Cristina Cavazzuti
Daniela Damiano
Biologia
Cavazzuti, Damiano, Biologia © Zanichelli editore 2015
Capitolo 2 Il mondo della cellula
1. Le caratteristiche generali delle cellule
2. La membrana plasmatica
3. Il sistema delle membrane interne
4. Gli organuli dell’energia: mitocondri e cloroplasti
5. La cellula in movimento: citoscheletro, ciglia e
flagelli
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Lezione 1
Le caratteristiche
generali delle cellule
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1. La cellula è la più piccola unità di materia
in cui è organizzato un essere vivente
Nella seconda metà del Seicento Hooke poté osservare al microscopio
delle fettine di sughero e notò che erano costituite da tante piccole
cellette separate tra loro.
Egli chiamò queste singole unità cellule.
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1. La cellula è la più piccola unità di materia
in cui è organizzato un essere vivente
Le strutture fondamentali della cellula sono
• la membrana plasmatica, delimita la cellula separandola dalle
altre e dall’ambiente circostante;
• il citoplasma, è una soluzione gelatinosa nella quale si compiono
gran parte delle funzioni cellulari;
• il materiale genetico, è la sostanza in cui sono immagazzinate
tutte le informazioni per la regolazione delle attività cellulari.
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1. La cellula è la più piccola unità di materia
in cui è organizzato un essere vivente
In base all’organizzazione del materiale genetico e alla presenza di
comparti cellulari chiamati organuli si distinguono:
• le cellule procariotiche, tipiche di microrganismi come batteri e archei;
• le cellule eucariotiche, costituiscono tutti gli esseri viventi.
Le cellule hanno dimensioni molto
varie. La cellula uovo umana ha un
diametro di circa 0,1 mm, mentre
un virus misura circa 100 nm.
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2. Le cellule più semplici e più antiche
sono procariotiche
Nella cellula procariotica il materiale genetico è presente
sottoforma di un’unica molecola circolare, il cromosoma batterico.
La zona del citoplasma in cui si trova il DNA è detto nucleoide.
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2. Le cellule più semplici e più antiche
sono procariotiche
La parete cellulare
I flagelli consentono il
ha un rivestimento rigido.
movimento.
DNA
I pili consentono di aderire
alle superfici o ad altre cellule.
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3. La cellula eucariotica ha una struttura
molto più complessa di quella procariotica
Le cellule eucariotiche posseggono un
vero nucleo, circondato da una
membrana nucleare.
Il citoplasma è suddiviso in compartimenti
chiamati organuli, ciascuno dotato di
membrana che lo separa dall’ambiente
circostante.
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3. La cellula eucariotica ha una struttura
molto più complessa di quella procariotica
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4. Alcuni organuli sono tipici delle cellule
animali, mentre altri si trovano solo in
quelle vegetali
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Lezione 2
La membrana
plasmatica
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5. La membrana plasmatica è presente in
tutte le cellule sia procariotiche sia
eucariotiche
È costituita da un doppio strato di fosfolipidi, nel quale sono
inserite le molecole proteiche.
Viene descritta come un
mosaico fluido.
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6. La membrana plasmatica è
selettivamente permeabile
La diffusione è un meccanismo mediante cui delle particelle che si
muovono all’interno di un ambiente liquido o gassoso, si distribuiscono
uniformemente.
Si distribuiscono
secondo il
proprio
gradiente di
concentrazione.
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6. La membrana plasmatica è
selettivamente permeabile
Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili, cioè si
lasciano attraversare da alcune molecole ma sono impermeabili ad
altre.
Esistono due tipologie di meccanismi che
permettono il passaggio di sostanze dall’interno
all’esterno della membrana e viceversa: il
trasporto attivo, con dispendio di energia, e il
trasporto passivo, che con comporta consumo
energetico.
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7. Il trasporto passivo: diffusione e osmosi
Nella diffusione semplice le particelle tendono a transitare dalla zona
dove sono più concentrate a quella in cui sono meno concentrate.
Dunque la diffusione semplice è regolata dal gradiente di
concentrazione che permette di raggiungere l’equilibrio.
L’ossigeno e il diossido di carbonio, molecole
piccole e prive di carica, attraversano le
membrane per diffusione semplice. Non tutte le
molecole riescono ad attraversare la membrana
plasmatica per diffusione semplice.
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7. Il trasporto passivo: diffusione e osmosi
Grazie all’intervento delle proteine di membrana che hanno la funzione
di trasporto si formano dei canali che consentono il passaggio delle
molecole più grandi.
Questo processo è chiamato
diffusione facilitata ed un
tipo di trasporto passivo.
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7. Il trasporto passivo: diffusione e osmosi
Il processo di diffusione dell’acqua attraverso una membrana
semipermeabile è detto osmosi.
Qui sotto, un globulo
rosso posto in soluzioni
acquose a diversa
concentrazione.
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8. La parete vegetale limita l’afflusso di
acqua per osmosi
Il comportamento delle cellule vegetali in presenza di soluzioni acquose
a concentrazione diversa è differente rispetto a quello delle cellule
animali.
In ambiente isotonico la
cellula vegetale tende a
diventare flaccida.
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9. Il trasporto di sostanze attraverso la
membrana può comportare dispendio di
energia da parte della cellula
Il trasporto attivo
comporta dispendio
di energia da parte
della cellula e avviene
contro il gradiente di
concentrazione, per
mezzo di speciali
proteine di trasporto,
chiamate pompe.
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10. Le macromolecole o i frammenti
cellulari entrano ed escono dalla cellula
tramite vescicole
Le particelle di grosse
dimensioni a contatto con
la membrana plasmatica
vengono inglobate in una
vescicola (endocitosi).
Le vescicole con i materiali da
portare all’esterno si fondono
con la membrana plasmatica
(esocitosi).
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11. Le proteine di membrana svolgono
anche funzione di enzimi e recettori di
segnali
Le impronte molecolari conferiscono alla cellula una speciale identità
e sono caratteristiche di ogni individuo.
Gli enzimi di membrana velocizzano le reazioni.
I recettori sono piccole antenne molecolari che riconoscono i segnali
provenienti dall’esterno.
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Lezione 3
Il sistema delle
membrane interne
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12. Il nucleo contiene l’informazione
genetica
Il nucleo è circondato da una doppia membrana attraversata da pori
che permettono l’ingresso e l’uscita del materiale. Il nucleo contiene
l’informazione genetica della cellula, il DNA. Nei cromosomi risiedono
tutte le informazioni per dirigere le attività cellulari.
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13. Le biomolecole sintetizzate nel reticolo
endoplasmatico vengono elaborate
nell’apparato di Golgi
Il reticolo
endoplasmatico è
costituito da una serie
di sacchetti
membranosi collegati
tra loro; consente il
trasferimento delle
sostanze.
Il RER
sintetizza le proteine.
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Il REL sintetizza
fosfolipidi e
ormoni
steroidei.
13. Le biomolecole sintetizzate nel reticolo
endoplasmatico vengono elaborate
nell’apparato di Golgi
L’apparato del Golgi modifica le molecole prodotte dal reticolo
endoplasmatico.
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14. I vacuoli possono immagazzinare
sostanze nutritive
I vacuoli sono delle cavità circondate da
membrane e ripiene di liquido. Sono
particolarmente evidenti nelle cellule
vegetali.
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15. I lisosomi e i perossisomi demoliscono
le sostanze alimentari e di rifiuto delle
cellule
I lisosomi sono
organuli ricchi di
enzimi digestivi in
grado di
scomporre le
macromolecole
in molecole
I perossisomi demoliscono le
sostanze nocive per la cellula.
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semplici.
Lezione 4
Gli organuli dell’energia:
mitocondri e cloroplasti
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16. L’origine dei mitocondri e dei cloroplasti
Mitocondri e cloroplasti trasformano le sostanze in ingresso in
energia per la cellula.
I due organuli hanno caratteristiche comuni:
• dimensioni simili a una cellula procariotica;
• presentano una doppia membrana, la seconda è ripiegata a
formare creste;
• possiedono un DNA proprio;
• contengono ribosomi.
È probabile che si siano originati in un lontano passato grazie
all’incontro tra una cellula eucariotica primitiva e batteri
ancestrali.
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17. Nei mitocondri ha luogo la respirazione
cellulare, che libera l’energia contenuta
negli alimenti
Nei mitocondri si
svolgono le
reazioni della
respirazione
cellulare che
immagazzinano
energia sotto
forma di ATP.
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18. I cloroplasti trasformano acqua e
anidride carbonica in alimenti utilizzando
l’energia solare
I cloroplasti, contenuti
nelle cellule delle piante e
delle alghe, sono
circondati da una doppia
membrana.
La membrana interna si
I cloroplasti sono verdi perché contengono
una molecola verde, la clorofilla,
essenziale per la fotosintesi.
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ripiega a formare dischetti
impilati detti tilacoidi.
Lezione 5
La cellula al lavoro
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19. La respirazione cellulare ottiene energia
dal glucosio
Il glucosio è una molecola con un elevato contenuto energetico.
Il metabolismo del glucosio comprende tre processi:
• la glicolisi, processo anaerobico che permette di ricavare acido piruvico
e due molecole di ATP;
• la respirazione cellulare, che avviene in presenza di ossigeno e
trasforma tutte le molecole di acido piruvico in CO2 ricavando 32
molecole di ATP;
• la fermentazione, che in assenza di ossigeno trasforma l’acido piruvico
in acido lattico o alcol etilico, senza produzione di ATP.
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20. Le reazioni di ossidoriduzione
Si chiama reazione di ossidoriduzione o reazione redox una reazione in
cui una sostanza cede uno o più elettroni a un’altra sostanza.
• la riduzione è l’acquisto di uno o più elettroni da parte di un atomo,
un ione o una molecola;
• l’ossidazione è la perdita di uno o più elettroni.
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21. NAD e FAD sono molecole navetta che
trasportano elettroni
Il NAD (nicotinamideadenindinucleotide) e
il FAD (flavinadenindinucleotide) sono esempi di coenzimi, molecole
che favoriscono le reazioni enzimatiche. In particolare, agiscono da
trasportatori di elettroni durante le reazioni redox.
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22. La glicolisi avviene in tutti i tipi di
cellule
La glicolisi avviene nel
citoplasma della cellula. La
glicolisi produce acido
piruvico ed energia sotto
forma di ATP, e avviene in 10
tappe, ciascuna catalizzata da
uno specifico enzima.
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23. La respirazione cellulare avviene in
presenza di ossigeno
La respirazione cellulare ha sede nei mitocondri e avviene in
presenza di ossigeno.
La respirazione cellulare avviene in due fasi:
• il ciclo di Krebs: demolisce l’acido piruvico in CO2 e H2O;
• trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa.
Le reazioni del ciclo di Krebs avvengono nella matrice dei
mitocondri, mentre il trasporto di elettroni e la fosforilazione
avvengono nella membrana interna.
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23. La respirazione cellulare avviene in
presenza di ossigeno
Le fasi iniziali del ciclo di
Krebs:
Fase 1
Fase 2 e 3
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23. La respirazione cellulare
avviene in presenza di ossigeno
Le fasi finali del ciclo di Krebs:
Fase 4 e 5
Fase 6
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24. Bilancio energetico della demolizione
completa del glucosio
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25. La fermentazione può essere alcolica o
lattica
La fermentazione avviene nel citoplasma e non richiede ossigeno.
Ci sono due tipi di
fermentazione.
• fermentazione alcolica,
svolta dai lieviti;
• fermentazione lattica,
svolta da alcuni batteri e
dalle nostre cellule
muscolari.
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26. La fotosintesi clorofilliana: fase
luminosa e ciclo di Calvin
Il processo attraverso il quale gli organismi autotrofi producono
biomolecole a partire da sostanze inorganiche è detto fotosintesi.
La luce solare viene catturata da speciali molecole chiamate pigmenti,
sensibili alle radiazioni luminose. Il pigmento più diffuso è la
clorofilla.
La prima fase, detta fase luminosa, avviene in presenza della luce. La
seconda fase, chiamata ciclo di Calvin, avviene nello stroma ed è
indipendente dalla luce, ovvero non se ne serve direttamente.
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26. La fotosintesi clorofilliana: fase luminosa
e ciclo di Calvin
Durante la fase
luminosa avviene la
fotolisi, che si serve
dell’energia luminosa
per scindere l’acqua
in ossigeno, che
viene liberato
nell’atmosfera, e
idrogeno, con il quale
si produce NADPH.
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Durante il ciclo di
Calvin si produce il
glucosio secondo
questa equazione:
Lezione 6
La cellula in movimento:
citoscheletro, ciglia e
flagelli
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27. La cellula ha uno scheletro costituito da
proteine di varie dimensioni
Il citoscheletro è un sistema di
filamenti che costituiscono lo
scheletro e la muscolatura.
I microtubuli sono formati da
proteine cave e diritte che
conferiscono rigidità.
I microfilamenti sono costituiti da una
proteina (actina) capace di contrarsi.
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28. Ciglia e flagelli sono appendici
mobili delle cellule
Le appendici più corte e numerose sono le ciglia,
mentre quelle più lunghe sono i flagelli.
Le ciglia servono ai parameci per
muoversi; altri microrganismi si
servono delle ciglia per
convogliare sostanze nutritive.
Inoltre alcuni tessuti di molti
organismi pluricellulari sono
ricoperti di ciglia, che fungono da
strato protettivo.
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28. Ciglia e flagelli sono appendici
mobili delle cellule
Lo spermatozoo è una cellula
flagellata: lo scorrimento
coordinato dei microtubuli
conferisce al flagello un
movimento ondeggiante simile a
quello del serpente.
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