Come identificare le strutture cellulari

Le cellule viventi vanno da quelle di alghe e batteri unicellulari, attraverso organismi multicellulari come muschi e vermi, fino a piante e animali complessi, compresi gli esseri umani. Alcune strutture si trovano in tutte le cellule viventi, ma anche gli organismi unicellulari e le cellule di piante e animali superiori sono diversi in molti modi. I microscopi ottici possono ingrandire le cellule in modo da poter vedere le strutture più grandi e definite, ma microscopi elettronici a trasmissione (TEM) sono necessari per vedere le strutture cellulari più piccole.

Le cellule e le loro strutture sono spesso difficili da identificare perché le pareti sono piuttosto sottili e cellule diverse possono avere un aspetto completamente diverso. Le cellule e i loro organelli hanno caratteristiche che possono essere utilizzate per identificarli e aiuta a utilizzare un ingrandimento sufficientemente elevato che mostri questi dettagli.

Ad esempio, un microscopio ottico con un ingrandimento di 300X mostrerà le cellule e alcuni dettagli ma non i piccoli organelli all'interno della cellula. Per questo è necessario un TEM. I TEM usano gli elettroni per creare immagini dettagliate di minuscole strutture sparando elettroni attraverso il campione di tessuto e analizzando i modelli mentre gli elettroni escono dall'altra parte. Le immagini dei TEM sono solitamente etichettate con il tipo di cellula e l'ingrandimento - un'immagine contrassegnata con "tem of human le cellule epiteliali etichettate 7900X" sono ingrandite 7.900 volte e possono mostrare i dettagli delle cellule, il nucleo e altri strutture. L'utilizzo di microscopi ottici per cellule intere e TEM per caratteristiche più piccole consente l'identificazione affidabile e accurata anche delle strutture cellulari più sfuggenti.

Le micrografie sono le immagini ingrandite ottenute da microscopi ottici e TEM. Vengono spesso eseguite micrografie cellulari da campioni di tessuto e mostrano una massa continua di cellule e strutture interne difficili da identificare individualmente. Tipicamente tali micrografie mostrano molte linee, punti, macchie e gruppi che compongono la cellula e i suoi organelli. È necessario un approccio sistematico per identificare le varie parti.

Aiuta a sapere cosa distingue le diverse strutture cellulari. Le cellule stesse sono il più grande corpo chiuso nella micrografia, ma all'interno delle cellule ci sono molte strutture diverse, ognuna con il proprio insieme di caratteristiche identificative. Un approccio di alto livello in cui vengono identificati i confini chiusi e vengono trovate le forme chiuse aiuta a isolare i componenti sull'immagine. È quindi possibile identificare ogni singola parte cercando caratteristiche uniche.

Tra le strutture cellulari più difficili da identificare correttamente ci sono i minuscoli organelli legati alla membrana all'interno di ciascuna cellula. Queste strutture sono importanti per le funzioni cellulari e la maggior parte sono piccole sacche di materia cellulare come proteine, enzimi, carboidrati e grassi. Hanno tutti i loro ruoli da svolgere nella cellula e rappresentano una parte importante dello studio cellulare e dell'identificazione della struttura cellulare.

Non tutte le cellule hanno tutti i tipi di organelli e il loro numero varia ampiamente. La maggior parte degli organelli sono così piccoli che possono essere identificati solo sulle immagini TEM degli organelli. Sebbene la forma e le dimensioni aiutino a distinguere alcuni organelli, di solito è necessario vedere la struttura interna per essere sicuri di quale tipo di organello viene mostrato. Come per le altre strutture cellulari e per la cellula nel suo insieme, le caratteristiche speciali di ciascun organello facilitano l'identificazione.

Rispetto agli altri soggetti trovati nelle micrografie cellulari, le cellule sono di gran lunga le più grandi, ma i loro limiti sono spesso sorprendentemente difficili da trovare. Le cellule batteriche sono indipendenti e hanno una parete cellulare relativamente spessa, quindi di solito possono essere viste facilmente. Tutte le altre cellule, specialmente quelle nei tessuti degli animali superiori, hanno solo una sottile membrana cellulare e nessuna parete cellulare. Sulle micrografie dei tessuti ci sono spesso solo linee deboli che mostrano le membrane cellulari e i limiti di ciascuna cellula.

Le cellule hanno due caratteristiche che facilitano l'identificazione. Tutte le cellule hanno una membrana cellulare continua che le circonda e la membrana cellulare racchiude una serie di altre minuscole strutture. Una volta che una tale membrana continua è stata trovata e racchiude molti altri corpi che hanno ciascuno una propria struttura interna, quell'area racchiusa può essere identificata come una cellula. Una volta che l'identità di una cellula è chiara, l'identificazione delle strutture interne può procedere.

Non tutte le cellule hanno un nucleo, ma la maggior parte di quelle dei tessuti animali e vegetali ce l'ha. Gli organismi unicellulari come i batteri non hanno un nucleo, e anche alcune cellule animali come i globuli rossi maturi umani non ne hanno uno. Altre cellule comuni come le cellule del fegato, le cellule muscolari e le cellule della pelle hanno tutte un nucleo chiaramente definito all'interno della membrana cellulare.

Il nucleo è il corpo più grande all'interno della cellula, e di solito ha una forma più o meno rotonda. A differenza della cellula, non ha molte strutture al suo interno. L'oggetto più grande nel nucleo è il nucleolo rotondo che è responsabile della produzione dei ribosomi. Se l'ingrandimento è abbastanza alto, si possono vedere le strutture vermiformi dei cromosomi all'interno del nucleo, specialmente quando la cellula si prepara a dividersi.

I ribosomi sono minuscoli grumi di proteine ​​e RNA ribosomiale, il codice in base al quale vengono prodotte le proteine. Possono essere identificati dalla loro mancanza di membrana e dalle loro piccole dimensioni. Nelle micrografie degli organelli cellulari, sembrano piccoli granelli di materia solida, e ce ne sono molti di questi grani sparsi in tutta la cellula.

Alcuni ribosomi sono attaccati al reticolo endoplasmatico, una serie di pieghe e tubuli vicino al nucleo. Questi ribosomi aiutano la cellula a produrre proteine ​​specializzate. Ad un ingrandimento molto elevato è possibile vedere che i ribosomi sono costituiti da due sezioni, la parte più grande composta da RNA e un cluster più piccolo costituito dalle proteine ​​prodotte.

Trovato solo nelle cellule che hanno un nucleo, il reticolo endoplasmatico è una struttura costituita da sacche e tubi piegati situati tra il nucleo e la membrana cellulare. Aiuta la cellula a gestire lo scambio di proteine ​​tra la cellula e il nucleo e ha ribosomi attaccati a una sezione chiamata reticolo endoplasmatico ruvido.

Il reticolo endoplasmatico ruvido e i suoi ribosomi producono enzimi specifici per le cellule come l'insulina nelle cellule del pancreas e gli anticorpi per i globuli bianchi. Il reticolo endoplasmatico liscio non ha ribosomi attaccati e produce carboidrati e lipidi che aiutano a mantenere intatte le membrane cellulari. Entrambe le parti del reticolo endoplasmatico possono essere identificate dalla loro connessione al nucleo della cellula.

I mitocondri sono le centrali elettriche della cellula, che digeriscono il glucosio per produrre la molecola di stoccaggio ATP che le cellule usano per produrre energia. L'organello è costituito da una membrana esterna liscia e da una membrana interna piegata. La produzione di energia avviene attraverso un trasferimento di molecole attraverso la membrana interna. Il numero di mitocondri in una cellula dipende dalla funzione cellulare. Le cellule muscolari, ad esempio, hanno molti mitocondri perché consumano molta energia.

I mitocondri possono essere identificati come corpi lisci e allungati che sono il secondo organello più grande dopo il nucleo. La loro caratteristica distintiva è la membrana interna piegata che conferisce all'interno dei mitocondri la sua struttura. Su una micrografia cellulare, le pieghe della membrana interna sembrano dita che sporgono all'interno dei mitocondri.

I lisosomi sono più piccoli dei mitocondri, quindi possono essere visti solo in immagini TEM altamente ingrandite. Si distinguono dai ribosomi per la membrana che contiene i loro enzimi digestivi. Possono essere spesso visti come forme arrotondate o sferiche, ma possono anche avere forme irregolari quando hanno circondato un pezzo di scarto cellulare.

La funzione dei lisosomi è quella di digerire la materia cellulare che non è più necessaria. I frammenti cellulari vengono scomposti ed espulsi dalla cellula. I lisosomi attaccano anche le sostanze estranee che entrano nella cellula e come tali sono una difesa contro batteri e virus.

I corpi del Golgi o le strutture del Golgi sono pile di sacchi e tubi appiattiti che sembrano essere stati pizzicati insieme nel mezzo. Ogni sacco è circondato da una membrana che può essere vista con un ingrandimento sufficiente. A volte sembrano una versione più piccola del reticolo endoplasmatico, ma sono corpi separati che sono più regolari e non sono attaccati al nucleo. I corpi del Golgi aiutano a produrre lisosomi e a convertire le proteine ​​in enzimi e ormoni.

I centrioli vengono in coppia e di solito si trovano vicino al nucleo. Sono piccoli fasci cilindrici di proteine ​​e sono una chiave per la divisione cellulare. Quando si osservano molte cellule, alcune potrebbero essere in fase di divisione e i centrioli diventano molto prominenti.

Durante la divisione, il nucleo cellulare si dissolve e il DNA trovato nei cromosomi viene duplicato. I centrioli creano quindi un fuso di fibre lungo il quale i cromosomi migrano alle estremità opposte della cellula. La cellula può quindi dividersi con ogni cellula figlia che riceve un complemento completo di cromosomi. Durante questo processo, i centrioli si trovano alle due estremità del fuso di fibre.

Tutte le cellule devono mantenere una certa forma, ma alcune devono rimanere rigide mentre altre possono essere più flessibili. La cellula mantiene la sua forma con un citoscheletro composto da diversi elementi strutturali a seconda della funzione cellulare. Se la cellula fa parte di una struttura più ampia come un organo che deve mantenere la sua forma, il citoscheletro è costituito da tubuli rigidi. Se la cellula può cedere sotto pressione e non deve mantenere completamente la sua forma, il citoscheletro è più leggero, più flessibile e costituito da filamenti proteici.

Quando si osserva la cellula su una micrografia, il citoscheletro si presenta come linee doppie spesse nel caso dei tubuli e linee singole sottili per i filamenti. Alcune cellule possono avere pochissime linee di questo tipo, ma in altre, gli spazi aperti possono essere riempiti dal citoscheletro. Quando si identificano le strutture cellulari, è importante mantenere separate le membrane degli organelli tracciando il loro circuito chiuso mentre le linee del citoscheletro sono aperte e attraversano la cellula.

Per un'identificazione completa di tutte le strutture cellulari, sono necessarie diverse micrografie. Quelli che mostrano l'intera cellula, o più cellule, non avranno abbastanza dettagli per le strutture più piccole come i cromosomi. Diverse micrografie di organelli con un ingrandimento progressivamente maggiore mostreranno le strutture più grandi come i mitocondri e quindi i corpi più piccoli come i centrioli.

Quando si esamina per la prima volta un campione di tessuto ingrandito, può essere difficile vedere immediatamente le diverse strutture cellulari, ma tracciare le membrane cellulari è un buon inizio. Identificare il nucleo e gli organelli più grandi come i mitocondri è spesso il passo successivo. Nelle micrografie a maggiore ingrandimento, gli altri organelli possono spesso essere identificati mediante un processo di eliminazione, alla ricerca di caratteristiche distintive chiave. I numeri di ogni organello e struttura danno quindi un indizio sulla funzione della cellula e dei suoi tessuti.