Appunti di biologia

Gerarchia della classificazione tassonomica

(Dal gruppo più piccolo al più grande) gruppo di organismi con simile struttura, comportamento e funzione.

Specie

SPECIE consiste una una o più popolazioni i cui membri sono capaci di accoppiarsi tra loro. È il livello di classificazione più piccolo.

Genere

GENERE è il livello di classificazione che raccoglie le specie strettamente correlate tra loro.

Famiglia

FAMIGLIA insieme dei generi.

Ordini

ORDINI insieme delle famiglie.

Classi

CLASSI insieme degli ordini.

Phyla

PHYLA (sing. PHYLUM) insieme delle classi.

Regni

REGNI insieme dei phyla, insieme dei regni. È il livello di classificazione più grande.

Domini

DOMINI: Dominio Bacteria Procarioti. Esistono 3 Domini: Dominio Archea Procarioti, Dominio Eukarya Eucarioti.

La struttura cellulare nei procarioti e negli eucarioti

Procarioti ed eucarioti

PROCARIOTI (domini Bacteria e Archea) ed EUCARIOTI (dominio Eukarya).

• Grandezza media: da 1 a 10 micrometri, da 10 a 30 micrometri.
• Nucleo: assente, presente.
• È racchiuso all'interno di un nucleo, non è racchiuso all'interno del nucleo delimitato da membrana.
• DNA: è localizzato in una regione non delimitata da membrana, detta area nucleare o nucleoide; molecole molto lunghe.
• Unica molecola a forma circolare, è addensato a formare cromatina.
• Membrana cellulare o plasmatica: presente, presente.
• Parete cellulare: presente in molte cellule, racchiude anche la membrana cellulare; presente solo nelle cellule vegetali.
• Flagelli: presenti ma con struttura differente rispetto agli eucarioti, presenti.
• Ribosomi: più piccoli rispetto agli eucarioti, presenti.
• Fimbrie: sono proiezioni simili a peli utilizzate per ancorarsi tra loro o alla superficie di altri organismi, assenti.
• Citoscheletro: assente, presente.
• Altri organuli cellulari: assenti, presenti.

Nucleo

Di forma solitamente sferica o ovoidale, con un diametro medio di 5 micrometri.

È protetto da un involucro nucleare.

Contiene il DNA sotto forma di cromatina (DNA associato a RNA ed altre proteine), dall'aspetto filamentoso e granuloso.

Controlla la sintesi proteica trascrivendo l'informazione del DNA in molecole di mRNA che, attraversando i pori nucleari, la portano ai ribosomi.

Involucro nucleare

È formato da due membrane separate da uno spazio intermembranoso.

A intervalli regolari presenta dei pori nucleari, regioni dove le due membrane si fondono creando zone di comunicazione tra nucleoplasma e citoplasma.

Pori nucleari

Ogni poro è formato da 500-1000 proteine di circa 30 tipi differenti.

I pori nucleari lasciano passare liberamente ioni e molecole biologiche, incluse piccole proteine.

Zone di comunicazione tra nucleoplasma e citoplasma.

Pori nucleari

Ogni poro è formato da 500-1000 proteine di circa 30 tipi differenti.

I pori nucleari lasciano passare liberamente ioni e molecole biologiche, incluse piccole proteine.

Le proteine che devono attraversare attivamente i pori possiedono un segnale di localizzazione nucleare (SLN) che fa parte della loro sequenza amminoacidica.

Le importine sono proteine che legano la sequenza SNL delle proteine da trasportare, formando un complesso carico che può essere catturato e trasportato dal macchinario del poro nucleare.

Lamina nucleare

È una rete fibrosa di filamenti proteici.

Forma il rivestimento interno dell'involucro nucleare.

Sostiene la membrana nucleare interna e favorisce l'organizzazione interna del nucleo.

Svolge un ruolo importante nella duplicazione del DNA e nella regolazione del ciclo cellulare.

Mutazioni nei geni che codificano le proteine della lamina nucleare sono associate a diverse malattie genetiche, quali distrofie muscolari e invecchiamento precoce.

Nucleolo

È presente all'interno del nucleo, nella maggior parte delle cellule.

Non è circondato da membrana.

Contiene un organizzatore nucleolare, costituito dalle regioni cromosomiche contenenti le istruzioni per sintetizzare i diversi tipi di RNA ribosomiale (rRNA).

È sede della sintesi degli rRNA che costituiscono i ribosomi.

Reticolo endoplasmatico

Insieme di cisterne con funzioni diverse, ma collegate tra loro.

Il lume del RE è il sito di deposito di calcio, implicato nella segnalazione cellulare.

Reticolo endoplasmatico liscio

Non presenta ribosomi in superficie.

Al suo interno presenta enzimi che sintetizzano lipidi e carboidrati.

È la sede principale della sintesi di fosfolipidi e colesterolo che compongono le membrane cellulari.

Nel tessuto adiposo, immagazzina goccioline lipidiche di triacilgliceroli come riserva energetica.

Nelle cellule epatiche è importante per la degradazione di glicogeno in eccesso e di sostanze chimiche tossiche, come sostanze cancerogene, droghe, alcol, anfetamine e barbiturici.

L'alcol e altre droghe stimolano le cellule epatiche a produrre una quantità maggiore di RE liscio.

In alcune cellule sintetizza ormoni steroidei, inclusi quelli riproduttivi.

Reticolo endoplasmatico rugoso

Presenta ribosomi in superficie.

È in continuità con l'involucro nucleare.

È la sede della sintesi e dell'assemblaggio delle proteine.

Al suo interno presenta dei chaperoni molecolari che catalizzano la struttura tridimensionale delle proteine.

Al suo interno i proteasomi distruggono le proteine difettive.

Al suo interno presenta degli enzimi che possono modificare le proteine, aggiungendo lipidi o carboidrati.

Complesso di Golgi

Modifica le proteine che riceve del RE, le impacchetta in vescicole di trasporto e le smista ai diversi componenti delle endomembrane.

È costituito da cisterne, pile di sacche membranose e appiattite.

Nelle cellule vegetali, il Golgi produce polisaccaridi extracellulari che vengono utilizzati come componenti della parete cellulare.

Nelle cellule animali, il Golgi sintetizza i lisosomi, le glicoproteine complesse che compongono la matrice extracellulare e il muco che ricopre le cellule epiteliali.

È costituito da cisterne, pile di sacche membranose e appiattite.

Nelle cellule vegetali, il Golgi produce polisaccaridi extracellulari che vengono utilizzati come componenti della parete cellulare.

Nelle cellule animali, il Golgi sintetizza i lisosomi, le glicoproteine complesse che compongono la matrice extracellulare e il muco che ricopre le cellule epiteliali.

Le cellule che secerno grandi quantità di glicoproteine presentano un Golgi più sviluppato.

• Superficie cis: è quella più vicina al nucleo, riceve le vescicole di trasporto provenienti dal RE.
• Possiede tre aree differenti.
• Mediale: è la sede dove avvengono la maggior parte delle modifiche a carico delle proteine.
• Superficie trans: è quella più vicina alla membrana plasmatica, impacchetta le molecole in vescicole e le trasporta al di fuori del Golgi.

Ribosomi

Contengono l'enzima per la formazione di legami peptidici.

Sono composti da una subunità maggiore, pesante, e una subunità minore, leggera, a loro volta composte da più di 80 proteine diverse e da 3 tipi di rRNA.

Il numero dei ribosomi presenti in una cellula può essere modificato dalla cellula stessa in base alle esigenze.

Gli rRNA che compongono le subunità dei ribosomi sono sintetizzati nel nucleolo seguendo il codice che li codifica presente sul mRNA.

Gli rRNA sono poi compattati a formare le due subunità ribosomiali all'interno del nucleo.

Sono composti per il 60% da rRNA e per il 40% da proteine ribosomiali.

Lisosomi

LISOSOMI (solo nelle cellule animali, la presenza di lisosomi nelle cellule vegetali non è mai stata dimostrata).

Sono piccole vescicole contenenti enzimi lisosomiali disperse nel citoplasma.

Contengono circa 40 enzimi lisosomiali mantenuti all'interno del lisosoma da un pH acido intorno a 5.

Agiscono fondendo la loro membrana con vescicole contenenti materiale da digerire.

Possono degradare gli organuli danneggiati e riciclare le loro componenti per riutilizzarle o per usarle come fonte di energia.

I lisosomi primari si originano per gemmazione dal Golgi e contengono enzimi idrolitici prodotti dal RE rugoso.

I lisosomi secondari si originano dalla fusione di più lisosomi primari e degradano il materiale contenuto in vescicole più grandi.

Nei soggetti con malattie da accumulo lisosomale, malattie genetiche, mancano alcuni enzimi idrolitici che impediscono la degradazione di alcuni materiali.

La malattia di Tay-Sachs è una malattia da accumulo lisosomale ereditaria, in cui un lipide non può essere idrolizzato dagli enzimi lisosomiali e si accumula nelle cellule cerebrali causando ritardo mentale.

Vacuoli

VACUOLI (nelle cellule vegetali, in alcune cellule animali e nei protisti unicellulari, come i protozoi).

Svolgono funzioni analoghe ai lisosomi delle cellule animali.

È singolo per ogni cellula vegetale.

È protetto da una membrana cellulare detta tonoplasto.

Le cellule vegetali non mature contengono piccoli vacuoli che quando iniziano ad accumulare acqua si fondono in un unico grande vacuolo.

Giocano un ruolo importante nella crescita e nello sviluppo delle piante.

Può arrivare ad occupare l'80% del volume della cellula.

Contiene acqua, sostanze di riserva, sali, pigmenti e scorie metaboliche.

Può accumulare ioni idrogeno per mantenere valori appropriati di pH.

Accumulando acqua spinge la parete cellulare verso l'esterno, fornendo gran parte dell'energia meccanica nelle cellule vegetali, pressione di turgore.

Nei protozoi sono presenti vacuoli contrattili che permettono di eliminare acqua in eccesso.

Può accumulare ioni idrogeno per mantenere valori appropriati di pH.

Accumulando acqua spinge la parete cellulare verso l'esterno, fornendo gran parte dell'energia meccanica nelle cellule vegetali, pressione di turgore.

Nei protozoi sono presenti vacuoli contrattili che permettono di eliminare acqua in eccesso.

Perossisomi

Si formano per gemmazione del RE liscio.

Contengono enzimi che catalizzano le reazioni metaboliche dove l'idrogeno è trasferito da vari composti all'ossigeno.

In queste reazioni si forma perossido di idrogeno (H2O2 = acqua ossigenata) che viene utilizzato per detossificare alcuni composti.

L'enzima catalasi, presente nei perossisomi, scinde rapidamente H2O2 in acqua + O in modo da evitare un accumulo di perossido di idrogeno, tossico per la cellula.

Sono numerosi nelle cellule che sintetizzano, immagazzinano e degradano i lipidi.

Degradano gli acidi grassi e sintetizzano la guaina mielinica che riveste gli assoni neuronali.

Nelle cellule renali ed epatiche, detossificano alcuni composti tossici come l'etanolo, l'alcol delle bevande alcoliche.

I gliossisomi sono perossisomi specializzati, contenuti nei semi delle piante, che trasformano i grassi accumulati in carboidrati.

Mitocondri

Si accrescono e si riproducono autonomamente grazie alla presenza di piccole quantità di DNA, circa l'1% del DNA totale della cellula, che codificano per alcune loro proteine.

Contengono ribosomi mitocondriali che sintetizzano le proteine mitocondriali.

Sono la sede della respirazione aerobica, durante la quale O e C vengono rimossi dalle biomolecole e convertite in CO2.

Si replicano per divisione e possono cambiare forma e dimensioni rapidamente.

Intervengono nell'apoptosi: possono interferire con il metabolismo energetico della cellula o liberare enzimi che controllano la distruzione della cellula.

Quando vengono danneggiati possono rilasciare citocromo c, una proteina implicata nella produzione di energia e che può indurre apoptosi cellulare attivando l'enzima caspasi che degrada componenti vitali della cellula.

Possono avere effetti sulla salute e l'invecchiamento della cellula a causa della perdita di elettroni, che possono formare radicali liberi, composti tossici e molto reattivi, per la presenza di elettroni spaiati, che interferiscono con le normali funzioni cellulari.

• Membrana esterna / spazio intermembrana: è liscia e permette il passaggio di piccole molecole.
• Membrana interna mitocondriale: è selettivamente permeabile, è ripiegata e forma delle estroflessioni dette creste.
• Struttura mitocondriale: nelle creste mitocondriali, l'energia chimica delle molecole di cibo viene convertita in ATP.
• Matrice: è lo spazio delimitato dalla membrana interna, contiene enzimi che degradano le molecole alimentari, convertendo l'energia in esse contenuta in energia chimica.

Cloroplasti

CLOROPLASTI (solo nelle cellule vegetali).

Sono solitamente più grandi dei mitocondri.

Contengono pigmenti verdi, le clorofille, che intrappolano l'energia luminosa necessaria per la fotosintesi, che la converte in energia chimica.

Contengono carotenoidi, pigmenti gialli e arancio, in grado di assorbire luce.

L'energia solare immagazzinata nella clorofilla della membrana tilacoidale eccita gli elettroni, la cui energia viene utilizzata per sintetizzare ATP e altri composti energetici.

Contengono pigmenti verdi, le clorofille, che intrappolano l'energia luminosa necessaria per la fotosintesi, che la converte in energia chimica.

Contengono carotenoidi, pigmenti gialli e arancio, in grado di assorbire luce.

L'energia solare immagazzinata nella clorofilla della membrana tilacoidale eccita gli elettroni, la cui energia viene utilizzata per sintetizzare ATP e altri composti energetici.

I cloroplasti sono un tipo di plastidi e, come tutti i plastidi, derivano da proplastidi, organuli precursori che si trovano in alcune cellule vegetali non specializzate e in particolare nei tessuti in fase di crescita.

• Membrana esterna / membrana interna / stroma: è il liquido racchiuso nella membrana interna, contiene gli enzimi necessari per la produzione di carboidrati da CO2 e H2O, utilizzando energia solare.
• Struttura dei cloroplasti: grana, sing. Granum, sono pile di tilacoidi immerse nello stroma, formano i granati.
• Tilacoidi: sono vescicole membranose appiattite e interconnesse, sulla loro membrana si trova la clorofilla.

Plastidi

Derivano tutti da proplastidi.

In particolari condizioni, i plastidi maturi possono mutare forma.

In seguito ad esposizione alla luce, i proplastidi sono stimolati a produrre cloroplasti.

I cromoplasti sono plastidi che contengono i pigmenti che conferiscono il colore a frutta e fiori.

I leucoplasti sono plastidi non pigmentati.

Gli amiloplasti sono plastidi che immagazzinano amido nelle cellule di diversi semi, radici e tuberi.

Citoscheletro

È costituito da una densa rete di fibre proteiche.

Microtubuli

Sono composti da subunità proteiche globulari.

Sono i filamenti più spessi.

Sono coinvolti nel movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare e fungono da binari per altri movimenti extracellulari.

Sono i principali componenti strutturali di ciglia e flagelli.

Sono costituiti da dimeri polarizzati di alfa-tubulina e beta-tubulina.

Ad essi sono associate diversi tipi di proteine divisi in due gruppi: MAP, Proteine Associate ai Microtubuli, strutturali e MAP motrici.

Le MAP strutturali aiutano l'assemblaggio dei dimeri di tubulina e le legano ad altri componenti.

Le MAP motrici utilizzano ATP per generare movimento.

La chinesina è una MAP motrice che muove gli organuli verso l'estremità positiva dei microtubuli.

La dineina è una MAP motrice che muove gli organuli verso l'estremità negativa dei microtubuli.

La dinactina è una proteina adattatrice che lega la dineina al microtubulo.

Il trasporto causato dalle MAP motrici è un trasporto retrogrado.

Nelle cellule in interfase l'estremità meno dei microtubuli è ancorata ad una regione detta MTOC, Micro-Tubule Organizing Center, che nelle cellule animali è rappresentata principalmente dal centrosoma.

Nelle cellule animali il centrosoma contiene due centrioli disposti ad angolo retto formato tra loro e costituiti da 9 triplette di microtubuli disposte a cilindro cavo.

Molte cellule vegetali e fungine hanno un MTOC ma sono prive di centrioli.

Possono assemblarsi e disassemblarsi velocemente e durante la divisione cellulare formano il fuso mitotico.

Microfilamenti o filamenti di actina

Sono composti da subunità proteiche globulari.

Sono filamenti flessibili e solidi, costituiti ognuno da 2 stringhe di actina intrecciate ed altre proteine strutturali.

Non possono contrarsi ma possono assemblarsi e disassemblarsi rapidamente.

Nelle cellule non muscolari, possono associarsi con la miosina a formare strutture contrattili coinvolte in diversi movimenti.

Sono filamenti flessibili e solidi, costituiti ognuno da 2 stringhe di actina intrecciate ed altre proteine strutturali.

Microfilamenti o filamenti di actina non possono contrarsi ma possono assemblarsi e disassemblarsi rapidamente.

Nelle cellule non muscolari, possono associarsi con la miosina a formare strutture contrattili coinvolte in diversi movimenti.

Associati alla miosina sono implicati in diverse funzioni, come la formazione di un anello di actina attorno alla cellula durante la divisione cellulare, la cui contrazione causa la strozzatura che origina due cellule figlie.

Filamenti intermedi

Sono composti da subunità proteiche fibrose.

Sono i filamenti più stabili e sono resistenti e flessibili.

Sono più numerosi nelle cellule sottoposte a stress meccanico.

Variano ampiamente per composizione proteica e dimensioni nei diversi tipi cellulari.

I filamenti intermedi sono presenti solo in alcuni gruppi di cellule animali, tra cui i vertebrati.

Le cheratine sono filamenti intermedi.

Mutazioni nei geni che codificano per le proteine dei filamenti intermedi rendono la cellula più fragile e sono associate a diverse patologie, vedi sclerosi amiotrofica laterale (ALS o morbo di Lou Gehrig), una malattia neurodegenerativa che riscontra anormalità nei neurofilamenti delle cellule nervose che controllano i muscoli.

Ciglia e flagelli

Sono costituiti da 9 paia di microtubuli disposti lungo la circonferenza e due microtubuli centrali.

Il movimento è generato dallo scivolamento l'uno sull'altro dei microtubuli appaiati, causato dalla dineina alimentata da ATP, mentre delle proteine flessibili collegano insieme le coppie di microtubuli e ne impediscono lo scivolamento eccessivo.