Biologia (fisiologia e anatomia 1)

R= (0,61λ)/(nsenα)

dalla formula osserviamo che la risoluzione di un microscopio dipende dal tipo di lente e dalla fonte

di energia che vengono utilizzate.

esistono due tipi principali di microscopi:

- microscopio ottico:

la luce generata dalla fonte, attraverso un sistema di lenti viene resa parallela al preparato

da analizzare (che deve essere praticamente trasparente per quanto deve essere sottile:

circa 5 micrometri) posto su un vetro. grazie alle lenti il campione viene ingrandito.

un microscopio ottico riesce a ingrandire di circa 1200 volte e ha un potere di risoluzione di

0,2 micrometri. (ovvero riesce a vedere separate due strutture che distano tra di loro 0,2

micrometri).

- microscopio elettrico:

utilizza, al posto di una sorgente di luce, una fonte di elettroni. il lavoro congiunto del fascio

di elettroni e dei magneti è sfruttato per ingrandire l’immagine di 400.000 volte. il potere di

risoluzione è di 0,5 nm.

biodiversità

l’origine da un organismo comune spiega le somiglianze tra i vari organismi viventi. dobbiamo

tuttavia considerare il fatto che la prole non è mai completamente identica alla cellula che l’ha

creata. infatti, esiste una variabilità genetica che si accumula tra una generazione e l’altra.

essendo tutti non perfettamente uguali c’è sempre colui che si adatta meglio all’ambiente e

sopravvive al cambiamento. questo principio è alla base del concetto di evoluzione per selezione

naturale introdotto da Darwin nel 1859.

classificazione delle cellule

esistono due tipi di organizzazione cellulare: procariotica e eucariotica.

la cellula procariotica ha una struttura semplice: non possiede ripartizioni interne delimitate da

membrane (questi compartimenti, presenti nella cellula eucariotica, prendono il nome di organuli

cellulari) e non possiede un nucleo propriamente detto: il DNA è sparso all’interno del citoplasma.

sono presenti i ribosomi (strutture che sintetizzano le proteine). 2

cellula procariotica

le cellule procariotiche hanno un diametro che

varia tra 1-10 micrometri, pertanto, non sono

visibili al microscopio ottico, ma solo attraverso

un microscopio elettrico.

tutte le cellule procariotiche hanno la stessa struttura di base:

la membrana plasmatica racchiude la cellula.

• il nucleide è una zona in cui è situato il DNA.

• il resto del materiale contenuto all’interno della membrana plasmatica prende il nome di

• citoplasma, formato da una componente liquida (citosol) e da particelle di vario tipo tra cui i

ribosomi (complessi di RNA e proteine sede dalla sintesi proteica).

la maggior parte dei procarioti ha una parete cellulare situata all’esterno della membrana

• plasmatica. la sua rigidità fornisce supporto alla cellula e ne determina la forma. alcuni batteri

producono attorno alla parete uno strato detto capsula che protegge i batteri dagli attacchi dei

globuli bianchi negli animali che essi infettano.

alcuni procarioti nuotano usando appendici dette flagelli.

• i pili sono strutture proteiche che sporgono dalla superficie di alcune cellule batteriche. questi

• prolungamenti filiformi sono più corti dei flagelli e servono per l’aderenza. i pili sessuali servono

ai batteri per stabilire un contatto e scambiare materiale genetico.

è assente un citoscheletro propriamente detto, nonostante siano presenti dei filamenti che lo

• ricordano.

cellula eucariotica 3

ha un diametro compreso tra i 10-100 micrometri. tutte le cellule eucaristiche sono visibili al

microscopio ottico.

i compartimenti membranosi sono detti organuli.

quasi tutte le cellule hanno un nucleo solo, che è solitamente il più grande degli organuli. il nucleo

svolge numerose funzioni nella cellula:

contiene la maggior parte del DNA cellulare ed è la sede della replicazione del DNA.

• è il sito in cui la trascrizione genetica viene intrapresa o sospesa.

• una zona interna al nucleo, il nucleolo, è il luogo in cui comincia la sintesi dei ribosomi da RNA e

• proteine. all’interno del nucleo troviamo gli acidi nucleici sotto forma di

cromatina, costituita da DNA avvolto su gruppi di proteine dette

istoni. 8 istoni formano un nucleosoma.

il contenuto del nucleo, escluso il nucleolo, è noto come

nucleoplasma.

il nucleo è circondato da una struttura integrata formata da due

membrane detta involucro nucleare. ques’ultimo è formato da due

membrane da due strati ciascuna, ha quindi 4 filamenti fosfolipidici.

le due membrane sono perforate da migliaia di pori nucleari che

regolano il traffico tra questi due comparti cellulari. i pori nucleari

sono costituiti ciascuno da 7/8 nucleoporine disposte secondo una

struttura cilindrica. le molecole piccole passano attraverso i pori

nucleari senza essere controllate attraverso la diffusione passiva.

il nucleosceheletro è un insieme di filamenti proteici che mantengono la forma del nucleo.

una delle tre componenti del nucleoscheletro è la matrice nucleare, una struttura proteica che

tiene insieme il nucleolo. la matrice nucleare è una fitta rete proteica costituita principalmente da

lamìne (filamenti intermedi).

gran parte del volume delle cellule eucariotiche è occupato da un vasto sistema di

endomembrane. si tratta di un sistema di componenti delimitati da membrana collegato dal

punto di vista funzionale. minuscole goccioline circondate da membrana dette vescicole portano

sostanze da un compartimento all’altro. si distinguono:

reticolo endoplasmatico ruvido (RER): chiamato così per la gran quantità di ribosomi che

• tappezzano la superficie esterna della membrana. ha la funzione di sintetizzare le proteine.

reticolo endoplasmatico liscio (SER): mostra continuità con parti del RER. è privo di ribosomi.

• svolge la funzione di sintesi lipidica e di steroidi e modifica chimicamente le piccole molecole

assunte dalla cellula che potrebbero essere tossiche.

i ribosomi sono dei complessi enormi (25 nm) e funzionano come macchine per sintetizzare

proteine. escono dal nucleolo, dal nucleo e raggiungono il citoplasma. le proteine vengono

prodotte solo nel citoplasma, poi arrivano al nucleo attraverso i pori nucleari. i ribosomi consistono

in un particolare tipo di RNA detto RNAribosomiale (rRNA). al contrario che nelle cellule

procariotiche in cui fluttuano liberamente nel citoplasma, i ribosomi hanno delle posizioni

assegnate nelle cellule eucariotiche. possono trovarsi:

- nel citoplasma (in cui possono essere liberi o fissati alla superficie del reticolo endoplasmatico)

- all’interno dei mitocondri

- all’interno dei cloroplasti (se si tratta di una cellula vegetale) 4

le informazioni ereditarie sono custodite sotto forma di sequenze nucleotidiche nelle molecole di

DNA. le informazioni codificate nel DNA sono tradotte in proteine dai ribosomi.

il citoscehletro svolge molti compiti importanti:

- sostiene la cellula e ne mantiene la forma.

- mantiene in posizione gli organuli e altre particelle interne.

- muove gli organuli e altre partielle nella cellula.

- è coinvolto nei movimenti del citoplasma detti corrente citoplasmatiche.

- interagisce con strutture extracellulari contribuendo ad ancorare la cellula nella sua sede.

ha tre componenti:

microfilamenti: si possono trovare singoli, a fasci o a reti. hanno un diametro di 7 nm. i

• microfilamenti sono assemblati a partire da monomeri di actina. 2 filamenti di actina si avvolgono

a formare i microfilmanti. contribuiscono al movimento della cellula.

filamenti intermedi: esistono almeno 50 tipi diversi di filamenti intermedi divisi in 6 classi con la

• stessa struttura di base. una di queste classi è formata da proteine fibrose della famiglia delle

cheratine. i filamenti intermedi sono aggregazioni resistenti di proteine lunghe ritorte su se stesse

con un diametro di 8-12 nm. sono più stabili dei microtubuli e dei microfilamenti perché non si

formano e riformano di continuo.

microtubuli: sono i componenti del citoscheletro con diametro maggiore: 25 nm. i

• microtubuli si assemblano a partire da dimeri di tubulina. un dimero è formato da

due monomeri. i monomeri che compongono la tubulina sono la tubulinaα e la

tubulinaβ. 13 filamenti si uniscono per formare il microtubulo. i microtubuli

agiscono come binari lungo i quali le proteine motrici possono spostare i

corpuscoli all’interno della cellula. le proteine motrici sono le chinesine. i

microtubuli e le proteine a essi associate rivestono l’interno di alcune appendici

mobili delle cellule eucariotiche: le ciglia e i flagelli. 5

in sezione un tipico ciglio o flagello eucariotico contiene un insieme ordinato di ‘9+2 microtubuli’:9

coppie esterne e 2 microtubuli liberi interni.

il movimento delle ciglia e dei flagelli è il risultato dello scorrimento delle doppiette di microtubuli

l’una sull’altra. questo scorrimento è guidato dalla proteina motrice dineina che funziona tramite

cambiamenti reversibili di forma.

si definisce centrosoma una struttura priva di membrana posta in prossimità del nucleo. ha la

funzione di originare, demolire o organizzare i microtubuli: è dove la tubulinaα e la tubulinaβ si

uniscono. i confini del centrosoma sono sostanzialmente indistinguibili in quanto non è delimitato

da membrana, tuttavia è possibile individuarne la posizione grazie alla presenza in esso di

centrioli. il centrosoma è infatti costituito da centrioli e materiale pericentriolare (materiale che

circonda i centrioli).

i centriolo ha una struttura cilindrica cava la cui parete è composta da 9 triplette

di microtubuli. i centrioli si trovano in coppia e sono solitamente disposti ad

angolo retto. sono essenziali durante la mitosi.

i mitocondri hanno la funzione principale di accumulare l’energia estratta dalle

molecole in una forma che la cellula possa utilizzare ossia l’ATP (adenosina

trifosfato). la produzione di ATP nei mitocondri, che impiega molecole

combustibili e ossigeno molecolare (O ) è detta respirazione cellulare.

2

le cellule animali sono prive di pareti semirigide, ma spesso sono circondate da una matrice

extracellulare composta da due elementi principali:

- collagene (proteina fibrosa che forma cavi molto resistenti)

- proteoglicani (glicoproteine formate principalmente da zuccheri)

le sue funzioni sono:

- tenere unite le cellule nei tessuti.

- determinare alcune proprietà fisiche dei tessuti. 6

- facilitare e orientare gli spostamenti della cellula.

- riparare tessuti

- occuparsi dell’interazione cellula-cellula.

struttura di una membrana biologica

il funzionamento di tutte le membrane biologiche dipende dalle sostanze che le costituiscono:

lipidi, proteine e carboidrati. nonostante abbiano una struttura simile, differiscono