Cellula
eucariota
con
organuli
Le prime strutture cellulari sono state descritte nelle piante nel
Seicento e nel Settecento. Intorno alla metà del Seicento,
Marcello Malpighi nelle sue osservazioni microscopiche aveva individuato
nei tessuti vegetali corpuscoli che aveva chiamato utricoli.
La parola "cellula" fu introdotta pochi anni più tardi dallo studioso inglese
Robert Hooke che osservando al microscopio sottili fette di sughero, aveva
notato che ciascuna di esse era costituita da una rete di spazi
apparentemente vuoti, simili a piccole celle, che chiamò appunto "cellule".
Nel 1838 il botanico Mathias J. Schleiden
e il fisiologo Theodor Schwann in seguito
ad osservazioni condotte sulle piante e su
embrioni di rana e di maiale avanzarono
per la prima volta l’idea che tutti gli
organismi viventi fossero formati da
cellule.
La Teoria Cellulare
Schleiden e Schwann proposero la teoria
cellulare nel1838 che afferma :
Tutte le forme di vita sono costituite da
una o più cellule.
Le Cellule derivano solo da cellule
preesistenti.
La cellula è la più piccola forma di vita.
Schleiden
Schwann
Esistono due classi fondamentali di cellule: procariote ed
eucariote. Le due classi hanno in comune alcune
caratteristiche di base: in particolare tutte le cellule
possiedono una membrana cellulare (o membrana
plasmatica) molto sottile, il loro interno è costituito
dal citoplasma, tutte le cellule possiedono il materiale
genetico
Le cellule procariote non
possiedono nucleo
delimitato da membrana e
di conseguenza il loro
materiale genetico è
sparso nel citoplasma
Le cellule eucariote
possiedono al loro
interno un complesso
sistema di membrane e
vari organi in miniatura,
detti organuli, che
permettono alle cellule
di svolgere le loro
attività.
Sono inoltre
caratterizzate da
un nucleo circondato da
una membrana nucleare
che contiene il materiale
genetico organizzato in
elementi detti
cromosomi.
Una cellula eucariota
animale
Una cellula eucariota
animale
La membrana cellulare
Ciascuna cellula eucariota è racchiusa in una membrana il cui spessore può
variare da 7 a 10 nanometri, cioè da 7 a 10 milionesimi di millimetro. Essa
non è visibile con il microscopio ottico mentre al microscopio elettronico
appare come una sottile linea doppia.
Questa membrana plasmatica, o membrana cellulare, delimita l’estensione
della cellula e contribuisce a mantenerla separata dall’ambiente circostante;
inoltre controlla l’entrata di sostanze nutritive e l’uscita di quelle di rifiuto
• LA MEMBRANA PLASMATICA
RACCHIUDE LA CELLULA ,DAI BATTERI
ALLE CELLULE UMANE, CONSENTE DI
SEPARARE IL CONTENUTO
CELLULARE DALL’AMBIENTE
ESTERNO E PERMETTE LO SCAMBIO
DI MATERIALI ED ENERGIA
• LA MEMBRANA CITOPLASMATICA è COSTITUITA DA
UN DOPPIO STRATO DI FOSFOLIPIDI E PROTEINE
Struttura dei fosfolipidi
• Un fosfolipide è costituito dal glicerolo alcool
trivalente formato da tre atomi di carbonio
ognuno dei quali possiede un gruppo
ossidrile,questi OH sono importanti perché
costituiscono punti di legame
Due gruppi OH si legano ad acidi grassi
formando le cosi dette code idrofobe,il terzo si
lega al gruppo fosfato per formare la testa
idrofila.
Il gruppo fosfato solitamente si lega ad una
molecola organica(anch’essa idrofila)tipica a
seconda del tipo cellulare e quindi della sua
funzione
GLICEROLO:ALCOO
L TRIVALENTE
FORMATO DA TRE
ATOMI DI
CARBONIO CHE
HANNO OGNIUNO
UN GRUPPO
OSSIDRILE CHE
SONO PUNTI DI
LEGAME
Gli acidi grassi,.
Sono gli
ingredienti
costitutivi di
quasi tutti i lipidi
complessi e dei
grassi vegetali e
animali.
I fosfolipidi
Comportamento dei fosfolipidi in un mezzo acquoso.
Le membrane sono semifluide
• I fosfolipidi all’interno del doppio strato hanno
movimenti spontanei e anche movimenti di flipflop che non avvengono spontaneamente
• Ancora la presenza di colesterolo stabilizza le
membrane, in relazione alla temperatura
,limitando più o meno il movimento dei fosfolipidi
A temperature alte il colesterolo rende la
membrana meno fluida,a basse temperature la
rende più fluida(evitando il congelamento)
Le membrane sono semifluide
• Le molecole anche se sono strettamente associate le
une alle altre hanno la capacità di muoversi
all’interno della membrana
• In una sostanza liquida le molecole possono
muoversi in tre direzioni mentre nella membrana
semifluida(movimento bidirezionale) i lipidi possono
ruotare intorno al loro asse e muoversi lateralmente
nel piano di un singolo strato.Questi movimenti sono
energeticamente favoriti .
movimenti di flip-flop
• Cioè il passaggio di un fosfolipide da un foglietto
al foglietto opposto ,non avvengono
spontaneamente poiché le teste polari devono
attraversare completamente la regione idrofoba
del doppio strato e necessitano dell’intervento di
un enzima,la flippasi,e di ATP
Le proprietà biochimiche dei
fosfolipidi hanno un effetto sulla
fluidità della membrana
1)Più le catene degli acidi grassi sono corte,meno
facilmente interagiscono tra di loro,e questo
rende la membrana più fluida.
2)Presenza di uno o più doppi legami nella coda
idrofoba(catene idrocarburiche di acidi grassi )
rende il lipide insaturo,distorcendo la coda e
rendendo difficili le interazioni con le code
vicine;il doppio strato è reso più fluido
3)Presenza di colesterolo
3)il colesterolo, con l'anello idrofobico si
inserisce nella membrana. L'inserimento della
molecola "distanzia" tra loro i fosfolipidi, così
che la membrana sia meno compatta e più
fluida.
Il colesterolo è costituito da 4 anelli carboniosi
(di cui uno dotato di un groppo –OH che
conferisce proprietà alcoliche) legati tra loro
ed una coda idrocarburica.
• Un livello ottimale di fluidità è
essenziale per la normali funzioni
cellulari,per la crescita e la divisione
• Le cellule si adattano ai cambiamenti di
temperatura modificando la
composizione lipidica delle loro
membrane
Ad es i pesci quando la temp dell’acqua si
fa più fredda incorporano più colesterolo
nelle loro membrane rendendole più
fluide
Membrana plasmatica:doppio
strato di fosfolipidi e proteine
• Nella membrana sono anche presenti le
proteine responsabili della maggior
parte delle sue funzioni
• Le proteine possono legarsi alla
membrana in due modi diversi e per
questo sono dette periferiche e
intrinseche
Proteine di membrana
Proteine integrali
• Proteine trasmembrana
• Proteine ancorate ai lipidi
Queste proteine non possono essere rimosse
senza distruggere l’integrità della membrana
Proteine periferiche
• Proteine associate alle parti di proteine
intrinseche che sporgono dalla membrana
• Proteine associate alle teste polari dei
fosfolipidi.
Proteine integrali
o intrinseche
• posseggono una porzione completamente immersa
nella parte idrofobica del doppio strato lipidico e
pertanto questa porzione di proteina avrà caratteristiche
chimiche idrofobe(tipi di aminoacidi) e una parte esterna
idrofila.
Il legame attraverso i lipidi di ancoraggio è covalente
ed si istaura tra il lipide e un’aminoacido della catena
laterale di una proteina e le code dell’acido grasso
tengono la proteina strettamente legata alla membrana.
Queste proteine non possono essere rimosse senza
distruggere l’integrità della membrana
Proteine periferiche
Non interagiscono con la regione
idrofoba della membrana, si legano
attraverso legami non covalenti
(ionici o ad idrogeno) e possono essere
rimosse senza distruggere l’integrità
della membrana
Si legano:
• alle parti di proteine intrinseche che
sporgono dalla membrana
• Alle teste polari dei fosfolipidi.
Proteine di membrana
Le proteine di membrana possono
legare carboidrati
Le proteine legate a carboidrati sono dette
glicoproteine
I lipidi legati a carboidrati sono detti glicolipidi
I carboidrati possono essere di vario tipo andando
a costituire per così dire l’impronta digitale della
cellula;sono anche implicati nel riconoscimento
cellula-cellula e nel comportamento cellulare
Attività
delle
proteine di
membrana
Attività
delle
proteine di
membrana
Funzioni della membrana
•
•
•
•
Separa ambiente interno-esterno
Regola passaggio materiali
Separa le cellule le une dalle altre
Separa i vari organuli cellulari dal mezzo
circostante
• Costituisce un ampia superficie sede di
numerose reazioni chimiche
• Costituisce un sito per i recettori(es.legami
con vari tipi di carboidrati differenziando i vari
tipi cellulari)
Permeabilità selettiva
È essenziale per il mantenimento
dell’omeostasi,ossia un ambiente interno
relativamente costante a dispetto delle
fluttuazioni dell’ambiente esterno
Trasporto di membrana
• A seconda del meccanismo con cui una sostanza entra
od esce dalla cellula attraverso la membrana
citoplasmatica, si parla di:
• TRASPORTO PASSIVO: diffusione semplice, diffusione
facilitata e osmosi (che è un particolare tipo di diffusione)
• TRASPORTO ATTIVO
• La diffusione è il processo nel quale un soluto si muove
da una regione a maggiore concentrazione ad una a
minore concentrazione
Diffusione semplice
• Quando il soluto passa attraverso la
membrana seguendo il solo gradiente di
concentrazione
Diffusione facilitata
• Quando il passaggio del soluto attraverso la
membrana necessita dell’intervento di
proteine transmembrana.
Avviene sempre secondo gradiente di
concentrazione
Diffusione semplice
La diffusione semplice
La diffusione di molecole di
ossigeno attraverso
la membrana plasmatica
Diffusione facilitata
• La diffusione facilitata avviene quando le
molecole attraversano la membrana
aiutate da particolari strutture presenti
nella membrana (pori o proteine di
trasporto), che ne aumentano la velocità di
passaggio. Avviene sempre secondo
gradiente di concentrazione
DIFFUSIONE FACILITATA proteine canali :secondo
gradiente di concentrazione attraverso canali proteici che
fungono da pori attraverso i quali può avvenire la diffusione
semplice degli ioni e delle molecole idrofile
Diffusione facilitata: Proteine carrier
• Legano specifici soluti in una tasca idrofila,
posta su un versante della membrana,subiscono
un cambiamento conformazionale che porta la
tasca nel versante opposto.
Questa forma di trasporto non richiede consumo di
energia in quanto il gradiente di concentrazione
è favorevole al passaggio
Vengono trasportate cosi
zuccheri,aminoacidi,nucleotidi,alcuni ormoni ed
anche i prodotti di scarto del metabolismo
cellulare
• Per esempio, una molecola di glucosio, trasportata
dal sangue, si lega al sito di legame di una proteina
di trasporto specifica per il glucosio. Molto
probabilmente, la formazione del legame provoca
nella proteina un cambiamento di forma tale da
permettere alla molecola di glucosio di passare da
una parte all’altra della membrana.
• Anche altre molecole idrofile, come gli aminoacidi,
attraversano la membrana plasmatici in questo
modo.; la concentrazione del glucosio è maggiore
all’esterno della cellula che all’interno di essa, per cui
il glucosio entra nella cellula sospinto dal suo
gradiente di concentrazione.
osmosi
• la diffusione delle molecole d’acqua attraverso
una membrana semipermeabile(che quindi non
permette il passaggio di un dato soluto) prende il
nome di osmosi.
• L’osmosi è il movimento spontaneo delle
molecole d’acqua attraverso una membrana
semipermeabile da una regione in cui la
concentrazione del soluto è minore ad una
regione in cui la concentrazione del soluto è
maggiore.
• Per diffusione semplice le molecole di zucchero
tenderebbero a muoversi dalla soluzione in cui sono
più concentrate verso quella in cui sono meno
concentrate. Tuttavia, la membrana non permette
questo flusso perché non consente il passaggio delle
molecole di zucchero; poiché la soluzione più diluita
contiene più molecole d’acqua della soluzione
concentrata, questa differenza di concentrazione
provoca invece la diffusione delle molecole d’acqua
dalla soluzione più diluita verso quella più
concentrata.
Man mano che l’acqua si trasferisce nella soluzione
concentrata, nel lato della membrana dove c’è la
soluzione concentrata aumenta la pressione
esercitata dall’acqua che si oppone al passaggio di
altra acqua. Questa pressione è detta pressione
osmotica.
Quando la concentrazione
dell’acqua all’esterno di una cellula
è superiore a quella del suo interno
(ovvero le sostanze sono più
concentrate all’interno della
cellula) si dice che la soluzione
esterna è ipotonica rispetto
all’ambiente interno; l’acqua tende
ad entrare nella cellula e la cellula
si gonfia
Effetto dell’osmosi sui globuli
rossi
Quando la concentrazione delle
molecole d’acqua è
maggiore all’interno rispetto
all’esterno della cellula
(ovvero le sostanze sono più
concentrate all’esterno
la cellula si trova in una situazione
ipertonica, l’acqua tende ad
uscire e la cellula a disidratarsi e a
raggrinzire.
Effetto dell’osmosi sui globuli rossi
Se i liquidi intercellulari ed
extracellulari hanno la
medesima concentrazione non vi è
spostamento delle
molecole d’acqua e i due ambienti
sono isotonici
Effetto dell’osmosi sui globuli rossi
ESPERIMENTO: per verificare
quanto detto sopra ed osservare il
rigonfiamento o il raggrinzimento
della
cellula prendete alcuni chicchi di
uva sultanina e:
1. mettetene alcuni in un bicchiere
d’acqua
2. altri in una soluzione satura di
zucchero (cioè aggiungete zucchero
all’acqua finché questo
non si sciogli più)
….e osservate cosa accade
fornendone le spiegazioni in base a
quanto detto sopra.
Se il trasporto passivo fosse l’unico sistema disponibile per
attraversare la membrana plasmatica, le cellule dipenderebbero
totalmente dai gradienti di concentrazione. In realtà, alle cellule
occorre che certi soluti siano presenti in maggior concentrazione al
loro interno che al loro esterno ( o viceversa), mentre per sua
natura il trasporto passivo tende a rendere uguale su entrambe i lati
della membrana la concentrazione di qualsiasi soluto.
.
Per esempio le cellule del fegato devono trattenere una grande quantità
di glucosio, poiché il fegato è il principale organo in cui questa
sostanza viene immagazzinata. Il trasporto passivo tenderebbe invece
a far diffondere le molecole di glucosio, così abbondanti nelle cellule
del fegato, al di fuori di queste e a riammetterle nel flusso sanguigno.
Trasporto attivo
La soluzione adottata dalla cellula per muovere i soluti in senso
contrario al loro gradiente di concentrazione si chiama trasporto
attivo il quale, per funzionare, richiede sempre, da parte della
cellula, proteine trasportatrici e una spesa di energia.
Per far ciò la cellula si avvale di pompe chimiche, per far
funzionare le quali la cellula spende energia. La fonte di energia
necessaria per far funzionare queste pompe chimiche è costituita in
genere dall’ATP.
Pompa sodio-potassio
• È una delle proteine di trasporto attivo
più diffusa presente in tutti i tipi di eucarioti
• Essa trasporta ioni sodio fuori dalle cellule
e ioni potassio all’interno delle stesse
contro gradiente di concentrazione
questa pompa oltre ad essere una proteina
è anche un enzima(ATPasi adenosina
trisfosfatasi)e come tale idrolizza l’ATP
usando l’energia per formare i gradienti
ionici.
Uno dei più importanti e meglio studiati meccanismi di trasporto
attivo è quello che va sotto il nome di pompa sodio-potassio.
La cellula usa la pompa sodio-potassio per mantenere un’alta
concentrazione di ioni K+ al suo interno e un’alta concentrazione
di ioni Na+ al suo esterno.
• 3 ioni sodio escono dalla cellula e 2 ioni
potassio entrano con idrolisi di una
molecola di ATP
A seguito di ogni ciclo si avrà il trasporto
di una carica netta positiva all’esterno
della cellula e la conseguente
formazione di un gradiente
elettrochimico che sta alla base di
importanti funzioni cellulari
• la membrana ne risulta polarizzata;si
determina un gradiente elettrochimico in
cui viene accumulata energia che può
essere disponibile per altri tipi di lavori
cellulari
pompa Na/K GENERA UN GRADIENTE ELETTROCHIMICO IMPLICATO NELLA
CONDUZIONE DEL POTENZIALE DI AZIONE OSSIA IL SEGNALE TRASMESSO
DALLE CELLULE NERVOSE
Trasporto attivo
Movimento di soluti contro gradiente di
concentrazione necessita dell’apporto di energia
• Il trasporto attivo primario utilizza direttamente
l’energia (idrolisi dell’ATP)per trasportare un soluto
contro gradiente
Es. trasporto di ioni H+ per generare un gradiente
elettrochimico
• Il trasporto attivo secondario sfrutta un gradiente
preesistente per effettuare il trasporto attivo
Es. usare il gradiente elettrochimico dello ione
H+,prodotto da una specifica pompa,per trasportare
un’altra molecola come il saccarosio
Cellule animali simporti Na+/soluti
Trasporto attivo primario e Trasporto attivo
secondario
Pompe ATP-dipendenti
• Generano i gradienti elettrochimici
• Pompa Na+/K+ ATPasi
TRASPORTO DI MATERIALI DI GRANDI DIMENSIONI
Macromolecole e particelle di grosse dimensioni vengono
trasportate mediante esocitosi ed endocitosi
I meccanismi impiegati in casi del genere sono
l’ENDOCITOSI quando si tratta di introdurre materiali
nella cellula, e l’ESOCITOSI quando si tratta di
espellerli. Ciò che hanno in comune questi meccanismi è
l’uso di vescicole, cioè di minuscoli sacchetti delimitati
da una membrana che, a seconda dei casi, si staccano
dalla membrana plasmatici o si fondono con essa.
esocitosi Nell’esocitosi una vescicola di trasporto –carica per
esempio di proteine o prodotti di rifiuto – migra fino alla membrana
palsmatica e si fonde con essa. Successivamente questo tratto della
membrana si apre e quello che era il contenuto della vescicola viene
rilasciato nel liquido extracellulare.
Endocitosi :introflessione della membrana cellulare a forma di
tasca che accoglie le molecole da inglobare. La tasca si chiude
formando una vescicola, che contiene al suo interno le molecole da
portare dentro la cellula. La vescicola si stacca dalla membrana e
migra nel citoplasma.
FAGOCITOSI
È un tipo di endocitosi per mezzo della quale le cellule inglobano
particelle solide di grandi dimensioni o addirittura altre cellule. La
membrana plasmatica si infossa, ingloba le particelle solide e poi si
racchiude intorno ad esse;si stacca poi una vescicola che viene
trasportata nel citoplasma ; la vescicola si fonde con un
lisosoma che contiene gli enzimi necessari a demolire le particelle
o la cellula inglobata.
FAGOCITOSI
PINOCITOSI
E’ un meccanismo di endocitosi con il quale vengono inglobate piccole
goccioline di sostanze allo stato liquido ( si tratta soprattutto di acqua
con qualche soluto in soluzione). Diversamente dalla fagocitosi, non si
forma una sola vescicola, ma tante piccole vescicole, visibili solo al
microscopio elettronico.
Nell’endocitosi mediata da recettori, una molecola
specifica lega una proteina recettrice determinando la
formazione di una vescicola.
Citoscheletro
Citoscheletro
Un sistema di filamenti proteici, denominato citoscheletro,
è presente nel citosol di tutte le cellule animali e vegetali.
Nelle cellule animali, che mancano di una parete cellulare
rigida, questo sistema ha un'importanza particolare, in
quanto contribuisce a mantenere la struttura e la forma
della cellula.
Il citoscheletro fornisce un'impalcatura per l'organizzazione
interna della cellula e un punto di ancoraggio per organuli
ed enzimi.
Esso, inoltre, permette alla cellula di compiere alcuni
movimenti. In molti tipi di cellule il citoscheletro è una
struttura dinamica, che viene continuamente scomposta e
riassemblata.
E' costituito da tre tipi principali di filamenti proteici:
microtubuli, filamenti di actina e filamenti intermedi,
connessi sia tra di loro che con altre strutture cellulari
grazie a numerose proteine accessorie
Microtubuli
 e  tubulina
Fil. Intermedi.
Microfil. Actina
Microtubuli
• Lunghe strutture cilindriche cave composte
da tubulina(25nm diam).Il microtubulo è una
struttura polare che si può allungare
dall’estremo positivo e disassemblare da
entrambi. Oscilla tra una fase di
assemblaggio(allungamento) e di
accorciamento che permette diverse attività
cellulari(divisione cellulare,ancoraggio degli
organuli ecc..)
• Il luogo dove si formano i microtubuli è il
CENTROSOMA localizzato vicino al nucleo
Struttura e funzione
 e  tubulina formano
dimeri
• Funzione:
Componenti strutturali
di ciglia e flagelli –
mov. Cromosomi –
durante la divisione
cellulare,
ancoraggio organuli
FILAMENTI INTERMEDI
• Formati da un gruppo eterogeneo di
fibre proteiche che si legano tra di loro
formando una struttura a spirale(10nm
diam)
• Funzione: stabilizzare la forma della
cellula,azione meccanica all’interno del
citoplasma
• Presenti solo in alcuni gruppi animali,tra
cui i vertebrati(es cheratine che si
trovano nelle cellule epiteliali della pelle)
MICROFILAMENTI
filamenti di actina
• Due cordoni intrecciati di molecole di actina
(diam.7nm).Strutture polari che possono accrescersi
dall’estremità positiva.Conferiscono resistenza hanno
ruolo nella forma cellulare
• .Sono disperse nel citoplasma ma maggiormente
presenti sotto la memb. citoplasmatica alla quale
sono ancorati con l’estremità negativa
• Nelle cellule muscolari l’acina+la miosina permettono
la contrazione muscolare
• Nelle cellule non muscolari actina +miosina formano
strutture contrattili coinvolte nei movimenti
cellulari,generando il movimento attraverso un rapido
assemblaggio e disassemblagio
Le proteine motrici
interagiscono con i microtubuli
o con i filamenti di actina per
promuovere i movimenti
cellulari
Proteine motrici
• Utilizzano molecola di ATP per consentire
il movimento ossia sono in grado di
convertire l’energia chimica scaturita
dall’idrolisi dell’ATP in lavoro meccanico
tramite cambiamenti conformazionali
• Una proteina motrice è costituita da tre
domini: TESTA-CERNIERA -CODA
La proteina motrice passeggia lungo il
filamento
Funzioni delle proteine
motrici
CIGLIA E FLAGELLI
• Sono appendici cellulari il cui movimento è
determinato dalla presenza di microtubuli e di
proteine motrici.
• Sono strutture cilindriche costituite da una
membrana che racchiude una matrice in cui è
presente una struttura detta ASSONEMA,
costituita da microtubuli che si generano dai
CORPI BASALI che si trovano ancorati alla
membr. citoplasmatica.Nell’assonema è
presente anche una proteina motrice,DINEINA e
proteine leganti che tengono assieme
l’assonema stesso
Movimento ciglia e flagelli
• Questo movimento coinvolge la propagazione di
un’ansa che inizia alla base della struttura e
procede verso l’apice.
il piegamento avviene con l’idrolisi dell’ATP e
l’attivazione della dineina che tenta di
camminare lungo i microtubuli ma che a causa
della forza esercitata dalle proteine leganti ha
come effetto finale il piegamento del
microtubulo.le dineine alla base della struttura
sono attivate per prime e così via verso l’apice
Gli organuli cellulari
• Non tutte le cellule possiedono gli stessi
organuli; negli organismi pluricellulari, a seconda
della specializzazione che assumono potranno
essere presenti numerose eccezioni rispetto al
modello base.
Giusto per citare un esempio, i globuli rossi sono
strutture cellulari prive, a maturità, del nucleo
RER, REL,
apparato del Golgi,
vacuoli,
perossisomi,
mitocondri,
plastidi,
cloroplasti,
ribosomi,
lisosomi
MITOCONDRI
Sono organuli di forma allungata ( da 0,5
a 2 micrometri) e sono le centrali
energetiche delle cellule.
Sono costituiti da due membrane, la più
interna ripiegata a formare delle creste
mitocondriali, che aumentano la superficie
attiva del corpuscolo.
In questi organuli avviene la demolizione
del glucosio e la produzione di molecole
ricche di energia utilizzabile dalla cellula.
Il loro numero varia da cellula a cellula;
ad es. nelle cellule del fegato possono
essere tra 1000 e 1600, mentre nell'oocita
sono anche 30.000.
Questi organuli contengono, al loro
interno, un filamento di DNA a forma
circolare e piccoli ribosomi che servono
per la sintesi di proteine specifiche del
metabolismo degli zuccheri.
I mitocondri hanno una struttura
particolare, osservabile al microscopio
elettronico: ciascun mitocondrio si
presenta come un corpuscolo dalla
caratteristica forma a fagiolo, delimitato
da due membrane separate, la più
interna delle quali presenta numerose
pieghe (dette creste).
I mitocondri costituiscono la sede dei
processo di respirazione cellulare,
mediante il quale la cellula ricava
energia (sotto forma di molecole di
ATP) bruciando molecole di glucosio,
derivanti dalla demolizione delle
sostanze nutritive, in presenza di
ossigeno.
Il DNA mitocondriale Le funzioni delle cellule eucariotiche sono
definite dal DNA nucleare, tuttavia i mitocondri hanno un proprio
DNA. Nell'uomo il DNA mitocondriale è coinvolto nella produzione di
proteine necessarie alla respirazione cellulare. Nell'uomo i mitocondri
sono ereditati per linea materna. Nel passaggio del mtDNA da
genitore materno alla prole si passa la totalità del DNA, a differenza
dei geni autosomici che ne trasferiscono solo il 50%. È necessario
considerare che se anche il DNA mitocondriale ricombina (come
quello nucleare), ricombina sempre con frammenti di se stesso
all'interno dello stesso mitocondrio.
Mitocondrio al
microscopio
elettronico
I ribosomi
Strutture non circondate da membrana
costituite da due sub-unità una maggiore
ed una minore ciascuna formata da
RNAribosomiale e proteine
I ribosomi contengono gli enzimi
necessari a formare il legame peptidico
che unisce un aminoacido ad un altro.
Sono quindi responsabili della sintesi
proteica
Reticolo Endoplasmatico
Liscio (REL)
è costituito da un sistema di vescicole appiattite
che consentono lo spostamento delle sostanze
da una parte all’altra della cellula è la sede della
sintesi dei fosfolipidi ,a partire da acidi
grassi,glicerolo,fosfato e gruppi polari,tutti
elementi prodotti per mezzo di enzimi nel citosol
oppure introdotti attraverso la dieta, e delle
glicoproteine necessarie per la costruzione
della membrana.
Glicoproteine:proteine legate
a carboidrati
Reticolo
Endoplasmatico
Liscio
↓
Reticolo endoplasmatico ruvido
Una rete tridimensionale di sacche,
dette cisterne, delimitate da membrane
e tra loro comunicanti, ma connesse anche
alla membrana nucleare.
Questi compartimenti circondano il nucleo
estendendosi nel citoplasma,e presentano
sulla loro superficie i ribosomi
Lo spazio interno ai compartimenti è detto
lume. ll lume e le membrane contengono
gli enzimi impegnati in molte reazioni
chimiche
Apparato del Golgi
Pile di cisterne appiattite, anch'esse
delimitate da membrane, costituiscono,
invece, l'apparato di Golgi, che riceve
le molecole sintetizzate nel reticolo
endoplasmatico, le elabora e le
indirizza a diversi siti interni o esterni
alla cellula
Il RE ruvido è associato al App.del Golgi
Infatti sono strettamente associati dal punto di vista funzionale:
Le proteine provenienti dal
RER giungono al Golgi dove
vengono modificate
chimicamente,impachettate
ed ordinate i gruppi differenti,
a secondo della loro diversa
destinazione,e concentrate in
vescicole secretrici
Cellula pancreatica
RER
app Golgi
Granuli di
zimogeno
Si definisce zimogeno (o proenzima) un precursore inattivo di un enzima. Esso
infatti richiede la rottura di uno o più legami peptidici specifici per divenire un
enzima attivo. Cellula pancreatica il cui nucleo provvede a far sintetizzare,nel
RER,una proteina(enzima)nella sua forma inattiva che presenta un pezzo in più
che serve per bloccarne il sito attivo.Da qui viene trasferita al Golgi da cui si
staccano delle vescicole contenenti il proenzima,i granuli di zimogeno,che
raggiungono la membrana citoplasmatica si fondono con essa e riversano il loro
contenuto nel lume intestinale dove sono presenti enzimi proteolitici che
convertono l’enzima nella sua forma attiva così da poter svolgere la sua funzione
digestiva
Lisosomi, perossisomi e vacuoli
I perossisomi
sono vescicole delimitate da membrana,
che costituiscono un
ambiente isolato e circoscritto per reazioni
nel corso delle quali vengono
generate e demolite forme particolarmente
pericolose e reattive dei perossidi
di idrogeno.
vacuoli Contengono fluidi o materiale
solido.Si formano inseguito alla fusione di
vescicole di membrana più piccole. In essi
vengono accumulate scorie del
metabolismo cellulare
Le funzioni sono molteplici:vacuoli
contrattili,vacuoli fagocitici,vacuoli di
deposito.
I lisosomi sono organuli cellulari
che si formano per distacco dal
complesso di Golgi. Sono piccole
vescicole osservabili all'interno del
citoplasma. Contengono enzimi
idrolitici,le idrolasi acide in grado di
degradare diversi tipi di
macromolecole
La loro funzione è quella di
svolgere la digestione cellulare,
proprio per questo motivo si
fondono con i vacuoli contenenti
particelle alimentari ingerite dalle
cellule
Fra il reticolo endoplasmatico,
l'apparato di Golgi, i lisosomi, la
membrana plasmatica e l'ambiente
extracellulare esiste uno scambio
continuo di sostanze, mediato da
vescicole che si staccano dalla
membrana di un organulo per
fondersi con quella di un altro.
NUCLEO
•
•
•
•
•
Materiale genetico
Involucro nucleare
Pori nucleari
Nucleoli(sintesi ribosomi)
5µm
• Il DNA del nucleo associato alle
proteine forma la CROMATINA( rete
costituita da filamenti e granuli)
• La cromatina spiralizzata durante la
divisione cellulare diventa visibile sotto
forma di strutture:CROMOSOMI
• L’informazione ereditaria contenuta nei
cromosomi,è localizzata in segmenti di
DNA :GENI
Nucleoli
• Strutture non circondate da membrana
• In essi l’rRNA si lega a molecole
proteiche(sintetizzate nel citoplasma e
poi importate nel nucleo) per formare i
ribosomi.
• Quindi assemblaggio delle due subunità. I ribosomi fuoriescono dal nucleo
(attraverso i pori della memb.nucleare)e
raggiungono il citoplasma e il RER.
La cellula procariota
I Procarioti, sono gli organismi completi più
semplici e abbondanti sulla terra.
Sono organismi solo unicellulari, anche se
possono essere raggruppati tramite pareti
comuni o mucillagini.
• Privi di organelli delimitati;
• membrana plasmatica ripiegata e
convoluta all’interno.
•Molto variabili come metabolismo, sia
eterotrofi che autotrofi.
•Privi di nucleo organizzato e protetto,
possiedono un solo cromosoma circolare;
•riproduzione asessuata, anche se
possono effettuare ricombinazione genica.
I Procarioti
Presenti in tutti gli habitat,
possono vivere in ambienti
estremi; alcuni sono anaerobi
obbligati, altri anaerobi
facoltativi; possono sopportare
temperature altissime (fino a
360°C) e rimanere quiescenti
tra -7° e -14°C. Resistono
ad alte pressioni e a valori di
pH molto alcalini (11.5).
FORME
• Bacilli,
•Cocchi,
• Spirilli.
I cocchi sono spesso
raggruppati in colonie, i
bacilli tendono ad essere
isolati.
bacilli
Spirilli
cocchi
PARETE CELLULARE
• Costituita da matrice di polisaccaridi legati da corte
catene peptidiche, insieme costituiscono un’unica grande
molecola (peptidoglicano);
–batteri gram-positivi, presentano la parete sopra
descritta
–batteri gram-negativi,presentano il peptidoglicano
ricoperto da uno strato lipopolisaccaridico, responsabile
della resistenza ad alcuni antibiotici (es. penicillina),
sensibili invece all’eritromicina.
• All’esterno, possono formare un glicocalice, costituito
da fibrille polisaccaridiche, con ruolo adesivo, implicato
probabilmente nelle prime fasi delle infezioni batteriche.
• Esternamente a tutto, spesso presenza di una capsula,
strato gelatinoso, polisaccaridico,secreto attraverso la
parete, facilmente separabile dalle cellule.
CITOPLASMA
• Delimitato da membrana plasmatica con faccia
interna ricca di enzimi.
• Presenti molti ribosomi.
•Una molecola di DNA circolare a doppio filamento, da
700 a 1000 volte più lungo della cellula che lo
contiene.
• Quasi sempre presenti corti filamenti di DNA
circolare, plasmidi.
I plasmidi sono piccoli filamenti circolari di DNA superavvolto a
doppia elica, distinguibili dal cromosoma batterico per le loro
dimensioni ridotte. Il materiale genetico che li contraddistingue
permette all'organismo ospite di svolgere varie funzioni non
essenziali, ma conferiscono alla cellula proprietà speciali (es
resistenza agli antibiotici). I plasmidi sono capaci di spostarsi tra le
cellule (anche non uguali, ma filogeneticamente affini) influendo sulla
variabilità genetica.
Un plasmide ricombinante
Un plasmide ricombinante è una molecola di DNA circolare a doppio
filamento, in grado di replicare autonomamente e capace di conferire un
particolare fenotipo alle cellule ospiti. Tali vettori si ottengono ingegnerizzando
plasmidi naturali in modo da renderli specializzati per alcune funzioni e
permettere il loro utilizzo nel campo delle tecnologie del DNA ricombinante. La
maggior parte dei plasmidi ricombinanti viene impiegata in campo genetico e
molecolare come vettori di clonaggio e di espressione genica.
FLAGELLI E PILI
• Non presenti in tutte le forme batteriche;
•I flagelli sono molto lunghi,servono per il
movimento, distribuiti ai poli o lungo tutta
la parete cellulare;
• I pili più corti, si trovano per lo più nei
batteri gram-negativi, funzione apparente
di ancoraggio al substrato o ad altri batteri
MOVIMENTO
• Può avvenire in risposta a stimoli chimici, in direzioni di concentrazioni
crescenti di cibo o di ossigeno;
• presenza di chemiosensori attrattivi per diversi tipi di sostanze nutritizie (molti
zuccheri);
• presenza anche di chemiosensori repulsivi.
• Alcuni batteri acquatici producono e trasportano cristalli di magnetite(Fe3O2) e
si orientano nel campo magnetico terrestre.
• Alcuni cianobatteri filamentosi e altri gruppi non flagellati, si spostano per
scivolamento e possono ruotare lungo l’asse longitudinale.
RIPRODUZIONE
•Sistema di riproduzione asessuale, per scissione: la parete e
la membrana plasmatica si introflettono, la molecola di DNA si
duplica con duplicazione semiconservativa;
talvolta le pareti trasversali delle cellule figlie non si
staccano completamente, formando colonie filamentose.
streptococco
staffilococco
RICOMBINAZIONE GENICA
Trasferimento di un segmento di DNA da una cellula batterica
ad un’altra; il frammento trasferito può integrarsi nel cromosoma
batterico ed essere duplicato, trascritto e tradotto come il DNA
originale.
La ricombinazione può avvenire per:
•coniugazione -avviene per contatto diretto di due cellule
attraverso un pilo, uno o più plasmidi di una cellula vengono
trasferiti all’altra e possono interagire con il cromosoma;
•trasduzione - avviene tramite un virus batterico (batteriofago)
che può incorporare nel suo DNA piccole porzioni di DNA
batterico e trsferirle durante l’infezione da una cellula all’altra;
•trasformazione - anche il DNA di cellule uccise con agenti
chimici o col calore, se entra in contatto con una cellula vitale,
può essere integrato nel cromosoma batterico.Queste modalità
di ricombinazione sono alla base dell’ingegneria genetica.