vanno poi verso la periferia cellulari sotto forma di vescicole di secrezione chesono convogliate fino alla membrana citoplasmatica dagli elementi contrattili del citoscheletro.

61A questo punto, i microfilamenti che costituiscono la trama periferica sono una barriera che puòessere superata dalle vescicole solo grazie a variazioni della concentrazione di ioni Ca o con altremodifiche innescate spesso da segnali di tipo ormonale.Giunte in superficie le vescicole di secrezione si fondono con la membrana citoplasmatica iniziando ilprocesso a partire dallo strato più esterno delle vescicole che si fonde con quello più interno dellamembrana plasmatica venendo a creare una provvisoria condizione pentalaminare al posto dellatradizionale trilaminare.Attraverso tecniche di freeze-etching si è scoperto che nei punti di fusione tra le vescicole e lamembrana plasmatica vi è una riorganizzazione delle particelle di membrana che si dispongono aformare rosette.La fusione delle membrane delle vescicole con quella del citoplasma determina un aumento disuperficie di quest’ultima. La composizione proteica delle nuove aree è però diversa e si mantienetale inoltre, sembra che queste aree siano ben presto ricoperte sulla loro faccia interna da molecole diclatrina e diventino le fossette rivestite che hanno un ruolo fondamentale nei processi di endocitosicon recettori.La gemmazione;E’ un processo che prevede l’eliminazione di porzioni di citoplasma e la successiva risaldatura tra glistrati interni della membrana.Al contrario del processo di esocitosi dove la superficie della membrana aumenta, in questo casodiminuisce.I diversi tipi di endocitosi;Con il termine endocitosi si raggruppano tre tipi diversi di assunzione di materiale dall’esterno daparte di una cellula, e sono:- La fagocitosi- La pinocitosi- L’endocitosi mediata da recettoriLa fagocitosi;E’ stata studiata nelle amebe e nei macrofagi.La fagocitosi è innescata dal contatto fra i grandi aggregati macromolecolari ed i recettori dimembrana della cellula che esercita la fagocitosi. I macrofagi in particolare riconoscono solo imicrorganismi già ricoperti da anticorpi.Delle osservazioni compiute con anticorpi marcati hanno permesso di stabilire che solo alcunidistretti della membrana plasmatica che sono muniti dei recettori, sono in grado di fagocitare; irecettori possono però spostarsi sulla superficie della membrana e all’occorrenza formare uncappuccio in grado di fagocitare particelle di grandi dimensioni.Una volta stabilito il contatto tra il recettore di membrana e la particella-ligando da digerire, lamembrana citoplasmatica inizia ampi movimenti avvolgenti che avvolgono il ligando, gradualmente ilcitoplasma del fagocita si introflette e la particella viene inglobata.Il destino del materiale fagocitato è quello di essere degradato dai lisosomi.Questo processo richiede un gran dispendio di energia ottenuta sotto forma di idrolisi di ATP.La pinocitosi;E’ l’assorbimento aspecifico di particelle diluite in un fluido e si distingue in macro-pinocitosi emicro-pinocitosi in base al diametro delle goccioline penetrate ed in base all’entità dellemodificazioni della membrana cellulare.

62- Nella macropinocitosi che è visibile in microscopia luce, le goccioline hanno una diametro minimodi 0,2 micron e vengono inglobate con un processo simile alla fagocitosi sia pure in scala ridotta erichiede un grande consumo di energia.- Nella micro-pinocitosi che è evidenziabile solo in microscopia elettronica, le goccioline assorbitehanno un diametro medio di 65 nm. e penetrano all’interno della cellula attraverso aperture tubolaridette caveole al cui termine nasce la vescicola pinocitotica che trasporta il liquido all’interno dellacellula.Molte delle attività di pinocitosi richiedono la presenza di recettori di membrana che riconoscano eselezionino il materiale da ingerire e per questo rientrano nei meccanismi di endocitosi mediata darecettori.L’endocitosi mediata da recettori;Nella pinocitosi le fossette dalle quali inizia l’assorbimento del materiale da inglobare nella cellulasono chiamate fossette rivestite (coated pits).Nei fibroblasti in coltura, fino al 2 % della superficie della membrana citoplasmatica è costituita daqueste fossette (dal lato rivolto verso il citoplasma) e, sono queste stesse strutture che, quando inizial’assorbimento delle particelle, vengono assorbite nel citoplasma creando le vescicole rivestite(coated vesicles).Il materiale eletterondenso che riveste le fossette e le vescicole è di natura proteica e la più comunetra le proteine che lo costituisce è la clatrina (PM = 180.000 dalton) insieme ad un polipeptideminore (PM = 35.000 dalton).La clatrina forma dei polimeri chiamati trisceli (triskelion) e ciascuno di questi polimeri contiene tremolecole di clatrina e tre molecole del polipeptide minore per un peso molecolare totale di 630.000dalton.In vitro (e probabilmente anche in vivo) i trisceli si assemblano a loro volta fra loro a formare dellestrutture “a paniere” con maglie pentagonali ed esagonali che obbligano la membrana plasmaticadelle fossette a ripiegarsi verso il citoplasma formando le vescicole.La polimerizzazione della clatrina ed i successivi fenomeni che ne conseguono sono innescati dalcontatto tra i recettori posti sulla membrana cellulare ed i rispettivi ligando; le vescicole rivestite diclatrina vagano nel citoplasma della cellula che ha effettuato l’endocitosi fondendosi poi tra loro performare gli endosomi e perdendo il rivestimento di clatrina che può poi tornare in superficie peressere riutilizzata.L’endosoma in seguito acquista un aspetto piriforme (a forma di pera !!!) e prende il nome divescicola CURL (cioè compartimento dove avviene la dissociazione tra recettore e ligando).La porzione tubolare del CURL è ricca di recettori ormai liberi dei ligandi che si trovano dispersinella fase fluida nella porzione sferica del CURL; ad un certo punto la parte tubolare si stacca dalresto della vescicola e ritorna in superficie riciclando così sia i recettori che una porzione dimembrana plasmatica.La porzione rotondeggiante della vescicola CURL resta libera nel citoplasma, si fonde con unlisosoma primario ed origina un lisosoma secondario con la conseguente degradazione dei ligandi daparte degli enzimi lisosomiali.

63LE PROPRIETA’ ELETTRICHE DELLE MEMBRANE E L’IMPULSO NERVOSO;Le membrane sono eccitabili;Come si è già detto le cellule sono in grado di scambiarsi informazioni per contiguità attraversoparticolari canali o a distanza attraverso segnali di natura ormonale.

64Esiste inoltre un sistema di cellule la cui funzione è il coordinamento delle altre cellule: il sistemanervoso.Le cellule coinvolte sono le cellule nervose o neuroni la cui proprietà principale è quelladell’eccitabilità della loro membrana citoplasmatica.Tale proprietà è basata sulla distribuzione asimmetrica delle cariche elettriche tra la superficie internae quella esterna della membrana. La modificazione localizzata di questo stato fisico dettodi riposo “eccita” la membrana in una zona limitata traducendosi poi in una serie di eventi molecolarilocalizzati capaci di propagarsi a distanza ovvero generando un impulso.L’eccitabilità della membrana citoplasmatica è presente in tutte le cellule solo che viene utilizzata inmodo diverso, ad esempio per la creazione di risposte intracellulari come possono essere lagenerazione di movimento o la secrezione.La morfologia del neurone;Il neurone è costituito da una parte centrale chiamata corpo cellulare o soma o pericarion checontiene il nucleo e, da una serie di prolungamenti di lunghezza variabile.I più brevi che generalmente sono i più ramificati sono chiamati dendriti mentre il più lungo che èsempre unico è chiamato assone o neurite.Il neurone riceve dei segnali attraverso i dendriti ed il corpo cellulare e li ritrasmette lungo l’assonefino alla periferia; qui il lungo prolungamento termina con una minuscola espansione a forma di clavachiamata bottone terminale che entra in contatto con un dendrite o con un corpo cellulare di un altracellula di varia natura.I bottoni terminali che prendono contatto con un altro neurone o con una cellula della muscolaturastriata creano una struttura che controlla la trasmissione dell’impulso chiamata sinapsi.La struttura del neurone è molto polarizzata cosicché l’impulso viene propagato in un’unicadirezione: dai dendriti al corpo cellulare e da questo all’assone.Le cellule nervose vengono classificate secondo la loro forma in neuroni:- Multipolari: quando hanno un assone e molti dendriti brevi e molto ramificati.- Bipolari: con un unico dendrite che emerge dal corpo cellulare dalla parte opposta a quella doveemerge l’assone.- Pseudo-unipolari: apparentemente privi di dendrite, hanno un unico prolungamento che si biforcanelle vicinanze del corpo cellulare in una parte destinata ad assone ed unaa dendrite.Esiste poi anche la classificazione del Golgi che è così suddivisa:- Tipo I: con assone molto lungo.- Tipo II: con assone breve.I multipolari / tipo I comprendono i cosiddetti motoneuroni che conducono l’impulso dal sistemanervoso centrale ai muscoli e controllano il movimento.I bipolari sono situati prevalentemente negli organi di senso periferici: occhio, orecchio etc.Gli pseudo-unipolari sono i neuroni sensitivi che portano gli impulsi delle sensazioni tattili, termichee dolorifiche dai recettori periferici al centro tramite il lungo dendrite e li fanno arrivare tramitel’assone al sistema nervoso centrale.Il corpo cellulare e i dendriti;

65Il corpo cellulare (o pirenoforo) nella maggior parte delle cellule nervose è molto voluminoso, èinfatti nel citoplasma dove hanno luogo la sintesi della maggior parte delle proteine contenute neiprolungamenti.Si calcola che il volume dei prolungamenti possa superare di centinaia di volte quello del corpocellulare, ad esempio l’assone di alcuni motoneuroni del midollo spinale hanno una lunghezza chepuò superare il metro !!!Proprio per la sintesi delle proteine il citoplasma è pieno di ribosomi e di cisterne di reticoloendoplasmatico ed è proprio l’alta concentrazione di rRNA a creare il cosiddetto corpo di Nisslovvero a creare la cosiddetta sostanza cromofila o tigroide.I dendriti sono generalmente multipli ed emergono da vari punti del corpo cellulare, sonorelativamente brevi e si ramificano più volte proprio in vicinanza del pirenoforo.La loro superficie è rivestita da una serie di appendici tozze chiamate spine sulle quali formanosinapsi. Il citoplasma contenuto nei dendriti è identico a quello del corpo cellulare e, contiene tutti gliorganelli escluso però l’apparato di Golgi.La funzione principale dei dendriti è quella di incrementare enormemente la superficie disponibile perricevere contatti sinaptici.L’assone;L’assone è di solito unico. Origina da una protuberanza chiamata cono di emergenza e, oltre per lalunghezza si distingue dai dendriti per la mancanza di spine.Il citoplasma dell’assone è molto diverso da quello del pirenoforo e dei dendriti in quanto contiene ineurofilamenti, polimeri di 10 nm. di spessore formati da almeno tre subunità proteiche di 200.000,150.000 e 68.000 dalton.I neurofilamenti collegati tra loro da sottili appendici laterali, formano con i microtubuli quiparticolarmente abbondanti una struttura in grado di mantenere la struttura cilindrica all’assone.Neurofilamenti e microtubuli vengono impropriamente chiamati anche neurotubuli e sono presenti intutto il citoplasma compreso quello del pirenoforo (da dove originano) e nei dendriti.Abbondanti sono anche i mitocondri mentre sono assenti mRNA, ribosomi e REG; infatti la maggiorparte delle molecole presenti nell’assone vengono sintetizzate nel pirenoforo e riescono araggiungere anche le parti più lontane dell’assone grazie al flusso assonico o attraverso il trasportoassonico.Il flusso assonico è un processo unidirezionale che sospinge molto lentamente lungo l’assone lemacromolecole con un meccanismo detto di vis a tergo (è paragonabile alla spremitura di una pastada un tubetto).Le molecole così spostate, che sono prevalentemente le strutture del citoscheletro, viaggiano allavelocità di 1-5 mm. al giorno.Il trasporto assonico è invece un processo bidirezionale molto più veloce del flusso assonico ecompiuto attraverso l’utilizzo di piccole vescicole. Dentro a queste vescicole o incorporate nellepareti delle stesse vengono trasportate, ad una velocità di 200-250 mm. al giorno, le proteine dellamembrana plasmatica e gli enzimi per la sintesi delle molecole coinvolte nella trasmissionedell’impulso attraverso la sinapsi.Il flusso di “ritorno” verso il corpo cellulare riporta allo stesso sostanze da eliminare o da riutilizzaree sostanze assunte per endocitosi dallo spazio extracellulare posto intorno al bottone terminale.

66Il meccanismo che permette il trasporto nei due sensi di queste vescicole sembra sia reso possibiledalla sorta di rotaia che i neurotubuli o i neurofilamenti formano subito al di sotto della membranaplasmatica dell’assone.Le vescicole sono trascinate lungo queste rotaie dall’azione antagonista di molecole di dineina(che “tirano”) e di kinesina (che “spingono”).Le sinapsi;Il punto di contatto funzionale dove avviene la trasmissione del segnale nervoso è la sinapsi.La prima funzione della sinapsi è quella di conferire una direzione all’impulso nervoso, infatti ilsegnale di per sé potrebbe viaggiare in qualunque direzione lungo la rete di prolungamenti nervosi.Questo però non avviene perché le sinapsi sono strutture estremamente polarizzate ed architettate inmodo da permettere il passaggio del segnale solo in un senso: dal bottone terminale dell’assone delprimo neurone detto neurone presinaptico ad un punto prospiciente sul dendrite o sul pirenoforo delsecondo neurone detto postsinaptico.La seconda funzione della sinapsi è quella di controllare l’intensità e la progressione dei segnalinervosi che si propagano lungo i circuiti nervosi.Esistono a questo scopo sinapsi eccitatorie che trasmettono l’impulso da un neurone al successivo esinapsi inibitorie che rendono il neurone “bersaglio” o parte di esso insensibile agli stimoli nervosi.Il numero delle sinapsi di cui è dotato un neurone è in genere molto alto, ad esempio i motoneuronidella corteccia cerebrale ne hanno migliaia, altre grosse cellule del cervelletto (cellule di Purkinje)ne hanno decine di migliaia.La sede delle sinapsi può essere il corpo cellulare (sinapsi asso-somatiche), i dendriti (sinapsiasso-dendritiche) oppure si possono trovare tra il bottone terminale di un assone e la parete di unaltro assone (sinapsi asso-assoniche).Le sinapsi asso-somatiche e le asso-dendritiche sono prevalentemente di tipo eccitatorio mentre leasso-assoniche sono di tipo inibitorio.L’architettura generale è però comune a tutte le sinapsi.Il bottone terminale del neurone presinaptico si avvicina alla membrana plasmatica del neuronepostsinaptico fino alla distanza limite di 20-30 nm. Lo spazio libero presente tre queste due partiprende il nome di camera sinaptica e, da un lato è delimitata dalla membrana del bottone dettapresinaptica e dall’altro dalla membrana del pirenoforo o di un dendrite detta postsinaptica.La camera sinaptica è sigillata all’interno da cellula gliali.All’interno del bottone terminale il citoplasma è privo di neurofilamenti che si sono arrestatibruscamente o si sono richiusi su se stessi ad anello nella zona di passaggio tra assone e bottoneterminale. Sono invece molto abbondanti i mitocondri.Caratteristica è la presenza di numerose piccole vescicole di 20-65 nm. di diametro che si affollano incorrispondenza della faccia interna della membrana presinaptica.La trasmissione avviene nel momento in cui la membrana delle vescicole si fonde con quellapresinaptica con la conseguente liberazione del contenuto di neuromediatori.Il neuromediatore agisce sulla membrana postsinaptica rigenerando l’impulso se si tratta di sinapsieccitatorie o, prevenendone lo stimolo se sono sinapsi inibitorie.Dal punto di vista strutturale le sinapsi eccitatorie hanno una membrana postsinaptica molto spessaed una grande camera sinaptica a volte piena di un materiale scarsamente elettrondenso, le sinapsiinibitorie hanno caratteristiche opposte.

67Questo non è però vero in assoluto.Le sinapsi che si instaurano tra gli assoni dei motoneuroni e le fibre muscolari striate assumono unastruttura particolare e vengono chiamate placche motrici.In questo caso gli assoni, venuti in contatto con la superficie delle cellule muscolari, perdono ilrivestimento che li aveva accompagnati in tutto il loro tragitto sotto forma di nervi e, si ramificano insottili prolungamenti ognuno terminante con un rigonfiamento “a clava” dando una struttura dettaarborizzazione terminale.Al di sotto di ognuno di questi rigonfiamenti la membrana plasmatica della cellula muscolare siintroflette numerose volte per aumentare la superficie. In questo modo lo spazio occupato dallacamera sinaptica è particolarmente ampio ed inoltre è occupata da uno strato continuo di materialefinemente granulare debolmente elettrondenso.Questo materiale ha una composizione simile a quella delle membrane basali e contiene molecole dicollagene polimerizzate in maniera particolare ed associate con legami covalenti a molecole diacetil-colinesterasi, un enzima in grado di attivare il neuromediatore acetilcolina.In corrispondenza dei punti apicali delle invaginazioni della membrana postsinaptica sono contenutenumerose particelle intramembranose evidenziabili con tecniche di criodecappaggio.Sono in numero piuttosto abbondante (4-6000 per micron 2 ) e sono costituite da un complesso diproteine capaci di legare specificamente l’acetilcolina e di essere attraversate da cationi.La membrana plasmatica nel neurone ed il potenziale di riposo;La membrana dei neuroni non ha una struttura diversa dalle membrane delle altre cellule ma ha unnumero particolarmente abbondante di pompe e di canali per gli ioni sodio, potassio ed altri.La membrana plasmatica di tutte le cellule contiene una permeasi che pompa attivamente ioni sodioall’esterno della cellula e ioni potassio all’interno.Questa permeasi è un grossa proteina (PM = 275.000 dalton) dotata di attività ATPasica e perquesto chiamata Na-K-ATPasi o pompa del sodio.Misura 6 x 8 nm. ed attraversa le strutture fosfolipidiche da parte a parte; le cellule nervose necontengono 200 o 300 per micron quadrato.Si calcola che un neurone di piccole dimensioni abbia non meno di un milione di ATPasi in grado ditrasferire attraverso la membrana circa 300 milioni di ioni al secondo; conseguenza di tale attività èche la concentrazione di sodio al di fuori della cellula è 10 volte più alta di quella interna mentre laconcentrazione interna di potassio è 27 volte superiore a quella extracellulare.Oltre alla pompa del sodio esistono nella membrana dei neuroni anche dei canali per il sodio e per ilpotassio la cui esatta natura molecolare è ancora ignota.Il canale per il sodio è formato da una proteina di peso molecolare superiore ai 250.000 dalton; ildiametro del canale è di 0,4 x 0,6 nm. e attraverso questa apertura può passare solo uno ione allavolta associato ad una molecola d’acqua.Il canale per il potassio è un po’ più piccolo con un diametro di 0,3 nm. attraverso il quale lo ione èin grado di passare solo se allo stato non idratato.Questi canali sono forniti di porte che aprendosi e chiudendosi regolano il passaggio degli ioni.

68Il meccanismo che controlla l’apertura di queste porte non è ben chiaro ma è probabile che si tratti diun piccolo movimento dei radicali polari degli amminoacidi prospicienti verso il lume.La porta può aprirsi o chiudersi per effetto di variazioni di un campo elettrico locale e in questo casosi ha una porta elettrica o per effetto del legame con una molecola specifica e si ha unaporta chimica.I canali a porta elettrica sono distribuiti lungo tutta la membrana del neurone, dei dendriti edell’assone mentre, i canali a porta chimica si trovano esclusivamente nelle zone di membranapostsinaptiche.In condizioni di riposo i canali per gli ioni sodio sono chiusi mentre quelli per gli ioni potassio sonoparzialmente aperti infatti, per effetto del gradiente creato dalla Na-K-ATPasi gli ioni potassiotendono ad uscire all’esterno attraverso i loro canali selettivi.La fuoriuscita degli ioni potassio che hanno carica positiva crea un gradiente negativo all’internodella cellula che si oppone all’uscita dello stesso potassio fino a quando il gradiente diconcentrazione e quello elettrico si equilibrano seconda la Legge di Nerst.In tali condizioni di equilibrio si genera una prevalenza di cariche positive non compensate all’esternodel neurone che origina un potenziale elettrico detto di riposo.L’impulso nervoso: generazione e propagazione del potenziale d’azione;Gli impulsi nervosi sono segnali elettrici generati da improvvise e brusche variazioni di permeabilitàagli ioni sodio in aree ristrette della membrana.Gli stimoli che generano gli impulsi possono essere di natura elettrica o chimica ed operano sui canaliselettivi dello ione sodio. Come si è detto questi canali in condizioni di riposo sono chiusi, solo inseguito ad uno stimolo (elettrico o chimico), le porte (elettriche o chimiche) di un tratto limitato dimembrana si aprono permettendo un rapido e massiccio ingresso di sodio sotto la spinta delgradiente elettrochimico.Nel tratto interessato la permeabilità al sodio aumenta circa 600 volte e questo porta ad unainversione della polarità del gradiente elettrico tra le due superfici della membrana plasmaticanella zona interessata al fenomeno, creando quello che viene definito potenziale d’azione.La durata del potenziale d’azione nella ristretta zona interessata al fenomeno è molto ridotta, pari adun millesimo di secondo, in questo breve intervallo di tempo la permeabilità al sodio decrescerapidamente mentre quella al potassio aumenta altrettanto rapidamente.In questo modo lo stesso stimolo che aveva provocato la permeabilità al sodio determina con unleggero ritardo la chiusura delle permeasi per questo stesso ione.Dopo poco più di un millesimo di secondo i canali del sodio tornano ad essere chiusi !!!I canali del potassio sono anch’essi sensibili alle variazioni di un campo elettrico, per questo motivoquando la membrana viene depolarizzata dall’ingresso del sodio, i canali del potassio che in posizionedi riposo sono semiaperti, si aprono del tutto.In questo modo, fuoriuscendo, gli ioni potassio possono rapidamente bilanciare l’entrata degli ionisodio riportando la membrana al suo potenziale di riposo.In ogni caso però la generazione dell’impulso è resa possibile dal ritardo della risposta dei canalipotassio.Durante la generazione del potenziale d’azione entrano nella zona limitata di membrana 8500 ionisodio che invertono la polarità e, un millisecondo dopo 8000 ioni potassio fuoriescono perriequilibrare il potenziale.

69Il meccanismo della propagazione del potenziale d’azione è così schematizzabile: nel punto dove si èverificata l’iniziale inversione di polarità, un tratto di membrana citoplasmatica presenta un accumulodi cariche positive all’interno e di cariche negative all’esterno.Si crea quindi una differenza di potenziale tra questa zona della membrana e quelle limitrofe dove lasituazione delle cariche è quella opposta; tra questi punti si generano delle correnti elettriche cheagiscono sui canali ionici a porta elettrica posti nelle zone vicine ricreando la situazione che si eraavuta all’atto del primo stimolo.L’impulso nervoso viaggia sempre in una sola direzione perché la membrana che è refrattaria per uncerto periodo di tempo a nuovi stimoli, non permette il processo inverso.La trasmissione chimica dell’impulso attraverso la sinapsi;Propagandosi come fino ad ora si è spiegato, l’impulso corre lungo l’assone fino a giungere aibottoni terminali caratterizzati da terminazioni globose a forma di clava.In questa zona le espansioni globose contengono numerose vescicole addossate alla membranapresinaptica, contenenti un mediatore chimico.La membrana presinaptica contiene un gran numero di canali selettivi per gli ioni calcio che incondizioni di riposo risultano chiusi dalle loro porte elettriche; la concentrazione degli ioni calcioanche in questa zona è molto bassa per effetto di una pompa del calcio metabolica che pompa gliioni all’esterno.L’arrivo di un potenziale d’azione agisce da stimolo e provoca l’apertura dei canali del calcio el’entrata dello ione all’interno della cellula spino da un gradiente chimico ed elettrico.Attraverso meccanismi ancora non completamente chiari lo ione calcio provoca la fusione dellamembrana delle vescicole con la membrana presinaptica e la conseguente apertura delle prime nellacamera sinaptica. Il mediatore chimico contenuto nelle vescicole si riversa così sulla superficieesterna della membrana postsinaptica de neurone successivo.La vescicola vuota si richiude e viene respinta all’interno della cellula per essere di nuovo riempita dimediatore chimico.Quando il potenziale d’azione della membrana presinaptica si esaurisce, i canali del calcio sichiudono e lo ione viene rapidamente pompato fuori.Nella giunzione neuromuscolare (placca motrice) il canale permette il passaggio sia degli ioni sodioche degli ioni potassio, in questo modo due molecole di mediatore attivando un singolo canale, sonoin grado di permettere l’ingresso di 20.000 ioni sodio e l’uscita di altrettanti ioni potassio spostandoil potenziale della membrana postsinaptica ad un valore medio tra quelli del sodio e delpotassio pari a - 15 mV.Il mediatore chimico nella sinapsi neuro muscolare è l’acetilcolina e il suo recettore è una proteinaoligomerica formata da quattro subunità (alfa, beta, gamma e delta) con pesi molecolari di 40.000,50.000, 60.000 e 65.000 dalton.Il recettore completo è formato da due subunità alfa e da una ciascuna delle altre unità; è di formaovoidale e misura 11 nm. di lunghezza e 8,5 nm. di diametro, al suo interno è presente un canale di0,8 nm. di diametro.All’apertura delle vescicole circa 10 4 molecole di acetilcolina vengono rilasciate nella camerasinaptica, l’80 % di queste molecole si lega ai recettori e provoca l’apertura dei canali.Le sinapsi eccitatorie tra neuroni funzionano nello stesso modo solo che vengono coinvolti anchealtri ioni come lo ione cloro.

70Nelle sinapsi inibitorie il neurotrasmettitore si lega sempre a dei recettori presenti nella membranapostsinaptica ma il recettore in questo caso è un canale per il potassio ed il cloro. L’apertura delcanale comporta perciò che gli ioni potassio possono uscire dalla cellula senza però far entrare sodio.In questo modo il potenziale sale ancor di più fino ad arrivare a - 90 mV anche se poi si assesta a -80 mV grazie all’uscita del cloro (negativo) ed inibisce la trasmissione.Struttura e proprietà della permeasi a porta elettrica;Attraverso tecniche di cromatografia di affinità è stato possibile isolare i canali a porta elettrica delsodio e del calcio mentre, la struttura del canale potassio è stata dedotta dalla codificazione delrelativo gene della Drosophila.Il Canale del Na + è formato da una singola catena polipeptidica di 1800-2000 amminoacidi del pesomolecolare di 250-270.000 dalton.Contiene quattro “dominii” omologhi che si ripetono uniti da altrettanti segmenti non omologhi;ognuno dei quattro segmenti maggiori è formato da 300 amminoacidi e contiene sei eliche cheattraversano la membrana altrettante volte.Il Canale del Ca ++ ha una struttura analoga; la struttura è molto simile a quella del canale sodio conun 30 % di identità in posizioni definite.Il Canale del K + è formato da quattro catene polipeptidiche separate ed identiche fra loro.Ognuna è formata da 600 amminoacidi e presenta analogie strutturali ed omologie di sequenza conciascuno dei quattro dominii che formano i canali del sodio e del calcio.Anche le subunità di questo canale contengono le sei eliche transmembrana.Nel caso dei canali sodio e calcio si ritiene che l’apertura sia ottenuta dalla disposizione concentricanel piano dei quattro gruppi di sei eliche contenuti in una singola catena polipeptidica.Il canale potassio si crede sia creato invece dalla giustapposizione di quattro catene polipeptidicheidentiche.In tutti e tre i canali la porta elettrica che regola il transito degli ioni è costituita dalla quarta delle seieliche che attraversano la membrana citoplasmatica; in questa elica in ogni terza posizione è presenteun residuo di Lisina o di Arginina carico positivamente che sporge all’interno del canale, ilmovimento di questi residui carichi genera un cambiamento di forma dell’intera proteina che sitraduce nell’apertura del canale.Le analogie strutturali dei tre canali fanno si che li si possa ricondurre ad un unico gene evolutivo.I mediatori chimici;Le cellule nervose di natura diversa usano neurotrasmettitori differenti.Fino ad oggi i neuromediatori sicuramente identificati sono meno di una decina.Nei motoneuroni l’acetilcolina è il mediatore più noto ed è localizzato nei bottoni terminali cheinnescano la contrazione della cellula muscolare striata.L’acetilcolina viene sintetizzata all’estremità dell’assone a partire da acido acetico p molecole dicolina per l’azione di un singolo enzima detto colino-acetil-transferasi.Questo enzima viene invece sintetizzato nel corpo cellulare e viene trasportato fino al bottoneterminale attraverso il flusso assonico.Una volta riversata nella camera sinaptica l’acetilcolina viene rapidamente distrutta dall’enzima

71acetilcolina-esterasi e la colina residua viene assorbita per pinocitosi dalla membrana presinapticaper essere poi riutilizzata.Nelle sinapsi eccitatorie poste tra i neuroni del sistema nervoso centrale sono invece differenti dallaacetilcolina. Due di questi sono gli amminoacidi acido glutammico e acido aspartico.Nelle sinapsi inibitorie i mediatori più comuni sono invece l’acido gamma-amino-butirrico (oGABA) e la glicina.Il GABA viene sintetizzato nella terminazione dell’assone a partire dalla glutamina che vienetrasformata in acido glutamico dall’enzima glutaminasi e quindi in GABA da unaglutamato-decarbossilasi (GAD).La distruzione del GABA dopo che è stato riversato all’interno della camera sinaptica non avviene adopera di uno specifico enzima come nel caso dell’acetilcolinesterasi bensì in parte viene riassorbitodalla membrana presinaptica ed in parte dalla cellula gliali.Queste ultime assorbono il GABA, lo trasformano prima in acido glutamico poi in glutamina e lorestituiscono al bottone terminale dell’assone per essere riciclato nuovamente in GABA.Tutti i neurotrasmettitori fin qui elencati sono chiamati ionotropi in quanto agiscono direttamente oindirettamente su un canale ionico della membrana postsinaptica.Esistono però anche neurotrasmettitori detti metabotropi che danno risposte di tipo diverso nellacellula bersaglio.Questi trasmettitori si legano anch’essi ad uno specifico recettore posto sulla membranapostsinaptica ma inducono reazioni nella seconda cellula che vengono controllate da secondimessaggeri intracellulari come nucleotidi ciclici (cAMP), diacilglicerolo e Inositolo-3-fosfato.Le tre molecole agiscono attivando altrettanti enzimi citoplasmatici, rispettivamente:la proteina cinasi-A, proteina cinasi-B e Calcio-Calmodulina dipendente.E’ evidente che la risposta ai neurotrasmettitori metabotropi è più lenta rispetto a quella degliionotropi, ma è anche vero che è più duratura ed ampia.Un trasmettitore metabotropo è la noradrenalina molto utilizzata dai neuroni del sistema nervosoautonomo (o sistema neurovegetativo).La noradrenalina viene sintetizzata a partire dalla tirosina (un aminoacido) che si converte inidrossi-fenilalanina (DOPA) per azione dell’enzima tirosina-idrossilasi. La DOPA vienedecarbossilata a dopamina ed infine trasformata in noradrenalina dall’enzimadopamina-B-idrossilasi.Alla superficie della membrana postsinaptica la noradrenalina si lega ad un recettore specifico dettoadrenergico, il complesso formato da noradrenalina e recettore attiva una proteina G,l’enzima adenilatociclasi e la conseguente creazione di cAMP intracellulare.L’azione della noradrenalina è interrotta è interrotta dall’enzima catecol-O-metiltransferasi(COMT) che inattiva il trasmettitore.La parte di noradrenalina inutilizzata viene riassorbita dal bottone terminale per essere poiriutilizzata.Tra i neuromediatori poco conosciuti vi sono i neuropeptidi.Un neuropeptide è la cosiddetta sostanza-P che sembra sia coinvolto nella trasmissione sinaptica tra ineuroni che conducono il dolore.Altri due neuropeptidi noti sono le encefaline: met-encefalina e leu-encefalina, la prima contienemetionina e la seconda leucina. Questo trasmettitori controllano le sensazioni del dolore con effettiinibitori ed agiscono con un meccanismo di azione analogo a quello di altri neuropeptidi ad azioneanalgesica come le endorfine.

72IL MOVIMENTO AMEBOIDE;E’ una caratteristica posseduta, oltre che dalle amebe, dai fibroblasti (del tessuto connettivo) e daileucociti quando abbandonano il sangue.Il movimento è dato da continue modificazioni del citoscheletro e, la direzione dello spostamento èstabilita da segnali chimici.Il movimento ameboide si può dividere in tre fasi:1 ) Si forma lo pseudopodio (di forma rotondeggiante) o il lamellipodio (di forma piatta) chestabilisce la direzione di spostamento.2 ) Fase di adesione del prolungamento alla superficie sulla quale si muove la cellula.3 ) Traslocazione della massa cellulare.Formazione del prolungamento (pseudopodio o lamellipodio);Questa formazione è dovuta a polimerizzazione di filamenti di actina.L’actina utilizzata deriva da una zona posteriore rispetto alla direzione di marcia della cellula, dettauropodio. Questa actina, in parte in forma G ed in parte in forma F segmentata, avanza verso ilprolungamento.E’ la trasduzione del segnale chimico a dare il via alla sintesi di actina.Naturalmente, a mano a mano che i filamenti vengono sintetizzati, l’actina (per l’effetto mulinello)scorre dal polo + a quello -; ad un certo punto viene liberata e ritorna nell’uropodio per essereriutilizzata.Questi spostamenti di actina nel citoplasma vengono definite correnti citoplasmatiche.Fase di adesione dei prolungamenti sulla superficie di appoggio;Questa fase si è studiata in vitro su dei fibroblasti (del tessuto connettivo).Si è osservato che nella membrana plasmatica vi sono delle proteine dette integrine che dopo averinteragito con molecole poste all’esterno della cellula, trasducono dei segnali.Queste molecole sono costituite dalla fibronectina che, dopo che ha interagito con le integrine, portaalla sintesi di filamenti di actina nel punto dove si verifica l’adesione (placca di adesione);i filamenti ottenuti sono paralleli e tenuti vicini da ponti di alfa - actinina.All’interno di questo processo vi sono una serie di molecole che fingono da intermediario.Abbiamo la talina che interagisce con la vinculina che a sua volta interagisce con l’alfa - actinina.L’alfa - actinina interagisce infine con l’actina F dando luogo alla sintesi dei filamenti.L’estremità + di tali filamenti è mascherata da proteine cappuccio.Tutto questo insieme di fibra parallele è definito fibra da tensione o da stress.A volte tra i filamenti di actina è presente della miosina tipo II che aumenta la tensione del sistema.Quando la cellula si rimette in movimento vi è il distacco dei punti di adesione a partire dal puntoiniziale che forma il prolungamento.

73Traslocazione della massa cellulare;Vi sono due ipotesi che probabilmente si realizzano contemporaneamente.Secondo la prima è l’actina corticale ad interagire con la miosina provocando lo scorrimento deifilamenti e dando quindi una spinta alla massa cellulare.L’altra ipotesi è che vi sia una trazione da parte del citoscheletro del prolungamento sempre grazie adelle interazioni tra actina e miosina.I fillopodi;Sulla superficie della membrana che costituisce il prolungamento (pseudopodio o lamellipodio) sonopresenti delle piccole estroflessioni lunghe e sottili chiamate fillopodi dove l’actina è organizzata infasci paralleli che però, non hanno il compito di spostare la cellula.Sembra che la loro funzione sia di raccolta di segnali dall’ambiente esterno.L’osservazione in vivo del movimento ameboide;In vivo non si sa se il meccanismo di aggancio alla superficie è così complicato come nel caso deifibroblasti; inoltre in vivo ed in altre cellule, le fibre da stress non sono così evidenti come neifibroblasti.Osservando la cellula al microscopio ottico (anche se fissata), è possibile capire se si sta muovendoosservando la disposizione dell’actina.Infatti se la cellula è ferma vediamo chiaramente l’actina organizzata in fasci (fibre da stress) mentrese è in movimento non sono evidenti.Il particolare tipo di movimento delle cellule nervose;Durante il differenziamento della cellula nervosa, si ha l’allungamento dell’assone che cessa diallungarsi solo quando ha raggiunto la cellula obbiettivo.Durante questo allungamento non mantiene sempre la stessa direzione proprio perché cerca la cellulabersaglio.Man mano che avanza l’assone forma alla sue estremità un lamellipodio dalla forma molto irregolare(detto cono d’accrescimento) che emette dei prolungamenti che hanno lo scopo di determinare dov’èl’obbiettivo.Il lamellipodio è costituito da uno scheletro tridimensionale di actina in forma F che si muove graziead un segnale chimico proveniente dalla cellula bersaglio.IL CITOSCHELETRO DEI GLOBULI ROSSI;Sulla membrana dei globuli rossi sono presenti diverse proteine tra le quali la banda 3 che trasportaanioni all’interno della cellula, e la glicoforina.Il citoscheletro dei globuli rossi è molto semplice ed è costituito dalla spectrina assemblata intetrameri che si associano tra loro per dare una rete con maglie triangolari o quadrangolari.Nei punti nodali di ogni maglia è presente un breve filamento di actina.La spectrina interagisce poi con l’anchirina che si lega alla banda 3, mentre nei punti nodali èpresente un’interazione con una proteina detta banda 4.

74I DISPOSITIVI DI GIUNZIONE (ATTRAVERSO I QUALI LE CELLULEINTERAGISCONO TRA LORO);Questo tipo di dispositivi sono molto sviluppati nelle cellule che formano i tessuti epiteliali, ma sonopresenti anche in altre cellule.Questi dispositivi si possono classificare sulla base della loro attività funzionale:1 ) Giunzioni occludenti (o giunzioni tight)2 ) Giunzioni aderenti: divise in zone aderenti (per l’ancoraggio tra cellule) e desmosomi(per l’ancoraggio tra cellule e molecole)3 ) Giunzioni comunicanti (o giunzioni GAP o Nexus)Le giunzioni occludenti;Limitano la mobilità delle proteine transmembrana a certi settori della cellula.Si trovano nel punto di contatto tra le cellule epiteliali ed in prossimità della superficie libera.Queste giunzioni creano due settori a diversa composizione chimica uno dei quali (quello al di sottodella membrana basale) è controllabile dalla cellula.Determinano in sostanza una polarità funzionale della cellula.Un altro compito delle giunzioni occludenti è quello di impedire l’accesso a piccole molecole od aioni attraverso lo spazio intercellulare.Osservando i punti di giunzione al microscopio elettronico si dovrebbero osservare 6 strati distinticorrispondenti all’adesione delle due membrane, invece se ne osservano solo 5.Questo fenomeno, inizialmente attribuito alla fusione delle membrane, è invece dovuto alla presenzadi proteine transmembrana unite a due a due ed a una particolare conformazione della parete lipidicache favorisce il fenomeno. Si viene in questo modo ad avere una sorta di struttura a rete (o acerniera).Questo tipo di giunzioni sono sensibili alle variazioni di concentrazione di ioni Calcio cioè, se laconcentrazione dovesse scendere al di sotto di una soglia critica, le giunzioni scomparirebbero.Per individuare queste giunzioni si utilizzano dei traccianti che fanno risultare più elettrondensa lazona raggiungibile dal tracciante stesso e mettono così in evidenza i punti dove non riesce a passare(i punti di giunzione).Le giunzioni aderenti: desmosomi e zone aderenti;I desmosomi sono tra i dispositivi di giunzione più complessi e più comuni soprattutto tra le celluledel tessuto epiteliale. Si possono osservare a forte ingrandimento anche in microscopia luce hannoinfatti dimensioni comprese tra 0,1 - 0,2 micron di spessore e 1 micron di lunghezza.

75L’osservazione al microscopio elettronico ha dimostrato che a livello dei desmosomi le membranecitoplasmatiche delle cellule contigue appaiono fortemente ispessite per la presenza di sostanzacitoplasmatica elettrondensa, tutta questa struttura costituisce le placche di attacco ellittiche alte0,3 - 0,7 micron e con uno spessore superiore ai 10 micron.A livello di tali placche tendono a convergere dei fasci di tonofilamenti di natura proteica (filamentiintermedi) che si ripiegano ad ansa; tra le membrane che sono separate da uno spazio di20 - 25 nm. è presente un materiale filamentoso di natura glicoproteica (cemento) che si addensanella zona centrale a dare la linea intermedia e che ha il compito di far aderire le membrane.La funzione dei desmosomi sembra essere solo meccanica infatti, pur essendo tra i meccanismi digiunzione più forti, sono permeabili ai liquidi che possono circolare liberamente negli spaziintercellulari. Gli emidesmosomi sono strutture costituite dall’esatta metà di quella che costituisce undesmosoma e sono individuabili sulla superficie basale delle cellule che poggiano sulla membranabasale.Le fasce aderenti sono zone nelle quali le membrane plasmatiche di cellule adiacenti sono separateda uno spazio di 15 - 20 nm. mentre fasci di microfilamenti convergono verso le membrane adiacenti.In queste zone l’ispessimento delle membrane è minore che nei desmosomi per la mancanza dellalinea intermedia e, il lieve ispessimento è dato dalla presenza di rari microfilamenti che fanno partedel terminal web.Le giunzioni comunicanti (o gap o nexus);Sono particolari zone dove il passaggio di ioni o piccole molecole tra due cellule contigue èparticolarmente facilitato. A livello di queste strutture le membrane citoplasmatiche delle cellulevicine sono quasi aderenti in quanto vi è fra loro solo uno spazio di 1 - 2 nm.Ciascuna giunzione è costituita da un aggregato di particelle proteiche disposte con unorganizzazione poligonale (esagonale) di forma omogenea e regolare nella parte rivolta verso ilcitoplasma e, con incavi sul versante extracellulare.Tale giunzione si presenta come una placca di superficie pianeggiante nella quale sono disperse leparticelle giunzionali.Le particelle globulari sono fra loro ravvicinate e disposte regolarmente ad intervalli di 10 nm.Hanno un diametro di 7 - 8 nm. ed una forma esagonale che appare evidente sul versanteextracellulare.Le particelle esagonali sono costituite da subunità proteiche (connessina) che protundono dallamembrana cellulare creando dei canali idrofili ininterrotti e di 1 - 2 nm. di diametro. Presumibilmentevisto che le porzioni costitutive vi sono in entrambe le membrane e che il canale è creato dallaperfetta sovrapposizione delle due parti, ciascuna delle due cellule elabora le proteine necessarie perla costruzione della metà del canale che viene chiamato connessone.Le giunzioni comunicanti nono sono stabili, ma vengono costruite dalle cellule in funzione delle loroesigenze. Per ciò che riguarda la permeabilità dei canali, un ruolo molto importante è rivestito dagliioni Ca ++ visto che quando la concentrazione di questo ione è alta le giunzioni comunicanti cessanodi funzionare.Le giunzioni comunicanti, attraverso la loro permeabilità selettiva, sono in grado di assicurare, tra lecellule eccitabili, la migliore propagazione di uno stimolo e, tra le cellule non eccitabili, unauniformità di concentrazione di ioni e metaboliti.

76LA STRUTTURA DI CIGLIA, FLAGELLI E CENTRIOLI;Il centriolo;E’ costituito da una struttura di microfilamenti disposti in triplette attorno ad una cavità centrale.Le ciglia;Sono strutture che si possono associare alle membrane di alcune cellule epiteliali che devono entrarein contatto con liquidi oppure, possono essere associate a singole cellule poste in ambiente liquido.Nel primo caso le ciglia hanno la funzione di smuovere le sostanze poste in soluzione nel liquido,mentre nel secondo caso sono deputate al movimento della cellula.Le ciglia sono strutture di dimensioni ridotte: diametro di 0,2 - 0,3 micron e lunghezzadi 2 - 10 micron e sono disposte in modo molto compatto sulla superficie della membrana.Se osservati in sezione trasversale al microscopio elettronico le ciglia appaiono costituite da unastruttura composta da diversi microtubuli.La struttura delle ciglia;E’ necessario anzitutto distinguere una parte “libera” del ciglio composta da microtubuli ed una parte“infissa” detta corpuscolo basale con struttura simile a quello di un centriolo.Osservando la parte libera, essa è composta da 9 doppietti di filamenti di microtubuli che attornianoun doppietto centrale dando luogo alla cosiddetta struttura assonemiale.I 9 microtubuli periferici sono costituiti da due tipi di subfibre, la A e la B.La A è un microtubulo completo (13 protofilamenti) mentre la B non lo è (10 - 11 protofilamenti);per questo si completa sulla fibra A. I due microtubuli centrali sono invece completi.Il doppietto centrale è inoltre rivestito da una guaina fibrosa avvolta sui filamenti a spirale che, serveper conferire stabilità al sistema.All’interno dell’assonema le 9 coppie sono collegate tra loro da ponti di nexina (una proteina) cherisulta essere importante per il movimento del ciglio.Dalla subfibra A di ogni doppietto si diparte una struttura (raggio) diretto verso la coppia centraleche però termina prima di questa coppia con un ingrossamento (testa).Tali raggi servono per dare stabilità alla struttura assonemiale.

77Sempre dalla subfibra A di ogni doppietto parte una struttura costituita da dineina che si divide indue parti (o braccia) dette interna ed esterna che presentano struttura diversa.La dineina presenta un’importante attività catalitica di dissociazione di ATP in ADP + P che produceenergia utilizzata per il movimento del ciglio.Le braccia di dineina quando idrolizzano l’ATP si allungano ed entrano in contatto conle subfibre B del doppietto successivo provocando il movimento ondulatorio del ciglio.La struttura assonemale (detta anche 9 + 2) cambia a seconda del punto del ciglio che vieneosservato.La coppia centrale termina prima del vertice del ciglio e prima della zona centriolare.La subfibra A termina per ultima.Se osservato in sezione longitudinale il ciglio appare costituito da una struttura periodica di ponti didineina e, se la sezione è periferica si può osservare una struttura tipo “scala a pioli” dovuta anche airaggi.Quando il ciglio incontra la membrana plasmatica si passa dalla struttura assonemale alla strutturacentriolare; il passaggio avviene in modo graduale. Alla base della porzione libera si interrompe ildoppietto centrale di microfilamenti, poi le subfibre A e B di ogni doppietto si continuano con lefibra del centriolo alle quali si associa un altro microfilamento detto C costituendo la tipica strutturadel centriolo.Anche la subfibra C non è completa e, si completa sulla subfibra B.Le triplette del centriolo sono collegate da ponti di nexina che si instaurano tra la subfibra A di unatrippletta e la C della successiva.Nella zona prossimale (più vicina all’assonema) troviamo i raggi che si collegano con una zonacentrale detto “piede”; quando si scende nelle zone più distali i raggi ed il piede scompaionolasciando solo le triplette periferiche ed i ponti di nexina.La porzione distale termina con un sistema di “radichette” ovvero, una successione periodica difilamenti paralleli che stabilizzano il ciglio.Il movimento delle ciglia;Il movimento è di tipo ondulatorio; è costituito da una fase di “andata” veloce (movimento attivo) eda un “ritorno” lento (passivo) che avviene a partire dalla parte più basale del ciglio.Il movimento è reso possibile dal processo di idrolisi dell’ATP in ADP + P che fornisce energia.Il movimento dei cigli non è sincronizzato (movimento metacronale).Il flagello;La stessa struttura del ciglio è presente nel flagello. Il flagello è presente nelle cellule spermatozoo enegli organismi definiti flagellati.Il flagello presenta dimensioni maggiori del ciglio avendo ad esempio una lunghezzadi 100 - 150 micron.Nello spermatozoo il flagello, nella zona più vicina alla testa, è circondato da mitocondri e, lastruttura assonemale è associata ad un sistema di fibre accessorie.Negli altri organismi (cioè non i Mammiferi) i flagelli sono costituiti da un numero variabile difilamenti ed ogni filamento è costituito da un solo tipo di proteina detta flagellina i cui monomeriglobulari si dispongono l’uno dietro l’altro a formare un filamento.In questo caso il flagello non è avvolto da membrana.

78Il flagello al contrario dei cigli che sono in grado di muoversi su un solo piano, è in grado dicompiere movimenti ondulatori, oscillatori o elicoidali.PRINCIPALI DIVISIONI DEL REGNO VEGETALE;Procarioti ed eucarioti;I procarioti comprendono due gruppi di organismi particolarmente semplici: batteri ed algheazzurre.Gli eucarioti comprendono tutte gli altri esseri viventi.Batteri ed alghe azzurre sono di solito organismi unicellulari di dimensioni inferiori rispetto ad unacellula di un eucariote e di costituzione molto semplice.Piante a tallo, piante a cormo:Nelle piante a tallo tutte le funzioni vitali vengono svolte da cellule tutte uguali tra loro e chesvolgono tutte gli stessi compiti.Nelle piante a cormo invece vi è una notevole specializzazione dei tessuti e di ciascun organo; gliorgani fondamentali delle piante a cormo sono: radice, fusto e foglie.Una foglia è ad esempio formata da questi tessuti:1 ) Epidermide: che riveste esternamente la foglia e la protegge dal disseccamento2 ) Parenchima clorofilliano: che attua la fotosintesi3 ) Vasi legnosi: che fanno arrivare alla foglia acqua e sali minerali4 ) Libro: che trasporta dalla foglia alle altre parti della pianta i prodotti della foglia5 ) Tessuti meccanici: che contribuiscono a sostenere la foglia.Tutte le piante terrestri che superano qualche centimetro di altezza sono piante a cormo !!!Le piante a tallo: alghe e funghiL’alga è una pianta a tallo capace di fotosintesi; le alghe sono tutte piante che vivono in acqua od inambienti umidi. La struttura a tallo, la capacità di fotosintetizzare e la vita acquatica sono carattericomuni a tutte le alghe mentre, le altre caratteristiche sono molto variabili.Ad esempio esistono alghe di qualche micron di dimensione o di alcuni metri, inoltre può esserediverso il pigmento utilizzato per catturare la luce: alghe rosse, brune, verdi, dorate ...

79I funghi sono tutti eterotrofi; alcune specie sono saprofite (cioè si nutrono dei resti animali evegetali in decomposizione) mentre altre sono parassite.Alcuni funghi sono unicellulari (come i lieviti) ma la maggior parte ha il tallo formato da sottilifilamenti chiamati ife.Tutti i funghi si riproducono per spore che, sono singole cellule protette da una robusta parete chene impedisce il disseccamento, la diversità sta’ nel come queste spore vengono prodotte.I licheni sono il risultato di una simbiosi tra una specie di alga unicellulare ed una specie di fungo.Le cellule dell’alga annidate nel micelio del fungo lo riforniscono di sostanze organiche mentre ilfungo rifornisce l’alga di sali minerali e di acqua.Le briofite, una via di mezzo tra piante a tallo e piante a cormo;I più noti sono i muschi; in una piantina di muschio si distinguono delle parti simili a radici, fusti efoglie anche se il tutto è molto piccolo e la specializzazione delle cellule che li compongono è appenaabbozzata.Le briofite riescono a vivere sulla terraferma, ma solo nei luoghi più umidi. La mancanza di veritessuti conduttori limita le dimensioni di questi organismi a pochi centimetri.Le briofite si riproducono come i funghi, con spore.Le piante a cormo: pteridofite, gimnosperme, angiosperme;Le pteridofite sono le più antiche e comprendono le felci, gli equisedi, i licopodi ...Queste piante hanno radici, fusto e foglie ma si riproducono per spore.queste piante non hanno quindi ne’ fiori, ne’ frutti, ne’ semi.A parte le felci arboree le dimensioni delle pteridofite oggi viventi non superano il metro.Le gimnosperme sono quasi tutti alberi ed i più noti rappresentanti di questo gruppo sono leconifere (abete, larice, pino, cipresso ...).Le gimnosperme non hanno veri e propri fiori ma sono il primo grande gruppo comparso sulla terraad avere i semi; questi semi non sono racchiusi in un frutto ma sono esposti liberamente all’esterno.Le angiosperme sono le piante più “recenti” evolutivamente parlando e le più complicate comestruttura; possiedono fiori, frutti e semi.Le angiosperme vengono così divise:- Monocotiledoni: hanno un solo cotiledone (prima foglia embrionale), hanno foglie lunghe edappuntite con numerose nervature parallele tra loro, le parti del fiore sonogeneralmente tre o multipli di tre, comprendono (escluse le palme) solo pianteerbacee.I monocotiledoni coltivati sono: il frumento, il mais, il riso ... e la cannada zucchero.- Dicotiledoni: hanno due cotiledoni, hanno foglie con un’unica nervatura centrale da cui sidipartono delle nervature laterali, le parti del fiore sono 4 o 5 o loro multipli,comprendono sia piante erbacee che legnose.Quasi tutte le altre piante coltivate sono dicotiledoni.

80LA CELLULA VEGETALE;Stessa struttura della cellula animale ma con qualcosa in più;Il rivestimento esterno delle cellule vegetali prende il nome di parete cellulare, essa è costituita inprevalenza di polisaccaridi ed il suo spessore arriva ad essere in alcune cellule di alcuni micron.La parete cellulare fa si che la cellula vegetale una volta adulta non possa più cambiare la sua formaed inoltre inibisce le possibilità di movimento della cellula.La faccia interna della parete cellulare è rivestita da una membrana detta plasmalemma che ha unastruttura estremamente simile a quella della membrana plasmatica.All’interno del plasmalemma vi è il citoplasma e gli organelli, ma al contrario delle cellula animali,nelle vegetali la maggior parte dello spazio è occupato dai vacuoli che sono delle cavità piene diliquido chiamato succo cellulare.Ogni vacuolo è circondato da una membrana detta tonoplasto che lo separa dal citoplasma. In unacellula vegetale il vacuolo può occupare fino al 90 % del volume interno riducendo il citoplasma adun sottile strato periferico.Oltre agli organuli presenti anche nelle cellule animali, le cellule vegetali contengono i plastidi chesono un’intera famiglia di organuli che non esiste nelle cellule animali.I plastidi possono servire per la sintesi fotosintetica e vengono chiamati cloroplasti oppure, comedepositi di amido e vengono chiamati leucoplasti.I plastidi: una grande famiglia di organuli specializzati per diverse funzioni;Questi organelli cellulari sono presenti in tre varianti:- Cloroplasti: con funzione fotosintetica (verdi)- Protoplastidi: sono i precursori dei plastidi

81- Leucoplasti: con funzioni di riserva (incolori)- Cromoplasti: danno il colore a molti frutti e fiori (gialli e arancioni)I cloroplasti;A piccolo ingrandimento (50 - 100 volte) appaiono come palline di colore verde brillante mentre amedio ingrandimento (200 - 500 volte) appaiono di forma ellissoidale con una faccia piana ed unaconvessa (guscio di tartaruga !). A ingrandimenti più forti (500 - 1000 volte) appaiono all’interno deicloroplasti dei granuli.Al microscopio elettronico il cloroplasto appare circondato da una doppia membrana e quei graniapprezzabili in microscopia ottica appaiono come pile di membrane sovrapposte.Ogni pila appare come un sacco appiattito se visto di profilo o come un disco se visto dall’alto,queste strutture sono chiamate tilacoidi.Decine di tilacoidi impilati formano uno di quei grani mentre altri connettono i vari “grani” tra loro evengono chiamati tilacoidi intergrana.Lo spazio non occupato da queste strutture è detto stroma ed è pieno di ribosomi.Lo stroma;Nello stroma del cloroplasto sono contenuti gli enzimi che catalizzano la cosiddetta “fase oscura”della fotosintesi cioè, quella serie di reazioni non direttamente dipendenti dalla presenza della luceattraverso le quali la CO 2 viene trasformata in carboidrati.L’enzima che catalizza la prima reazione della serie viene chiamato ribulosio difosfato carbossilasied è così abbondante da costituire il 50 % delle proteine del cloroplasto ed il 15 - 25 % delleproteine dell’intera foglia; è probabilmente la proteina più abbondante sulla terra !!!Sempre nello stroma è contenuto del DNA, in misura maggiore rispetto ai mitocondri ma in misuraminore rispetto al nucleo.Protoplastidi;In una cellula vegetale ancora non differenziata i plastidi sono presenti sotto forma di protoplastidi.I protoplastidi sono più piccoli degli altri plastidi ed il sistema interno di membrane è pocosviluppato. Il processo di differenziazione che li porta a trasformarsi in leucoplasti o cloroplasti èfondamentalmente basato sulla presenza o meno di luce all’atto della trasformazione; i cloroplastisono infatti ottenuti in presenza di luce mentre, quando questa è scarsa si ottengono dei leucoplasti.Oltre alla luce vi sono altri fattori che influenzano la differenziazione dei protoplastidi come laconcentrazione di zuccheri e di ormoni (specialmente citochinine).I cloroplasti non derivano però solo dai protoplasti, possono infatti derivare:1 ) dalla differenziazione di un protoplastidio2 ) dalla differenziazione di leucoplasto3 ) dalla differenziazione di un cloroplasto esistenteTutti e tre i casi hanno una caratteristica in comune:ogni plastidio deriva da un altro plastidio e quindi non viene mai sintetizzato ex novo dal citoplasma.Cromoplasti;I cromoplasti non sono altro che dei cloroplasti “invecchiati”; la clorofilla se ne è andata e si sonoaccumulati in gran quantità dei pigmenti di colore giallo - arancione spesso sciolti in gocce di grassochiamati carotinoidi. Inoltre il sistema di membrane del cloroplasto è andato quasi completamentedistrutto.

82Un esempio significativo di questo processo degenerativo è il cambio di colore dei pomodori daverde a rosso quando giungono a maturazione.Leucoplasti;I leucoplasti sono il deposito di amido della pianta. Anche nei cloroplasti può immagazzinarsidell’amido sotto forma di granuli ma solo per il periodo di luce.Nei leucoplasti invece l’amido si accumula stabilmente ed è un amido che non deriva dalla fotosintesibensì dall’esterno.Per questo motivo si usa distinguere l’amido primario (quello dei cloroplasti) e l’amido secondario(quello dei leucoplasti).I leucoplasti sono presenti in tutte le parti non verdi delle piante, si trovano abbondanti nei tessutisotterranei (radici, tuberi, rizomi).All’interno dei leucoplasti l’amido si accumula progressivamente tanto che ad un certo punto, delleucoplasto iniziale non rimane che la membrana, a queste strutture si da il nome digranuli d’amido.La parete cellulare;Tutte le cellule sono delimitate da una membrana e, ancora più esternamente può esserci unasecondo rivestimento nella cui composizione entrano in gioco in proporzione più o meno grande icarboidrati.La parete cellulare rigida della cellula vegetale e batterica funziona essenzialmente come protezionecontro l’eccessivo assorbimento di acqua da parte della cellula.Negli organismi vegetali manca infatti un meccanismo che controlli il gradiente dei liquidi esterni allacellula creando una situazione che sarebbe pericolosa per la sopravvivenza della cellula.Nel caso delle piante la presenza della parete può essere giustificata anche per un secondo motivoinfatti, negli alberi non esiste una struttura di sostegno così questo compito è delegato alle pareticellulari.Differenze tra parete e membrana;a ) La parete ha uno spessore che può arrivare a parecchi micron mentre la membrana si misura inmillesimi di micron.b ) La parete è fatta in gran parte da polisaccaridi, la membrana da lipidi e proteine complesse.c ) La parete ha una notevole resistenza meccanica ma non è una valida barriera chimica,la membrana ha il comportamento opposto.La crescita della parete cellulare;Innanzitutto la parete cellulare non si fa da sola in quanto non contiene gli enzimi necessari per lacostruzione dei polisaccaridi che la compongono; i materiali per la costruzione arrivano dalcitoplasma. Questo porta come conseguenza che l’ispessimento della parete cellulare avviene sempre

83dall’esterno verso l’interno; man mano che la parete cresce la cavità interna della cellula diminuisce didimensioni.La lamella mediana;Durante la fase di mitosi si ha la formazione del primo setto divisorio che separerà le due cellulefiglie, il setto è chiamato piastra cellulare e si accresce dal centro della cellula verso la periferia.Il primo setto che forma dopo la divisione della due cellule è sottile ed è chiamato lamella medianacostituito per buona parte da polisaccaridi.In un tessuto adulto la lamella mediana conserva l’importante funzione di tenere incollate insieme lecellule grazie alle proprietà adesive dei polisaccaridi che la compongono.La parete primaria;Terminato il periodo delle divisioni la cellula vegetale passa attraverso altre due fasi dello sviluppo:la distensione e la differenziazione.La parete cellulare presente nella fase di distensione è detta parete primaria la quale ha la principalecaratteristica di crescere in superficie adattandosi alla crescita della cellula; la crescita della pareteprimaria è caratteristica in quanto cresce come la superficie di un pallone gonfiato ma nondiminuendo il proprio spessore.Nella parete primaria è presente la cellulosa che invece mancava nella lamella mediana.Le molecole di cellulosa sono immaginabili come barrette rigide riunite in fascetti chiamatimicrofibrille che intrecciandosi danno luogo ad una specie di “gabbia”.Tutto questo materiale celluloso è immerso in una “matrice” molto densa costituita da polisaccaridi eda proteine.Per spiegare l’accrescimento della parete primaria le teorie proposte erano due:a ) le nuove microfibrille di cellulosa vengono inserite fra quelle preesistenti (intussuscepzione)b ) le nuove microfibrille vengono addossate alla superficie interna della parete già costruita(apposizione)Oggi la teoria più accettata è quella dell’apposizione (versione di Roelofsen e Houwink) secondo laquale le microfibrille vengono depositate con orientamento perpendicolare all’asse maggiore dellacellula; l’orientamento è determinato da una serie di microtubuli disposti lungo il plasmalemma.La parete secondaria e le sue modificazioni chimiche;Quando la fase di distensione è quasi terminata, l’accrescimento in spessore della parete prevale suquello in superficie dando luogo alla parete secondaria.Nelle cellule vegetali che hanno una parete secondaria molto spessa è evidente una sua disposizione astrati concentrici; rispetto alla parete primaria, la parete secondaria è più ricca di cellulosa e piùpovera di polisaccaridi.Oltre ai componenti già citati, nella parete secondaria possono essere presenti anche altri compostichimici in grado di conferire particolari proprietà alla parete; le sostanze sono ad esempio:- La cutina: le molecole di questa sostanza creano un reticolo che conferisce alla parete doti diimpermeabilità all’acqua ed in minor grado anche ai gas atmosferici.- La suberina: è molto simile alla cutina e conferisce le medesime doti di impermeabilitàalla parete.- I sali minerali: si tratta di solito di silicati che rendono la parete molto dura facendole assumereproprietà simili al vetro, oppure da carbonati.- La lignina: conferisce alla parete doti di resistenza meccanica soprattutto nei confronti di sforzidi compressione. E’ una sostanza altamente polimera che si trova abbondantemente

84nel legno secondario (il legno vero e proprio) e nei tessuti di sostegno.Punteggiature, porocanali, plasmodesmi;La parete cellulare ha delle zone di minor spessore attraverso le quali due cellule contiguecomunicano tra loro.In queste zone la parete secondaria non si forma e si vengono a creare delle vere e proprie gallerieche si corrispondono tra le due cellule.Questi “corridoi” prendono il nome di punteggiature o porocanali.Attraverso i porocanali passano dei prolungamenti del citoplasma chiamati plasmodesmi chestabiliscono la comunicazione tra le cellule vicine.Per una cellula vegetale l’ambiente esterno è la parete cellulare;La parete cellulare può influire sui movimenti di molecole cariche difatti le pectine che sono uncomponente fondamentale delle pareti, hanno come monomero più abbondante l’acido galatturonicoche possiede un gruppo carbossilico (- COOH).Quando il gruppo carbossilico è dissociato, le pectine possono legare ioni positivi; mentre invece,quando i gruppi di riassociano si ha la liberazione di ioni che potranno essere assorbiti dalla stessacellula oppure diffondere.Altra funzione importantissima della parete è quella di essere una riserva d’acqua per la cellulainoltre, questa acqua potrà essere ceduta all’esterno di solito sotto forma di vapore. Anche in questocaso la funzione mediatrice della parete fra la cellula e l’ambiente esterno è molto importante.Le funzioni mediatrici della parete non riguardano però solo la singola cellula, ma l’intero tessuto.Difatti in un tessuto vegetale le pareti cellulari di due cellule adiacenti sono tra loro cementate(almeno in alcuni punti), di conseguenza tutte le pareti cellulari di un tessuto sono fra loro unite,anche se indirettamente.Questo spazio continuo occupato dalle pareti è chiamato apoplasto o spazio libero.La parete cellulare è difficile da demolire;Tutte le cellule vegetali sono in grado di costruirsi una parete ma ben poche sono capaci di demolirla.La cellulasi è un enzima in grado di “smontare” la parete ma è presente solo in particolari tessuticome lo strato di abscissione delle fogli (dove si staccano le foglie dal ramo).La demolizione è resa ancora più difficile se la parete è lignificata; difatti la lignina è una dellesostanze più difficilmente degradabili esistente in natura.I vacuoli;Un vacuolo si può considerare come una raccolta d’acqua con disciolti vari soluti.Nelle cellula fotosintetiche la loro presenza fa si che i cloroplasti siano addossati alla parete, nellaposizione più favorevole per catturare la luce.

85Altra funzione importantissima è quella di permettere alla cellula di assorbire acqua dall’esternoinfatti, il vacuolo è pieno di acqua con disciolti dei soluti il che aumenta la concentrazione del succocellulare; questo fa si che sia possibile alla cellula di assorbire i liquidi esterni che presentano unaconcentrazione inferiore.Altre funzioni sono dovute al particolare tipo di soluti presenti nel succo cellulare. Alcuni vacuolisono difatti pieni di grassi (che escludono l’acqua) e di proteine di riserva.In altri casi il vacuolo sembra avere funzioni di “deposito” per le sostanze tossiche come i nitrati(quando siano in eccesso).Un’altra possibile funzione del vacuolo è quella digestiva simile a quella dei lisosomi; sono statiindividuati infatti nel succo cellulare degli enzimi in grado di idrolizzare proteine, RNA ...Tra i soluti del vacuolo sembrano avere molta importanza gli acidi organici come l’acido citrico el’acido malico.I componenti del succo cellulare;- Ioni inorganici: K + , Na + , Ca ++ , Cl - , NO 3 - , SO 4 = , HCO 3 - , H 2 PO 4 - ...- Acidi organici: Acido malico, citrico, tartarico ... Molti di questi acidi sono composti intermedidel ciclo di Krebs. L’acido ossalico non deriva da questo ciclo ma è comunquepresente.- Zuccheri: le cellule della polpa dei frutti contengono prevalentemente glucosio e fruttosio neivacuoli. Sono molto comuni.- Glucosidi: sono molecole organiche dei tipi più svariati che si legano ad una o più molecole dizucchero (spesso glucosio).- Tannini: sono composti organici derivati dal fenolo con proprietà antisettiche ed astringenti.- Antociani: sono una famiglia di pigmenti di colore rosso-rosa-viola. Sono molto solubili in acquae danno il colore a fiori ed a frutti.- Terpeni: sono profumati e non sono colorati, solubili nei grassi, infiammabili e molto volatili.- Alcaloidi: sono molecole molto complicate e per la maggior parte sono molto tossici per glianimali.

86L’ASSORBIMENTO DEI SOLUTI;L’assorbimento dell’acqua;L’assorbimento dell’acqua da parte di una cellula è fondato sul fenomeno dell’osmosi.Con l’osmosi non si raggiunge mai la parità di concentrazione nei due scomparti, a differenza diquanto avviene per il fenomeno di diffusione.Il comportamento osmotico della cellula vegetale;Quando si parla di una cellula vegetale bisogna tenere conto di alcuni fattori aggiuntivi rispetto allacellula animale; vi è difatti la parete cellulare che è permeabile a qualsiasi tipo di soluto, ma possiedeuna notevole rigidità meccanica che tende ad opporsi a qualsiasi dilatazione; un’altra complicazione èdata dalla presenza del vacuolo che è pieno di una soluzione con concentrazione maggiore rispetto aquella dei liquidi posti all’esterno della cellula.Questa somma di fattori porta a dover considerare, per la cellula vegetale, la presenza di duemembrane: il tonoplasto (del vacuolo) e il plasmalemma.

87Immergendo una cellula vegetale in una soluzione ipotonica rispetto all’interno, come può esserel’acqua distillata, la cellula comincia a riempirsi d’acqua ma non si dilata per la presenza della parete;l’acqua continua ad entrare ma la parete opponendosi crea una pressione interna che tende aricacciare l’acqua fuori.In questo modo si arriva ad una situazione di equilibrio nella quale non si ha più passaggio di acqua;la cellula è quindi in uno stato di turgore cellulare e la pressione esercitata dalla parete è definitapressione di turgore.Se immergiamo la cellula vegetale in una soluzione isotonica la situazione che si presenta è diequilibrio fra gli scambi mentre, più interessante è il comportamento se la soluzione è ipertonica.La soluzione tende infatti a richiamare all’esterno i liquidi interni della cellula la quale tende adiminuire di volume; inizialmente la parete asseconda questa situazione poi però giunge ad un puntolimite in corrispondenza del quale la rigidità prevale.Nonostante questo la soluzione ipertonica continua a produrre il suo effetto “aspirante” ed il restodella cellula continua a rimpicciolirsi; questa contrazione causa il distacco del citoplasma dalla paretecellulare con un fenomeno detto di plasmalisi e la soluzione ipertonica penetra nello spazio lasciatolibero.La plasmalisi è una processo reversibile sempre che non sia stato troppo violento.Il turgore cellulare: un meccanismo per il sostegno ed il movimento;Una cellula vegetale turgida ha raggiunto l’equilibrio e per la maggior parte delle cellule vegetali lostato di turgore rappresenta la condizione migliore per tutte le attività vitali.La situazione opposta al turgore è detta di appassimento.Il turgore cellulare è molto importante per sostenere molti organi vegetali costituiti per buona parteda cellule con delle sottili pareti.Attraverso il turgore e le sue variazioni sono possibili anche dei movimenti delle piante.Il potenziale d’acqua: una misura degli scambi idrici;Il potenziale d’acqua misura la capacità dell’acqua di compiere lavoro spostandosi da una parteall’altra di un sistema.Per convenzione si è stabilito di prendere come potenziale zero quello dell’acqua distillata sottopostaad una atmosfera di pressione (circa quella atmosferica).L’acqua distillata sottoposta ad una pressione maggiore ha un potenziale positivo e viceversa; lapresenza di un soluto tende ad abbassare il potenziale (> è la concentrazione > è l’abbassamento).L’acqua tende sempre a muoversi dai punti a potenziale più alto a quelli a potenziale più basso.Il potenziale d’acqua di una cellula vegetale è determinato da due fattori:a ) la concentrazione di soluti nel vacuolob ) le proprietà meccaniche della pareteLa presenza di soluti rende il valore del potenziale negativo mentre la pressione di turgore dellaparete tende a farlo diventare positivo.

88In una cellula appassita il potenziale è zero, così come per una cellula turgida !!! (perché ilpotenziale osmotico e quello di parete si bilanciano).I valori più comuni del potenziale osmotico per una cellula vegetale vanno da - 2 a - 10 bar.Il potenziale matricale;Un fattore che può essere determinante per il potenziale d’acqua è l’eventuale presenza di colloidiche possono richiamare o trattenere l’acqua con grandissima forza.Il componente del potenziale d’acqua dovuto ai colloidi è chiamato potenziale matricale, ha semprevalore negativo e può arrivare a molte centinaia di bar.CRESCITA E SVILUPPO DELLA CELLULA VEGETALE;La principale attività delle cellule meristematiche è la divisione;Per descrivere la crescita di una cellula vegetale conviene partire dalle cellule meristematiche chestanno all’apice dei fusti e delle radici. In ogni organo capace di crescita continuata si trova sempreuna zona di cellule meristematiche.Queste cellule sono piccole rispetto alla media delle altre cellule vegetali ed anche il loro aspetto èmolto diverso; infatti sono poco sviluppato i caratteri che distinguono una cellula vegetale da unaanimale: parete cellulare, vacuoli e plastidi.La parete è molto sottile (manca la parete secondaria), i vacuoli sono riconoscibili a stento inmicroscopia elettronica e i plastidi sono presenti sotto forma di protoplastidi non ancora differenziati.

89Nelle cellule meristematiche sono abbondanti i ribosomi, sicuro segnale di un’abbondante sintesi diproteine.Moltiplicazione e ingrandimento cellulare;Il tipico modo di crescere di una cellula meristematica è la divisione cellulare.Al termine di una mitosi la cellula si ritrova divisa in due cellule figlie grandi la metà di quella inizialeche si accrescono fino a diventare grandi come la “madre” e poi si dividono; un tale modo di crescereè definito: accrescimento per divisione.Nell’accrescimento per divisione sono distinguibili due fasi:1 ) La divisione vera e propria (dove aumenta il numero delle cellule senza aumentare la massadella materia vivente.2 ) L’accrescimento che riporta la cellula figlia alle dimensioni della madre (detto accrescimentoembrionale).Il ciclo “dividersi-crescere-ridividersi-ricrescere” è molto simile a quello di un organismo unicellularesolo che la frequenza delle divisioni è molto più bassa infatti, tra una divisione e l’altra di una cellulameristematica trascorrono 10 - 20 ore.Osservando un tessuto meristematico ci si rende conto che, pur dividendosi velocemente, il numerodelle cellule rimane circa costante, questo perché continuamente un certo numero di cellule escedallo stato meristematico per diventare cellule adulte.Accade infatti spesso che due cellule gemelle (originate dalla stessa cellula madre) prendano vie disviluppo diverse.Il passaggio da cellula meristematica a cellula adulta implica tre avvenimenti:1 ) Un forte aumento delle dimensioni chiamato accrescimento per distensione2 ) L’accentuazione dei caratteri peculiari delle cellule vegetali (vacuoli, plastidi e parete)3 ) La specializzazione della cellula per determinati compiti4 ) La perdita della capacità di dividersi (che potrà essere riacquistata in casi particolari)L’aumento delle dimensioni durante la distensione è molto intenso (il volume aumentadi 1000 volte) e molto veloce (gli stami dei fiori del frumento crescono ad una velocità di 2 mm. alminuto !!!).Durante l’accrescimento per distensione si ha una fortissima introduzione di acqua nella cellula cheporta all’espansione dei vacuoli. E’ soprattutto questo assorbimento di acqua a dare “il tono”all’accrescimento per distensione.Divisione e distensione cellulare collaborano all’accrescimento dell’intera pianta;Gli effetti visibili dell’accrescimento per distensione sono immediatamente visibili, ma questo tipo diaccrescimento non potrebbe procedere se alle spalle non vi fosse l’accrescimento embrionale chefornisce nuove cellule.Il controllo dell’accrescimento cellulare;L’accrescimento cellulare, sia per divisione che per distensione, è influenzato da numerosi fattoriinterni ed esterni.

90Tra i fattori interni sono molto importanti gli ormoni (auxina, citochinine, gibbellerine) che, aseconda del tessuto in cui si trovano hanno un’azione stimolante, inibente o nulla.L’auxina è l’ormone studiato da più tempo ed ha un’azione stimolante sulla crescita per distensione;l’azione di questo ormone è stata a lungo studiata e, si doveva tenere conto di due fatti:a ) l’ingrandimento della superficie della pareteb ) la formazione dei vacuoliLa formazione dei vacuoli è legata all’entrata di acqua all’interno della cellula attraverso un ingressograduale in modo che la cellula non si allontani dallo stato di turgore. L’auxina poteva agire, perpermettere all’acqua di entrare, in due modi:1 ) aumentando la concentrazione dei soluti nel succo cellulare2 ) indebolendo la parete cellulare cioè rendendola più plasticaI risultati delle ricerche più recenti indicano che l’auxina agisce prevalentemente attraverso il secondomeccanismo.E’ quindi evidente che la crescita della parete e la formazione dei vacuoli sono avvenimenti fra lorostrettamente correlati: per poter crescere in superficie la parete deve diventare più elastica e,l’aumento di plasticità sposta l’equilibrio idrico in direzione di una maggiore quantità di acqua nellacellula.Tra i fattori esterni vi sono la temperatura e la luce che inibisce la crescita per distensione del fustoma favorisce quella delle foglie.Distendendosi le cellule si allontanano l’una dall’altra;Non sempre l’accrescimento cellulare è ugualmente intenso in ogni direzione, difatti la maggioranzadelle cellule cresce di preferenza in una sola direzione.Le cellule di un tessuto meristematico sono tutte a stretto contatto fra loro e questo è reso possibiledalla loro forma poliedrica; durante la distensione molte cellule si arrotondano e per questo siformano degli spazi intercellulari.Gli spazi intercellulari che caratterizzano la maggior parte dei tessuti adulti sono costantemente pienid’aria (invece nei tessuti animali sono pieni di liquido).Nelle piante questi spazi formano una fitta rete di canali comunicanti permettendo così dei rapidiscambi gassosi anche alle cellule lontane dalla superficie esterna.Se gli spazi intercellulari dei tessuti vegetali fossero pieni di liquidi gli scambi gassosi sarebberomolto più lenti ed è probabile che questo fattore abbia influenzato l’evoluzione delle piante terrestri.IL TESSUTO EPITELIALE; Vetrini: 1-2-3-4-5-8La sua principale funzione è quella di rivestimento; delimita cioè gli organi interni dall’esterno,oppure le superfici che fronteggiano cavità interne che sboccano all’esterno (ad es. il canaledigerente).Le cellule dei tessuti epiteliali sono molto vicine fra loro e manca la sostanza posta normalmente trale cellule (matrice extracellulare); per questo motivo è detto tessuto “tipicamente cellulare”.

91Sulla superficie delle membrane di queste cellule sono presenti delle strutture non osservabili almicroscopio ottico, che favoriscono la coesione tra le cellule del tessuto.Le cellule che costituiscono il tessuto epiteliale poggiano su uno strato detto membrana basale chefornisce sostegno meccanico e trofico.La membrana basale fornisce cioè le sostanze nutritive che provengono dai tessuti connettivifunzionando quasi come un filtro.La forma delle cellule epiteliali deve naturalmente favorire l’adesione; per questo si hanno formepiatte (a mattonella), a forma di piccoli cubi o forme prismatiche.Le cellule si dispongono lungo strati successivi e paralleli per meglio compiere la loro funzione dirivestimento.Da queste caratteristiche: forma delle cellule e numero di strati, scaturiscono dei criteri diclassificazione dei tessuti epiteliali di rivestimento:- monostratificati: se lo strato di cellule è uno solo- pluristratificati: se lo strato è più di uno- piatti: se le cellule hanno forma piatta- cilindrici (o batiprismatici)- cubici- cheratinizzati: se è presente uno strato di cheratina- molli: se non vi è la cheratinaN.B.Per riconoscere la forma è più facile osservare la posizione e la forma del nucleo perché è spesso piùevidente e perché, le membrane anche se adiacenti non sono distinguibili al microscopio ottico.Un caso particolare è costituito da un tessuto che può sembrare stratificato ma non lo è; è dettopseudostratificato e, tutte le cellule che lo compongono, essendo di forma diversa, poggiano sullostrato basale.Epitelio di transizione;E’ un tessuto epiteliale costituito da cellula piuttosto tonde che tendono a scivolare le une sulle altre(ad es. il tessuto della vescica che si deve dilatare). Il tessuto che si dilata può ad esempio passare da5-6 strati a 2.In questo particolare tipo di tessuto, lo strato basale è meno importante perché non vi sono fortilegami fra le cellule.In questo tessuto sono spesso presenti delle particolari cellule a forma di cupola che spesso sonobinucleate.EPITELIO DI SECREZIONE; Vetrini: 2-6-7-9-10Come secrezione si intende quel processo basato sull’elaborazione, l’immagazzinamento el’espulsione di sostanze varie.

92Ogni strato di cellule presenta una “polarità” cioè una parte è sempre rivolta verso le parti cave el’altra verso il tessuto connettivo.A volte una lamina di cellule epiteliali “sprofonda” del connettivo e, una massa all’inizio compatta dicellule, si trasforma in cavità.La massa di cellule può subire una “cavitazione” o può rimanere compatta e, può rimanere incontatto con la cavità oppure no (ghiandole esocrine ed endocrine).Le ghiandole esocrine;Sono quelle che rimangono in comunicazione con la cavità.Una ghiandola è costituita da una porzione detta dotto escretore costituita da epitelio di rivestimentoe, dall’adenomero.Il citoplasma delle cellule secernenti è particolarmente basofilo (reagisce cioè molto con gli acidi) inquanto sono cellule ricche di reticolo endoplasmatico rugoso quindi di ribosomi e, di conseguenza diRNA (acido).Le ghiandole esocrine si dividono in:- tubolari semplici: a forma di tubulo, sono senza dotto e se c’è è unico- tubolari ramificate: dove l’adenomero è biforcato ma il dotto è unico- globulari: se è a forma di globuloSe l’adenomero ha forma globulare si dividono in:- acinoso: ha forma di sfera cava con cavità molto piccola- alveolare: stessa forma dell’acinoso ma la cavità è più grandeDa queste suddivisioni si hanno una serie di casi: se il dotto è ramificato e gli adenomeri sono acinosisi hanno ghiandole acinose ramificate; vi sono poi le tubolari ramificate e le alveolari ramificate(della ghiandola mammaria).Gli adenomeri sono poi distinguibili per il tipo di secreto che producono:- mucoso: con più carboidrati e non particolarmente colorabile per l’osservazione- sieroso: con più proteineNelle cellule secretive, il nucleo rimane schiacciato nella periferia della cellula a causa della grandequantità di secreto presente nel citoplasma mentre, nelle cellule che costituiscono le pareti dei dotti disecrezione hanno il nucleo posto nel mezzo (utile per l’osservazione in sezione dei dotti).Le ghiandole sono dette miste se la secrezione prodotta è in parte sierosa ed in parte mucosa.Se la cellula risultasse sfrangiata da un lato, vorrebbe dire che la cellula sta facendo fuoriuscire ilsecreto ed insieme ad esso una parte di citoplasma (ghiandole ipocrine).I TESSUTI CONNETTIVI; Vetrini: 2-3-4-11-12-13Sono tessuti sempre associati a quelli epiteliali e sono in grado di connettere altri tessuti od organi.

93Sono tessuti molto vascolarizzati ed hanno ampi spazi occupati da sostanza extracellulare conall’interno le cellule sparse.Oltre alla funzione trofica (di nutrimento) svolgono anche un’importante funzione di difesaconsistente nella fagocitosi di detriti cellulari e nella produzione di anticorpi.I tessuti connettivi svolgono naturalmente anche una funzione di sostegno meccanico.La sostanza extracellulare che per la maggior parte costituisce questi tessuti, è costituita da una partedetta amorfa composta prevalentemente da acqua che è considerabile come una soluzione colloidalecon in soluzione aggregati proteici e, dalle fibre.Le fibre si dividono in:- Collagene: sono piuttosto grandi (diametro di 1 - 2 micron) e, non è possibile colorarleper l’osservazione al microscopio.- Fibre reticolari: sono molto piccole ma possono essere evidenziate con particolari colorazioni- Fibre elastiche: costituite dall’elastina (una proteina), sono facilmente estensibiliAll’interno delle fibre sono poste le cellule che caratterizzano il tessuto connettivo:- Il fibroblasta (o fibrocita): si trova in ogni connettivo, sintetizza il tropocollagene; ha formastellata con dei prolungamenti orientati come le fibre ed ha un nucleomolto assottigliato.- Il cromatoforo: è in grado di accumulare particolari colorazioni.- Il macrofago: non è presente in tutti i connettivi, ha un ampio citoplasma riempito di granuli chesono poi lisosomi, questo fa si che il macrofago sia in grado di inglobare materiale edigerirlo.- Il granulocita: non è propriamente del connettivo in quanto proviene dal sangue, è in grado difagocitare ed interviene in caso di infezioni.- Il mastocita: non è evidente all’osservazione ma contiene granuli di eparina che sono facilmentecolorabili, l’eparina e l’istamina che libera il mastocita hanno funzioni coagulanti.Classificazione dei connettivi:La classificazione è possibile farla sulla base del tipo di fibre presenti nel tessuto, sul tipo di cellule e,di conseguenza sul tipo di funzioni svolte.- Connettivi propriamente detti: si dividono in quelli con forma propria e quelli senza formapropria.- Connettivi di sostegno.I connettivi con forma propria e senza sono così suddivisi:- Connettivi senza forma propria: si dividono in lasso e reticolare.- Connettivi con forma propria: si dividono in denso (o compatto) ed elastico.Questi ultimi connettivi hanno queste funzioni:

94- Lasso: è presente sotto l’epitelio dell’intestino e della vescica- Reticolare: è il più diffuso e costituisce lo stroma di sostegno di rene e milza- Denso: si divide in a fasci paralleli (nei tendini) e a fasci intrecciati (sotto l’epitelio della cute)- Elastico: serve come sostegno alle pareti dei grossi vasi come l’aortaN.B.Generalmente quando l’epitelio è monostratificato o pseudostratificato, il connettivo sottostante èlasso; quando invece è pluristratificato è denso

95I TESSUTI CONNETTIVI DI SOSTEGNO; Vetrini: 3-15-16-17Il tessuto cartilagineo (cartilagine ialina);Le cellule presenti in questo tipo di tessuto sono i condrociti (o condroblasti) che sono organizzatiin ordine sparso all’interno di una matrice resa molto viscosa dalla presenza di aggregatiproteoglicani (di notevoli dimensioni) e di due zuccheri (i condrointinsolfati e l’acido ialuronico).Vi è poi una parte fibrosa costituita da tropocollagene che intrappola i condrociti.Nel tessuto cartilagineo parliamo di lacune (o nicchie) nelle quali sono intrappolate le cellule chesono osservabili se preparate con particolari colorazioni. Si dice che ogni condrocita è ospitatoall’interno di territori.Le cellule che sono site nella cartilagine non riescono ad essere facilmente raggiunte dalle sostanzenutritive ed è per questo motivo che esiste un ciclo di rinnovamento che coinvolge le cellule postenegli strati più profondi dove tendono a degenerare velocemente.Le cartilagini sono avvolte da tessuti pericondriali costituiti da cellule simili a quelle connettivali cheperò sono in grado di trasformarsi in cartilaginee. Le cellule del pericondrio presentano formaallungata mentre le altre cellule del tessuto cartilagineo hanno forma tondeggiante.Essendo il tessuto cartilagineo un tessuto particolarmente ricco d’acqua, all’atto dell’osservazione almicroscopio ottico, le lacune possono risultare vuote o con cellule molto contratte, quando invecenella realtà le cellule occupano per intero il loro spazio nella lacuna.Oltre alla cartilagine ialina esistono anche la cartilagine elastica (ad es. quella dell’orecchio) e lacartilagine fibrosa che è presente nelle cartilagini intervertebrali che sono in grado di sopportaregrandi sforzi meccanici.

96IL TESSUTO OSSEO;E’ un tessuto che ha dovuto aumentare al massimo le capacità di sostegno e di resistenza meccanica.Le cellule di questo tessuto sono uguali ai condrociti presenti nelle cartilagini ma prendono il nomedi osteociti (o osteoblasti). Il resto della sostanza è composta da precipitati di sali e carbonati; vi èuna parte fibrosa ed una lamellare fra le quali rimangono imprigionati gli osteocitiAnche per questo tipo di tessuto esiste lo stesso problema di diffusione di sostanze nutritive che erapresente anche nelle cartilagini e, in questo caso viene risolto grazie agli spazi lasciati liberi tra unalamella ed un’altra che permettono il passaggio di vasi e nervi.I sistemi concentrici di lamelle (osteoni) sono posti in modo da avere gli osteociti distribuitiuniformemente all’interno della struttura e sono “costruiti” in modo da permettere il collegamentotra una cellula ed un’altra attraverso dei prolungamenti citoplasmatici.Al centro di ogni osteone è presente una cavità (canale di Havers) che contiene i vasi ed i nervi e,anche questa cavità è in comunicazione con ogni cellula.Nelle ossa lunghe il tessuto lamellare costituisce sia la testa (epifisi) che le parti lunghe (diafisi), ma iltessuto dell’epifisi è particolare perché di tipo spugnoso che è sempre costituito da lamelle ma moltosottili ed è quasi privo di osteoni.La cartilagine di coniugazione è una cartilagine in via di calcificazione.

97IL TESSUTO ADIPOSO; Vetrini: 14E’ presente in due tipi:1 ) Primario (o pluriloculare): è il primo che sviluppa.2 ) Secondario (o multiloculare)Tessuto adiposo primario (o multiloculare);Gli adipociti hanno forma poligonale e sono molto addossati fra loro, all’interno del citoplasma diogni cellula sono presenti tante goccioline lipidiche, il nucleo è in posizione centrale.E’ un tipo di tessuto poco presente nei mammiferi adulti e non viene mai metabolizzato; ha funzionimeccaniche di sostegno e di protezione.Nella variante grasso bruno costituisce il grasso di riserva degli animali che vanno in letargo.Tessuto adiposo secondario (o uniloculare);Le cellule hanno forma sferoidale, il corpo cellulare è occupato da una singola e grossa goccialipidica che schiaccia il citoplasma alla periferia della cellula, il nucleo è schiacciato ad un estremodella cellula.

98IL TESSUTO MUSCOLARE; Vetrini: 2-18-19E’ un tessuto che si è differenziato per acquistare la capacità di contrarsi; nelle cellule che locompongono è presente un citoplasma (alloplasma) finalizzato alla contrazione grazie alla presenzadi due proteine: actina e miosina.Si divide in:- Liscio- Striato: che a sua volta si divide in scheletrico e miocardicoIl tessuto muscolare liscio;E’ presente negli organi viscerali (tubo digerente) dove può formare delle lamine oppure nell’iridedove è sotto forma di piccoli muscoli; è presente inoltre nelle cellule mioepiteliali negli acini secretoridelle ghiandole salivari.Le cellula che compongono il tessuto muscolare liscio hanno forma fusiforme con il nucleo di formaallungata posto nella zona centrale.Il citoplasma contiene i miofilamenti costituiti da actina e da miosina mente gli organelli sono posti indue zone attorno al nucleo (sarcoplasma).Le cellule sono affiancate molto vicine le une alle altre ed attorno ad ogni cellula vi è una laminabasale di natura granulare.Il complesso formato dalla lamina basale e dalla membrana cellulare costituisce il sarcolemma.In sezione trasversale si presentano come tanti tondini molto vicini gli uni agli altri e, dove è visibile,il nucleo appare come un punto più scuro posto al centro della cellula.Tessuto muscolare striato scheletrico;Presenta delle striature trasversali dovuta alla particolare disposizione di actina e miosina.In questo tipo di tessuto abbiamo a che fare non con delle singole cellule bensì con dei sincizi dicellule che costituiscono le fibre muscolari.La fibra muscolare è una struttura cilindrica di diametro e lunghezza variabili ed i nuclei delle singolecellule sono posti in posizione periferica lungo la fibra; tutto il resto della fibra e delle cellule èoccupata dalle miofibrille.In sezione trasversale si presentano con forma quadrilatera ed i nuclei sono posti alla periferia dellefibre.Tessuto muscolare striato miocardico;In questo caso non si ha più un sincizio di cellule ma sono singole cellule di forma cilindrica chetendono a formare delle biforcazioni alle estremità.Presentano sempre delle striature ed il nucleo è in posizione centrale.

99Nei punti dove le cellule si congiungono sono presenti delle zone di maggior spessore chiamatedischi intercalari; a volte, in corrispondenza di questi punti, è possibile osservare delle strutture adandamento seghettato chiamate strie scalariformi.In sezione trasversale appaiono come delle strutture circolari meno ravvicinate delle cellule deltessuto liscio e con i nuclei posti nel centro.IL TESSUTO NERVOSO;Vetrini: 20 c. cerebrale/ 21 cerebellare22 ganglio spinale/ 23 midollo24 nervoE’ un tessuto ad altissimo grado di differenziamento ed è costituito da cellule nervose e da cellulegliali. Le cellule sono fra loro molto vicine in quanto posseggono delle giunzioni che permettono ilpassaggio di impulsi nervosi (impulsi elettrici) tra una cellula ed un’altra.Morfologia del neurone;Un neurone è costituito da un corpo centrale chiamato pirenoforo dal quale si dipartono una serie diprolungamenti chiamati dendriti e, da un ulteriore prolungamento molto lungo detto assone chetermina con delle ramificazioni.Il citoplasma dei neuroni è pieno di reticolo endoplasmatico mentre i dendriti sono ricchi di strutturecitoscheletriche.Per mettere in evidenza il citoscheletro e quindi i prolungamenti si utilizza il metododell’impregnazione argentica mentre per evidenziare il corpo cellulare si usano coloranti cheevidenziano la grande quantità di reticolo endoplasmatico.Il reticolo endoplasmatico si presenta in ammassi risolvibili solo al microscopio elettronico.Il nucleo si presenta chiaro, vescicoloso e molto grande.Classificazione dei neuroni (che si basa sui prolungamenti):- Multipolari: con molti dendriti ed un solo assone.- Bipolare: con un dendrite ed un assone.- Pseudounipolari: c’è solo un prolungamento che si diparte dalla cellula che poi a sua voltadivide in dendrite ed assone.Classificazione dei neuroni (del Golgi):- Tipo I: le ramificazioni dell’assone sono molto lontane dal corpo cellulare.- Tipo II: il dendrite si ramifica molto vicino al pirenoforo.Le cellule gliali;L’assone è spesso rivestito da cellule satelliti (della glia: cellule gliali) che hanno funzioni trofiche edi protezione.Le cellule gliali si dividono in: oligodendrociti (del sistema nervoso centrale) e cellule di Schwann(del sistema nervoso periferico).La guaina che queste cellule costituiscono attorno all’assone può essere singola (fibra amielinica)oppure costituita da una serie di avvolgimenti della membrana citoplasmatica della cellula gliale(fibra mielinica).

100La guaina è quindi costituita fondamentalmente da lipidi ed è per questo facilmente riconoscibile inmicroscopia ottica perché i lipidi scompaiono e lasciano degli spazi vuoti attorno agli assoni.Quando i fasci di assoni sono molto lontani dai pirenofori dai quali si dipartono e si trovano intessuto connettivo abbiamo delle fibre nervose.IL SANGUE;Vetrini: 25 striscio/ 26 linfonodoIl sangue si può considerare un connettivo per la sua architettura.Ha funzioni di trasporto di cellule, metaboliti, prodotti di scarto ecc. e funzioni di regolazione discambi ionici.Il sangue è composto da una parte fluida e da una parte corpuscolare.La parte fluida;E’ chiamata plasma e la si può considerare una soluzione acquosa o colloidale perché in forma dimicelle sono presenti degli aggregati proteici quali alfa/ beta/ gamma globuline, albumina efibrinogeno.Il plasma si può separare in due componenti: coagulo e siero (con tutte le proteine escluse quelle dicoagulazione).La parte corpuscolare;E’ costituita da globuli rossi, globuli bianchi e piastrine.I globuli rossi sono cellule prive di nucleo ed altamente specializzate nella funzione di trasporto diossigeno grazie alla loro ricchezza di emoglobina. Hanno forma di disco biconcavo ed unadimensione media di 7 - 8 micron.Sono cellule molto sensibili alle variazioni di concentrazione dell’ambiente che le circonda.Le piastrine sono dei derivati cellulari ovvero dei frammenti di citoplasma di una particolare cellulachiamata megacariocita che si trova nel midollo osseo. Le piastrine intervengono nei processi dicoagulazione.I globuli bianchi si dividono in:- Granulociti: che presentano dei granuli (lisosomi)nel citoplasma- Linfociti: senza granuli- MonocitiI granulociti si classificano per la colorazione dei loro granuli in questo modo:- Neutrofili: i grani non si colorano in modo particolare in quanto rimangono grigiastri, hannonuclei polilobati.- Eusinofili: i loro granuli possiedono una particolare affinità per i coloranti acidi e per questo sipresentano rossicci (per l’eosina); sono presenti per lo 0,3 % del totale dei globulibianchi.

101- Basofili: i loro grani presentano affinità per i coloranti basici come l’ematossilina, per questo sipresentano di colore scuro tanto che spesso rendono impossibile vedere il nucleo dellacellula, ma si può solo osservare una “pallina” di colore scuro.I linfociti sono di piccolo diametro (circa lo stesso dei globuli rossi) e provengono dagli organilinfoidi infatti dal sangue vengono solo trasportati.Hanno un grosso nucleo ed un piccolo citoplasma che spesso si riduce ad essere solo un piccoloanello attorno al nucleo.Sono cellule adibite alla produzione di anticorpi.I monociti sono anch’essi senza granuli con un grosso nucleo a forma di U ed una grande quantità dicitoplasma. Presentano dimensioni maggiori rispetto ai globuli rossi e sono cellule in grado difagocitareIl linfonodo;Il linfonodo è un aggregato di linfociti dove gli stessi risiedono per giungere a maturazione.E’ una struttura di tipo parenchimatoso con uno stroma di sostegno; il parenchima è organizzato innoduli presenti nella zona periferica del linfonodo mentre nella parte centrale vi sono dei cordoni dicellule.I linfociti presenti nella corona più esterna sono piccoli e presenti in gran numero quindi la zonarisulta essere più scura all’osservazione, mentre nella zona centrale vi sono dei linfociti giàtrasformati in plasmacellule con un citoplasma più grande che rendono la zona più chiara.Sempre la zona centrale è piena di dotti linfatici che trasportano i linfociti in circolo.

102INDICE;CITOLOGIA ANIMALE;- LA COMPOSIZIONE CHIMICA DELPROTOPLASMA Pag. 1- I COMPONENTI INORGANICI:acqua, sali minerali Pag. 1, 2- PROPRIETA’ DELLE SOLUZIONI:l’osmosi Pag. 2- I COMPONENTI ORGANICI:Proteine Pag. 2Gli enzimi Pag. 3I carboidrati Pag. 4I lipidi Pag. 5Gli acidi nucleici Pag. 6- GLI ASPETTI GENERALI DELLACELLULA:I colloidi: sol e gel Pag. 8- CLASSIFICAZIONE DELLE CELLULE:Cellule procariote Pag. 8Cellule eucariote Pag. 9- I VIRUS:Caratteristiche Pag. 9- LA FORMA DELLE CELLULE;Caratteristiche Pag. 9- LE DIMENSIONI DELLE CELLULE:Estremi in natura Pag. 10Sincidi e plasmodi Pag. 10- STRUMENTI PER LO STUDIO DELLECELLULE:Le unità di misura Pag. 10Microscopio ottico Pag. 11Microscopio a contrasto difase Pag. 11Microscopio a lucepolarizzata Pag. 11Microscopio a contrastointerferenziale (Normaski) Pag. 12Microscopio in fluorescenza Pag. 12Preparazione del campioneper l’osservazione conmicroscopio ottico Pag. 12Microscopio elettronico atrasmissione Pag. 13Preparazione del campioneper l’osservazione conmicroscopio elettronico Pag. 14Metodi per l’accentuazionedel contrasto Pag. 14

103Microscopio elettronico ascansione Pag. 14Microscopio elettronico atrasmissione ad alto voltaggio Pag. 15- METODI E MEZZI D’INDAGINE:Antigene ed anticorpo Pag. 15- CITOCHIMICA ENZIMATICA:Autoradiografia, Immunocitochimica eCitochimica enzimatica Pag. 15- TECNICHE DI FRAZIONAMENTOCELLULARE:Isolamento di macromolecole Pag. 16Isolamento di organelli Pag. 16- IL CRIODECAPPAGGIO Pag. 17- LE COLTURE IN VITRO Pag. 17- LA MEMBRANA PLASMATICA:I lipidi della membrana Pag. 18Le proteine della membrana Pag. 19Le funzioni delle proteine dellamembrana Pag. 19I carboidrati della membrana Pag. 19Il glicocalice Pag. 20La fluidità delle proteine Pag. 20- IL RETICOLO ENDOPLASMATICO:Il reticolo rugoso Pag. 21I ribosomi Pag. 22Il reticolo liscio Pag. 22- L’APPARATO DI GOLGI:Morfologia Pag. 23Processo di sintesi delleglicoproteine Pag. 24- L’APPARATO VACUOLARE INTERNOED IL PROCESSO DI SECREZIONE(REG, REL, GOLGI) Pag. 25- I LISOSOMI:Lisosomi primari Pag. 26Lisosomi secondari Pag. 26- I MITOCONDRI:Morfologia Pag. 28Le particelle elementari o F1 Pag. 29Il DNA mitocondriale Pag. 29Il micoplasto Pag. 29La glicolisi anaerobica Pag. 30Il ciclo di Krebs Pag. 30I trasportatori di elettroni Pag. 30La pompa protonica Pag. 31La resa energetica Pag. 31Origine dei mitocondri Pag. 32Origine evolutiva dei mitocondri Pag. 32- I PEROSSISOMI (O MICROBODIES):Morfologia e caratteristiche Pag. 32- IL CITOSCHELETRO:Funzioni del citoscheletro Pag. 33I microfilamenti Pag. 33I microtubuli Pag. 34I filamenti intermedi Pag. 34Studio del processo di assemblaggiodei microtubuli Pag. 35Le proteine che entrano nella strutturadei microtubuli Pag. 36Le funzioni dei microtubuli Pag. 36Lo studio delle funzioni deimicrotubuli Pag. 37L’actina(nelle cellula non muscolari) Pag. 37Le proteine associate aimicrofilamenti di actina Pag. 38Le funzioni dell’actina Pag. 39La miosina Pag. 39Le proteine associate alle molecoledi miosina Pag. 40- IL NUCLEO:L’involucro nucleare Pag. 40Il nucleoplasma Pag. 41Il complesso del poro Pag. 41Lo scheletro nucleare Pag. 41La cromatina ed i cromosomi Pag. 42La struttura molecolare dellacromatina Pag. 43La trascrizione Pag. 43Esoni ed Introni Pag. 44Il significato funzionale diesoni ed introni Pag. 44La maturazione degli RNA Pag. 44

104La mappa dei geni Pag. 44Il nucleolo Pag. 45- I SISTEMI DI REGOLAZIONE DELLECELLULE Pag. 46- LA DUPLICAZIONE DEL DNA Pag. 48- LE ATTIVITA’ CELLULARI Pag. 49- LA DIVISIONE MITOTICA(RIPRODUZIONE ASESSUATA):Apparato mitotico Pag. 49Stadi della mitosi Pag. 50- LA DIVISIONE MEIOTICA(RIPRODUZIONE SESSUALE):Diploidia e riproduzione sessuale Pag. 51La meiosi Pag. 51Il sinaptonema e la ricombinazione Pag. 52I gameti Pag. 53L’oogenesi Pag. 53Il follicolo ooforo e l’ovulazione Pag. 54Il ciclo mestruale Pag. 54La spermatogenesi Pag. 55La spermioistogenesi Pag. 55- ESOCITOSI ED ENDOCITOSI:Esocitosi Pag. 57Endocitosi Pag. 57- LE PROPRIETA’ ELETTRICHE DELLEMEMBRANE E L’IMPULSO NERVOSO:Le membrane sono eccitabili Pag. 60Morfologia del neurone Pag. 60Il corpo cellulare ed i dendriti Pag. 61L’assone Pag. 61Le sinapsi Pag. 62La membrana plasmatica nel neuroneed il potenziale di riposo Pag. 63L’impulso nervoso Pag. 64La trasmissione chimica dell’impulsoattraverso le sinapsi Pag. 65Struttura e proprietà delle permeasia porta elettrica Pag. 66I neurotrasmettitori Pag. 66- IL MOVIMENTO AMEBOIDE Pag. 68- IL CITOSCHELETRO DEI GLOBULIROSSI Pag. 69- I DISPOSITIVI DI GIUNZIONECELLULARE:Le giunzioni occludenti Pag. 70Le giunzioni aderenti: desmosomi efasce aderenti Pag. 70Le giunzioni comunicanti Pag. 71- LA STRUTTURA DI CIGLIA, FLAGELLIE CENTRIOLI Pag. 72CITOLOGIA VEGETALE;- PRINCIPALI DIVISIONI DEL REGNOVEGETALE:Procarioti ed eucarioti Pag. 74Piante a tallo, piante a cormo Pag. 74Le briofite Pag. 74Le piante a cormo Pag. 75- LA CELLULA VEGETALE:I plastidi Pag. 76La parete cellulare Pag. 78I vacuoli Pag. 80I componenti del succo cellulare Pag. 81- L’ASSORBIMENTO DEI SOLUTI:L’assorbimento dell’acqua Pag. 82Il potenziale d’acqua Pag. 83Il potenziale matricale Pag. 83- CRESCITA E SVILUPPO DELLACELLULA VEGETALE:Il tessuto meristematico Pag. 84Moltiplicazione ed ingrandimentocellulare Pag. 84Il controllo dell’accrescimentocellulare Pag. 85ESERCITAZIONI DI ISTOLOGIA;

105- IL TESSUTO EPITELIALE Pag. 86- L’EPITELIO DI SECREZIONE:Le ghiandole esocrine Pag. 87- I TESSUTI CONNETIVI Pag. 88- I TESSUTI CONNETTIVI DISOSTEGNO:La cartilagine ialina Pag. 90- IL TESSUTO OSSEO Pag. 91- IL TESSUTO ADIPOSO Pag. 92- IL TESSUTO MUSCOLARE Pag. 93- IL TESSUTO NERVOSO Pag. 94- IL SANGUE Pag. 95