Biologia cellulare-prof Chieffi, Sbobinature di Biologia

Scarica Biologia cellulare-prof Chieffi e più Sbobinature in PDF di Biologia solo su Docsity! La biologia cellulare è la disciplina più recente (relativamente, perché risale ad una cinquantina, sessantina di anni fa) che studia la cellula nella sua morfologia e nella sua fisiologia dei vari organuli. Nasce dalla convergenza di tre discipline, di queste quella che ha discipline più antiche è la citologia, seguita dalla biochimica e dalla genetica. La citologia ha radici molto antiche, perché risale alle prime osservazioni che facevano gli scienziati del ‘600 che iniziarono a costruire delle lenti di ingrandimento sempre più sofisticate, i rudimentali microscopi, che riuscivano ad ingrandire le immagini. Il primo che riuscì ad osservare e a coniare il termine cellula fu un ricercatore, sovrintendente della Royal Society (un’importantissima accademia di scienze inglese, che è a pari alla nostra accademia dei Lincei fondata da Galileo Galilei e che ha sede alla Farnesina a Roma), che iniziò ad osservare con questo microscopio costruito delle sezioni sottili di sughero. Poiché a lui apparivano come tante cellette, che ricordavano le cellette dell’alveare delle api, coniò il termine cellula e questo ricercatore, Hook, non faceva altro che osservare, con la poca risoluzione del microscopio che aveva costruito e che riusciva ad ingrandire un’immagine massimo 30 volte, le cellule vegetali. Nello stesso periodo un commerciante olandese che si dilettava nella costruzione di lenti, riuscì ad ottenere delle lenti che ingrandivano 300 volte l’immagine. Questo ricercatore era un po’ bislacco, perché osservava tutto attraverso queste lenti: dall’acqua dello stagno alla platina dei suoi denti, al liquido seminale etc… e vedeva tutti questi organismi, definiti da lui animarculi, e li osservava dal vivo. Per cui iniziò a tempestare la Royal Society con le epistole (al tempo tutte le scoperte venivano comunicate attraverso le epistole e anche i ricercatori comunicavano solo attraverso di esse, pubblicate poi sugli atti delle accademie) finché Hook prese in mano questo materiale e capì l’importanza delle sue scoperte, perché era riuscito ad ingrandire a tal punto da poter osservare i microrganismi come i protozoi o gli spermatozoi nel liquido seminale. Così divenne talmente importante da ricevere anche la visita dello zar. Le prime osservazioni sulla materia vivente erano solamente delle osservazioni, perché considerato qualcosa di statico. Passarono quasi due secoli prima di essere formulati i due principi della teoria cellulare, che vengono fuori dalle osservazioni di due ricercatori: Scheiden e Schwann che l’uno si dilettava in botanica e l’altro in patologia animale. Per cui Schleiden capì che le piante dovessero essere fatte di cellule e così Schwann, dal canto suo, comprese, studiando la cartilagine che un tessuto in cui le cellule sono circondate da un ispessimento dovuto dal collagene presente nella matrice extracellulare, lui intuì che anche gli organismi animali dovessero essere fatte da cellule. Per cui attraverso le epistole i due comunicavano e formularono nel 1839 i primi due principi della teoria cellulare: tutti gli organismi viventi, sia animale che cellulari, sono composti da cellule. Quindi la cellula rappresenta l’unità strutturale della vita. Ancora, più o meno nello stesso periodo, S 10.32.72 , un altro scienziato, con questi microscopi molto rudimentali, osservò all’interno delle cellule una struttura che coniò con il termine di nucleo (noce dal latino) perché vedeva all’interno delle cellule questa struttura rotondeggiante. Più tardi fu compreso anche che le cellule dovevano derivare da altre cellule e quindi Virchow, un tedesco, nel 1855, formulò il terzo principio della teoria cellulare: omnis cellula es cellula (tutte le cellule possono avere origine per divisione di cellule resistenti). A quell’epoca si pensava che le larve di mosche originassero dalla carne putrefatta, che i crini dei cavalli messi nell’acqua potessero produrre vermi: era un’epoca in cui questo era veramente una scoperta importantissima, ovvero che la cellula non rappresentava solo l’unità strutturale degli organismi, ma rappresentava anche la base fondamentale della riproduzione. Dunque la citologia possiamo dire che la biologia cellulare moderna, quella che ormai praticano gli scienziati, ha le sue origini nel 1600 (tappe importanti nel ppt n.1 slide n. 42) : Hook che descrive le cellule; Leeuwenhoek che è il commerciante olandese che si dilettava nella costruzione di lenti ottiche; Brown che descrive i nuclei; Schleiden e Schwann che formano la teoria cellulare, siamo nel 1839 e quindi a metà ottocento; Virchow sostiene che ogni cellula deriva da un’altra cellula. A questo punto c’è stato un forte impulso dato dalle tecniche di colorazione alla scoperta della cellula, di cui erano molto bravi i tedeschi e quindi fu un periodo, inizi del 900, molto fiorente nel campo dell’istochimica che è la disciplina che permette di discriminare le varie componenti cellulari attraverso metodi di colorazione, per cui fu possibile capire che all’interno di quello che fu chiamato nucleo ci fosse un materiale diverso dal citoplasma, quindi si cominciava a fare un o studio differenziale all’interno delle cellule e fino a Golgi che, grazie a tecniche istochimiche, mise in evidenza questa struttura che era presente vicino al nucleo che però passarono molti anni prima che la comunità scientifica fu convinta della sua scoperta. Alla scoperta della cellula, oltre alla microscopia ottica, che in seguito è diventata molto più sofisticata e sono state introdotte lenti sempre migliori (un microscopio ottico didattico riescono ad ingrandire fino a 1000 volte l’immagine, ma ne esistono anche di migliori come i confocali), esiste la microscopia elettronica che ha dato un forte impulso alla scoperta della cellula, perché ha un potere di risoluzione che è di 100 volte maggiore rispetto ad un microscopio ottico. Attraverso un microscopio ottico riesco a vedere un mitocondrio e un reticolo endoplasmatico, se colorati in maniera adeguata; al microscopio elettronico posso vedere anche i pori nucleari e strutture piccolissime come i minibodies o le vescicole di trasporto (slide n.44: a sinistra in alto c’è il nucleo con il nucleolo e il citosol intorno osservato al microscopio ottico, con l’immagine molto sfocata rispetto all’immagine a destra del microscopio elettronico, i cui si riesce ad osservare tutti i dettagli del nucleo, con l’eucromatina e l’etero cromatina, l’interruzione della membrana nucleare, mitocondri. Questa è la microscopia elettronica a trasmissione, che utilizza un fascio di elettroni che vengono deviati in un campo elettromagnetico. Al microscopio ottico riesco a vedere un’immagine che deve essere trasparente perché la mia sorgente è la sorgente luminosa che deve attraversare il preparato che poi riesco ad osservare attraverso le lenti e quindi avrò un microscopio ottico con una lente oculare che è la lente obiettivo che posso cambiare fino ad arrivare ad un obiettivo che mi consente di ingrandire l’immagine fino in questo caso di 1000 volte. Invece il microscopio elettronico utilizza un fascio di elettroni e quindi avrò un settore molto sottile, contrastato con Sali di metallo pesante che si vanno a depositare sulle membrane delle proteine e quindi riesco a vedere attraverso questa deviazione che si crea all’interno del microscopio. Le due immagini in basso sono di una microscopia elettronica a scansione che mi consente di osservare tutte le strutture e sono contrastati con il platino, che crea tutte queste ombreggiature che posso vedere.) Quindi la prima disciplina che è nata e poi converge nella biologia cellulare è sicuramente la citologia, che ha radici più antiche di tutte, perché è una disciplina fondamentalmente morfologica, quindi di osservazione. Nel periodo in cui Schleiden e Schwann formulavano i primi principi della teoria cellulare, in laboratorio Wouler riuscì ad ottenere sostanze organiche a partire da sostanze inorganiche come il cianato di ammonio. Dunque in questo modo veniva sovvertito quella concezione che allora era di tutti, che il mondo dei viventi fosse completamente separato dal mondo dei non viventi; quindi che il mondo dei viventi non fosse regolato da leggi della fisica e della chimica e questo fu l’inizio ella disciplina della biochimica che ha permesso di comprendere tantissimo della cellula, come le funzioni dei singoli organuli presenti nella cellula. La biochimica inizia nel 1828 con Wouler che dimostrò che un composto organico di sintesi biologia può essere sintetizzato in laboratorio partendo da materiali inorganici. Successivamente Pasteur collegò l’attività di organismi viventi a processi specifici, come quello della fermentazione, quindi riusciva attraverso il lievito a trasformare gli zuccheri in alcol, poi lo scienziato comprese che non era necessario per la fermentazione delle cellule di lievito integre ma bastava anche un estratto, mettendo in evidenza l’attività enzimatica. Altre scoperte importanti come il processo della glicolisi, del ciclo di Krebs e altre importantissime tappe nel campo della biochimica, sono state l’introduzione dell’ultracentrifugazione, che è una tecnica al pari della microscopia elettronica dato che ci ha permesso di entrare all’interno e di scoprirla. L’ultracentrifugazione ci ha permesso di separare le varie frazioni subcellulari, cioè i vari organuli che costituiscono il sistema delle endomembrane della cellula eucariotica, ad esempio, e capire la loro funzione e infatti gli scienziati che sono riusciti a fare questo sono stati inseriti nel premio Nobel. Queste tecniche poi sono state importantissime, ad esempio la microscopia elettronica fu importante per conoscere la cellula nel suo interno, per ci quando negli anni 40-50 del secolo scorso fu introdotta si pensava che avrebbe avuto un’importanza notevole nell’anatomia patologica, purtroppo la microscopia elettronica non è stato importante e quindi è stato abbandonato dagli anatomici patologi e viene usato solo a scopo di ricerca e non nella diagnostica.