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Biologia Animale Appunti scolastici Premium

Appunti completi di tutti gli argomenti trattati nel corso di biologia animale, con immagini e spiegazioni chiare ed accessibili basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Brivio dell’università degli Studi Insubria Como Varese - Uninsubria. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Biologia animale docente Prof. M. Brivio

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ESTRATTO DOCUMENTO

“Tutte le uova sono singole cellule eucariote.”

Si tratta proprio dei gameti femminili: Sono le cellule più grandi che esistano sulla

terra. Possono raggiungere dimensioni enormi come ad esempio l’uovo di struzzo.

Le dimensioni di queste cellule non sono casuali perché in genere l’uovo, durante il

processo di fecondazione, è quello che dovrà poi curarsi dello sviluppo

dell’embrione. Una volta fecondato l’uovo diventa zigote.

In molti organismi lo sviluppo embrionale è EXTRACORPOREO ad esempio nella

maggior parte dei pesci. Il pesce femmina depone le uova, il maschio passa e le

feconda. Gli embrioni si sviluppano al di fuori del corpo della madre.

Finchè c’è la madre che nutre e protegge gli embrioni le uova possono essere anche

piccole e fragili ma se immaginiamo un uovo che viene deposto in un ambiente

rischioso come quello terrestre (ES: Tartarughe) esso, non solo non si trova nel corpo

della madre ma è anche pericolosamente esposto a ingiurie fisiche come cadute,

colpi e intemperie e deve quindi essere autosufficente dal punto di vista metabolico

e addirittura protetto fisicamente. Per questo motivo le uova hanno il guscio.

MICROSCOPIA

1. Stereo Binoculare: E’ il microscopio più semplice. Ingrandisce circa 20-40 volte.

2. Microscopio Ottico (Light Microscope): Sfrutta la luce con lunghezza d’onda

(dall’infrarosso agli ultravioletti) coprendo tutto lo spettro visibile. Permette di

visualizzare le immagini in micrometri (µm).

3. Microscopio Elettronico (Transition Electron Microscope): Sfrutta un fascio di

elettroni per ingrandire l’immagine. Inventato da due tedeschi nel 1931 è lo

strumento migliore in campo biologico in quanto permette di vedere addiritt ura gli

organuli all’interno della cellula e del DNA.

LE MOLECOLE DEI VIVENTI

Molecole:Gruppi di atomi disposti nello spazio secondo una precisa geometria.

Le molecole dei viventi sono per lo più MACROMOLECOLE, basate sul Carbonio (C).

Le principali macromolecole sono:

Idrogeno (H - 1) Ossigeno (O - 8) Azoto (N - 7) Fosforo (P - 15) Zolfo (S - 16)

Idrofilia: Proprietà fisica dei materiali di legarsi all’acqua.

Idrofobicità: Proprietà fisica dei materiali di essere respinte dall’acqua.

MOLECOLE FONDAMENTALI DEI VIVENTI

1. Proteine

2. Carboidrati

3. Lipidi

4. Acidi nucleici

Le macromolecole si formano, per la maggior parte, per processo di polimerizzazione.

Polimerizzazione: Reazione chimica che porta alla formazione di una catena

polimerica ovvero di una molecola costituita da molte parti uguali che si ripetono in

sequenza a partire da molecole più semplici, i monomeri.

Le macromolecole si formano per condensazione di monomeri con la perdita

di una molecola di acqua.

Sintesi per condensazione: Unione di due monomeri o due polimeri che tra loro

formano un legame covalente (legame chimico in cui 2 atomi mettono in comune

delle coppie di elettroni) formando oltre ad un polimero, anche un composto a basso

peso molecolare detto “condensato”.

Scissione per idrolisi: Reazione inversa della condensazione. Si tratta di reazioni

chimiche in cui le molecole vengono scisse in 2 o più parti per effetto dell’acqua.

Non confondere con l’idratazione, in cui ad una molecola viene addizionata una

molecola d’acqua.

GRUPPI FUNZIONALI

Parte della struttura della molecola caratterizzata da specifici elementi e da una

struttura precisa e ben definita che conferisce al composto una reattività (particolari

proprietà) comuni alle molecole che li contengono.

Il gruppo funzionale costituisce il centro della reattività chimica della molecola.

CH - CH = OH Alcool etilico (Etanolo)

3 2

CH - COOH = Acido Acetico

3

I gruppi funzionali danno caratteristiche importanti alla molecola.

LE PROTEINE

E’ la famiglia più numerosa e diffusa di macromolecole.

Sono formate da una o più catene di amminoacidi uniti tra loro attraverso un legame

chimico chiamato legame peptidico.

Amminoacidi (aa): Molecole il cui gruppo amminico e il cui gruppo carbossilico sono

legati allo stesso atomo di carbonio (C).

Legame peptidico: Legame chimico responsabile dell’unione degli amminoacidi e della

conseguente formazione di peptidi e proteine.

H O

H N C C

Gruppo amminico – Basico Gruppo Carbossilico – Acido

2 R OH

Catena laterale che differenzia gli aa

Amminoacidi essenziali: Sono quelli che i vertebrati non sono in grado di sintetizzare e devono

quindi essere assunti attraverso la dieta. Esempio: Lisina, Leucina, Isoleucina, Metionina, ecc.

In natura esistono classicamente 20 amminoacidi costituenti le proteine, anche se

recentemente se ne sono aggiunti altri 2.

Le catene laterali (R) degli aa possono essere divise in 2 categorie principali:

1. Polari: Idrofilo (Arginina, Asparagina, Glutammina ecc.)

2. Non polari: Idrofobo costituito da atomi di Carbonio.

LEGAMI TRA AMMINOACIDI

Amminoacido A Amminoacido B

Gruppo amminico Gruppo Carbossilico

Perde 2 atomi di H Perde un atomo di O

Legame Peptidico

O R H O R H

C C N + C C N

OH H H OH H H

=

O R H O R H

C C N C C N + H O

2

OH H H H

H si separa e si unisce a OH formando una molecola di H O

2

(Attraverso una reazione di condensazione)

Permettendo a C e N di unirsi con un legame detto appunto peptidico.

STRUTTURA DI UNA PROTEINA

Struttura primaria: Sequenza di aa (i monomeri formano la catena peptidica).

Struttura secondaria: Le catene peptidiche possono formare α-eliche (alpha eliche) e

β-sheets (beta sheets) detto anche β-foglietto ripiegato. Si tratta di segmenti di

catena che assumono una forma non stabile.

a-eliche

β-sheets

Struttura terziaria: Il polipeptide si ripiega generando una specifica forma

tridimensionale.

Struttura quaternaria: Due o più polipeptidi si associano

a formare grandi strutture complesse. In questo caso

formano un tetramero costituito da 4 sub unità

polipeptidiche. Le singole funzioni prendono parte alla

funzione globale.

In aggiunta a questi livelli di struttura, le proteine

possono spostarsi tra diverse strutture simili durante le

realizzazione della propria funzione biologica.

Correlazione tra struttura e funzione

Emoglobina: Proteina globulare di struttura quaternaria, solubile e di colore rosso. E’ presente

nei globuli rossi del sangue dei vertebrati, esclusi alcuni pesci. E’ responsabile del trasporto

dell’ossigeno da un compartimento ad alta concentrazione O ai tessuti che ne hanno

2

bisogno. L’ossigeno si lega all’emoglobina grazie a interazioni in zone precise della molecola.

1. Conformazione nativa: La conformazione nativa di una proteina è

quella responsabile della sua attività biologica. E’ una struttura molto

organizzata, definita da precise regole di assemblaggio che ancora

oggi conosciamo solo in parte. Il raggiungimento del corretto

ripiegamento di una proteina è un processo spontaneo e veloce ma

estremamente complesso che richiede la formazione di specifiche

interazioni all’interno della macromolecola.

2. Denaturazione: Perdita della conformazione nativa che determina la

perdita dell’attività biologica. Gli agenti denaturanti rompono le

interazioni deboli che stabilizzano la forma nativa. Gli agenti

denaturanti più comuni sono: il calore, i pH estremi, le elevate

concentrazioni saline o le miscele di solventi organici come l’alcool e

l’acetone.

3. Rinaturazione: Se le condizioni di denaturazione sono blande/deboli, la denaturazione

è un processo reversibile quindi le proteine possono riacquisire la loro struttura nativa e

di conseguenza la loro attività biologica, una volta allontanato l’agente denaturante.

Le proteine sono gli elementi molecolari, strutturali e funzionali tra i più

importanti nei sistemi viventi.

Qualsiasi processo vitale dipende da questa classe di molecole, ad esempio:

1. Catalisi delle reazioni (Enzimi)

2. Difese immunitarie (Anticorpi)

3. Trasporto di ossigeno (Emoglobina)

4. Trasporto nutrienti (Albumina)

5. Forma e movimenti, contrazione muscolare (Citoscheletriche)

Proteine enzimatiche: Reazioni che normalmente non avvengono o avverrebbero in tempi

molto lunghi vengono velocizzate dalle proteine enzimatiche. L’enzima lega il substrato

formando un complesso ES che dissocia liberando il prodotto di reazione:

Enzima + Substrato = ES = E + Prodotto di reazione

CARBOIDRATI

1. Alcuni carboidrati (zuccheri e amido) sono importanti per la nostra dieta, dalla loro

ossidazione ricaviamo l’energia per il nostro metabolismo.

2. Alcuni carboidrati (ribosio e 21-deossiribosio) sono costituenti fondamentali degli acidi

nucleici e quindi a loro è affidato il nostro patrimonio genetico.

3. Alcuni carboidrati più complessi costituiscono la cartilagine e lubrificano le articolazioni.

4. Altri sono coinvolti nel riconoscimento e nell’adesione sulla superficie cellulare.

5. Nelle piante i carboidrati hanno anche funzioni strutturali (cellulosa) dato che

costituiscono la parete delle cellule vegetali.

I carboidrati possono esistere come:

1. Monosaccaridi (zuccheri semplici)

2. Disaccaridi

3. Oligosaccaridi

4. Polisaccaridi

Gli zuccheri possono essere presenti in forma libera oppure coniugati ad altre

macromolecole.

I Monosaccaridi

Un esempio di carboidrati (zuccheri) a 6 atomi di C “esosi”. In soluzione acquosa molti

carboidrati assumono una forma chiusa e ad anello.

I Disaccaridi

Due monosaccaridi legati da un legame

glicosidico (Maltosio).

Glucosio + Glucosio = Maltosio

Glucosio + Fruttosio = Saccarosio

Glucosio + Galattosio = Lattosio

I Polisaccaridi

I polisaccaridi sono formati in genere da

lunghe catene di monosaccaridi.

Esempio: Amido, cellulosa, chitina ecc.

Carboidrati e superficie cellulare

Carboidrati e superficie cellulare

Le cellule presentano sulla membrana Glicoproteine e Glicolipidi i cui carboidrati

formano una fitta rete che va verso la superficie esterna della cellula.

Le micrografie al microscopio elettronico

mostrano la superficie di cellule coperte da un

fitto strato di carboidrati legati alle proteine e ai

lipidi della membrana cellulare sottostante.

Visti al microscopio i carboidrati sembrano una

“siepe” che funge anche un po’ da protezione.

Hanno anche funzioni recettoriali e sono quindi

capaci di recepire i segnali interagendo con altre

cellule. Nella membrana della cellula sono

presenti: proteine, lipidi e carboidrati.

LIPIDI

I lipidi sono un gruppo ampio e diversificato di

composti organici in genere apolari e idrofobici. Sono correlati per la loro insolubilità in

acqua (in genere) e solubilità in solventi organici non polari (etere, cloroformio, acetone,

benzene). Presentano comunque una grande varietà strutturale.

Struttura base: Carbonio e Idrogeno.

Molecole Apolari: mancanza di carica.

I Fosfolipidi possono avere una parte carica e una apolare.

Contrapposti e asimmetrici. Le

teste sono sempre rivolte verso

l’esterno della membrana.

In ambiente acquoso:

Code: lontane dall’acqua

Teste: interagiscono con essa,

generando un doppio strato.

ACIDI NUCLEICI

DNA, cromosomi e nucleo cellulare.

L’interpretazione dell’informazione contenuta nel DNA culmina con la sintesi proteica.

DNA: Depositario dell’info genetica.

Processo di Trascrizione: mRNA

RNA

Processo di Traduzione: tRNA

Poteina

1. mRNA – Messaggero

Legge l’informazione del DNA e la porta fuori dal nucleo. E’ una molecola lunga e

a filamento singolo. Contiene il codice per definire la sequenza degli amminoacidi

della proteina da sintetizzare.

1. tRNA – Transfer

Acido nucleico che nel citoplasma si occupa di trasportare gli amminoacidi

specifici ai polipeptidi in formazione sul ribosoma durante la sintesi proteica.

2. rRNA – Ribosomale

Acido nucleico a soingolo filamento che forma, con diverse proteine, i ribosomi

(Organuli cellulari coinvolti nella sintesi proteica)

L’informazione passa dal DNA all’mRNA e viene reinterpretata in una precisa sequenza di

amminoacidi legati a formare le proteine. Alla base del processo c’è la traduzione di un

codice in un altro. Il ribosoma è la SEDE FISICA di questo processo nella cellula.

Gene: Segmento di DNA che codifica per una proteina.

Il DNA è formato da 4 unità

chiamate nucleotidi:

1. Adenina – Timina

2. Citosina – Guanina

Le eliche sono tenute insieme da

questi nucleotidi.

Ogni nucleotide è formato da

zucchero + fosfato + base azotata.

Esistono 2 classi di basi azotate:

Purine e Primidine.

Adenina e Timina sono entrambe Purina

(Doppio anello).

Citosina e Guanina sono entrambe

Primidina (Singolo anello).

I legami di idrogeno tra fosfati causano la torsione del filamento di DNA.

L’aspetto ricorda una scala a pioli, ai lati vi sono gli

zuccheri-fosfato legati ai nucleotidi adiacenti.

Il gruppo fosfato è legato allo zucchero del nucleotide

successivo.

Le basi azotate sono rivolte all’interno dell’elica a formare

coppie con le basi sul lato opposto.

Ogni coppia di basi è formata da 2 nucleotidi

complementari tenuti insieme da legami di idrogeno.

LA DOPPIA ELICA DEL DNA

MISCOSCOPIA

1655 – L’inglese Robert Hooke fu il primo a capire che i viventi erano costituiti da unità

fondamentali. Analizzando il sughero descrisse i pori al suo interno come “cellule”

Fine ‘600 – Antoine van Leeuwnhoek descrisse molto bene la struttura microscopica di

molte cellule (protozoi, spermatozoi e cellule del sangue).

…fino all’800 i limiti imposti dalla limitata tecnologia delle lenti ottiche rallentò i progressi

scientifici nella biologia cellulare.

1839 – Theodor Schwann (biologo tedesco) descrisse le cellule della cartilagine, osservò

e descrisse il nucleo ed infine enunciò la TEORIA CELLULARE.

“Le cellule rappresentano la più piccola unità funzionale dei viventi”.

“Tutti gli organismi sono costituiti da una o più cellule nucleate”.

1855 – Le teoria completata dagli studi del patologo tedesco Rudolph Virchow che

osservò le divisioni cellulari e concluse che:

“Tutte le cellule hanno origine da una cellula preesistente”

1865 – Il monaco austriaco Gregor Mendel pubblicò i “dati sull’ereditarietà dei caratteri

somatici” ma per mezzo secolo nessuno considerò il suo lavoro.

1884 – Strasburger e Flemming osservarono i cromosomi durante la divisione cellulare ed

enunciarono che: “Le basi fisiche dell’eredità risiedono nel nucleo”.

Inizio ‘900 – Hugo de Vries e altri botanici tedeschi arrivarono alle stesse conclusioni di

Mendel che li aveva anticipati di 40 anni.

La trasmissione dei caratteri e la loro correlazione a geni e cromosomi fu definitivamente

affermata dagli studi di Thomas H. Morgan sul “Drosophila Melanogaster” (moscerino

della frutta) nelle prime decadi del ‘900.

Emil Fischer studi sulla sintesi di molecole organiche, sugli zuccheri e sul legame peptidico

posero le basi per l’integrazione tra studi chimici e morfologici.

1940/1950 – Oswald Avery, con mezzi ormai più sofisticati, dimostrò, con sperimentazione

su procarioti, che: “Il DNA è il reale depositario dell’informazione genetica”.

1953 – James Watson e Francis Crick definirono la struttura del DNA.

PRINCIPALI TECNICHE DI MICROSCOPIA

Microscopia ottica convenzionale

Si colora il tessuto e lo si osserva illuminando con una luce bianca.

1. Microscopia in campo chiaro:

Poco contrasto e dettagli scarsamente definiti.

2. Microscopia in campo chiaro con colorazioni:

Si basa su coloranti elettivi per i componenti della cellula.

Microscopia ottica avanzata

Per osservare cellule vive NON colorate.

1. Microscopia contrasto di fase:

Si esaltano le differenze negli indici di rifrazione.Contrasto aumentato.

2. Microscopia contrasto interferenziale:

Usa un doppio raggio di luce polarizzata.

La cellula assume un aspetto in bassorilievo.

Microscopia ottica in epifluorescenza

Serve per localizzare le macromolecole.

1. Microscopia a fluorescenza:

Una sostanza fluorescente viene eccitata da una luce apposita.

2. Microscopia confocale laser:

Simile a fluorescenza ma usa una luce laser che identifica piani diversi

di messa a fuoco.

Microscopia elettronica

1. Microscopia elettronica a trasmissione (TEM):

Sfrutta fasce di elettroni che attraversano il campione.

2. Microscopia elettronica a scansione (SEM):

Fasci di elettroni riflessi dalla superficie del campione.

Le moderne tecniche di microscopia ottica associate all’uso di molecole visualizzabili

(sonde fluorescenti) hanno rivoluzionato gli studi di localizzazione di molecole intra ed

extracellulari.

Alla base delle tecniche di microscopia c’è lo stereomicroscopio, che permette

l’ingrandimento (ca. 20-40x) e la manipolazione di organismi e campioni organici.

Vantaggio: Possibilità di operare manualmente sul campione.

Regole per un corretto uso del microscopio

1. Posizionarsi correttamente nella zona di lavoro

2. Regolare la distanza interpupillare

3. Regolare la correzione diottrica

4. Focheggiare in modo preciso

5. Cambiare l’ingrandimento

6. Aggiustare la messa a fuoco

MICROSCOPIO A LUCE TRASMESSA

Una lente o un sistema di lenti, detto obiettivo, ingrandisce l’oggetto, la cui immagine

viene ulteriormente ingrandita da una seconda lente (o sistema di più lenti) detta

oculare.

Oculare: semplice sistema di lenti che “vede” e ingrandisce l’immagine del campione

già ingrandita dall’obiettivo. Può essere unico oppure doppio per un osservazione più

comoda.

L’oculare porta inciso un numero che indica il suo potere d’ingrandimento.

Questo valore, moltiplicato per quello dell’obiettivo, dà

l’ingrandimento totale del microscopio.

Obiettivo: Complessi sistemi di lenti che forniscono il PRIMO

ingrandimento del campione da osservare. Sono avvitati su

una torretta girevole (revolver) che ne può portare fino a 6

con diverso ingrandimento (20x, 40x, 60x..).

Condensatore: sistema di lenti che invia all’obiettivo la

quantità di luce adatta alle sue caratteristiche ottiche.

Diaframma a iride: Regola l’ampiezza del cono di luce che entra nell’obiettivo.

Calcolo dell’ingrandimento fineale

Ingrandimento dell’oculare X Ingrandimento obiettivo = Ingrandimento TOTALE

10x X 40x = 400x

1. La perfetta regolazione del diaframma e del condensatore è indispensabile per

una buona qualità dell’immagine.

2. Il campione deve essere sottile e sufficentemente trasparente per poter essere

attraversato dal fascio di luce.

MICROSCOPIO IN CONTRASTO DI FASE

La luce rifratta dal campione è sfasata di mezza lunghezza d’onda:

in questo modo il contrasto aumenta e i campioni non colorati divengon ben visibili. Il

percorso ottico prevede un anello di fase e un diaframma di fase (sfasano entrambi la

luce di ¼ di lunghezza d’onda) capaci di sfasare le onde dirette e quindi aumentare il

contrasto del campione.

MICROSCOPIO IN CONTRASTO INTERFERENZIALE

O DI NOMARSKY (DIC)

Si basa sull’interferenza di 2 raggi polarizzati con piani perpendicolari tra loro. Anch’esso

permette di aumentare il contrasto degli oggetti rendendoli visibili. Poiché le 2 immagini

portate dalle onde sono leggermente sfasate, l’immagine finale avrà un caratteristico e

suggestivo aspetto plastico a bassorilievo. E’ molto utile e usato per

la fecondazione in vitro,

per altri tipi di utilizzo è

più scenografico che

altro.

IMMUNOCITOCHIMICA 4BG 1

L’immunocitochimica si basa sulla combinazione di tecniche immunologiche e cito -

istologiche (cellule e tessuti) che permettono di identificarne molecole specifiche in

cellule e tessuti. Queste tecniche sfruttano la reazione specifica di complessi

Anticorpo(Antibody - Ab) - Antigene(Antigen - Ag).

Esse permettono di identificare il complesso Ab-Ag grazie a una molecola chiamata

“sonda” legata all’anticorpo.

L’immunocitochimica permette di studiare localizzazione e

distribuzione di molecole intracellulari e tissutali.

Gli Antigeni Ag sono sostanze che, se penetrate in un organismo, inducono una risposta

da parte del sistema immunitario dell’ospite.

Sono molecole riconosciute come NON-SELF cioè estranee all’organismo ospite.

Come conseguenza della presenza del NON-SELF, l’organismo reagisce con una

complessa serie di reazioni immunitarie tra cui:

La produzione di anticorpi specifici diretti contro il non-self.

1. Il macrofago fagocita (porta dentro di se) nel suo citoplasma i batteri,

li degrada/distrugge e li espone sulla sua stessa membrana per mostrarli alle

altre cellule.

2. I linfociti reagiscono a questa intrusione, si attivano, maturano e producono gli

anticorpi contro l’antigene.

PRINCIPIO BASE DI UN VACCINO

Stimolare il sistema immunitario contro qualcosa in modo che, se dovesse ripresentarsi lo

stesso tipo di intrusione, l’organismo è molto più preparato per sconfiggerlo.

GLI ANTICORPI

LINFOCITI: responsabili della produzione di anticorpi.

ESOCITOSI: la cellula produce gli anticorpi e li secerne nell’ambiente extracellulare.

Gli anticorpi sono glicoproteine, la loro conformazione spaziale

risulta dal folding (conformazione secondaria, terziaria ecc.)

della molecola e nel suo caso, una immunoglobulina di tipo G

(lgG), ricorda una Y.

La capacità di riconoscere e legare un antigene risiede nella

conformazione della zona teminale delle braccia.

Una molecola anticorpale (lgG) ha la struttura di un tetramero,

formato da più catene proteiche.

Due catene leggere (25000 D,220 aa)

Due catene pesanti (50000 D, 440 aa)

Le 4 catene proteiche sono legate da ponti disolfuro.

Le regioni terminali di entrambe le catene formano il

sito di legame per l’antigene.

Gli anticorpi (Ab) sono capaci di riconoscere e localizzare

macromolecole intracellulari ed extracellulari

ma gli Ab sono comunque glicoproteine come altre migliaia nella cellula…

Come possiamo vedere dove si sono legati?

Attraverso una SONDA FLUORESCENTE.

Se l’anticorpo è coniugato con

un sonda fluorescente sarà

possibile localizzarlo e quindi

capire, indirettamente, dov’è la

proteina (antigene) che stiamo

cercando.

MICROSCOPIA IN FLUORESCENZA

Permette di localizzare, in cellule o tessuti, molecole

utilizzando particolari sostanze dette Fluorocromi.

I suddetti sono sostanze che, copite da una

radiazione, in parte l’assorbono e in parte la

restituiscono.

La radiazione emessa ha energia minore e

lunghezza d’onda maggiore di quella incidente.

Se la deviazione incidente è UV, cioè invisibile,

oppure blu, la radiazione emessa è in genere visibile.

Tale radiazione, che dura di solito finchè dura

l’eccitazione, è detta fluorescenza.

LUNGHEZZA D’ONDA E COLORI

La porzione di spettro percepibile dall’occhio umano varia da 380 nm a 710 nm.

Lo spettro visibile può essere suddiviso in intervalli di lunghezza d’onda, ciascuno dei

quali corrisponde a ciò che noi chiamiamo colori:

1. Viola/indaco 380-450 nm

2. Blu/azzurro 450-500 nm

3. Verde 500-570 nm

4. Giallo/arancione 570-610 nm

5. Rosso 610-710 nm

Un fluorocromo molto diffuso è la Fluoresceina isotiocianato (FITC).

Nel microscopio a fluorescenza sono presenti due sistemi di filtri:

1. Filtro di eccitazione: lascia passare solo lunghezze d’onda utili per l’eccitazione del

fluorescente.

2. Filtro di sbarramento: Trattiene la radiazione non assorbita e lascia passare solo la

luce dovuta alla fluorescenza.

TIPOLOGIE DI SONDE

La marcatura è rilevabile in microscopia ottica convenzionale, in quanto l’enzima

coniugato all’anticorpo catalizza la conversione di un substrato incolore in un

cromogeno visibile (marrone o blu).

ENZIMA: Catalizzatore che agento sul substrato accellera la sua conversione a prodotto

mediante la formazione di un complesso intermedio (Enzima-Substrato).

DAB: Diaminobenzidina

MICROSCOPIA ELETTRONICA 4BG2

1. A trasmissione (TEM)

La sorgente nel TEM è un filamento che,

ad alto voltaggio, emette un fascio di

elettroni.

Il fascio attraversando il campione

costruisce l’immagine su di uno schermo

in base alla elettrondensità del campione

in osservazione. 2. A scansione (SEM)

Nel SEM in fascio di elettroni non attraversa il

campione da osservare ma viene deflesso dalla

sua superficie ricoperta da metalli

(metallizzazione con particelle d’oro).

Granuli di Polline

PREPARAZIONE DI UN CAMPIONE

Innanzitutto durante la preparazione i campioni devono essere freschi o comunque

refrigerati.

1. FISSAZIONE

Procedura con cui si rendono stabili le strutture molecolari del campione.

I fissativi più usati sono gli aldeidi come il formaldeide e il glutaraldeide.

2. DISIDRATAZIONE

Necessaria per poter successivamente includere il campione in resine idrofobiche, si

effettua con passaggi successivi in alcool a concentrazione crescente

(Es: Etanolo 70 – 80 – 90 – 100%).

3. INCLUSIONE

Prepara il campione per il taglio in sezioni sottili. Il campione viene incluso in resine

appropriate (Paraffine per Microscopio Ottico e resine epossidiche per TEM).

4. TAGLIO

Il campione/tessuto viene sezionato con strumenti detti Microtomi (producono sezioni di

spessore adatto al tipo di osservazione, quindi al tipo di microscopio a cui saranno

sottoposte (10 -40 um nel caso del Microscopio ottico e 50 – 80 nm per il TEM).

COLORANTI CITO-ISTOLOGICI DI USO COMUNE (Non vitali)

COLTURE CELLULARI

Cellule provenienti da tessuti o da fluidi corporei possono essere mantenute in vitro in

condizioni vitali e di proliferazione purchè sussistano determinate condizioni:

1. Assoluta sterilità

2. Presenza di nutrienti e metaboliti essenziali

3. Possibilità di adesione (per cellule aderenti, che vivono su substrati solidi)

4. Temperatura ottimale

5. pH ottimale del medium in cui sono poste

Le colture cellulari richiedono condizioni sperimentali rigorose.

L’obbiettivo è quello di riprodurre fedelmentele condizioni fisiologiche dell’ambiente da

cui le cellule sono state espiantate. Non possono essere colorate ma dev’essere

controllata, mediante MO, la loro vitalità.

PRINCIPALI TIPOLOGIE DI COLTURE CELLULARI Fibroblasti aderenti al substrato

1. Colture cellulari aderenti

Cellule che, in vivo, fanno parte di tessuti solidi, crescono in

vitro aderendo a superfici. L’adesione al substrato (in piastre di

crescita) è una condizione essenziale per la coltura.

2. Colture cellulari in sospensione

Un esempio sono le cellule di origine emopoietica, presenti nei fluidi corporei,

crescono in vitro senza aderire, fluttuando nel medium di coltura.

CONTENITORI PER CELLULE ADERENTI IN COLTURA

Capsule di Petri Piastre multipozzetto

Le cellule coltivate nelle piastre (singole o multiple) aderiscono al fondo immerse nel

medium di coltura.

COLORAZIONI

Nell’uso comune viene usato il termine colorazione vitale quando il colorante è

somministrato a un campione di cellule o tessuto che dev’essere mantenuto in vita.

Queste colorazioni presuppondono la presenza di alterazioni della membrana che

permettono l’assunzione del colorante all’interno di cellule.

Un esempio è il Trypan Blue, un colorante usato nei saggi di vitalità (Test di esclusione).

Il colorante viene inoculato in una coltura cellulare:

- Se la cellula è vitale la sua membrana è intatta

e impedisce l’accesso (esclude) il Trypan Blue.

- Se la cellula NON è vitale la sua membrana si

deteriora e il Trypan Blue penetra nel

citoplasma cellulare.

FASI E PROGGRESSIONE DI UNA RICERCA SCIENTIFICA

1. Effetturare un’osservazione

2. Ponersi una domanda

3. Formulare un’ipotesi

4. Saggiare l’ipotesi

5. Trarre le conclusioni

6. Comunicare i risultati

SCALA TEMPORALE DELL’EVOLUZIONE DELLA VITA CELLULARE

%

Ossigeno

di

Livello Milioni di anni (10 anni)

6

IPOTESI DELLA FASE BIOCHIMICA PRE-BIOLOGICA

4 miliardi di anni fa la terra era molto diversa da come la conosciamo oggi.

L’atmosfera primitiva era da alta energia e caratterizzata dall’assenza di ossigeno e

anidride carbonica, ma era ricca di idrogeno, metano, ammoniaca e vapore acqueo,

quindi fortemente riducente.

Queste condizioni chimico fisiche consentirono la formazione di una grande quantità di

molecole organiche che, accumulandosi nei mari primitivi (brodo primordiale), poterono

reagire tra loro in modo tale da originare una grande varietà di molecole biologiche

importanti per la vita.

Successivamente queste molecole si associarono nei primi sistemi macromolecolari in

grado di esprimere una primitiva funzionalità vivente, accrescimento e auto riproduzione.

L’ORIGINE DELLA VITA

1. TEORIA CREAZIONISTA

Dobbiamo escludere a priori la Teoria Creazionista, perché scientificamente

indimostrabile, secondo cui la vita sarebbe stata creata da un essere soprannaturale.

2. IPOTESI COSMOZOICA (S. Arrhenius, 1907)

La possibilità che la vita sia stata portata sulla terra dallo spazio,

sotto forma di germi o spore.

Meteorite di Murchison, caduto in Australia nel 1969.

Uno dei meteoriti più studiati.

Conteneva più di 100 aminoacidi diversi.

3. TEORIA DELLA GENERAZIONE SPONTANEA

Generazione spontanea: Credenza, molto diffusa nell’antichità, per cui la vita potrebbe

nascere in modo spontaneo dagli elementi naturali inanimati, in quanto comunque

dotati di influssi vitali.

Si riteneva infatti che Dio avesse creato gli esseri viventi “superiori”, come l’uomo e i

grandi animali, mentre quelli “inferiori”, come vermi e insetti, potessero nascere

spontaneamente dal fango o dalle carcasse in putrefazione.

Verso la fine del 1600 ci fu un importante scoperta da parte di Francesco Redi, allievo di

Galileo. Egli prese un vaso e vi mise un pezzo di carne, poi coprì il vaso con una garza e

notò che su questa si depositavano uova che, seminate poi sulla carne, davano origine

a delle larve. Redi dimostrò quindi che l’ipotesi della generazione spontanea non era

valida.

4. ABIOGENESI

La teoria più plausibile è definita appunto Abiogenesi.

L’approccio scientifico al problema dell’origine della vita consiste nell’ipotizzare una

sequenza di processi spontanei, che portò alla formazione dei primi organismi viventi a

partire da composti chimici non biologici.

Teoria di Oparin

A. I. Oparin 1894 – 1980 Biochimico Russo

La comparsa delle cellule è stata preceduta da un’evoluzione prebiologica, una

lunghissima serie di eventi che prende il nome di evoluzione chimica.

L’ambiente primitivo in cui si svolsero questi eventi aveva 2 propri età importanti:

1. L’ossigeno libero era quasi assente in un’atmosfera con abbondante idrogeno.

2. I 4 elementi chimici (H, O, C, N) fondamentali delle macromolecole dei viventi,

erano già disponibile nell’atmosfera e/o nelle acque.

Inoltre sul pianeta c’era moltissima energia che si manifestava sotto forma di calore,

scariche elettriche, radioattività e radiazioni provenienti dal sole.

Oparin ipotizzò che in tali condizioni, dai gas dell’atmosfera si sarebbero potute formare

grandi quantità di molecole complesse, che in seguito si sarebbero raccolte nei mari e

nei laghi del pianeta, dando origine al brodo primordiale.

Nel tempo queste molecole sarebbero diventate sempre più numerose e sempre più

vicine e a causa della maggiore concentrazione, si sarebbero poi combinate dando

luogo a piccoli aggregati più complessi.

A questo punto, all’evoluzione chimica avrebbe fatto seguito una nuova fase del

processo, quella che Oparin chiamò appunto EVOLUZIONE PREBIOLOGICA.

Essa prevedeva la formazione di piccoli sistemi primitivi, detti COACERVATI,

che si possono ritenere il punto di partenza di tutto il mondo vivente.

I Coacervati sono strutture formate da macromolecole

isolate dall’ambiente circostante grazie alla

aggregazione di una membrana semipermeabile.

Sono in grado di accrescersi, riprodursi e di competere.

Oparin pubblicò questa ipotesi nel 1922, ma la comunità scientifica non gli diede credito.

Verso la metà del secolo scorso però, l’ipotesi di Oparin sull’evoluzione chimica venne

sottoposta a verifica sperimentale.

Fu confermata da Stanley Miller, un giovane laureato all’Università di Chicago e dal suo

professore Harold Urey.

Simularono in laboratorio le condizioni ambientali della terra primitiva e dimostrarono che

si potevano formare spontaneamente alcune semplici biomolecole, cioè particolari

composti chimici come gli amminoacidi, componenti base di tutti i viventi.

Però una cellula possiede caratteristiche peculiari che la distinsero dai semplici

aggregati di macromolecole:

1. Una membrana esterna che separa la cellula dall’ambiente circostante che le

permise di mantenere una propria identità chimica.

2. La presenza di molecole proteiche complesse come gli enzimi, indispensabili per lo

svolgimento delle reazioni chimiche da cui dipende la vita.

3. Capacità di duplicarsi e dare origine a nuove cellule.

4. Possibilità di evolversi grazie a variazioni che compaiono nel corso delle geerazioni.

EVOLUZIONE

Teoria di Lamark (o dell’eredità dei caratteri acquisiti)

Biologo Francese 1744-1829

- Gli organismi hanno una spinta interna verso la perfezione.

- Sono capaci di adattarsi all’ambiente.

- I caratteri acquisiti durante la vita sono trasmessi alla prole.

-

Teoria di Darwin

Charles Darwin, Inghilterra 1809 – 1882

- I caratteri evolvono per mutazioni casuali

- I caratteri vantaggiosi vengono selezionati positivamente.

NEO DARWINISMO

L’evoluzione è frutto di mutazioni casuali sulle quali agisce la selezione naturale.

*Caratteri selezionati negativamente spesso sono portati da individui che non produrranno progenie.

LA CELLULA

Esistono diversi tipi di cellula:

1. Cellula Eucariote (Animali, vegetali, funghi, cromisti e protozoi)

Cellule aventi un nucleo interno ben definito e isolato dal resto della cellula

tramite l’involucro necleare, nel quale è racchiusa la maggior parte del materiale

genetico, il DNA (una parte è contenuta nei mitocondri).

2. Cellula Procariote (Batteri e Archaea)

Cellule prive di nucleo ben definito e delimitate dalla membrana cellulare. Le

cellule procariote rispetto a quelle eucariote non possiedono organuli, fatta

eccezione per i ribosomi e hanno una struttura interna molto semplice. Non

avendo il nucleo, il loro DNA è sparso nel citoplasma in una regione interna della

cellula chiamata Nucleoide. Gli organismi procarioti sono tutti unicellulari e si

riproducono per scissione binaria. Le loro dimensioni sono dell’ordine di pochi

micron.

CELLULA EUCARIOTE ANIMALE

La COMPARTIMENTAZIONE è la chiave del funzionamento della cellula eucariotica.

Questi compertimenti membranosi all’interno della cellula sono chiamati organelli.

IL NUCLEO

E’ l’organello più grande (Nucleo cell. Animali circa 5 um).

È il sito della replicazione del DNA, è il luogo dove si realizza il controllo genetico delle

attività cellulari e infine, una regione al suo interno, chiamata nucleolo, avvia

l’assemblaggio dei ribosomi a partire da RNA e proteine specifiche.

È circondato da 2 membrane che insieme formano l’involucro nucleare.

Le due membrane sono perforate da pori nucleari che collegano l’interno del nucleo

con il citoplasma. Ogni poro è costituito da 8 grandi aggregati proteici dove la

membrana interna si fonde con quella esterna. Essi fanno passare liberamente le piccole

sostanze (ioni e molecole di peso < 10.000 Dalton) mentre le molecole piu grandi hanno

bisogno di una breve sequenza di amminoacidi per poter passare.

All’interno del nucleo il DNA si combina con delle proteine per formare un complesso

fibroso chiamato Cromatina (fili estremamente lunghi e sottili).

Prima della divisione cellulare la cromatina si aggrega a formare i Cromosomi.

La Cromatina è circondata dal Nucleoplasma, costituito da acqua e sostanze disciolte.

All’interno di quest’ultimo vi è una rete di proteine chiamata Matrice Nucleare.

Alla periferia del nucleo, la cromatina è attaccata a un reticolo di proteine chiamato

Lamina Nucleare, la quale, essendo attaccata sia alla cromatina che all’involucro

nucleare, mantiene la forma del nucleo.

I RIBOSOMI (Senza Membrana)

Sono i siti dove le proteine vengono sintetizzate sotto la direzioni degli acidi nucleici.

Chiamicamente i ribosomi consistono in un tipo speciale di RNA chiamato rRNA

o RNA ribosomale, al quale sono legate più di 50 molecole proteiche diverse.

I ribosomi nelle cellule eucariotiche si trovano i 2 sedi: nel citoplasma, dove possono

essere liberi o sulla superficie del Reticolo endoplasmatico (ER) oppure all’interno dei

mitocondri.

La maggior parte del volume di una cellula eucariotica è occupato da un esteso sistema

endomembranoso che comprende il Reticolo Endoplasmatico e l’apparato di Golgi.

RETICOLO ENDOPLASMATICO - ER

Si tratta di membrane interconnesse che si ramificano per tutto il citoplasma formando

tubuli e sacculi appiattiti. Il compartimento interno chiamato Lume è separato e distinto

dal citoplasma circostante.

1. Reticolo endoplasmatcio rugoso RER

È una parte dell’ER costellata di Ribosomi. Il suo compito è quello di segregare alcune

proteine appena sintetizzate rispetto al citoplasma e di trasportarle in altre parti della

cellula. Mentre sono dentro al RER, le proteine possono essere modificate chimicamente

in modo da cambiare la loro funzione e la loro eventuale destinazione.

I ribosomi sul RER sono deputati alla sintesi delle proteine che agiscono all’esterno del

citosol. Queste proteine entrano nel lume del RER mentre vengono sintetizzate. Anche

questo accesso è consentito dalla presenza di una sequenza amminoacidica che agisce

come un segnale di localizzazione nel RER. Una volta nel lume queste proteine vanno

incontro a diversi cambiamenti come la formazioni di ponti disolfuro e il ripiegamento

nelle loro strutture terziarie. Alcune proteine acquistano dei gruppi di carboidrati

all’interno del RER diventando Glicoproteine.

2. Reticolo Endoplasmatico Liscio SER

È più tubulare del RER e manca dei ribosomi. Il SER ha 3 ruoli importanti:

1. È responsabile delle modoficazioni chimiche di piccole molecole assunte dalla

cellula come farmaci e pesticidi.

2. È capace di compiere l’idrolisi di glicogeno nelle cellule animali.

3. È il sito della sintesi dei lipidi e degli steroidi.

Le cellule che sintetizzano molte proteine da esportare sono di solito ricche di ER.

(Cell. Ghiandolari secernono enzimi digestivi e Globuli bianchi producono gli anticorpi).

APPARATO DI GOLGI

Consiste di sacchi membranosi appiattiti chiamati Cisterne (impilati come dei piattini)

e da piccole vescicole racchiuse da membrane.

Svolge diverse funzioni:

1. Riceve le proteine dall’ER e può modificarle ulteriormente.

2. Concentra, impacchetta e fa una selezione delle proteine prima che vengano

inviate alla loro destinazione intra o extracellulare.

3. Sintetizza alcuni polisaccaridi della parete cellulare vegetale.

Le pile di cisterne sono unità individuali disperse per tutto il citoplasma.

L’apparato di Golgi ha 3 parti funzionalmente distinte:

1. Le cisterne apicali, che costituiscono la regione Trans e che si trovano più vicine

alla superficie della cellula.

2. Le cisterne di mezzo che costituiscono la regione Mediale.

3. Le cisterne alla base, che costituiscono la regione Cis e che si trovano piu vicine al

nucleo o a porzioni del RER.

I LISOSOMI

Sono organelli che hanno origine dall’apparato di Golgi, contengono enzimi digestivi e

sono i siti dove le macromolecole (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici e lipidi) sono

idrolizzate (separate/scisse in 2 o più parti per effetto dell’acqua) nei loro monomeri.

I lisosomi sono i siti deputati alla demolizione delle molecole degli alimenti e delle

sostanze estranee (Non Self) assunte dalla cellula.

Questi materiali entrano nella cellula mediante un processo chiamato Fagocitosi, che

prevede la formazione di una tasca nella membrana citoplasmatica che alla fine si

approfondisce racchiudendo il materiale proveniente dall’esterno della cellula.

Questa tasca diventa una piccola vescicola che si separa dalla membrana per spostarsi

nel citoplasma come Fagosoma contente sostanze nutrienti o altro materiale.

Il fagosoma si fonde col il lisosoma primario dando origine al lisosoma secondario

all’interno del quale avviene la digestione.

I prodotti della digestione diffondono attraverso la membrana del lisosoma fornendo

materiali di partenza per altri processi cellulari.

I MITOCONDRI (2 Membrane)

Trasformano l’energia da una forma all’altra. La loro funzione primaria è quella appunto

di convertire l’energia potenziale contenuta nelle molecole energetiche in una forma

utilizzabile dalla cellula: la molecola ricca di energia ATP (Adenina Trifosfato).

La produzione di ATP nel mitocondrio, a partire da molecole energetiche e ossigeno

molecolare (O ) è detta Respirazione Cellulare.

2

I mitocondri hanno 2 membrane:

1. Membrana esterna: Liscia e protettiva, offre poca resistenza al passaggio di

sostanze verso e da il mitocondrio.

2. Membrana interna: Offre un controllo molto più stretto su ciò che entra ed esce

dallo spazio che essa racchiude, che prende il nome di Matrice Mitocondriale.

Questa membrana si ripiega verso l’interno in molti punti, così da avere una

superficie molto maggiore rispetto alla membrana esterna. Queste pieghe sono

piuttosto regolari e danno origine a strutture che prendono il nome di Creste.

La matrice mitocondriale contiene molti enzimi, alcuni ribosomi e del DNA necessari per

la sintesi delle proteine che partecipano alla respirazione cellulare.

I PEROSSISOMI (1 sola membrana)

Sono organelli che raccolgono i perossidi tossici (come il perossido d’idrogeno H2O2),

sottoprodotti inevitabili delle reazioni chimiche cellulari. Questi perossidi vengono

decomposti in modo sicuro, senza che interagiscano con altre componenti della cellula.

CELLULA EUCARIOTE VEGETALE

Caratteristiche della cellula vegetale non presenti nella cellula animale.

Parete Cellulare - Plasmodesmi – Vacuolo - Plastidi

LA PARETE CELLULARE

Struttura semirigida che si trova all’esterno della membrana citoplasmatica.

Consiste di fibre di cellulosa avvolte da altri polisaccaridi complessi e da proteine.

La parete cellulare svolge 3 importanti ruoli:

1. Fornisce supporto alla cellula e ne limita il volume rimanendo rigida.

2. Agisce come una barriera nei confronti delle infezioni da funghi e altri organismi

patogeni delle piante.

3. Contribuisce a determinare la forma della pianta crescendo man mano che le

cellule vegetali si espandono.

Grazie alle loro spesse pareti cellulari, le cellule vegetali viste al microscopio ottico

appaiono interamente isolate le une dalle altre ma in realtà non è così.

Il citoplasma di cellule adiacenti è collegato mediante numerosi canali rivestiti di

membrana citoplasmatica chiamati Plasmodesmi.

I PLASMODESMI

Sono canali (aperture della parete cellulare) attraverso cui passano tubuli del reticolo

endoplasmatico (RE) delle cellule.

Attraverso i plasmodesmi le cellule adiacenti sono in comunicazione e il loro citoplasma

in continuità. Permettono la diffusione di acqua, ioni, piccole molecole, RNA e proteine

tra le cellule collegate, assicurando un’uniforme distribuzione di queste sostanze.

I PLASTIDI

È una classe di organelli prodotta soltanto dalle cellule delle piante e da certi protisti.

Vi sono diversi tipi di plastidi:

1. I Cloroplasti 2. I Cromoplasti 3. I Leucoplasti

1. I CLOROPLASTI

Contengono il pigmento verde Clorofilla e sono i siti dove avviene la fotosintesi.

Hanno forma e dimensioni variabili e, come i mitocondri, sono circondati da

2 membrane. Inotre presentano una serie di membrane interne la cui struttura e

disposizione variano da un gruppo all’altro di organismi fotosintetici.

La membrana interna di un cloroplasto è organizzata in strutture simili a pile, piatte e

cave all’interno. Queste pile, dette Grana, consistono di una serie di compartimenti

circolari piatti, strettamente impacchettati chiamati Tilacoidi.

Questi possono essere collegati ad altri grana, rendendo l’interno del cloroplasto una

rete di membrane molto sviluppata, molto simile all’ER.

Il fluido nella quale sono sospesi i grana è chiamato Stroma e contiene ribosomi e DNA.

Le cellule animali non contengono cloroplasti, ma alcune contengono cloroplasti

funzionali acquisiti per parziale digestione di piante verdi o di alghe che vivono

all’interno dei tessuti dell’animale (Coralli e anemoni di mare).

2. I CROMOPLASTI

Contengono pigmenti rossi, arancione e/o gialli e danno colore a organi delle piante

come i fiori.

Non hanno alcuna funzione chimica nella cellula ma i colori che conferiscono ai petali o

ai frutti incoraggiano gli animali a visitarli in modo da provvedere all’impollinazione,

oppure favorendo la dispersione dei semi mangiando i frutti.

3. I LEUCOPLASTI

Sono depositi di stoccaggio di amido e grassi.

LA FOTOSINTESI

L’energia luminosa del sole viene convertita nell’energia chimica dei legami tra atomi.

Le molecole formate durante la fotosintesi rappresentano il nutrimento per gli organismi

fotosintetici e per gli altri organismi che si cibano di essi.

Direttamente o indirettamente la fotosintesi è la fonte di energia della maggior parte del

mondo vivente.

I GLIOSSISOMI

Sono strutturalmente simili ai perossisomi delle cellule animali. Sono i siti dove i lipidi

immagazzinati vengono convertiti in carboidrati che sono quindi trasportati alle cellule in

accrescimento.

IL VACUOLO

È un organulo cellulare presente solo nelle cellule vegetali .

I vacuoli sono racchiusi da membrane e sono pieni di soluzioni acquose contenenti molte

sostanze disciolte. Svolgono diverse funzioni:

1. Stoccaggio: Le cellule vegetali producono un gran numero di sottoprodotti tossici

e di prodotti di scarto, molti dei quali sono semplicemente immagazzinati

all’interno dei vacuoli. Dato che sono velenose o disgustose, queste sostanze

accumulate agiscono da deterrente per gli animali che volessero nutrirsi delle

piante che le producono, così facendo contribuiscono alla sopravvivenza della

pianta stessa.

2. Struttura: In molte cellule vegetali il vacuolo rappresenta il 90% del volume

cellulare e cresce con la cellula. La presenza di sostanze disciolte nel vacuolo fa si

che l’acqua vi entri, facendolo gonfiare come un palloncino. Le cellule vegetali

hanno una parete cellulare molto rigida che resiste al rigonfiamento del vacuolo

fornendo la rigidità che aiuta a sostenere la pianta.

3. Riproduzione: Alcuni pigmenti dei petali e dei frutti sono contenuti nei vacuoli.

Questi pigmenti, le Antocianine, sono segnali visivi che contribuiscono ad attrarre

gli animali che provvedono all’impollinazione o alla dispersione dei semi.

4. Digestione: In alcune piante, i vacuoli contenuti nei semi accumulano enzimi che

idrolizzano le proteine del seme stesso in monomeri utilizzabili come nutrienti

dall’embrione vegetale in via di sviluppo.

CELLULA PROCARIOTE BATTERICA

Domini: Archaea e Bacterya

Le cellule procariotiche sono più piccole di quelle eucariotiche, comprese cioè tra

0,25 x 1,2 um e 1,5 x 4 um.

Ogni individuo procariote è una singola cellula, ma molti tipi di procarioti si possono

vedere di solito uniti a formare catenelle, piccoli grappoli o anche raggruppamenti

contenenti centinaia di individui.

I procarioti possono servirsi di fonti di energia molto più varie rispetto a qualsiasi altro

organismo e possono occupare ambienti molto più estremi (Sorgenti molto calde o

acque estremamente salate).

Tutte le cellule procariote hanno la stessa struttura fondamentale:

1. Membrana citoplasmatica: Racchiude la cellula, regolando il traffico dei materiali

verso l’interno e verso l’esterno della cellula e separandola dal suo ambiente.

2. Nucleoide: Contiene il materiale ereditario (DNA) della cellula.

3. Citoplasma: Composto da 2 costituenti:

- Citosol: Consiste prevalentemente di acqua che contiene disciolti ioni, piccole

molecole e macromolecole solubili come le proteine.

- Ribosomi: Complessi di RNA e proteine, siti della sintesi proteica.

Durante la loro evoluzione, alcuni procarioti svilupparono strutture specializzate che

conferirono loro un vantaggio selettivo. Queste strutture comprendono:

1. La parete cellulare

2. Una membrana interna per la compartimentazioni di alcune reazioni chimiche

3. I flagelli per il movimento cellulare attraverso l’ambiente acquoso.

PARETE CELLULARE

Localizzata all’esterno della membrana citoplasmatica. La rigidità della parete sostiene

la cellula e ne determina la forma. Le pareti cellulari della maggior parte dei batteri

contengono il Peptidoglicano, un polimero di amminozuccheri uniti da legami covalenti

che formano una miscela gigante attorno all’intera cellula.

Curiosità

Quando batteri patogeni come Salmonella, Shigella e Neisseria infettano un uomo,

frammenti polisaccaridici provenienti dalle loro membrane, chiamate Endotossine,

vengono rilasciati nel torrente sanguigno. Queste molecole provocano febbre e

interferiscono con la coagulazione del sangue, portando a emorragie.

A racchiudere la parete cellulare di alcuni batteri vi è uno strato di una sostanza viscida

chiamata Capsula. Questa fornisce protezione contro gli attacchi da parte dei globuli

bianchi degli animali che essi infettano. Aiuta a impedire la disidratazione della cellula e

talvolta permette al batterio di agganciarsi ad altre cellule.

MEMBRANE INTERNE

Alcuni gruppi di batteri, come i Cianobatteri, eseguono la fotosintesi.

In questi organismi la membrana citoplasmatica si ripiega verso l’interno a formare un

sistema di membrane contenenti i composti necessari per la fotosintesi.

FLAGELLI

Alcuni procarioti nuotano usando appendici chiamate Flagelli.

Un singolo flagello, costituito da una proteina chiamata Flagellina, appare come un

minuscolo cavatappi.

Un complesso motore proteico fa ruotare il flagello attorno al proprio asse come

un’elica, facendo così avanzare la cellula. Il motore proteico è ancorato alla membrana

citoplasmatica e, in alcuni batteri, alla membrana esterna della parete cellulare.

Sappiamo che i flagelli provocano il movimento della cellula perché, se vengono rimossi,

questa non è più capace di muoversi.

PILI

Sono strutture che si estendono dalla superficie di alcuni gruppi di batteri.

Queste formazioni, simili a capelli, più corte dei flagelli, aiutano i batteri ad aderire glu

uni agli altri per scambiarsi materiale genetico e le cellule animali a ottenere cibo e

riparo.

CITOSCHELETRO

Alcuni procarioti presentano una struttura elicoidale filamentosa interna proprio al di

sotto della membrana citoplasmatica. Le proteine che costituiscono questa struttura

hanno sequenza amminoacidica simile a quella dell’actina. Poiché l’actina fa parte d el

citoscheletro è stato suggerito che i filamenti elicoidali abbianno un ruolo nel mantenere

la forma cellulare. Diversamente dalle cellule eucariotiche,

le cellule procariotiche NON hanno compartimenti interni.

IN LABORATORIO…

La colorazione di Gram permette di discriminare i batteri in base alla loro parete cellulare

Gram Positivi Gram Negativi

LA STRUTTURA DELLA PARETE CELLULARE DEI BATTERI

Lipopolisaccaridi Polisaccaridi acidi

Membrana est. Peptidoglicani

Peptidoglicani Membrana interna

Membrana int. Gram Negativi Gram Positivi

LA PARETE DEI BATTERI

Gram Negativi

Membrana lipidica esterna (Me) e interna (Mi) separate

da uno strato di peptidoglicani (PGN). Dalla membrana

esterna protrudono molecole di lipopolisaccaridi (LPS)

Gram Positivi

Membrana lipidica interna e spesso strato di

peptidoglicani esterno da cui protrudono polisaccaridi

acidi.

LA CELLULA PRIMORDIALE

Un polimero di nucleotidi, capace di autoreplicare, venne racchiuso da una membrana

(formatasi spontaneamente per aggregazione di molecole lipidiche anfipatiche).

Altre molecole complesse con attività enzimatica vennero racchiuse nel sistema.

Erano deputate alla replicazione del materiale genetico e alla catalisi di tutte le reazioni

chimiche necessarie a rendere il sistema autonomo.

FORMAZIONE DEI COMPARTIMENTI INTRACELLULARI:

Invaginazione del plasmalemma

Membrana Plasmatica

INVAGINAZIONE: È il processo di ripiegamento di un tessuto nell’interno di una cavità.

EVOLUZIONE DELLA CELLULA EUCARIOTE DA UN ANCESTORE PROCARIOTE

1. Il plasmalemma si invagina e forma dei compartimenti intracellulari

2. Un procariote aerobio si associò ad un anaerobio

3. La simbiosi da origine ai mitocondri e quindi a una cellula aerobia eterotrofa

4. La cellula ora rappresenta il Eucariote Ancestrale eterotrofo (eucariote animale)

5. L’associazione con procarioti fotosintetici portò alla cellula eucariote vegetale.

DIMENSIONI DELLE CELLULE

Quando una cellula cresce di diametro la sua superficie cresce con il quadrato delle

dimensioni lineari, ma il volume invece cresce secondo il cubo delle dimensioni.

Se in una cellula sferica il diametro passa da 10 µm a 20 µm:

la superficie passa da 314 a 1256 um 2

ma il volume passa da 523 a 4189 um .

3

Lo squilibrio evidenziato viene compensato dalla divisione cellulare.

LIMITI DIMENSIONALI DEGLI ORGANISMI UNICELLULARI

L’invaginazione della membrana ha permesso agli organismi unicellulari un aumento della

superficie molto favorevole per gli scambi con l’ambiente esterno.

Una cellula che cresce di dimensioni non ha sufficiente superficie rispetto al volume, cioè un

rapporto sfavorevole tra superficie e volume, in quanto approssimando la cellula ad un sfera

La superficie cresce in base al quadrato del raggio A = 4 x π x r

2

Mentre il volume cresce in base al cubo del raggio V = 4/3 x π x r

3

Dalla superficie dipende la quantità di nutrienti che possono entrare nella cellula, mentre il

volume limita il tempo necessario affinché raggiungano tutti le zone. Quindi il rapporto

superficie/volume pone i limiti della crescita di dimensione degli unicellulari.

Anche se compariamo la forma cellulare ad un cubo il problema non cambia:

C’è sempre un rapporto sfavorevole tra l’aumento dell’area di superficie e il volume.

CELLULA EUCARIOTE – STRUTTURA E ORGANIZZAZIONE

La cellula è un sistema complesso e organizzato, delimitata da una membrana.

Nel citoplasma sono presenti organuli intracellulari anch’essi circondati da membrana:

(Nucleo, REL, RER, Complesso di Golgi, Lisosomi, Perossisomi, Mitocondri etc.)

PRINCIPALI FUNZIONI DEL PLASMALEMMA

1. Circoscrive e definisce i confini della cellula

2. Mantiene uno strato differenziato tra

citoplasma e ambiente extracellulare

3. Modula le interazioni con l’ambiente

extracellulare (matrice).

4. Permette il passaggio di H O.

2

OSMOSI: Consiste nella diffusione di acqua attraverso la membrana. È un processo che non

necessita di energia metabolica e dipende inoltre dal numero di particelle di soluto presenti.

La mem. controlla e regola il passaggio di molecole tra citoplasma e ambiente extracellulare.

MODELLI DI MEMBRANA PLASMATICA

1. Modello di Danielli – Davson 1954

Modello a doppio strato lipidico con

monostrato proteico che si estende sui 2 lati

della membrana interrotta da poli polari.

2. Modello di Robertson

Variazione sul modello di Danielli che

prevede: uno strato di glicoproteine sul lato

extracellulare della membrana

(Asimmetria di membrana).

Nel 1972 Singer e Nicholson proposero l’odierno modello a mosaico fluido.

Mosaico fluido: Proteine e glicoproteine immerse in un doppio strato lipidico.

LA STRUTTURA TRILAMINALE DEL PLASMALEMMA

L’organizzazione fisica e funzionale di tutte le membrane dipende dalla composizione dei loro

costituenti chimici: Lipidi, Proteine e Carboidrati.

1. LA COMPONENTE LIPIDICA DI MEMBRANA I Fosfolipidi in soluzione tendono a formare strutture tipiche.

Nelle membrane biologiche i lipidi sono rappresentati di regola dai Fosfolipidi.

Le molecole fosfolipidiche hanno 2 tipi di regioni:

1. Le regioni Idrofile

Le teste dei fosfolipidi sono cariche elettricamente e tendono a legarsi all’acqua.

2. Le regiorni Idrofobe

Le code sono lughe catene di acidi grassi non polari che non si dissolvono in acqua e

non si associano con sostanze idrofile.

A causa di questa propietà, i fosfolipidi possono risultare compatibili con l’acqua soltanto

formando un doppio strato, chiamato Bilayer, con le code che si fronteggiano e le teste polari

rivolte verso l’ambiente acquoso.

Questa capacità facilità la fusione delle membrane biologiche durante la formazione di molti

processi cellulari (Fagocitosi, vescicole ecc.)

La componente lipidica: Interazioni con l’ambiente acquoso.

RIASSUMENDO:

Le molecole lipidiche in alcuni tipi cellulari costituiscono il 50% della massa delle membrane.

Sono molecole Anfipatiche (Testa idrofilica e Coda idrofobica).

Le più rappresentate nella membrana sono i fosfolipidi.

Formano spontaneamente doppi strati in ambiente acquoso e la composizione lipidica del

doppio strato rende le membrane asimmetriche.

LIPIDI TIPICI DELLE MEMBRANE E LORO DISTRIBUZIONE

1. Fosfaditil Etanolamina

2. Fosfaditil Serina

3. Fosfaditil Colina

4. Sfingomielina ASIMMETRIA DEI FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA

I Lipidi di membrana possono:

1. Diffondere lateralmente

2. Ruotare sull’asse

3. Flettersi

4. Difficilmente possono passare sul lato opposto della

membrana (movimento flip-flop). Esistono comunque

enzimi preposti a questo compito (Flippasi).

% DI PROTEINE, LIPIDI E CARBOIDRATI IN DIVERSE MEMBRANE BIOLOGICHE.

Rapporto Proteine/Lipidi/Saccaridi nei compartimenti. Composizioni in % di vari Lipidi in membrane animali

I 2. LA COMPONENTE PROTEICA DI MEMBRANA

Tutte le membrane biologiche contengono proteine. Le membrane plasmatiche hanno

1 proteina ogni 25 molecole di fosfolipidi, ma questo rapporto varia in base alle funzioni svolte

da un particolare tipo di membrana.

Molte proteine di membrana sono inserite completamente nel doppio strato lipidico e

lo attraversano da parte a parte. Anche queste proteine hanno regioni idrofile e idrofobe.

1. Idrofile: Sequenza di amminoacidi con catene laterali idrofile conferiscono a certe

regioni, chiamate Dominii, una caratteristica polare, in questo modo queste regioni si

proiettano verso l’ambiente acquoso.

2. Idrofobe: Sequenze di aa con catene laterali idrofobe conferiscono ad altre regioni la

caratteristica di non polarità. In questo modo le regioni interagiscono con gli acidi

grassi all’interno del bilayer fosfolipidico, al riparo dall’ambiente acquoso.

Freeze – Fracturing: Particolare metodica di microscopia elettronica.

Mette in evidenza le proteine immerse nel doppio strato fosfolipidico.

Molte funzioni specifiche sono svolte dalle proteine di membrana:

1. Proteine integrali: Attraversano il doppio strato

lipidico (passaggio transmembrana) e sono

molecole anfipatiche.

2. Proteine periferiche: possono essere legate alla

membrana in vari modi con legami più o meno

forti. Proteine integrali

Proteine periferiche

Proteine ancorate a lipidi

PROTEINE INTEGRALI (o Transmembrana) La regione Transmembrana di una proteina

Arrangiamenti nella regione transmembrana delle proteine:

Le proteine di membrana possono diffondere lateralmente:

Prove sperimentali della diffusione laterale delle proteine vennero da esperimenti di fusione tra

cellule di topo e umane.

Le proteine di membrana delle 2 cellule sono state preventivamente marcate con anticorpi

legati a sonde diverse.

Tecnica della FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching)

Velocità di diffusione delle proteine di membrana

1. Proteine della superficie cellulare vengono

marcate con un anticorpo specifico coniugato

con un marcatore fluorescente.

2. Si colpisce la cellula con un laser puntiforme che

sbianca (Photobleaching) il Fuorocromo.

3. Infine si misura la velocità con cui le proteine,

diffondendo nella membrana, ripristinano la

fluorescenza nella zona sbiancata.

NON SEMPRE LE PROTEINE DIFFONDONO LIBERAMENTE NELLE MEMBRANE:

Le cellule epiteliali presentano una membrana la cui composizione è differenziata nelle

diverse zone della cellula.

ES: Epitelio di un organo cavo

Le proteine possono essere confinate in particolari domini proteici delle membrane.

Le proteine delle cellule epiteliali hanno precise limitazioni alla diffusione nella membrana,

queste cellule vengono definite “Cellule Polarizzate”.

GIUNZIONI TRA CELLULE

1. Giunzioni Occludenti

2. Desmosomi

3. Giunzioni GAP (o Serrate)

1. GIUNZIONI OCCLUDENTI

Sigillano lo spazio intercellulare e non permettono flussi

nella matrice. Tipiche delle cellule epiteliali, le due membrane di

cellule adiacenti risultano strettamente sigillate dalle proteine

delle giunzioni. Membrane Plasmatiche

Matrice Extracellulare

Proteine Giunzionali

2. DESMOSOMI

Sono giunzioni strette ma permettono il passaggio di

sostanze attraverso la matrice extracellulare.

Soprattutto tra cellule epiteliali

adiacenti, connettono il

citoscheletro dando resistenza

alla trazione e ad altri traumi fisici.

3. GIUNZIONI GAP (O SERRATE)

Consentono il passaggio di sostanze

(piccole molecole, ioni) tra cellule

adiacenti, mettendole in

comunicazione.

DOMINII DI MEMBRANA

Gli spermatozoi possiedono almeno 3 distinti dominii di membrana, alcune proteine presenti

nell’area della testa sono coinvolte nell’interazione con l’uovo durante la fecondazione.

Regioni:

1. Anteriore della testa

2. Posteriore della testa

3. Regione del flagello

LIMITAZIONI DELLA MOBILITA’ LATERALE DELLE PROTEINE NELLA MEMBRANA

A. Self Clustering nella membrana

B. Interazione con complessi macromolecolari esterni

C. Interazioni con complessi macromolecolari interni

D. Interazione di proteine con cellule adiacenti

SINTESI DELLE FUNZIONI DELLE PROTEINE DI MEMBRANA

1. TRASPORTATORI

Sono complessi proteici che veicolano molecole e ioni.

Un canale proteico regolato si apre in risposta a uno stimolo.


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121

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10.52 MB

AUTORE

GaiaM92

PUBBLICATO

8 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze dell'ambiente e della natura
SSD:
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher GaiaM92 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia animale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Insubria Como Varese - Uninsubria o del prof Brivio Maurizio.

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