Appunti Biologia

Citologia

Citologia: branca che studia la cellula. Non si studia ad occhio nudo ma con il microscopio ottico o elettronico:

• Ottico fino a 1000x
• Elettronico: a trasmissione o a scansione: immagine tridimensionale e sembra in 3D

Tipi di cellula

La cellula si suddivide in procariote ed eucariote.

Procariote

• Meno evoluta
• Cellule semplici con sistemi aperti
• Tutti in una stanza, no compartimenti

Eucariote

La cellula eucariote può essere vegetale o animale:

• Più evoluta
• Sistema chiuso
• Metabolismi confinati in organelli

Caratteristiche della cellula procariote

Caratteristiche di tutti i procarioti:

• Membrana plasmatica: separa la cellula dall'esterno
• Citoplasma: matrice acquosa
• Nucleotide: parte centrale che contiene informazioni genetiche
• Ribosomi: sintetizzazione proteine

Partendo dall’esterno: capsula (può esserci o no) → racchiude la parete cellulare e la membrana esterna, costituita da polisaccaridi. Ha diverse funzioni:

• Protezione nei confronti della risposta immunitaria dei leucociti
• Evita la disidratazione delle cellule batteriche

Parete cellulare: funzione di stabilizzare la forma e dà supporto meccanico.

Membrana esterna: filtra le sostanze che possono entrare nella cellula, evita l'ingresso delle tossine. Costituita da fosfolipidi e polisaccaridi.

Mesosoma: respirazione cellulare → processo nel quale tramite arrangiamento di diverse membrane interne si occupa di divisione cellulare e produzione di energia.

Organi di movimento e riconoscimento: flagelli, ciglia, pili

Flagelli: strutture allungate costituite da flagellina (proteina che consente movimento rotatorio) che eseguono movimento a frusta e consente a procariote di muoversi, costituito da 3 parti: base, gancio, filamento.

• Base: struttura → 9 coppie di microtubuli (assonema) + 2 microtubuli singoli che scorrono al centro (nessina, dineina) + raggio che collega i 9 tubuli alla coppia centrale
• Gancio: ripiegato e dà movimento rotatorio
• Filamento: allungata

Proteine motrici + ATP danno energia → danno movimento alla cellula per far muovere flagello deve spendere energia.

Ciglia: più corte dei flagelli. 3 movimenti: carica, scarica, riposa. Sono disposte su tutta la superficie mentre flagelli solo su poli della cellula.

Pili: sottili estroflessioni che facilitano adesione reciproca tra batteri, organi sensoriali per captare cosa c’è all'interno a lui e le cellule ospiti.

Caratteristiche della cellula eucariote

Animale e vegetale: cos’hanno in comune?

• Organizzazione cellulare
• Ogni organello ha funzione precisa

Caratteristiche comuni nella cellula eucariote:

• Nucleo con all’interno DNA
• Mitocondri per respirazione cellulare
• Sistema endomembrana → reticolo endoplasmatico liscio e rugoso e apparato del Golgi
• Citoscheletro → scheletro della cellula
• Membrana plasmatica → ricopre gli organelli
• Perossisomi → protegge cellula da eventi ossidativi

Cellula animale

• Lisosomi, centrosomi, flagelli, giunzioni

Cellula vegetale

• Plasmodesmi, vacuolo, plastidi (cloroplasti), parete cellulare

Come distinguere cellula vegetale da animale

Vegetale:

• Parete cellulare rigida e squadrata
• Vacuolo: contiene soluzione acquosa e trattiene sostanze tossiche
• Plastidi: cloroplasti danno colore agli organi (verde per foglie e fiori)
• Plasmodesmi: fa comunicare una cellula con un’altra

Animale:

• Struttura tondeggiante
• Nucleo (DNA e RNA)
• Sistema endomenbrana
• Mitocondri
• Centrioli
• Lisosomi: compito di digerire ciò che non funziona più
• Flagelli: cellule flagellate → es. cellule spermatiche, nei vegetali solo su una pianta(gingko)

Membrana plasmatica

Consente comunicazione e gli scambi con ambiente extracellulare, presente in tutti gli organelli e delimita cellula da ambiente esterno → nelle cellule vegetali non a contatto diretto per la presenza di parete cellulare. Nei vegetali è possibile separare la parete dal resto della cellula mediante uso di enzimi specifici, quello che ne rimane prende il nome di protoplasto → quando cellula è in stress idrico, ciò che gli sta attorno ha una concentrazione alta e perdono acqua si stacca il protoplasto e cellula si disidrata.

Composizione delle membrane

Costituite da:

• Lipidi e proteine in uguali quantità
• Carboidrati (circa 10%) nella parte esterna con funzione di riconoscimento

Lipidi sono:

• Fosfolipidi (testa idrofila, coda idrofoba)
• Steroli: cell. vegetale → sitosterolo, cell. animale → colesterolo
• Glicolipidi: sono i più idrofili e si trovano nella parte esterna

Proteine 2 tipologie:

• Intrinseche: attraversano doppio strato fosfolipidico
• Estrinseche: non penetrano nello strato lipidico ma restano in superficie (interna o esterna)

Hanno funzione di trasporto e comunicazione. Le membrane hanno un modello a mosaico fluido: deriva dagli acidi grassi nei fosfolipidi insaturi. Sono semipermeabili: alcune sostanze le fanno passare altre no. Tante proteine, lipidi e carboidrati mescolati insieme. Mostra che membrana è costituita da 2 strati di fosfolipidi e membrana cambia continuamente, può variare la posizione dei fosfolipidi. Una porzione di fosfolipidi si muove da un lato all’altro della cellula ne con loro le proteine intrinseche.

Colesterolo: ruolo di maggior compattazione, si interpone tra un lipido e l’altro e li compatta.

Funzioni della membrana

Funzioni della membrana:

• Barriera di impermeabilità (ricoperti di lipidi), acqua riesce a passare, ioni passano, ciò che è polare e di grandi dimensioni non passa
• Organizzazione e localizzazione organelli interni e le fa comunicare
• Processi di trasporto
• Rilevamento segnali
• Comunicazione tra 2 cellule vicine

Per cellula animale è presente matrice extracellulare: proteine si legano al collagene e gli dà un po’ di struttura e rigidità → direttamente connessa alla membrana dalle proteine di membrana.

Sintesi della membrana

Sintesi della membrana: avviene nell’apparato endomembrana

1. Reticolo endoplasmatico liscio (sintesi lipidi)
2. Reticolo endoplasmatico rugoso (sintesi proteine)
3. Apparato del Golgi: vescicole con all’interno molecole sintettizzanti
4. Trasporto tramite vescicola che si espande e allarga la superficie della cellula fondendosi con lei

Come si muovono le sostanze

Diffusione netta di un soluto → membrana ha pori sufficientemente grandi da consentire il passaggio delle molecole di colorante, colorante si diffonde dal lato in cui è più concentrato verso quello in cui è meno concentrato (diffusione secondo gradiente di concentrazione) → processo porta a una condizione di equilibrio dinamico. Molecole di soluto continuano ad attraversare la membrana ma alla stessa velocità in entrambe le direzioni.

Diffusione di 2 soluti: due soluzioni contengono coloranti diversi e separati da membrana permeabile a entrambi i coloranti. Ciascun colorante si diffonde secondo il proprio gradiente di concentrazione, diffusione netta del colorante viola verso sx anche se la concentrazione complessiva dei soluti era inizialmente maggiore da quel lato.

Passaggio dell'acqua = osmosi

Membrana che separa le 2 soluzioni con concentrazione diversa, l’acqua attraversa la membrana semipermanente fino a quando le 2 concentrazioni sono uguali variando quindi la quantità di soluto e solvente.

Condizioni delle cellule in soluzione

Cellula animale: vive meglio in un ambiente isotonico, a meno che non abbia sviluppato adattamenti particolari per compensare ingresso o perdita di acqua per osmosi. Quando ha grandi concentrazioni all’interno si riempie d’acqua e scoppia → viene lisata.

Cellula vegetale: sono turgide e vivono generalmente meglio in ambienti ipotonici in cui assunzione di acqua è alla fine bilanciata dalla parete che esercita una pressione continua sulla cellula.

• Soluzione ipertonica → acqua inizia ad uscire e perdono talmente tanta acqua che muoiono → plasmolisi (cell. veg.), raggrinzisce (cell. anim.)
• Soluzione isotonica → stessa concentrazione soluti dentro e fuori → cell. veg. flaccida (disidratata), cell. animale: condizione ottimale

Trasporti: attivi e passivi

Trasporti attivi:

• Richiede energia ATP perché va contro gradiente
• Primario: molecola viene riconosciuta dalla proteina che la fa entrare, quando molecola ingloba sostanza organica → endocitosi, pinocitosi, fagocitosi (avvengono tramite vescicole rivestite da membrana)

Endocitosi: mediata da recettori, nella membrana ci sono fosfolipidi, vescicola si crea quando recettori si legano a qualcosa di utile alla cellula.

Pinocitosi: si forma una vescicola per immagazzinazione della membrana cellulare e subirà stesso processo e riciclo sotto forma di monomeri.

Fagocitosi: cellula o organismo ha braccia-pseudo folio abbracciano sostanza organica e la ingloba e all’interno della cellula si crea vescicola → vacuolo alimentare.

Secondario: il trasporto a volte serve per portare sostanze non direttamente utili subito.

Trasporto attivo si paga con ATP perché va contro gradiente → pompa: colui che porta sostanze contro gradiente.

Trasporti passivi:

• Non necessaria energia, processo semplice, diffusione semplice: avviene tramite fosfolipidi ma deve esserci un gradiente
• Facilitata: apertura che consente alle molecole di attraversarla ma senza energia grazie a proteine. Per avvenire entrambe ci deve essere una differenza di concentrazione (a favore di gradiente)

Proteine

Proteine: alfa-elica/beta-foglietto. La membrana crea pori o canali a seconda della struttura della proteina.

Pori: beta-foglietto

• Meno selettivi
• Passano molecole piccole e ioni
• No regolati, buchi aperti che consentono entrata di sostanze

Canali: alfa-elica

• Sono selettivi, non tutte le sostanze riescono a passare
• Regolati con differenza di concentrazione → caratterizzati da proteine multipass

Trasporto passivo facilitato: proteina riconosce con canale la molecola si chiude e si apre all’esterno.

Pompa Na-K (sodio-potassio)

1. Gli ioni Na+ nel citoplasma si legano alla pompa sodio-potassio, proteina presenta affinità elevata per Na+
2. Il legame di Na+ induce la cellula ad espellere sodio → attiva proteina con ATP e proteina cambia conformazione e diventa ospitale per il potassio e sodio viene liberato
3. Potassio entra, proteina chiude verso l’esterno e si apre verso interno
4. Proteina perde eccitazione e perde affinità con potassio e riprende con sodio

È un processo ciclico.

Plasmodesma

Plasmodesma: sistemi di comunicazione tra 2 cellule vegetali adiacenti. RE liscio fatto di membrana e parete cellulare comunicano tramite allungamento del RE creando desmotubulo e consentono passaggio di sostanze.

Anelli di proteine → si stringono e allargano a seconda se le cellule vogliono comunicare per far passare il desmotubulo. Ci sono molti plasmodesmi dove ce ne sono tanti si chiama → campi di punteggiatura (maggior concentrazione di porocanali).

Giunzioni cellulari

Cellula animale ha giunzioni di 3 tipi:

• Occludenti: strette adesioni che si formano tra cellulare e evitano perdita dell’acqua
• Desmosomi: tiene attaccate una cellula con l’altra e interagiscono proteine che formano un legame forte
• Comunicanti: proteine che collegano 2 cellule e formano delle tropiche anali e garantisce comunicazione

Citoscheletro

Citoscheletro: scheletro interno della cellula vegetale e animale, ha diverse funzioni:

• Ciclasi: movimento organelli nella cellula
• Si occupa di spostare cloroplasti e altri organelli in modo che possono svolgere la loro funzione

È responsabile per:

• Controllo della forma della cellula
• Modificazione durante il ciclo cellulare e mitosi
• Posizionamento delle fibrille di cellulosa (nei vegetali)
• Ancoraggio della membrana plasmatica (nei vegetali)

Citoscheletro è costituito da binari → microtubuli, filamenti intermedi, microfilamenti. Ci sono molte proteine motrici che tramite binari muove gli organelli.

Microtubuli e microfilamenti

Microtubuli: cilindri cavi, parete costituita da 13 protofilamenti a cui sono legate 2 proteine → tubuline.

Microfilamenti: monomeri di actina → si associano per formare macromolecole.

Entrambi possono polimerizzare (allungarsi all’estremità) o depolimezzarsi (rimpicciolirsi).

Centrosomi e centrioli

Centrosomi e centrioli (solo in cellula animale) → centri di organizzazione dei microtubuli. Centrosoma costituito da una coppia di centrioli costituiti da triplette di microtubuli disposti ad anello.

Divisione cellulare

Durante divisione cellulare: si deve creare un riarrangiamento del citoscheletro in modo che possa permettere la divisione nelle due cellule figlie. Crea una banda pre-profasica (BPP) → vengono dissolti i microtubuli corticali (a ridosso della membrana) e si forma una banda di microtubuli in posizione:

• Mediana → divisione uguale
• Posizione non centrale → divisione ineguale

La BPP successivamente scompare (fase G2 della mitosi). Successivamente si deve formare la parete tra cellule figlie e questo è possibile grazie alla formazione del fragmoplasto → costituito durante la telofase ed è formato da microtubuli paralleli e filamenti di actina associate a proteina (chinesine) che hanno la funzione di guidare le vescicole per la formazione della parete.

Nei vegetali il processo di distensione cellulare dipende da 3 eventi:

• Pressione di turgore da parte del vacuolo
• Pressione esercitata dal citoscheletro
• Tensione esercitata dalle fibrille di cellulosa

Microtubuli come binari: per la deposizione delle componenti della parete (nei vegetali) o per l’accrescimento di membrana o per la comunicazione intracellulare.

Sistema endomembrane

• Reticolo endoplasmatico liscio
• Reticolo endoplasmatico rugoso

Reticolo endoplasmatico liscio → insieme di tubi sottili e sacchi appiattiti senza ribosomi. Coinvolto nell’elaborazione di lipidi (abbondante nelle cellule coinvolte nella produzione di cutine e cere) o sostanze volatili.

Reticolo endoplasmatico rugoso → simile ma con tanti ribosomi si trova sempre a ridosso del nucleo. Coinvolto nella sintesi di proteine e loro trasporto tramite vescicole. Proteine sintetizzate sul RER entrano nel lume e possono:

• Costituire delle riserve
• Essere secrete tramite vescicole (sulla membrane o sul corpo del Golgi per ulteriori modifiche)

Ribosomi

Ribosomi: sono costituiti da 2 subunità (minore e maggiore) → fabbrica di proteine per poter sintetizzare ha bisogno del DNA che è nel nucleo.

Subunità minore: legge mRNA con codice di triplette di amminoacidi.

Subunità maggiore: formazione della proteina, base azotata + amminoacidi. Ribosomi liberi nel citoplasma ma legati nel citoscheletro.

tRNA → una estremità anticodone → per legarsi a mRNA deve completare codone (tripletta di basi azotate).

Apparato del Golgi o dittiosomi

Apparato del Golgi o dittiosomi: composto da membrana ripiegata, costituito da 5-8 sacche delimitate da membrana. Si trova vicino a RE liscio e rugoso ma è più vicino alla membrana. Quando si ferma, si divide così mantiene tutta la sua struttura.

Compito di recepire tutto ciò che viene sintetizzato e dare una struttura più complicata. Consente di modellare le molecole. Forma ripiegata verso la membrana.

• Faccia cis → verso RE riceve le vescicole
• Faccia trans → libera e allontana le vesciole

Trasporto vescicolare

Trasporto vescicolare: movimento di vescicole che si muovono tramite citoscheletro. Vescicole ricoperte da clatrina o dalla proteina COP.

Vescicola può contenere:

• Proteina sintetizzata nel RE rugoso → possono diventare arco proteico
• Si fondono con altre vescicole per formare corpo multivescicolare
• Cellul può avere bisogno della proteina, si trovano enzimi con unico compito di rompere la cellula

Digestione avviene grazie a lisosoma che dà vita ai monomeri (pezzettini che poi costituiscono proteine, carbo).

Quando organelli funzionano male, deve rinnovarli, i resti li idrolizza, ingloba organello in una vescicola che a sua volta porta degli enzimi per digerire organelli.

Parete cellulare

Parete cellulare (esclusivamente nella cellula vegetale): struttura che ha compito di rivestire la cellula vegetale. Costituisce esoscheletro della cellula e dà rigidità. All’interno ci sono polisaccaridi: cellulosa, proteine strutturali, sostanze fenoliche.

3 grandi parti:

• Lamella mediana: si forma quando cellule figlie si dividono
• Parete primaria: deposta sulla lamella mediana
• Parete secondaria: deposta sulla parete primaria e più spessa

Parete consiste di 2 fasi:

• Parte microfibrillare
• Matrice → non molto rigida, serve per tenere attaccata tutta la parte microfibrillare per formare unico corpo, costituita da polisaccaridi, proteine, composti fenolici

Cellula vegetale ha una sorta di contenitore all’interno che è parete cellulare, in alcune parti è più sottile o più sviluppato (verso esterno funge da cutine e cere). Comunicazione tra cellule grazie a plasmodesmi → passano tramite pori canali e parete cellulare si interrompe.

Nella fase matrice: c’è pectina → sostanza fondamentale perché cementano 2 cellule vicine.

Lamella mediana: tante sostanze peptiche, parte di parete condivisa da 2 cellule adiacenti, lignina: in grandi quantità complesso e irrigidisce la parete cellulare.

Parete primaria: cellulosa è abbondante perché enzima inizia a lavorare mentre le sostanze peptiche iniziano a diminuire, comparsa di emicellulosa e diminuisce lignina.

Parete secondaria: compaiono proteine strutturali, cellulosa aumenta e acquisiscono importanza, sostanze peptiche diminuiscono e cellula inizia ad avere una certa rigidità.

Divisione cellulare

Divisione cellulare: cellula madre e figlia nella sintesi essenziale gli organelli, 1° strato avviene il lavoro degli organelli. Vescicole dovranno trasportare enzima cellulosa sintasi. Cellula deve posizionare bastoncini con citoscheletro parte più esterna lamella mediana, si inizia a vedere.