STUDIO ASSISTITO DI BIOLOGIA
Struttura e funzioni della cellula
a cura di Bottiglia F. e Pelliccioni A.
Struttura del DNA, duplicazione e
traduzione.
a cura di Costantini D. e Famà G.
• La cellula è l’unità fondamentale di tutti i viventi
• Tutti gli organismi sono formati da cellule (gli organismi unicellulari
sono formati da una sola cellula,gli organismi pluricellulari sono formati
dall’unione di più cellule specializzate per compiere diverse funzioni)
• Ogni cellula deriva da una cellula preesistente (ogni cellula è in grado
di produrre cellule uguali a se stessa attraverso la riproduzione)
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LA CELLULA
PROCARIOTE
•
Senza nucleo distinto
• Ridotto numero di
organuli
EUCARIOTE
• Nucleo distinto
(presente la membrana nucleare)
• Numerosi organuli
ANIMALE
VEGETALE
Nelle cellule procariote il materiale genetico (DNA) non è delimitato da una
membrana nucleare, è costituito da un unico filamento situato in una zona
chiamata nucleoide.
Nelle cellule eucariote il materiale genetico è presente sotto forma di
filamenti chiamati cromatina ed è racchiuso da una membrana nucleare
provvista di pori.
All’interno del nucleo è presente il nucleolo, organulo responsabile della
sintesi dell'RNA e sito di costruzione dei ribosomi. Si tratta di una struttura
fibrosa e è ben visibile al microscopio elettronico in quanto ha una
colorazione scura e appare come insieme di piccoli granuli.
LA CELLULA
è costituita da:
MEMBRANA
PLASMATICA
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MATERIALE
NUCLEARE
CITOPLASMA
(citosol + organuli)
Mitocondri
Ribosomi
Apparato di Golgi
Reticolo endoplasmatico
(liscio e rugoso)
Lisosomi e vacuoli
Cloroplasti
Citoscheletro
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Il mitocondrio è delimitato da una doppia
membrana; quella interna è ripiegata formando
creste mitocondriali immerse nella matrice in
cui sono presenti i ribosomi e filamenti di DNA.
La principale funzione dei mitocondri è quella di
produrre energia sotto forma di ATP, dalla
demolizione dei carboidrati in ambiente aerobico
(respirazione cellulare).
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Il ribosoma è formato da due sub unità di RNA e
proteine; partecipa alla sintesi proteica ed è
localizzato nel reticolo endoplasmatico rugoso.
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L’apparato di Golgi è costituito da un’insieme di sacchi
appiattiti impilati e connessi tra loro.
La principale funzione dell’apparato di Golgi è quella di
“impacchettare” (conferire alle proteine una struttura
terziaria o quaternaria) e smistare le sostanze
prodotte dal reticolo endoplasmatico.
I materiali prodotti vengono distribuiti attraverso
vescicole di trasporto per mezzo dell’esocitosi.
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Il Reticolo endoplasmatico è costituito da una serie di
tubuli o di sacchi all’interno dei quali avviene la
produzione di sostanze utili alla cellula.
Vi sono due tipi di reticolo, quello liscio e quello rugoso
(per la presenza sulla sua superficie di ribosomi)
Nel reticolo liscio si svolge la sintesi dei lipidi e
metabolismo dei glucidi.
Nel reticolo ruvido si svolge la sintesi proteica.
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I lisosomi, vescicole prodotte dall’apparato di Golgi
come centro di digestione e di riciclaggio di molecole
grazie alla presenza nel loro interno di enzimi digestivi.
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Il vacuolo è specializzato nel regolare la quantità
d’acqua presente nella cellula (riserva idrica),
garantendo così il turgore (rigonfiamento) che
contribuisce al sostegno cellulare.
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Il cloroplasto è un organulo caratteristico delle cellule
vegetali; delimitato da due membrane, presenta all’interno
strutture discoidali, i tilacoidi, impilati, chiamati grani,
contenenti clorofilla e immersi in una sostanza fluida
chiamata stroma.
Permettono la fotosintesi clorofilliana.
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Il citoscheletro è composto da filamenti e tubuli
(microtubuli) che sostengono e assicurano una posizione
ai singoli organelli. Conferisce una forma alla cellula.
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La membrana cellulare riveste, protegge la cellula e regola gli scambi
con l’esterno. È formata da un doppio strato di fosfolipidi e proteine di
membrana. I fosfolipidi sono molecole formate da una testa idrofila
(solubile in acqua) e una coda idrofoba (non solubile in acqua). Le testa
sono rivolte verso l’esterno del doppio strato. Le proteine (trans
membranali) attraversano il doppio strato. Il modello che rappresenta la
membrana è il mosaico fluido. Il colesterolo sulla superficie della
membrana assicura la fluidità. Caratteristica fondamentale della
membrana cellulare o plasmatica è la permeabilità selettiva. Gli
scambi con l’ambiente esterno sono regolati dai processi di diffusione,
osmosi, trasporto.
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Diffusione: passaggio di molecole piccole (Acqua, Ossigeno, Anidride
carbonica) seconde gradiente cioè da una maggiore a una minore
concentrazione.
Osmosi: si verifica in presenza di una membrana semipermeabile che non si
lascia attraversare dai soluti. Si osserva il passaggio dell’acqua contro gradiente
cioè da un ambiente ipotonico (minor concentrazione) a un ambiente ipertonico
(maggior concentrazione) nel tentativo di raggiungere l’equilibrio (soluzioni
isotoniche)
Trasporto: avviene attraverso le proteine di membrana. Il trasporto può essere
attivo o passivo. Si definisci trasporto passivo il passaggio di molecole
attraverso la membrana senza spesa di energia, secondo gradiente (da una zona
ipertonica ad una ipotonica). Si definisce passaggio attivo il passaggio di
molecole attraverso la membrana con la spesa di energia sotto forma di ATP.
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Il citoplasma è la sostanza viscosa compresa tra la membrana cellulare e
l'involucro nucleare; è formata da acqua, sali minerali e sostanze organiche, si
definisce soluzione colloidale (citosol). In esso si trovano degli organuli adibiti
alle varie funzioni che la cellula deve svolgere.
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1. Il DNA: struttura e funzioni
2. Duplicazione del DNA
3. Mutazioni genetiche
4. Trascrizione dell’informazione genetica
5. Sintesi proteica
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Il DNA: struttura e funzioni
Il DNA, l’acido desossiribonucleico, è un
polimero formato da quattro tipi diversi di
nucleotidi; esso ha una struttura a doppia
elica molto lunga e spiralizzata,
frammentata da pioli costituiti dalle
complementarità di basi azotate
specifiche.
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La funzione principale del DNA è trasportare l’informazione genetica
attraverso le generazioni seppur con parziali cambiamenti dovuti allo
scambio di geni durante il processo di duplicazione delle cellule che
lo contengono
La duplicazione del DNA, durante la
divisione cellulare, inizia da una
specifica sequenza di nucleotidi detta
punto d’origine della duplicazione sul
quale comincia a svolgersi il doppio
filamento con lo spezzamento dei legami
idrogeno tra le basi azotate grazie ad
enzimi come l’elicasi e la topoisomerasi.
Si forma una bolla di duplicazione
delimitata da strutture ad Y dette forcelle
di duplicazione.
Su uno dei due filamenti, detto filamento
stampo, scorre un ulteriore enzima, la
DNA-polimerasi, che sintetizza il nuovo
filamento e si occupa di correggere
eventuali errori (azione di
proofreading). La duplicazione avviene
in entrambe le direzioni per questo è detta
bidirezionale.
Basi
azotate
appaiate
forcelle
bolla
Punto
d’origine
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Cambiamenti nella sequenza o nel numero dei nucleotidi
nell’acido nucleico di una cellula o di un organismo
sono detti mutazioni genetiche.
Esse possono dare origine alla sostituzione di un
nucleotide con un altro (mutazione puntiforme), oppure a
perdita durante la duplicazione di materiale genetico
(delezione) oppure ad aggiunte di nucleotidi.
Le sostituzione di nucleotidi possono dar luogo a
mutazioni di senso, in cui un amminoacido viene
sostituito da un altro, o a mutazioni di non senso, in cui la
sintesi proteica termina in un modo prematuro.
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Le delezioni o le aggiunte di nucleotidi possono
provocare spostamenti del sistema di lettura e la
produzione di proteine nuove, che sfuggono alla
correzione da parte dell’enzima DNA-polimerasi, ma di
solito non sono funzionali.
Processo enzimatico per cui l’informazione genetica
contenuta in un filamento di DNA viene utilizzata per
specificare una sequenza complementare di basi in una
molecola di RNA detta messaggero.
L’RNA messaggero viene sintetizzato con lo stesso
principio dell’accoppiamento di basi azotate che regola la
duplicazione del DNA, ma il filamento è unico e da
un’estremità procede verso l’altra in un completamento
delle basi azotate rispetto al filamento stampo del DNA
RNA messaggero
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DNA: filamento stampo
Successivamente alla trascrizione dell’RNA messaggero, questo acido
nucleico esce dal nucleo e raggiunge il citoplasma in cui si lega ai
ribosomi. Il filamento di RNA per prima cosa si lega alla subunità più
piccola del ribosoma ponendo in evidenza il suo primo codone. Poi
giunge l’RNA di trasporto che si colloca secondo il criterio “codoneanticodone” portando con sé il primo amminoacido (in genere è la
metionina): si è formato il complesso d’inizio (mRNA, tRNA, subunità
più piccola). Da qui giungono altri tRNA che trasportano altri
amminoacidi che legandosi fra di loro creano una catena polipeptidica
complementare all’informazione trasportata dal RNA messaggero.
RIBOSOMA
Subunità più
grande
RNA
messaggero
tRNA +
ammin.
tRNA +
ammin.
tRNA +
ammin.
Codoneanticodone
Subunità
più piccola
Leg. peptidico
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Atomo di
idrogeno
OOH
N2H
Gruppo
amminico
H
C
Atomo di
carbonio
COOH
R
H2O
H2O
Radicale
Legame
peptidico
N2H
Gruppo
carbossilico
Base
azotata
P
Zucchero
a 5 atomi
di C
I nucleotidi sono
le unità che
compongono un
acido nucleico
(RNA o DNA)
Molecola con proprietà basiche, contenente
azoto. E’ una componente dei nucleotidi che
formano gli acidi nucleici: può essere una
purina o una pirimidina.
Una purina presenta una struttura a due anelli;
esempi sono l’adenina (A) e la guanina (G).
Una pirimidina presenta una struttura ad un
solo anello; esempi sono la citosina (C)e la
timina (T).
STRUTTURA PRIMARIA
Sequenza lineare di amminoacidi connessi da
legami peptidici.
STRUTTURA SECONDARIA
Foglio ripiegato o spirale prodotto dalla tensione
degli atomi di CO e NH.
STRUTTURA TERZIARIA
Struttura tridimensionale prodotta da
collegamenti tra i radicali ai lati degli
amminoacidi. Vengono creati i siti attivi.
Più catene polipeptidiche producono una QUARTA STRUTTURA tridimensionale, grazie
alla presenza di tasche, in cui avvengono specifiche reazioni chimiche.
Molecola proteica globulare che catalizza una specifica reazione
chimica accelerandola, abbassandone l’energia minima necessaria
affinché avvenga un processo ovvero d’attivazione della reazione.
La regione di questa molecola che ha proprietà funzionali si
chiama sito attivo, questa porzione aderisce al substrato, ossia la
molecola su cui agisce tale enzima.
Ogni enzima catalizza una specifica reazione senza modificare il
bilancio energetico della reazione stessa, ma solo abbassandolo.
Con ciò l’enzima non si consuma
Alcuni enzimi sono capaci di assorbire l’energia di una reazione
e di donarla in un’altra reazione
enzima
Reagente (o substrato)
Reagente (o substrato)