Biologia molecolare e cellulare (struttura, funzioni, meccanismi e riproduzione della cellula eucariotica)

Processi di trasporto del glucosio nelle cellule

Le cellule utilizzano la respirazione aerobica per ottenere energia dal glucosio, il quale entra nella cellula attraverso due meccanismi:

Diffusione facilitata

1. Diffusione semplice: direttamente attraverso la barriera fosfolipidica
2. Diffusione facilitata mediata da "carrier": diffusione consentita tramite l'intermezzo di proteine "carrier" specifiche per un determinato agente chimico. Il legame con il substrato determina un cambiamento conformazionale della proteina trasportatrice
3. Diffusione facilitata tramite canali mediatori: diffusione tramite una proteina canale (di solito riguarda ioni)
4. Osmosi: un processo fisico spontaneo, vale a dire senza apporto esterno di energia, che tende a diluire la soluzione più concentrata, e a ridurre la differenza di concentrazione

Diffusione passiva

Le molecole riescono a passare dalla parte più concentrata della membrana alla parte meno concentrata senza l'uso di energia esterna.

1. Endocitosi:
1. Fagocitosi: effettuata da cellule specializzate chiamate fagociti (macrofagi e granulociti). Sono in grado di distruggere batteri, virus o cellule danneggiate/morte.
2. Pinocitosi: processo di assunzione di sostanze in fase liquida da parte delle cellule viventi; costituisce la modalità di penetrazione delle macromolecole (spec. proteine) all'interno della cellula, ed è simile al processo della fagocitosi, che consiste nell'ingestione di particelle solide.
3. Endocitosi mediata da recettori (e.g. da clatrina): varie molecole di clatrina formano una struttura curva intorno alla vescicola che distorce la membrana causando una curvatura che induce la formazione e l'emissione delle vescicole.
2. Esocitosi: è il processo

La comunicazione tra le cellule avviene attraverso interazioni tra la matrice extracellulare e proteine di membrana, dette glicorecettori, appartenenti alla famiglia delle integrine. Attraverso questi "ponti" molecolari, le variazioni della matrice extracellulare possono trasmettere stimolazioni meccaniche e influire sull'organizzazione del citoscheletro; allo stesso modo, il citoscheletro può indurre modifiche nella matrice extracellulare.

A. Struttura e funzione del glicocalice: costituisce il rivestimento esterno della cellula, composto da glicosamminoglicani e glicoproteine. Funge come filtro molecolare ed è responsabile dell'adesione cellula-cellula, può inoltre contenere enzimi (ad esempio, nell'epitelio intestinale).

II. Giunzioni comunicanti: costituite da una proteina chiamata connessina. Due giunzioni comunicanti costituiscono un connessone (canale idrofilo formato da 6 connessine). La membrana plasmatica è formata da una componente fibrillare (collagene, fibronectina, elastina, laminina).

tenascina, fibrillina) e da una sostanza fondamentale(zuccheri, acido ialuronico, proteoglicani).

citoplasma (e i suoi organuli):

I. differisce in maniera sostanziale dal fluido extracellulare (diversa composizione di ioni);

II. ha una concentrazione relativamente alta di proteine (enzimi), zuccheri, amminoacidi e gocciole lipidiche;

III. contiene gli organuli deputati al funzionamento della cellula.

citoscheletro: fitta rete di strutture fibrillari che conferisce forma alla cellula, localizzazione citoplasmatica dei diversi organuli e capacità di movimento direzionale. Le fibre che compongono questa struttura sono diverse tra loro:

I. microfilamenti*: filamenti di actina (diametro 5-7 nm), costituiti da due filamenti attorcigliati tra loro. Sono disposti in fasci paralleli tra loro;

II. microtubuli* : strutture cave di diametro pari a circa 25 nm. Si diramano dalla zona del nucleo; formati da unità di tubulina α e tubulina β;

III. filamenti intermedi* : formati da tre

filamenti attorcigliati, costituiti da proteine fibrose resistenti. Formano fasci che garantiscono un rinforzo strutturale alla cellula.

filamenti di actina: rappresentano la forma polimerica (F-actina) dell'actina globulare (G-actina). Un microfilamento (F-actina) è costituito da due catene di G-actina avvolte in doppia elica.

I filamenti di F-actina sostengono:

1. la locomozione cellulare;
2. i cambiamenti di forma;
3. l'organizzazione citoplasmatica.

La motilità actino-mediata consiste in:

1. movimenti propulsivi: sono movimenti sostenuti dalla semplice polimerizzazione dell'actina (emissione di un pseudopodio durante il movimento ameboide). Esempio di movimento propulsivo è il movimento di un leucocita sulla superficie di un vaso.
2. movimenti retrattivi: dipendono dalle contrazioni tra actina e miosina. Durante la contrazione muscolare le teste della miosina interagiscono con i filamenti di actina. La molecola di miosina si compone di 6 subunità.

cui 2 identiche catene pesanti, molto grandi, e due paia di catene leggere.

1* microtubuli: sono strutture cave caratterizzate da:

1. un diametro esterno pari a circa 25 nm;
2. una lunghezza variabile;
3. formati da unità di tubulina α e tubulina β.

Come l'actina anche la tubulina è una proteina globulare che tende a polimerizzare formando protofilamenti (13 protofilamenti -> microtubulo).

MAP: sono proteine associate ai microtubuli. Ce ne sono di vari tipi:

1. MAP strutturali: proteine che favoriscono la polimerizzazione della tubulina e regolano l'assemblaggio al citoscheletro come le proteine tau;
2. MAP motrici: sono chinesina (direzione: verso estremità +) e dineina (direzione: verso estremità -);

motilità microtubulo-mediata: ciglia e flagelli sono espansioni citoplasmatiche filiformiche posseggono una complessa organizzazione strutturale.

2* filamenti intermedi: componente citoscheletrica a più elevata resistenza

meccanica (diametro di circa 10nm). Sono costituiti da una classe eterogenea di proteine. Forniscono un sostegno meccanico alla membrana, nelle regioni in cui essa viene a contatto con altre cellule o con la matrice extracellulare. Non hanno funzione di movimento. Sono molto sviluppati in cellule soggette a danni meccanici come neuroni, muscoli e pelle.

2* filamenti intermedi: componente citoscheletrica di più elevata resistenza meccanica (diametro di circa 10nm). Sono costituiti da una classe eterogenea di proteine. Forniscono un sostegno meccanico alla membrana, nelle regioni in cui essa viene a contatto con altre cellule o con la matrice extracellulare. Non hanno funzione di movimento. Sono molto sviluppati in cellule soggette a danni meccanici come neuroni, muscoli e pelle. I filamenti intermedi costituiscono la lamina nucleare.

I flagelli sono più lunghi (da 100 a 200 um) e si trovano singolarmente o a coppie. Un esempio è lo spermatozoo che si muove mediante l'ausilio

di un flagello.compartimentalizzazione del citoplasma:reticolo endoplasmatico: fondamentale per la sintesi e smistamento delle proteine ed è una rete tridimensionale di cisterne e tubuli che formano uno spazio intraluminalecontinuo.

I. Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL): è presente in tutte le cellule, ma molto abbondante nelle cellule epatiche e muscolari dove svolge funzioni diverse. Contiene enzimi che catalizzano la sintesi di numerosi lipidi e carboidrati, ed è inoltre sede primaria di sintesi dei fosfolipidi e del colesterolo. Sintetizza ormoni steroidei e demolisce le tossine e i farmaci nelle cellule del fegato. Si occupa della degradazione enzimatica del glicogeno ed immagazzina e rilascia ioni calcio nelle cellule muscolari.

II. Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER): è rivestito di particelle sferoidali, i ribosomi. È direttamente collegato con il reticolo endoplasmatico liscio e con la membrana nucleare ed è presente in tutte le cellule eucariotiche.

Il reticolo endoplasmatico è una struttura presente nelle cellule a secrezione sierosa. Si occupa della sintesi ed assemblaggio delle proteine e glicoproteine. Possiede "chaperoni" molecolari che catalizzano l'arrangiamento tridimensionale delle proteine.

Il reticolo endoplasmatico è una struttura dinamica: pur mantenendo la sua caratteristica morfologia, il reticolo può riarrangiare la sua rete allungando, retraendo o ramificando i suoi tubuli. Tale dinamica dipende dal citoscheletro.

Le sequenze aminoacidiche indirizzano le proteine:

1. Indirizzamento co-traduzionale: entrata delle proteine nel reticolo endoplasmatico. Dal citosol la proteina raggiunge il reticolo endoplasmatico rugoso, dopodiché l'apparato del Golgie, poi viene riversata sulla superficie cellulare tramite esocitosi.
2. Indirizzamento post-traduzionale: veicola le proteine a organuli indipendenti dalla via secretoria (mitocondri, perossisomi, regione nucleare).

Le proteine senza sequenze di indirizzamento...