Cellula in sintesi

La cellula

Teoria cellulare

• Tutti gli organismi sono composti da cellule;
• La cellula è l’unità morfologica e fisiologica fondamentale;
• Capacità di duplicarsi e dare origine ad altre cellule (ogni cellula deriva da un’altra preesistente);
• Nelle cellule l’informazione genetica è contenuta nel DNA e viene trasmessa durante la divisione cellulare alle cellule figlie.
Cellule che si dividono in procariotiche e eucariotiche.

Cellula procariote

Dimensioni: 2µm
Unicellulari: non formano strutture differenziate, al massimo si aggregano in semplici filamenti cellulari
Riproduzione: assessualta, per scissione binaria, a possono scambiarsi materiale genetico mediante trasformazione, coniugazione o trasduzione
Alcuni procarioti effettuano la fotosintesi grazie a enzimi presenti nello spazio citoplasmatico
Non possiedono un vero nucleo delimitato da membrana cellulare e sono prive di organelli.
Fanno parte delle c. procariote gli archebatteri e eubatteri (batteri, cianobatteri, o alghe azzurre).
Partendo dall’esterno presenta una capsula: strato di muco composto da polisaccaridi, ha una funzione protettiva che permette ai batteri di sopravvivere in ambienti estremi;
-una parete cellulare: determina la forma e protegge la cellula; costituita da peptidoglicani (ma non negli archebatteri): formati da lunghe catene polisaccaridiche in cui si alternano unità di amminozuccheri (N-acetilglucosammina e acido N-acetilmuramico) uniti da ponti trasversali di natura peptidica a formare una struttura complessa, che avvolge la struttura la superficie batterica come un’unica macromolecola;
membrana citoplasmatica: costituita da un doppio strato di fosfolipidi e ha la funzione di mantenere costante l’ambiente interno, trasporto di nutrimenti e sostanze di rifiuto, permette la comunicazione con le altre cellule ed è una barriera semipermeabile;
citoplasma: formato da citosol (formato da acqua, ioni e macromolecole, indica la soluzione acquosa che riempie la cellula, quindi il citoplasma privo di tutti gli organelli) si trova all’interno della membrana, è una soluzione acquosa in cui sono immersi i costituenti cellulari e in cui si svolge buona parte delle funzioni cellulari. Viene quindi indicato con il termine citoplasma tutto ciò che si trova all’interno della membrana cellulare, a parte il nucleo;
Organuli;
- ribosomi: sono formati da RNA e proteine e sono coinvolti nella sintesi proteica;
- mesozoma: si trova nella membrana plasmatica, contiene enzimi in grado di effettuare la respirazione cellulare, fotosintesi, divisione cellulare e sintesi dei lipidi;
- vacuoli: strutture in grado di accumulare gas o sostanze di riserva;
- nucleoide: non è circondato da membrana, regione della cellula nella quale è possibile trovare il materiale genetico che consiste in una singola molecola di DNA (contiene plasmidi ossia molecole di DNA a forma circolare contenenti pochi geni che determinano caratteristiche utili ma non indispensabili ma possono portare fattori di resistenza. Es: resistenza ai vari disinfettanti).
In alcuni è presente una membrana esterna (strato ricco di fosfolipidi e carboidrati) e possono avere altre strutture esterne:
I pili: strutture proteiche che permettono, diventando ponti citoplasmatici, il passaggio di materiale genetico da un batterio all’altro;
I flagelli: dei procarioti, quando presenti, sono semplici strutture filamentose utilizzate che favoriscono la mobilità dei batteri. Sono tubi elicoidali formati dalla proteina flagellina, il cui movimento è alimentato da un gradiente protonico;
Spore: strutture protettive in cui il batterio sopravvive in uno strato di quiescienza in quanto una porzione di citoplasma e cromosoma vengono disidratati e rinchiusi in una struttura dura e protettiva diventando spore.

Cellula eucariote

Nucleo delimitato da membrana e molti organuli con funzione specifica.
Esistono molte differenze:
- le dimensioni possono andare dai pochi micrometri dei batteri al millimetro dell’uovo di rana;
- alcune hanno libertà di movimento tramite flagelli oppure con movimenti ameboidi, molte sono invece immobili;
- alcune utilizzano I’ossigeno atmosferico;
- a volte è presente un rivestimento esternamente alla membrana;
- alcune sono in grado di produrre composti particolari, come ormoni, amido, grasso, pigmenti o gomma.
Si dividono in:
-vegetali: in più rispetto a quelle animali un vacuolo centrale, i cloroplasti e la parete cellulare;
- animali: in più ha centrioli e lisozomi.
Aspetti comuni:
- la composizione chimica delle cellule si basa sulle stesse 4 classi di composti organici: proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi;
- le reazioni chimiche che permettono di ricavare energia per le cellule sono sostanzialmente comuni: tutte le cellule svolgono la glicolisi e l’ATP rappresenta il principale composto attraverso il quale la cellula può mettere da parte energia, oppure renderla rapidamente disponibile;
- in tutte le cellule l’informazione genetica risiede nel DNA, che ha la stessa struttura chimica in tutti i viventi e viene tradotta con lo stesso codice e gli stessi meccanismi.

I Virus

- non sono costituiti da cellule.
- Sono costituiti da una sola molecola di acido nucleico (DNA o RNA) contenente le informazioni genetiche, racchiusa in un involucro chiamato capside.
- Forma e dimensioni varie (da 10 a 300nm).
- Sono incapaci di sintetizzare autonomamente le proteine di cui sono formati.
- Per riprodursi devono infettare cellule ospite di cui sfruttano gli enzimi e il sistema energetico: sono definiti parassiti endocellulari obbligati (devono entrare nelle cellule per riprodursi).
- Sono parassiti specifici: alcuni infettano solo le cellule animali (cellule bersaglio), altri vegetali, chiamati batteriofagi o fagi (virus batterici), solo cellule batteriche. Infine uccidono la cellula ospite da cui escono virus duplicati.

Membrana cellulare (o membrana plasmatica o plasmolemma)

Circa 7-9nm di spessore, avvolge la cellula, separandola dall’ambiente circostante, e regola lo scambio di materiali con l’esterno.
È costituita principalmente da fosfolipidi e proteine e, in minor quantità, colesterolo e glicolipidi.
I fosfolipidi sono molecole anfipatiche, cioè caratterizzate da una TESTA POLARE IDROFILA (il gruppo fosfato e altri eventuali gruppi chimici legati al fosforo) e da DUE CODE IDROFOBE (catene idrocarburiche apolari e due acidi grassi). Se immersi in un mezzo acquoso tendono a formare un doppio strato nel quale le teste polari sono rivolte verso l’esterno e le code idrofobe verso l’interno.
I fosfolipidi costituiscono questo modello di struttura è detto a mosaico fluido che permette libero movimento laterale.
Le proteine di membrana possono attraversare parzialmente o totalmente il doppio strato lipidico, sporgendo nel citoplasma e nel mezzo extracellulare (proteine intrinseche o integrali), oppure essere legate a una delle due facce della membrana tramite interazioni elettrostatiche (proteine estrinseche).
Alcune molecole proteiche fungono da recettori che individuano la presenza esterna di determinate molecole o di microrganismi contenuti nei liquidi circostanti e trasmettono all’interno della cellula le informazioni che essi portano; alcune sono enzimi che regolano specifiche reazioni chimiche. Esistono anche speciali proteine note come proteine integrali di membrana, che in genere attraversano tutto lo spessore di membrana, sporgendo da entrambi i lati del doppio strato fosfolipidico, svolgendo molte funzioni specifiche: es proteine carrier  trasporto e movimento di ioni e molecole attraverso la membrana cellulare
Molti dei fosfolipidi che formano lo strato esterno della membrana e sono legati a una componente glucidica (un oligosaccaride) e in questo caso sono detti glicolipidi. In modo analogo molte proteine di membrana sono legate a porzioni glucidiche: quando queste sono costituite da oligosaccaridi si parla di glicoproteine, quando invece sono legate a lunghe catene polisaccaridiche si parla di proteoglicani. I carboidrati della membrana, rivolti sul lato esterno, formano un rivestimento protettivo detto glicocalice. Molte cellule, poi, oltre che dal glicocalice sono circondate da una matrice extracellulare da esse secreta, costituita da carboidrati e proteine fibrose.
I significati principali della membrana cellulare sono i seguenti:
- Strutturale e morfologico: definisce la forma della cellula, realizzando una separazione fisica tra l’ambiente esterno e quello interno;
- Significato funzionale: regola gli scambi tra ioni, sostanze nutritive, di scarto tra ambiente interno ed esterno;
- Significato di comunicazione e integrazione: sulla membrana si trovano proteine di solito glicoproteine con funzione di recettori, a cui si legano ormoni e altri messaggeri che possono modificare il metabolismo cellulare. Svolgono ruoli molto importanti nel riconoscimento e nell’adesione fra cellule, possono essere riconosciute come antigeni dal sistema immunitario, inoltre sono responsabili dell’inibizione da contatto (cellule che entrano in contatto tra loro smettono di proliferare)

Nucleo

Funzioni: replicamento, accrescimento, differenziamento
Circondato da membrana nucleare:
- formata da due membrane  ognuna doppio strato fosfolipidico, in continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso;
- costellata da pori (i pori nucleari) che permettono scambi selettivi di sostanze con il citoplasma.
Il nucleo contiene il DNA:
- Complessato da 8 proteine strutturali gli istoni  costituiscono la cromatina una massa di sottili filamenti di acidi nucleici non visibile al microscopio (durante la duplicazione spiralizza a formare i cromosomi).
- Un istone isolato permette l’avvicinamento degli altri istoni cosi si ha l’impacchettamento del DNA
Il nucleo contiene anche uno o più nucleoli  strutture in cui vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali (rRNA) e vengono assemblati i ribosomi

Ribosomi

o Funzione: sintesi proteica.
o Assemblati nel nucleolo.
o Consistono in due subunità: una maggiore e una minore  ciascuna formata rRNA e proteine.
o Liberi nel citoplasma, o legati alla membrana esterna del reticolo endoplasmatico ruvido o in altri organuli come mitocondri e cloroplasti.
o Dimensioni: quelli degli eucarioti 80S (Svedberg) 70 procarioti

Reticolo endoplasmatico (RE)

A ridosso del nucleo si origina dalla membrana nucleareTrasporto materiali attraverso la cellula
Sistema di membrane costituito da tubuli e succuli.
Liscio (REL) o ruvido (RER) a seconda se sia rivestito di ribosomi o meno:
- liscio: sintesi lipidi e detossificazione da farmaci e veleni;
- ruvido: sintetizza le proteine a destinazione non citoplasmatica (esterno membrana cellulare, organelli intracellulari).
Rilasciate le proteine vengono trasferite all’apparato di Golgi

Apparato di Golgi

Formato da vescicole appiattite (Cisterne) e delimitate da membrana
Centro di raccolta, rielaborazione e smistamento prodotti del RE:
- ne modifica il contenuto (es. lega una porzione glucidica alle proteine)
- lo trasferisce all’interno di nuove vescicole e lo indirizza ai diversi compartimenti cellulari o alla membrana plasmatica
- produce lisosomi
La regione di Golgi rivolta verso il RER è detta cis, quella verso la membrana cellulare trans.

Lisosomi

Vescicole delimitate da membrana.
Contengono enzimi idrolitici (o digestivi) in grado di demolire sostanze organiche  PH interno molto acido
Abbondanti nelle cellule deputate alla difesa dell’organismo, come globuli bianchi, capaci di inglobare e demolire batteri e virus.
Digeriscono le sostanze inglobate dall’esterno, fondendosi con le vescicole di endocitosi, sia materiali cellulari non più utili, i cui “mattoni” costitutivi (amminoacidi, monosaccaridi ecc) sono rilasciati nel citoplasma per essere riutilizzati.
Una cellula può suicidarsi rompendo la membrana dei lisosomi e riversando gli enzimi digestivi nel citoplasma: autolisi e gioca un ruolo importante durante lo sviluppo e il rimodellamento dell’osso.

Microsomi

Vescicole simili, ma più piccole dei lisosomi;
Contengono sostanza specifiche;
Es di microsoma: presossisomi: negli stessi organuli, da specifici enzimi chiamati catalisi che catalizzano la seguente reazione:
2H2O2  O2+ 2H2O

Mitocondri

Organelli delimitati da membrana doppia:
- esterna liscia
- interna a pieghe dette creste
- interno matrice

Organelli semi autonomi

- proprio DNA circolare
- ribosomi simili ai batterici: permettono produzione proteine
- si dividono per scissione binaria
- materiale genetico trasmesso solo per via materna
- teoria endosimbiosi: primitive cellule procariotiche inglobate dall’antenato della cellula eucariotica, instaurando con quest’ultimo una relazione endosimbiotica

Citoscheletro

Intreccio di filamento proteico: irrobustiscono la cellula: resistenza meccanica
Funzioni:
- determina la forma
- controllano spostamenti cromosomi
- spostamenti macromolecole
- movimenti cellulari
Tre tipi di filamenti:
• microtubuli
• filamenti intermedi
• microfilamenti
Microtubuli:
- 13 filamenti proteina globulare chiamata tubulina, aggregati a formare cilindro cavo
- Compongono i centrioli del fuso mitotico
- Compongono appendici cellulari (ciclia e flagelli)
Filamenti intermedi:
- Diverse proteine fibrose come cheratina
- Garantiscono resistenza meccanica

Microfilamenti:
- Filamenti di actina
- Movimento, permettono spostamento organuli
- Formazione pseudopodi (estroflessioni che consentono la fagocitosi, movimento amebe, di cellule ameboidi es sistema immunitario)

Centrioli:
o Cellule vegetali ne sono prive, animali ne hanno due disposti ad angolo retto dalla regione centrale della cellula
o Organelli di forma cilindrica
o Con 9 gruppi di 3 microtubuli
o Centrosoma

Ciglia e flagelli:
o Appendici cellulari dotate di movimento
o Fasce di microtubuli (9 coppie di microtubuli disposte in cerchio e una coppia di microtubuli separata al centro)
o Rivestiti da membrana cellulare
o Usati da cellule libere per muoversi nei liquidi
o Usati da cellule fisse per muoversi nel materiale extracellulare
o Flagelli  lunghi e poco numerosi
o Ciglia  corte e numerose

Caratteristiche comuni

• Membrana cellulare (o membrana plasmatica o plasmalemma separa ambiente interno e esterno, regola l’ingresso e l’uscita
dei materiali;
• Materiale genetico
- dirige l’attività di una cellula;
- le consente di riprodursi e trasmette i caratteri ereditari ai suoi discendenti;
- nelle c. procariote il DNA si trova sotto forma di una grande molecola chiamata cromosoma;
- nelle c. eucariote il DNA è lineare da dà origine ad un certo numero di cromosomi;
• Citoplasma : si trova all’interno della membrana, è una soluzione acquosa in cui sono immersi i costituenti cellulari e in cui si svolge buona parte delle funzioni cellulari.
Viene quindi indicato con il termine citoplasma tutto ciò che si trova all’interno della membrana cellulare, a parte il nucleo. Usato anche termine citosol, indica la soluzione acquosa che riempie la cellula, quindi il citoplasma privo di tutti gli organelli;