Riprendiamo niente meno che la lezione 2 di questo corso. Dicevamo lì che gli esseri viventi sono costituiti da cellule, crescono e si sviluppano, mantengono un equilibrio interno, rispondono agli stimoli esterni, si riproducono, evolvono e si adattano all'ambiente. Focalizziamoci ora sul fatto che sono costituiti da cellule e ripassiamo anche la teoria cellulare.
La cellula è la più piccola unità vivente. Tutti gli organismi sono costituiti da cellule e tutte le cellule derivano da altre cellule preesistenti. Ecco, tutte le cellule derivano da altre cellule preesistenti. In questa lezione ripartiamo dallo zigote e parliamo dello sviluppo dell'organismo prunicellulare. Ricordiamo prima di tutto che cos'è uno zigote.
Lo zigote è la prima cellula da cui deriva un organismo pluricellulare. È la cellula derivante dalla fusione dello spermatozoo, il gamete, la cellula sessuale maschile, e la cellula uovo, il gamete, la cellula sessuale femminile. Ogni organismo pluricellulare si sviluppa a partire da una cellula preesistente. Lo zigote appunto. La moltiplicazione per divisione cellulare dello zigote, cioè, genera man mano tutte le altre cellule dell'organismo pluricellulare.
Ognuno di noi è stato un embrione un po'di tempo fa, no? Beh, prima di tutto ognuno di noi è stato uno zigote. Ma guardandovi allo specchio avete notato che un organismo pluricellulare è molto variegato. Ogni organismo pluricellulare, infatti, è un insieme di moltissime, moltissime cellule e vi rendete conto che queste non possono essere tutte uguali oppure non saremmo così variegati. Le cellule dell'organismo umano, ad esempio, sono assai varie per forma, dimensioni e capacità funzionali.
Il processo che porta durante lo sviluppo dell'organismo pluricellulare alla formazione di tanti tipi cellulari diversi è detto detto differenziamento. Per parlare di differenziamento bisogna introdurre il concetto di potenziale differenziativo. Il potenziale differenziativo di una cellula determina quanti tipi di cellule diverse possono derivare per divisione cellulare da quella cellula.
Durante lo sviluppo le cellule tendono a diventare sempre più limitate nel loro potenziale differenziativo, nel loro potenziale di sviluppo. In altre parole, i tipi cellulari che ogni cellula può creare per divisione cellulare diventano sempre meno nel corso dello sviluppo. Durante lo sviluppo si va pian piano delineando, infatti, l'identità di ciascuna cellula, si va delineando lo specifico pattern di espressione genica di ciascun tipo cellulare. Ma partiamo dallo zigote.
Questa cellula e le prime cellule che derivano dalla divisione dello zigote sono tutte uguali, senza alcuna specificità, e vengono dette totipotenti. Totipotente con prefisso toti da latino totus, cioè intero. Le cellule totipotenti sono cellule indifferenziate che possono ancora evolvere, differenziarsi, in qualunque tipo di cellula dell'organismo, in qualsiasi... tipologia cellulare. Una cellula totipotente ha il potenziale di differenziarsi in ogni tipo di cellula, ha il potenziale differenziativo per sviluppare ogni tipo di funzione.
Lo step di differenziazione successivo alla cellula totipotente è dato dalle cellule pluripotenti. Queste sono cellule che possono ancora evolvere nella maggior parte delle cellule dell'organismo pluricellulare. Il loro potenziale differenziativo è ristretto rispetto a quello delle cellule totipotenti, ma possono comunque sviluppare molteplici funzioni. Ci sono poi le cellule multipotenti.
Queste sono cellule che possono ancora evolvere, differenziarsi, in alcuni tipi di cellule diverse. Il loro potenziale differenziativo è ristretto ad alcune funzioni. Le ultime della lista sono le cellule unipotenti.
Queste sono cellule il cui potenziale differenziativo è ristretto ad una sola e specifica funzione. Non possono evolvere in cellule morfo funzionalmente diverse. In seguito al differenziamento ogni tipo cellulare acquisisce la propria specializzazione morfologica e funzionale, assume la propria forma e la propria funzione specifiche. Cellule con analoghe caratteristiche morfo funzionali possono aggregarsi a formare i tessuti. Perché si sviluppi un organismo pluricellulare quindi il numero di cellule deve aumentare da una a molte, certo, ma questo non basta, devono avvenire almeno altri tre processi fondamentali.
Le cellule devono acquisire la loro identità finale, cioè la loro forma, la loro dimensione e la loro funzione specifiche. Si devono sviluppare gli assi del corpo, gli assi testa piedi, pancia schiena e destra sinistra ad esempio. Si devono formare i livelli di organizzazione successivi della materia vivente, cioè tessuti, organi, sistemi e apparati. Andando in ordine, i tessuti sono aggregati di più cellule, aventi analoghe caratteristiche morfo-funzionali.
Gli organi sono aggregati di tessuti con diverse caratteristiche morfologiche e funzionali. I sistemi sono insiemi di organi con lo stesso tipo di tessuto in cui tutti svolgono una meta. medesima funzione. Gli apparati infine sono insieme di organi formati da diversi tipi di tessuto che si strutturano insieme per assolvere ad uno scopo finale comune ma in cui ognuno svolge una funzione ben precisa. Detto questo c'è da dire che alcune cellule adulte restano capaci di produrre per divisione cellulare diversi tipi cellulari.
Sono cellule che restano per lo più cellule multipotenti. Ma cosa rende l'identità di una cellula diversa dall'identità di un'altra cellula? Lo abbiamo accennato prima, ogni tipo cellulare differenziato ha uno specifico pattern di espressione genica che si mantiene stabilmente.
I geni espressi in uno specifico tipo di cellula codificano per le proteine necessarie a quel particolare tipo di cellula. Quelle proteine che rendono quella specifica cellula adatta a svolgere proprio la sua funzione. Due tipi cellulari diversi quindi esprimono geni diversi, producono proteine diverse. Le proteine espresse da una cellula del cervello sono diverse rispetto a quelle espresse da una cellula del fegato.
Determinate proteine che servono al funzionamento del cervello non servono al funzionamento del fegato e viceversa. Tipi cellulari diversi quindi hanno patto. di espressione genica diversi.
Notate però che ci sono anche dei geni la cui espressione serve sia alla cellula del cervello che alla cellula del fegato che a tutte le cellule dell'organismo pluricellulare. Questi sono geni che codificano per proteine coinvolte in processi fondamentali per ogni cellula vivente e vengono chiamati geni domestici o housekeeping. Come ci disse una mia grande prof. questi geni servono a mantenere in ordine la casa, a mantenere in ordine la cellula. Sono geni che codificano per proteine coinvolte in processi metabolici fondamentali per ogni cellula vivente, come gli enzimi dell'agricolisi ad esempio. I geni housekeeping vengono espressi quindi tanto dalle cellule del cervello quanto dalle cellule del fegato.
Cellule con analoghe caratteristiche morfiche. morfo funzionali si raggruppano nel livello organizzativo successivo, formano tessuti specializzati. I tessuti, come detto prima, sono aggregati di più cellule aventi analoghe caratteristiche morfo funzionali. I principali sono quattro, il tessuto epiteliale, il tessuto connettivo, il tessuto muscolare e il tessuto nervoso, ma li vedremo tutti più a fondo a tempo debito. Ora abbiamo detto che cellule appartenenti allo stesso tessuto condividono morfologia e funzione, ma non solo, esse si formano anche attraverso lo stesso meccanismo, hanno per dirla in termini tecnici la stessa derivazione embriologica.
Posizioniamoci nella terza settimana di sviluppo prenatale, punto in cui l'embrione ha un aspetto trilaminare, È formato cioè da tre foglietti embrionali sovrapposti, tre diversi gruppi di cellule sovrapposti, conosciuti come ectoderma, mesoderma ed endoderma. Per capirci meglio al solito usiamo il nostro amico greco. L'ectoderma, dal greco ektos che significa esterno e derma che significa pelle, è il foglietto, lo strato più esterno e superficiale. Il mesoderma, dal greco meso che significa mezzo medio e derma che significa pelle, è il foglietto, lo strato intermedio. L'endoderma, infine, dal greco endon che significa dentro e derma che significa pelle, è il foglietto più interno e profondo.
Ogni foglietto embrionale, in condizioni normali, darà origine al proprio insieme specifico di tessuti e organi. Non vi preoccupate, non entreremo troppo nel dettaglio. A noi per ora basta sapere che i tessuti epiteriali derivano da tutti e tre i foglietti embrionali a seconda dei distretti corporei in cui sono localizzati.
I tessuti connettivi e muscolari derivano dal mesoderma e il tessuto nervoso deriva dall'ectoderma. Bene, direi che possiamo considerare concluso il giro panoramico nella differenziazione cellulare. Dalla prossima lezione andremo ad approfondire uno per uno i diversi tessuti. Restate perciò connessi con me e con la biologia per non perdervi nulla.
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