Biologia generale

Le dimensioni cellulari

Le dimensioni relative di strutture chimiche e organismi possono essere misurate in modo più conveniente utilizzando una scala logaritmica (multipli di 10).

Le cellule procariotiche dei batteri vanno tipicamente da 1 a 10 micrometri; le piccole dimensioni permettono loro di crescere e di dividersi rapidamente.

Le cellule eucariotiche hanno tipicamente un diametro che va dai 10 ai 100 micrometri, con la maggior parte di esse che vanno dai 10 ai 30 micrometri.

I nuclei delle cellule vegetali ed animali hanno un diametro che va da 3 a 10 micrometri.

I mitocondri hanno all'incirca le dimensioni di piccoli batteri, mentre i cloroplasti sono generalmente più grandi (5 micrometri).

Le cellule uovo sono tra le cellule più grandi. Anche se microscopiche, alcune cellule nervose sono molto lunghe.

Perché una cellula è così piccola?

L'organizzazione delle cellule e delle loro dimensioni sono...

proprietà critiche che permettono di mantenere in equilibrio l'ambiente intracellulare per consentire il funzionamento corretto dei processi biochimici.

Una cellula deve assumere nutrimento e altri materiali e deve liberarsi dei prodotti di rifiuto generati dalle reazioni metaboliche.

Molecole assunte devono raggiungere siti della cellula dove vengono trasformate, quindi le distanze percorse sono relativamente piccole e le molecole sono rapidamente disponibili per l'attività cellulare.

Il microscopio

proprietà del microscopio:

• Ingrandimento: rapporto tra le dimensioni dell'immagine vista al microscopio e la dimensione effettiva dell'oggetto.
• Risoluzione: capacità del microscopio di distinguere anche i più piccoli dettagli dell'oggetto. È definita come distanza minima tra due punti alla quale questi possono essere percepiti distinti invece che un'unica massa. La fonte di luce passa attraverso il campione

Deve essere osservato e viene rifratta dalle lenti dell'obiettivo ingrandendo così l'immagine agli oculari.

Cellule eucariotiche e procariotiche:

1. 17<2000 volte >1.0000.0000 volte Immagine 3D
2. Cellula di un procariota: batteri (non contengono organuli delimitati da membrane)
   • Più piccole di quelle eucariotiche (1-10 mm)
   • Non hanno un nucleo, dna nel citoplasma (area nucleare)
   • Il materiale denso all'interno della cellula contiene ribosomi, o granuli di deposito con glicogeno o lipidi
   • Possibile presenza di una parete cellulare oltre alla membrana plasmatica
   • Molti possiedono flagelli per la locomozione e fimbrie per aderire o ancorarsi alla superficie di altri organismi
3. Cellule degli eucarioti: animale
   • Dimensione (10-100 mm)
   • Nucleo che contiene il dna
   • Nucleoplasma e citoplasma
   • Altamente organizzata con diversi compartimenti/organuli delimitati da membrana
   • Ogni organulo svolge un ruolo specifico definito da reazioni chimiche che avvengono al suo interno

Possiedono un’impalcatura o citoscheletro importante per la forma e il trasporto di materiale.

3. Cellule degli eucarioti: piante

• Hanno una parete cellulare esterna alla membrana plasmatica
• Cloroplasto importante per catturare la luce solare e convertirla in energia (cellule che fanno fotosintesi)
• Vacuolo con funzione principale di riserva di acqua o altri metaboliti

Le cellule vegetali generalmente hanno una parete cellulare, i cloroplasti e un grande vacuolo. Alcune cellule vegetali non hanno tutti gli organuli: per esempio, le cellule dei tessuti fotosintetici quali le foglie e fusti contengono i cloroplasti mentre le cellule radicali no. Molti organuli come il nucleo, i mitocondri e il reticolo endoplasmatico sono caratteristici di tutte le cellule eucariotiche.

Rappresentazioni ed immagini al tem di unacellula eucariota ed una procariota

La membrana plasmatica

• Le cellule sono circondate da membrana plasmatica - entità distinte
• Sono costituite da lipidi e

proteine in costante movimento - strutture complesse e dinamiche

Funzioni delle membrane:

1. Regolano il passaggio di materiali
2. Suddividono la cellula in compartimenti/organuli con specifiche e diverse funzioni 19
3. Fungono da superficie per reazioni chimiche
4. Adesione e comunicazione tra le cellule
5. Trasmettono segnali tra l'ambiente esterno e l'ambiente interno della cellula

Fosfolipidi: principali componenti della membrana plasmatica

Fosfolipide è un lipide anfipatico caratterizzati da un'estremità idrofilica e un'estremità idrofobica

Fosfolipide consiste in una molecola di glicerolo attaccata a due acidi grassi e dall'altra parte a un gruppo fosfato e una un composto organico con azoto (colina)

La parte con gli acidi grassi = coda idrofobica

glicerolo + gruppo fosfato + composto organico = testa idrofilica

I lipidi anfipatici in acqua formano doppi strati lipidici, componenti fondamentali delle membrane

fosfolipide:

doppio strato fosfolipidico
Core idrofobico del doppio strato è la barriera che impedisce a molti tipi di molecole idrofiliche (ioni, aminoacidi, metaboli) di passare da un lato all'altro della membrana e permette alle cellule di mantenere un ambiente differente in ogni compartimento.
I fosfolipidi in acqua si associano per dare un doppio strato grazie al fatto che sono molecole anfipatiche di forma pressoché cilindrica. Le catene idrofobiche di acidi grassi non sono a contatto con l'acqua, mentre lo sono le teste idrofiliche.
Membrane: fluido bidimensionale
Le catene degli acidi grassi del core sono in costante movimento, ruotano intorno ai legami c-c - proprietà di un fluido bidimensionale
I fosfolipidi sono liberi di muoversi lateralmente nel singolo strato o "flippare" (raramente) nel doppio strato grazie a proteine flippasi
La disposizione ordinata delle molecole di fosfolipidi rende la membrana cellulare un cristallo liquido.

Le catene idrocarburiche sono in costante movimento, permettendo così a ciascuna molecola di muoversi lateralmente sulla stessa faccia del doppio strato.

Membrana: modello amosaico fluido

• La membrana è costituita da un doppio strato di fosfolipidi (con anche colesterolo e glicolipidi) nel quale sono immerse o associate le proteine come tessere di un mosaico.
• Le proteine periferiche sono associate, invece le proteine integrali sono integrate nel doppio strato lipidico (la regione idrofobica della proteina interagisce con le code dei fosfolipidi).
• I glicolipidi (carboidrati attaccati ai lipidi) e le glicoproteine (carboidrati attaccati alle proteine) sono importanti nell'adesione cellulare.

Le membrane cellulari sono composte da un doppio strato fosfolipidico in cui le proteine si muovono come iceberg nel mare. Anche se il doppio strato lipidico è costituito principalmente da fosfolipidi, vi si trovano altri lipidi come il colesterolo e i glicolipidi.

periferiche sono debolmente associate al doppio strato, mentre le proteine integrali sono strettamente connesse ad esso. Le proteine integrali qui illustrate sono di tipo transmembrana e si estendono attraverso il doppio strato. Esse sono caratterizzate da regioni idrofiliche su entrambe le facce del doppio strato connesse da una regione idrofobica che attraversa la membrana. - I glicolipidi (carboidrati attaccati ai lipidi) e le glicoproteine (carboidrati attaccati alle proteine) sono esposti sulla superficie extracellulare, entrambi hanno un ruolo importante nel riconoscimento e nell'adesione cellulare. Funzione delle proteine di membrana: - Ancoraggio: alcune proteine di membrana come le integrine ancorano la cellula alla matrice extracellulare e inoltre si connettono a microfilamenti intracellulari. - Trasporto passivo: alcune proteine formano canali che permettono il passaggio selettivo di ioni o molecole. - Trasporto attivo: alcune proteine di trasporto pompano iLa soluzione attraverso la membrana è un processo che richiede un apporto diretto di energia. Attività enzimatica: molti enzimi legati alla membrana catalizzano reazioni che avvengono all'interno o sulla superficie della membrana. Trasduzione del segnale: alcuni recettori legano molecole segnale, come gli ormoni, e trasmettono l'informazione all'interno della cellula. Riconoscimento cellulare: alcune glicoproteine fungono da marcatori di identificazione; per esempio, le cellule batteriche posseggono proteine di superficie, o antigeni, che vengono riconosciuti come estranee dalle cellule umane. Giunzione intercellulare: le proteine di adesione cellulare legano le membrane di cellule adiacenti. La permeabilità della membrana: - La struttura a mosaico fluido della membrana è selettivamente permeabile, con una composizione distintadall'esterno. - La membrana è permeabile alle piccole molecole apolari (idrofobiche). - La membrana èrelativamente impermeabile alle grandi molecole polari e agli ioni (qualunque dimensione) come fanno le cellule a far entrare ioni o molecole polari di cui necessitano? La membrana: il trasporto di molecole - Proteine canali: passaggio di specifici ioni secondo gradiente - Proteine carrier: legano il ligando e cambiano conformazione trasferendo la molecola internamente alla cellula Il trasporto facilitato: proteine carrier - La proteina carrier lega il soluto, subisce un cambiamento conformazionale che determina lo spostamento del soluto da una parte all'altra della membrana - Avviene secondo gradiente di concentrazione - La diffusione facilitata necessita dell'energia potenziale di un gradiente di concentrazione Il trasporto attivo - Quando la cellula necessita di trasportare soluti contro gradiente di concentrazione usa il trasporto attivo che necessita di energia (atp) - Sostanze richieste dalla cellula a concentrazione più alte rispetto a quelle esterne - Trasportoattivo pompa materiale da una zona con bassa ad una zona con alta concentrazione Pompa na -k: proteina carrier La pompa sodio-potassio è una proteina carrier che necessita dell'energia dell'ATP. Ciascun ciclo completo utilizza una molecola di ATP, vengono portati fuori tre ioni sodio (Na+) e vengono portati dentro due ioni potassio (K+). Esocitosi ed endocitosi Mediante endocitosi-esocitosi avviene il trasporto di grande materiale dall'esterno all'interno della cellula o viceversa; meccanismi di trasporto attivo con dispendio di energia. Esocitosi: le cellule rilasciano prodotti di scarto o di secrezione (ormoni, neurotrasmettitori) mediante fusione di vescicole con la membrana. Endocitosi: il materiale viene introdotto all'interno della cellula mediante invaginazione della membrana.