Che materia stai cercando?

Riassunto esame Biologia umana, prof. Barbieri, libro consigliato La cellula, edizioni Zanichelli

Riassunto per l'esame di Biologia Umana, basato su rielaborazione di appunti personali e studio del libro Biologia, Volume 1 - La cellula.
Cos'è la biologia, La scoperta della cellula fu resa possibile, grazie all?invenzione del microscopio,
avvenuto nel 1540 ad opera di 2 olandesi: Zaccharias e Hans Janssen. I precursori che
scoprirono nella seconda meta del 1600 la presenza della... Vedi di più

Esame di biologia umana docente Prof. E. Barbieri

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

anche il DNA virale alle cellule figlie formando così in un breve periodo una

vasta colonia di genomi virali senza che avvenga la lisi. Il genoma del provirus

reprime la maggior parte dei suoi geni, che vengono riattivati in caso di danni

alla cellula ospite, dando il via ad un ciclo litico.

Un esempio a tutti familiare è quello dell'Herpesvirus umano, i cui provirus vengono indotti

da stress termici, psicologici o da radiazioni ultraviolette, dando origine alla cosiddetta

febbre nascosta.

La maggior parte dei virus si riproduce x ciclo litico, mentre altri possono ricorrere a

entrambi i tipi di ciclo riproduttivo.

CELLULA EUCARIOTE

Le cellule eucariote, sono più complesse e più grandi rispetto a quelle procariote (10

volte + grandi).

Come la cellula procariote, quella eucariote ha una membrana citoplasmatica,

citoplasma e ribosomi. Oltre a queste strutture, la cellula eucariota possiede nel

citoplasma altri organelli che consentono lo svolgimento delle varie attività cellulari

in compartimenti distinti dal citosol.

STRUTTURA CELLULA EUCARIOTE

MEMBRANA BIOLOGICA

La membrana cellulare è un sottile involucro che delimita la cellula separandola

dall’ambiente esterno e regola il passaggio di sostanze con l’esterno della cellula.

LIPIDI DI MEMBRANA  La membrana cellulare è composta da LIPIDI, in particolar

modo da fosfolipidi molecole anfipatiche , cioè caratterizzate da una testa “polare” e

quindi idrofila e due code “apolari” cioè idrofobe (non si dissolvono in acqua e non si

associano con sostanze idrofile) che formano un doppio strato fosfolipidico, in cui

sono immerse PROTEINE e altri componenti presenti in quantità minore. Nel doppio

strato fosfolipidico, le code dei fosfolipidi sono rivolte all’interno, mentre le teste

idrofile rivolte verso l’ambiente acquoso del versante interno ed esterno.

La capacità dei fosfolipidi di associarsi reciprocamente e di mantenere una struttura a

doppio strato facilita la fusione delle membrane biologiche durante la formazione di

vescicole, fagocitosi e altri processi.

I fosfolipidi possono differire in termini di lunghezza delle catene di acidi grassi,

numero di doppi legami e presenza di gruppi polari (contenenti gruppi fosfato).

I fosfolipidi sono sintetizzati sulla superficie del REL e distribuiti poi alle varie

membrane della cellula.

Funzione e fluidità  Il doppio strato fosfolipidico rende stabile l’intera struttura

della membrana e le catene di acidi grassi ne determinano la fluidità, inoltre sono

un’efficace barriera a sostanze idrofile. Del resto la variabilità della fluidità della

membrana (stato di liquido-cristallino a temperatura fisiologica) è determinata da

diversi fattori. Quelli che l’AUMENTANO sono:

Aumento temperatura

 Presenza di acidi grassi a catena corta

 Aumento dell’insaturazione degli acidi grassi

 Scarse molecole di colesterolo

Quelli che la DIMINUISCONO sono:

Colesterolo (steroide): La sua struttura ciclica e rigida permette di svolgere un

 ruolo di regolatore della fluidità della membrana cellulare, conferendogli

un’adeguata compattezza con la sua struttura ciclica, evitando così che la

membrana cristallizzi a basse temperature, perdendo la sua funzionalità

biologica (aumenta la stabilità meccanica e la flessibilità delle cellule, così

facendo però diminuisce la permeabilità a piccole cellule idrosolubili). Si trova in

prossimità di un acido grasso insaturo e la sua regione polare sporge nello

strato acquoso extracellulare

Interazione dei gruppi negativi dei fosfolipidi (gruppo fosfato) con ioni Ca++

Un’adeguata fluidità è essenziale x lo svolgimento di molte funzioni della

membrana stessa. Questa fluidità permette ai fosfolipidi e alle proteine a essi

associate di spostarsi lateralmente nello strato della membrana in cui si trovano, per

tale motivo viene definita a mosaico fluido.

Poiché le molecole, a temperature più basse, si muovono lentamente e la fluidità

diminuisce, le varie funzione della membrana possono rallentare. Per risolvere questo

problema, alcuni organismi cambiano la composizione lipidica delle loro membrane

quando si trovano a basse temperature, sostituendo grassi saturi con grassi

insaturi.--> AUMENTO FLUIDITA’

Il doppio strato lipidico non ha carattere omogeneo, ma piuttosto all'interno del

mosaico fluido sono presenti microdomini lipidici meno fluidi (rafts. Simon e Ikonen,

1997), formati principalmente da sfingolipidi e colesterolo allo stato liquido-ordinato,

che funzionerebbero sia da zattere di trasporto di componenti di membrana, sia da

piattaforme per la genesi di segnali intracellulari, per cui in essi sono

concentrate proteine specifiche.

Movimenti dei fosfolipidi

Rotazionale: veloce

Diffusione trasversale (flip-flop): molto lenta

Diffusione laterale lungo il piano della membrana: veloce

Piegamento delle code idrofobiche degli acidi grassi: veloce

Grassi saturi e insaturi 

http://blog.ricette-calorie.com/diete-e-alimentazione/33/i-grassi-saturi-e-i-grassi-insatu

ri-cosa-sono/

PROTEINE DI MEMBRANA  Nella membrana si vanno a collocare anche proteine

che svolgono funzione di: passaggio di sostanze, recettori di segnali chimici, o fungere

da enzimi per reazioni che avvengono sulla membrana.

Il quantitativo di proteine nella membrana è solitamente in rapporto di 1 molecola di

proteine x ogni 25 molecole di fosfolipidi. Questo rapporto può comunque variare in

seguito alle funzioni svolte dal particolare tipo di membrane presente nella cellula

(esemp il rapp delle proteine presenti nella guaina mielinica delle cellule nervose è di

1 molecola ogni 70 di fosfolipidi). Le proteine vengono classificate in base alle

interazioni che stabiliscono con la membrana stessa:

INTEGRALI (intrinseche): penetrano completamente nel doppio strato

 fosfolipidico, possiedono regioni idrofobiche (non polari) e sono quindi in

grado di interagire con le catene di acidi grassi, idrofobici anche loro, al riparo

dall’ambiente acquoso. Le estremità di queste proteine sono invece idrofile e

sporgono nei due versanti acquosi della membrana. Le proteine integrali che

attraversano tutta la membrana vengono definite trans membrana.

PERIFERICHE (estrinseche): mancano invece di regioni idrofobe (cioè non

 ci sono sequenze di aminoacidi che hanno una catena laterale apolare) e non

sono quindi immerse nel bilayer. Al contrario esse possiedono regioni polari

che interagiscono attraverso deboli interazioni con regioni polari

situati sulle parti esposte delle proteine integrali, oppure con le teste

polari delle molecole fosfolipidiche.

Le proteine di membrana sono inserite nel RER man a mano che si formano

sui ribosmi.

Le proteine sono collocate in maniera asimmetrica sulla superficie interna ed esterna

della membrana, in quanto le proteine integrali che sporgono su entrambi i versanti

della membrana, mostrano domini diversi da un versante all’altro; le proteine

periferiche sono collocate su uno dei due versanti della membrana, ma non su

entrambi.  Questa particolare collocazione conferisce, alle 2 facce della

membrana PROPRIETA’ DIFFERENTI e quindi ASIMMETRIA.

Essendo la membrana fluida, alcune proteine immerse sono in grado di spostarsi,

mentre altre non possono farlo, in quanto ancorate al citoscheletro oppure

intrappolate all’interno di determinate regioni da lipidi galleggianti che permettono

alle proteine di muoversi in una regione circoscritta (non sono completamente fluidi,

ma piuttosto rigidi. Esemp. lipidi che possono possedere catene di acidi grassi

particolarmente lunghe).

La struttura e le funzioni della membrana plasmatica sono comuni a quelle

delle membrane intracellulari, come ad esempio la membrana nucleare.

CARBOIDRATI DI MEMBRANA  altri costituenti presenti in considerevoli quantità

nella membrana sono i carboidrati (oligosaccaridi), i quali sono collocati sul

versante esterno della membrana e funzionano da siti di riconoscimento verso

molecole specifiche. Essi sono associati alla membrana, grazie a legami covalenti

che formano con lipidi o proteine, formando rispettivamente glicolipidi e

glicoproteine.

Funzione  segnale per il riconoscimento tra cellule, da recettori per ormoni e

neurotrasmettitori, o ancora avere un ruolo di antigeni (esemp. I gruppi sanguigni A e

B si differenziano per la presenza di due diversi oligosaccaridi - glicolipidi nella

membrana plasmatica dei globuli rossi, il gruppo AB li possiede entrambi, mentre il

gruppo 0 nessuno dei due.)

ADESIONE E RICONOSCIMENTO CELLULARE

Fondamentalmente due tipi di processi, permettono alle cellule di riunirsi:

Riconoscimento cellulare, in seguito al quale una cellula si lega

 specificatamente a un’altra di un certo tipo

Adesione cellulare, che permette lo stabilirsi di una connessione tra 2 cellule.

Questi due processi di adesione e riconoscimento, dipendono da particolari

proteine presenti nella superficie della membrana, infatti una proteina possedendo

particolari gruppi chimici nella catena laterale (R) esposti sulla superficie esterna della

membrana, sono capaci di interagire con altre sostanze e molecole proteiche.

Nella maggior parte dei casi, il legame che si viene a creare tra due cellule è

omeotipico, cioè molecole simili che sporgono dal versante esterno della cellula, si

legano con altre molecole simili presenti in un’altra cellula. Meno frequenti sono

invece i legami eterotipici, dove proteine differenti si legano, in quanto gruppi

chimici diversi presentano una spiccata affinità (Esemp. spermatozoo di un

mammifero incontra la cellula uovo, proteine diverse dei 2 tipi di gameti stabiliscono

legami complementari).

1° FUNZIONE MEMBRABA  UNIONE DI CELLULE

LE CELLULE SONO UNITE ATTRAVERSO  GIUNZIONI CELLULARI

Il processo di riconoscimento e di adesione avviene grazie alla presenza di specifiche

strutture che consentono di connettere le cellule l’una all’altra. Tali strutture

specializzate vengono definite GIUNZIONI CELLULARI.

Esistono 3 diversi tipi di giunzione cellulare:

GIUNZIONI OCCLUDENTI: impediscono il passaggio dei fluidi tra le

 cellule (particolarmente presenti nel tessuto epiteliale). Svolgono una

funzione sigillante, uniscono le due cellule adiacenti senza lasciare interstizi

(piccoli spazi), in modo che le molecole idrosolubili non filtrino facilmente tra

una cellula e l'altra.

Altra funzione svolta da queste giunzioni, è quella di definire delle regioni

specifiche della membrana,

limitando la migrazione di proteine e

fosfolipidi da una parte all’altra della

membrana, si costringe così a

direzionare i materiali in

specifiche cellule e si fa in modo

che aree diverse della stessa cellula,

espongano proteine con differenti

funzioni specifiche.  impediscono

alle sostanze di muoversi in

maniera incontrollata nello

spazio intercellulare.

DESMOSOMI: uniscono membrane

 adiacenti, mantenendo le cellule

unite (tipo punti di saldatura o

chiodi). Sono formati da una placca

densa localizzata nel versante

citoplasmatico della membrana

associata a fibre di cheratina

(filamenti intermedi del citoscheletro) e

a proteine per l’adesione che si

estendono attraverso lo spazio

intercellulare e attraverso la

membrana della cellula adiacente.

Grazie alla loro robustezza, sono

capaci di fornire una notevole

stabilità in particolar modo ai tessuti epiteliali, garantendo l’integrità delle

superfici corporee interne dell’organismo.

LE GIUNZIONI OCCLUDENTI E I DESMOSOMI, SVOLGONO

ESSENZIALMENTE UN RUOLO MECCANICO, MENTRE LE GIUNZIONI

SERRATE FACILITANO LA

COMUNICAZIONE TRA CELLULE.

GIUNZIONI SERRATE (GAP JUNCTION):

 facilitando la connessione tra cellule

contigue, sono formati da canali proteici

(detti CONNESSONI), che si aprono in

risposta a determinati segnali chimici

quali modificazioni del pH o della

concentrazione degli ioni calcio,

consentendo il passaggio di ioni o

molecole di basso peso molecolare

(no macromolecole). I CONNESSONI

sono presenti su entrambe le facce delle membrane cellulari formando un'unica

struttura con poro centrale; essi sono composti da un anello di 6 monomeri di

proteine integrali transmembrana per faccia cellulare.

2° FUNZIONE MEMBRANA  REGOLAZIONE DELL’ENTRATA E DELL’USCITA DI

MATERIALI DALLA CELLULA

LA MEMBRANA CONSENTE A CERTE SOSTANZE DI ESSERE ATTRAVERSATE E

AD ALTRE NO. TALE MECCANISMO E’ DEFINITO COME  PERMEABILITA’

SELETTIVA

Il trasporto di sostanze da fuori all’interno delle cellula è determinato da proteine

presenti nella membrana e tale trasporto può avvenire mediante: 1.TRASPORTO

PASSIVO (diffusione semplice (osmosi), diffusione facilitata) o 2.TRASPORTO

ATTIVO (primario o secondario).

1. TRASPORTO PASSIVO (segue GRADIENTE DI CONCETRAZIONE): Avviene

per gradiente di concentrazione o di potenziale elettrico e tende ad eguagliare

le differenze esistenti negli ambienti separati da membrana.

Per diffusione si intende l’insieme dei movimenti casuali che portano a uno stato

di equilibrio e consiste nel movimento di un soluto a maggiore concentrazione

verso una a minore concentrazione

La velocità di diffusione dipende da:

Il diametro delle molecole o degli ioni: ioni o molecole con diametro

 minore, passano più rapidamente rispetto a quelle con diametro maggiore

La temperatura della soluzione: una maggiore temperatura, determina un

 passaggio più rapido, in seguito al fatto che c’è a disposizione più energia

cinetica da parte delle particelle

La carica elettrica del materiale

 Il gradiente di concentrazione: un gradiente di concentrazione maggiore,

 determina una maggiore velocità di diffusione.

DIFFUSIONE SEMPLICE: piccole molecole attraversano il bilayer

o fosfolipidico, in particolar modo una molecola idrofoba (solubile in

grassi) penetra più facilmente nella membrana, infatti quanto più

una molecola è liposolubile, tanto più rapidamente si diffonde. Tale regola

non vale però x le molecole di acqua e molecole più piccole che

attraversano il doppio strano in maniera più rapida.

Il motivo per cui molecole polari non passano, riguarda il fatto che,

essendo appunto polari e le cellule sono immerse in ambiente acquoso,

tendono a formare legami con molecole d’ acqua, con il risultato che

l’attraversamento risulta più difficoltoso. Un altro motivo riguarda il fatto

che l’interno della membrana è idrofobo e quindi le sostanze idrofile

tendono ad evitarlo.

Un esempio di DIFFUSIONE SEMPLICE è l’OSMOSI

OSMOSI  essendo le cellule immerse in ambiente acquoso, il gran

quantitativo di particelle di acqua entrano ed escono dalla cellula

seguendo un gradiente di concentrazione del soluto. In particolar modo

essendo la membrana cellulare semipermeabile, cioè permeabile

all’acqua e scarsamente permeabili ai soluti, l ‘acqua si sposta dalla

regione a CONCENTRAZIONE MINORE di soluto a quella a

CONCENTRAZIONE MAGGIORE, equilibrando la differenza di

concentrazione.

Una soluzione A rispetto a una soluzione B può essere:

Isotonica  stessa concentrazione di soluto

 Ipertonica  una soluzione è ipertonica, quando la concentrazione di soluto è

 superiore rispetto ad un’altra

Ipotonica  una soluzione è ipotonica, quando la concentrazione di soluto è

 minore rispetto ad un’altra.

L’acqua si sposta da una soluzione ipotonica ad una ipertonica

L’ osmosi permette di regolare la concentrazione all’interno di

una cellula, senza il dispendio di energia (TRASPORTO PASSIVO),

seguendo un gradiente di concentrazione.

DIFFUSIONE FACILITATA:

o questo tipo di diffusione, consente il passaggio di sostanze polari da un

versante all’altro della membrana. Tale passaggio può avvenire grazie a

proteine integrali, che formano un poro idrofilo o grazie a proteine

trasportatrici (CARRIERS).

Per mezzo di PROTEINE INTEGRALI (CANALI IONICI)  Questi canali

hanno una cavità interna delimitata da aminoacidi polari ed acqua e

aminoacidi non polari sul lato esterno della proteina; tale struttura è

caratterizzata da una selettività basata sulle dimensioni del canale che

consente il passaggio a ioni, molecole piccole, acqua,ecc. Tali sostanze,

fluiscono all’interno della membrana tramite un flusso passivo, seguendo

il GRADIENTE ELETTROCHIMICO, cioè quando c’è una differenza di

concentrazione (chimico)(troppo sostanze dalla stessa parte, si va verso

la parte dove sono meno concentrate) o carica elettrica (gradiente

elttrico)(ioni della stessa carica, tendono a respingersi).

Il passaggio di sostanze si realizza, quando il canale viene stimolato da un opportuno

segnale: - CANALI APERTI: sempre aperti, permettono il passaggio

+

di ioni tra dentro e fuori (canali K )

- CANALI A CANCELLO: solitamente chiusi ed hanno un

meccanismo che ne regola l’apertura. Si dividono in:

CANALI LIGANDO – DIPENDENTI: sono

 controllati da ligandi, cioè molecole o

porzioni di molecole in grado di interagire

con un recettore (dipendono da un ligando).

Esemp. recettori + neurotrasmettitori.

CANALI VOLTAGGIO – DIPENDENTI: si

 attivano ad un certo voltaggio. Esemp.

+

canali Na voltaggio dipendenti, responsabili

del potenziale d’azione.

CANALI A CONTROLLO MECCANICO:

 rispondo a stimoli meccanici, come calore,

deformazione membrana, suono.

Esistono centinaia di canali di canali ionici ognuno specifico per un

particolare ione.

POTENZIALE DI RIPOSO

In tutte le cellule, è presente una separazione di cariche elettriche tra esterno e

interno della cellula. A riposo le cellule hanno un eccedenza di cariche negative

all’interno della cellula e di cariche positive all’esterno; la differenza di cariche tra

interno ed esterno delle cellula, determina: il potenziale di membrana.

A condizione di riposo, la membrana ha un potenziale di -70mV. Tale potenziale è

mantenuto in seguito alla presenza di proteine negative all’interno della cellula, nella

+ +

membrana sono presenti dei canali che permettono il passaggio di ioni Na e K , ma in

condizioni di riposo gli unici che sono aperti, sono i canali che permettono il passaggio

Gli ioni potassio che si trovano dentro la cellula possono quindi

+

di K .

diffondersi con facilità all’esterno, ma le cariche negative dei grandi anioni

proteici ( le proteine al pH cellulare sono allo stato di anioni ), che

permangono all’interno perché non possono uscire, li richiamano

potentemente all’interno. Essi rientrano quindi facilmente perché i loro

canali sono aperti in maggior numero. Gli ioni sodio Na, al contrario, rimangono

sulla superficie esterna della membrana perché, pur essendo presente un

gradiente elettrico e chimico favorevole all’entrata, molti canali sono chiusi.

All’interno della cellula permane quindi una maggior

quantità di cariche

negative perché gli ioni potassio non bastano a equilibrare

gli anioni.

Per mezzo di PROTEINE CAREIRS  Oppure il passaggio di

sostanza può avvenire per mezzo di PROTEINE CARRIERS, cioè

proteine trasportatrici, che si legano a molecole polari, come zuccheri e

aminoacidi e consentono il passaggio da una parte all’altra della

membrana. La molecola si lega alla proteina trasportatrice che la

trasporta all’interno della membrana e successivamente la proteina

cambia forma, determinando il rilascio della molecola nel citoplasma.

Nel caso del glucosio, egli appena entra nella cellula viene rapidamente

demolito, x tale motivo esiste un gradiente di concentrazione favorevole

all’entrata di glucosio nella cellula, in quanto all’interno la concentrazione

è minore rispetto all’esterno.

2. TRASPORTO ATTIVO (CONTROGRADIENTE DI CONCENTRAZIONE) questo

trasporto consente alle molecole di passare da una parte all’altra della

membrana agendo CONTROGRADIENTE DI CONCENTRAZIONE (dalla zona

con concentrazione minore a quella con concentrazione maggiore)

utilizzando energia (ATP).

Le proteine che consentono l’attuazione di tale meccanismo sono proteine

carriers (non canali proteici), le quali possono svolgere due tipi di trasporto

- UNIPORTO  viene trasportata una singola sostanza

- TRASPORTO ACCOPPIATO: vengono trasportate 2 o più soluti

Simporto  le sostanze vengono trasportate

 nella stessa direzione

Antiporto  le sostanze vengono

 trasportate in direzioni opposte.

il trasporto attivo può essere:

- PRIMARIO: richiede la presenza diretta di molecole di

ATP ad alto contenuto energetico. Un esempio è dato

+ +

dalla pompa Na - K che consumano energia per

spostare 3 ioni sodio in eccesso fuori dalla cellula,

facendo entrare 2 ioni potassio. Questo tipo di

meccanismo, determina un potenziale negativo all’interno

della cellula rispetto a fuori, mantiene insomma il

POTENZIALE DI RIPOSO.

- SECONDARIO: il movimento contro gradiente di

concentrazione, viene effettuato utilizzando energia

recuperata dal movimento di ioni secondo il loro

gradiente di concentrazione attraverso la membrana.

+ +

Esempio  appena la pompa Na - K ha stabilito un

+

gradiente di concentrazione degli ioni Na , la diffusione

+

passiva che tende a riportare alcuni ioni Na dentro la

cellula può fornire l’energia necessaria x il meccanismo di

trasporto attivo secondario di glucosio all’interno della

stessa cellula. (il trasporto attivo secondario contribuisce

all’acquisizione di amminoacidi e zuccheri che sono

materiali di base x il mantenimento e la crescita

cellulare).

ORGANELLI CELLULA EUCARIOTE

NUCLEO

 È l’organello più voluminoso della cellula eucariote, contiene la maggior

parte del materiale genetico della cellula (DNA), e svolge varie funzioni:

è la sede della replicazione del DNA;

 controlla le attività cellulari;

 assemblaggio dei ribosomi a partire da RNA e proteine

 specifiche che avviene in specifiche regioni detti: nucleoli

Membrana nucleare  il nucleo è formato da 2 membrane, ognuno delle quali

è un doppio strato fosfolipidico, che nel loro insieme formano la MEMBRANA

NUCLEARE. Le 2 membrane sono separate da uno spazio di circa 10-20 nm e

sono perforate da circa 3500 pori nucleari (diametro 9nm), che collegano

l’interno della cellula con il citoplasma. A livello di questi pori, la membrana

esterna del rivestimento nucleare è in continuità con quella interna. I pori sono

costituiti da oltre 100 diverse proteine che interagiscono tra loro attraverso

interazioni idrofobiche.

Funzione pori nucleari  sono i canali che regolano il

 movimento di materiali tra il nucleo e il citosol (funzionano

un po’ come i cancelli a tornello degli stadi).

Attraverso i pori passano piccole sostanze come ioni e molecole

con peso molecolare inferiore a 10000 Da. Anche molecole più

grandi possono passare attraverso i pori, ma con un tempo

maggiore. Il passaggio x molecole di grandi dimensioni, come ad

esempio le proteine sintetizzate nel citoplasma, hanno bisogno di

una sequenza segnale (sequenza di aminoacidi) che permette di

legarsi ad un recettore proteico del poro, che ha una forma

tridimensionale, comportando il cambiamento della struttura

tridimensionale del recettore cosicché esso stira il poro x

lasciar passare la proteina che viene così fatta entrare nel nucleo.

In certi siti, la membrana esterna dell’involucro si estroflette verso il citoplasma

e risulta in continuità con la membrana di un altro organello, il RETICOLO

ENDOPLASMATICO.

Struttura ed organizzazione dei cromosomi  All’interno del nucleo, il DNA

si combina con delle proteine istoniche (H2A, H2B, H3, H4, si legano perché

sono cariche positive mentre il DNA ha carica negativa, in seguito alla presenza

di gruppo fosfato), ogni molecola che si combina con una proteina determina la

prima unità di impaccamento definita NUCLEOSOMA. I nucleosomi,

provvedono ad una progressiva spiralizzazione del DNA, fino a dare origine a un

complesso fibroso chiamato CROMATINA che determinano il

compattamento della DNA (fili estremamente sottili e lunghi).

Prima della divisione cellulare la cromatina si aggrega a formare i cromosomi

(La cromatina tende a condensarsi e a elicarsi (avvolgersi ) con un passo

strettissimo fino a formare per ogni specie un numero definito di cromosomi);

mentre quando la cellula non è in divisione, i filamenti di DNA, che costituiscono

i vari cromosomi, sono despiralizzati e formano un ammasso indistinto.

La cromatina è circondata dal nucleoplasma, costituito da acqua e sostanze

disciolte. Alla periferia del nucleo, la cromatina è attaccata a un reticolo di

proteine, la lamina nucleare, formate da proteine polimerizzate in filamenti,

dette “lamine”. La lamina nucleare, essendo attaccata sia alla cromatina che

all’involucro nucleare, mantiene la forma del nucleo. (DIAPO 11

NUCLEO)

Lamina

nucleare

Cromatina  Il DNA nucleare dei cromosomi costituisce la “cromatina”, che

può presentarsi in due forme:

1. Eucromatina: è la cromatina che si colora debolmente, si condensa durante

la mitosi.

Funzionalmente l'eucromatina è geneticamente attiva, vale a dire contiene

geni che vengono trascritti in RNA.

2. Eterocromatina: è la cromatina che si colora intensamente, questo

avviene perchè la regione di cromatina implicata è più condensata

dell’eucromatina.

L'eterocromatina è geneticamente inattiva, perché non contiene geni o

perché i geni in essa contenuti non possono essere espressi.

L'eterocromatina è localizzata in uno strato subito al di sotto della

membrana nucleare e attorno al nucleo

Esistono due classi di eterocromatina:

- L'eterocromatina costitutiva: è geneticamente inattiva, un

esempio è rappresentato dell'eterocromatina dei centromeri e dei

telomeri.

- L'eterocromatina facoltativa: è la cromatina che ha la

potenzialità di condensarsi allo stato eterocromatico.

MANCA CICLO DELLA CELLULA EUCRIOTE DIAPO 15 NUCLEO

Nucleoli  è una regione interna al nucleo dove è presente dal 10 al 20% dell’RNA

cellulare e sono la sede di sintesi dell’ RNA ribosomiale e di assemblaggio dei

ribosomi.

RETICOLO ENDOPLASMATICO

 in certi siti della membrana nucleare, la membrana esterna dell’involucro si

estroflette verso il citoplasma e risulta in continuità con la membrana di un altro

organello, il RETICOLO ENDOPLASMATICO, il quale è un’insieme di tubuli e

sacculi appiattiti ramificati per tutto il citoplasma che occupa all’incirca il 10%

del volume della cellula.

Il compartimento interno del ER è chiamato lume ed è separato dal citoplasma

circostante.

Il ER può essere:

- RUGOSO: caratterizzato dalla presenza di ribosomi nella superficie del

reticolo, i quali sono deputati alla sintesi delle proteine a

destinazione non citoplasmatica (memb. Cellulare, esterno, organuli

intracellulari). Queste proteine entrano all’interno del lume del ER, in

seguito alla presenza nella proteina di una sequenza di aminoacidi

definita sequenza segnale, dove si ha la presenza di una serie di

enzimi che catalizzano diverse reazioni chimiche.

Una volta all’interno queste proteine vanno incontro a diverse

trasformazioni, come la formazione di ponti disolfuro, il

ripiegamento nella loro struttura terziaria, vengono associate a

gruppi di carboidrati, formando glicoproteine.

- LISCIO: è meno ricco di saccuoli rispetto al RER e mancano i ribosomi.

All’interno del lume del REL, possono entrare le proteine sintetizzate del

RER che subiscono delle modifiche conformazionali; oltretutto il REL

svolge altre importanti funzione come quello di sintesi di lipidi e

ormoni steroidei ed è responsabile della detossificazione da

farmaci e veleni (modificazioni chimiche piccole molecole assunte

dalla cellula). Il REL ha anche la funzione di immagazzinare ioni calcio.

Nel tessuto muscolare, questi ioni sono necessari per la contrazione;

quando un impulso nervoso stimola una cellula muscolare, gli ioni calcio

passano dal reticolo liscio nel fluido citoplasmatico, dove innescano la

contrazione della cellula.

RIBOSOMI: vengono assemblati all’interno dei nucleoli e rappresentano la

 sede di sintesi delle proteine che verranno secrete nel citosol. Da un punto

di vista costitutivo i ribosomi presenti nelle cellule procariote sono uguali a

quelli presenti in quelle eucariote, cioè sono costituti da 2 subunità, una

maggiore e una minore, ciascuna formata da RNA ribosomiale e proteine.

Più o meno ancorate al versante esterno delle membrane del reticolo

endoplasmatico in quanto possono trovarsi libere nel citoplasma. Nell’uno

e nell’altro caso i ribosomi si associano quasi sempre in gruppi,

denominati poliribosomi o polisomi, costituiti da 3 a 30 ribosomi

legati da un esile filamento di mRNA.

Sono presenti in tutte le cellule procariotiche ed eucariotiche. Assicurano

la sintesi delle proteine assemblando gli aminoacidi in una sequenza

predeterminata. Essi sono indispensabili per questi processi, dato che è

solo nello spazio compreso tra le due subunità ribosomiali che le

interazioni tra mRNA, tRNA e aminoacidi possono aver luogo, in

modo da consentire la precisa disposizione spaziale degli aminoacidi nel

formare la proteina

APPARATO DI GOLGI

 Il nome deriva dal suo scopritore, Camillo Golgi. È costituito da cisterne

appiattite, definite sacculi e da piccole vescicole racchiuse da membrana,

definite vescicole del Golgi.

L’apparato di Golgi, sembra avere 3 parti funzionali distinte: una base, un

compartimento di mezzo e un apice. I sacculi localizzati nel compartimento

di base, costituiscono la regione cis (stesso lato) che è la più vicina al nucleo,

mentre quelli disposti nel compartimento apicale costituiscono la regione

trans (lati opposti) in quanto sono posti in prossimità della superficie cellulare; i

sacculi posti invece nel compartimento di mezzo costituiscono la regione

mediale.

Queste 3 parti svolgono funzioni diverse.

Funzione di raccolta, rielaborazione e smistamento delle proteine 

L’apparato del Golgi rappresenta una stazione intermedia nel trasporto dei

prodotti della secrezione proteica. Esso riceve le proteine dal RER attraverso un

flusso di vescicole, ma dato che spesso tale flusso non è continuo, le proteine

passano all’apparato attraverso il processo di gemmazione, che consiste in

una formazione di vescicole costituite da pezzi di membrana del RER, le quali

racchiudono la proteina, in maniera da tenerla al riparo da possibili interazioni

con altre molecole presenti nel citoplasma (il processo di gemmazione, è dovuto

alla fluidità della membrana biologica che consente alle molecole immerse nel

doppio strato fosfolipidico di muoversi al suo interno, rendendo possibile

l’esocitosi di alcune molecole). Quindi, una volta che la proteina racchiusa nella

vescicola è giunta in prossimità dell’apparato di Golgi, si fonde con la sua

membrana (endocitosi), riversando il contenuto all’interno.

Una volta che le proteine sono all’interno del lume dell’apparato, vengono

modificate chimicamente (esemp. ad una proteina viene legata una porzione

glucidica (glicoproteine) per poi essere trasferite all’interno di nuove vescicole e

indirizzate a diversi compartimenti cellulari (intra cellulari) o membrana

plasmatica (extra cellulari).

Le vescicole che gemmano nella regione trans dell’apparato di Golgi, portano il

loro contenuto fuori dall’apparato stesso.

Funzione di sintesi di polisaccaridi della parte cellulare vegetale

Funzione di rinnovamento delle membrane intracellulari e della

membrana plasmatica

Funzione di sede di formazione dei lisosomi e dell’acrosoma degli

spermatozoi.

LISOSOMI

 anno origine nell’apparato di Golgi, contengono enzimi digestivi per l’idrolisi

(rottura di legami covalenti nella catena polimerica attraverso l’aggiunta di

acqua e conseguente scissione in monomeri) e quindi la demolizione di sostanze

organiche (proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi), oltretutto sono

caratterizzati da un pH interno molto acido.

Sono circondati da una sola membrana e il loro interno ha un aspetto denso e

amorfo (paragonabili ad una sorta di stomaco cellulare).

Il quantitativo di lisosomi presenti nella cellula, può variare in relazione alle sue

necessità, solitamente sono particolarmente abbondanti nelle cellule deputate

alla difesa dell’organismo (globuli bianchi, capaci di inglobare e demolire batteri

o virus).

Funzione di digestione endocellulare (lisosomiale)  i lisosomi, svolge la

funzione di digestione endocellulare (lisosomiale), demolendo alimenti e

sostanze estranee entrante nella cellula x fagocitosi, producendo una piccola

vescicola contenente sostanze nutritive o altro materiale definita fagosoma,

che si separa dalla membrana plasmatica x entrare nel citoplasma, dove si

fonde con un lisosoma primario, che poi diventa un lisosoma secondario,

all’interno del quale avviene la digestione. Gli enzimi del lisosoma secondario

idrolizzano velocemente i nutrienti presenti all’interno del fagosoma (grazie

anche al pH interno molto acido). I prodotto della digestione fuoriescono dalla

membrana del lisosoma, fornendo materiali di partenza x altri processi cellulari.

Mentre le sostanze presenti all’interno del lisosoma, vengono rilasciate

all’esterno della cellula grazie alla fusione della membrana lisosomiale con

quella citoplasmatica.

Autofagia I lisosomi svolgono anche la funzione di digestione di quei materiali

cellulari non più utili, i quali vengono inglobati nel lisosoma x essere idrolizzati

in monomeri e in seguito rilasciati nel citoplasma x essere riutilizzati, tale

processo è noto come autofagia.

Autolisi  una cellula può suicidarsi, rompendo la membrana dei lisosomi e

riversando il loro contenuto altamente acido nel citoplasma.

PEROSSISOMI

 Sono organelli costituiti da una sola membrana, dove al loro interno sono

presenti 3 enzimi specializzati nella decomposizione dei perossidi tossici

(perossido di idrogeno H O ): Uricasi, D-aminoacido-ossidasi, e catalasi. Essi

2 2

svolgono la funzione di decomporre i perossidi tossici senza che vadano in

contatto con altre componenti della cellula, in quanto essendo altamente

tossici, sono in grado di danneggiare le membrane e le macromolecole

biologiche. I perossisomi delle cellule del fegato, partecipano inoltre alla

detossificazione, cioè alla demolizione di molecole dannose, come ad esempio

l’alcol.

Gliossisomi Un organello strutturalmente simile ai perossisimi presenti nelle

cellule vegetali, sono i GLIOSSISOMI, i quali sono la sede in cui i lipidi

immagazzinati vengono convertiti in carboidrati che sono quindi trasportati

nelle cellule in accrescimento.

VACUOLI

 Presenti negli elementi vegetali o protisti, contengono una soluzione acquosa

con soluti disciolti

funzione di immagazzinamento delle sostanze tossiche o disgustose

della pianta  agendo da deterrente x gli animali che volessero nutrirsi della

pianta, contribuendo alla sopravvivenza della pianta.

Funzione strutturale  Determinano lo stato di turgore, e di rigidità cellulare,

facendo entrate l’acqua x osmosi.

Funzione di contenimento di alcuni pigmenti  tali pigmenti rappresentano

dei segnali visivi che contribuiscono ad attrarre gli animali, provvedendo

all’impollinazione o alla dispersione del seme.

CITOSCHELETRO (immagine diapo 1 citoscheletro)

 Oltre a organelli racchiusi da membrane, il citoplasma degli eucarioti contiene

un insieme di 3 tipologie di fibre lunghe e sottili: microtuboli, microfilamenti

e filamenti intermedi.

Funzioni  SOSTEGNO DELLA CELLULA, MOVIMENTO CELLULARE, PERMETTE IL

POSIZIONAMENTO DI ORGANELLI ALL’INTERNO DELLA CELLULA, ALCUNE FIBRE

AGISCONO COME BIANRI O SUPPORTI SUI QUALI SCORRONO PROTEINE MOTRICI

CHE SPOSTANO GLI ORGANELLI ALL’INTERNO DELLA CELLULA.

MICROFILAMENTI:

I microfilamenti sono rigidi bastoncini

elicoidali, costituiti da actina e possono

esistere come singoli filamenti, in fasci o in

reti. Sono coinvolti nella stabilizzazione

cellulare (proteine di actina si legano con i

microfilamenti x generare una struttura

rigida che sostiene la cellula (esemp.

sostengono i microvilli che rivestono

l’intestino)) e nella contrazione cellulare

Contrazione  per movimento

( formazione di pseudopodi = prolungamenti

cellulari che permettono ad alcune cellule di

muoversi) per fagocitosi

per divisione mitotica ( divisione cellula animale in 2 figlie)

Correnti citoplasmatiche (scorrimento citoplasmatico)

Movimento di organuli cellulari

I microfilamenti sono costituti per la maggior parte da

filamenti di G actina, proteina globulare dotata di 2

estremità dette più e meno. Tali estremità si

associano con altri monomeri di actina x formare una

catena a doppia elica . Questo processo di

polimerizzazione (formazione di polimero di actina) è

reversibili, in quanto può essere decomposto, quindi

scomparire dall’interno della cellula, in monomeri

liberi di actina.

Contrazione muscolare Nella contrazione muscolare, associata alla catena

di actina, si trova una catena polipeptidica di

tropomiosina che insieme ad un’altra

proteina, troponina formano i filamenti

sottili.

La troponina è composta da 3 subunità

proteiche che si legano rispettivamente

all’actina alla tropomiosina e agli ioni Ca++ .

Nella contrazione muscolare, i filamenti di

actina sono associati a filamenti di miosina.

La molecola di miosina ha una testa

globulare ed una coda polipetidica. Le

code di miosina sono fra loro collegate per

formare i filamenti spessi. Nella testa è invece

possibile individuare un sito di legame per l’actina, che permette la connessione

tra filamenti sottili (filamenti actina) e spessi (filamenti miosina).

La trasmissione neuromuscolare comporta l’attivazione sequenziale di

cinque serie diverse di canali ionici  Le cellule muscolari scheletriche sono

stimolate da motoneuroni, che si uniscono al sarcolemma formando la

giunzione neuromuscolare (contatto tra terminazioni nervose del motoneurone

collegate al muscolo).

1- I motoneuroni rilasciano acetilcolina nella giunzione neuromuscolare, nel tubolo

T sono presenti recettori

specifici (recettori

neuromuscolari.)

2- Quando un potenziale

d’azione ha avuto origine nel

sarcolemma, viene

trasportato fino ai tubuli T,

dove agisce inducendo

rilascio di ioni calcio.

3- Gli ioni calcio rilasciati nelle

miofibrille si uniscono alle

molecole di troponina e la

rimuovono dalla posizione di

riposo, e permettono lo

spostamento della

tropomiosina che a sua volta

libera i filamenti di actina

che vanno a legarsi alla

miosina (liberando ADP)

essendo spinti verso il centro

del sarcomero che si accorcia

determinando una

sovrapposizione dei filamenti spessi e sottili.

4- Il legame della miosina con l’ATP, provoca il rilascio del filamento di miosina con

quello di actina. L’ATP viene idrolizzato e la testa miosinica ritorna nella sua

2+

posizione di riposto. Quando gli ioni Ca vengono nuovamente richiamati nel

reticolo sarcoplasmatico, il muscolo si rilascia.

La somma dell’azione dei diversi sarcomeri determina la contrazione del

muscolo e di conseguenza lo spostamento dei segmenti del corpo sui quali

sono presenti.

L’insieme delle fibre muscolari innervate da 1 motoneurone viene detta unità

muscolare e forma con il motoneurone che l’innerva l’unita motoria= insieme di

α-motoneuroni e di fibre muscolari innervate.

La tensione sviluppata dal muscolo è in relazione al numero di unità motoria innervate.

Nelle cellule muscolari polinucleate, sono presenti delle cellule satelliti

mononucleate. La caratteristica più interessante di queste cellule mononucleate

risiede nella loro capacità di unirsi per generare nuove cellule muscolari. A

differenza delle cellule satellite queste ultime non possiedono tale caratteristica e,

seppur soggette ad un continuo turnover, possono solamente aumentare di dimensioni

(ipertrofia) ma non di numero (iperplasia).

Esse si trovano infatti in uno stato di quiescenza e diventano attive soltanto in

particolari circostanze (soprattutto in risposta a forti stimoli ormonali oppure in seguito

ad un forte trauma muscolare). Queste cellule possiedono quindi una potente azione

rigeneratrice.

Dopo essere entrate in funzione le cellule satellite iniziano a dividersi e a moltiplicarsi

dando origine ai mioblasti (cellule embrionali progenitrici di quelle muscolari). Questa

prima fase è chiamata "proliferazione delle cellule satellite".

I mioblasti di nuova formazione si fondono con le cellule muscolari danneggiate

donandogli i loro nuclei (fase della differenziazione). Le cellule muscolari polinucleate

sono il risultato di tale unione, ed il loro nome deriva dalla presenza di più di un nucleo

all'interno della stessa cellula.

L'aumento del numero dei nuclei permette a tali cellule di aumentare notevolmente la

sintesi proteica producendo, tra l'altro, anche più proteine contrattili (actina e miosina)

e più recettori per gli androgeni (ormoni con effetto anabolico).

L'insieme di tutti questi processi, chiamato ipertrofia muscolare, porta ad un aumento

complessivo delle dimensioni della cellula muscolare.

FILAMENTI INTERMEDI (strutture di sostegno che si pongono tra i

microtubuli

e i microfilamenti):

sono costituiti da proteine fibrose della famiglia delle cheratine. Queste proteine sono

organizzate in fasci robusti a forma di fune. Esistono diversi tipologie di filamenti che si

diversificano x la loro composizione chimica (essendo proteine, in base alla loro

sequenza amminoacidica).

Funzioni I filamenti intermedi sono strutture di sostegno ed hanno 2 principali

funzioni strutturali: - Stabilizzano la struttura cellulare

- Hanno particolari caratteristiche meccaniche di resistenza

alla tensione

Esempi di filamenti intermedi  contribuiscono a sostenere il complesso apparato di

microfilamenti presente nei microvilli; altri tipi recano rigidità dei tessuti corporei di

superficie, connettendo i desmosomi di cellule adiacenti.

MICROTUBOLI:

è costituito da 13 filamenti di una proteina globulare chiamata

tubolina, aggregati a formare u n cilindro cavo. La tubolina è

un dimero, ovvero una molecola formata da 2 monomeri:

α β.

tubulina e tubulina

Le due estremità di un microtubolo differiscono e proprio da una

di queste estremità che possono essere aggiunti o sottratti

dimeri di tubolina, variando la lunghezza del microtubolo. Tale

capacità di variazione della lunghezza li rende strutture

dinamiche.

I microtubuli si assemblano a partire da

un centro di organizzazione dei microtubuli.

Funzioni  svolgono 2 ruoli nella cellula:

• Formano un rigido scheletro

interno

• Agiscono come impalcatura sulla quale le proteina

motrici, che si legano ai microtuboli, possono

spostarsi, trasportando materiale da una parte

all’altra della cellula

• Sono coinvolti nella ripartizione dei cromosomi

durante la

divisione cellulare.

CIGLIA E FLAGELLI:

molte delle cellule eucariotiche possiedono ciglia o flagelli o entrambi. Questi

organelli, permettono a cellule libere di potersi spostare nell’ambiente acquoso,

mentre cellule fisse le utilizzano x spostare il materiale extracellulare.

Sono entrambi costituiti da fasci di microtuboli, disposti in 9 coppie appaiate a

formare un cerchio e una coppia separata al centro (9+2), rivestiti dalla membrana

cellulare. Da un microtubolo di ogni doppietto parte un raggio che connette ogni

doppietto con il centro della struttura Essi differiscono, in quanto le ciglia sono

estroflessioni + brevi e si mantengono rigide nel movimento, mentre i flagelli sono

più lunghe e si muovono in maniera ondulatoria e serpentiforme. Il movimento di

flagelli e ciglia è il risultato dello scivolamento dei microtuboli in sequenza, questo

scorrimento è guidato da una proteina motrice chiamata: dineina che utilizza

l’energia dell’ATP per il movimento flagellare.

CENTRIOLI:

Ogni cellula in grado di dividersi possiede vicino al nucleo i centrioli, solitamente

disposti a coppia e costituiti da 9 gruppi di 3 microtubuli strettamente associati

(triplette A, B). Essi sono i responsabili della produzione dei microtubuli che

costituiscono il fuso mitotico, hanno quindi un'importante funzione nella divisione

cellulare.

MITOCONDRI

 Una cellula utilizza energia x

sintetizzare i materiali di cui ha

bisogno x poter svolgere attività

come la crescita, riproduzione e il

movimento. L’energia è trasformata

da una forma all’altra grazie ai

mitocondri.

I mitocondri sono la sede della

respirazione cellulare, dove si

produce ATP mediante molecole ad

elevato valore energetico e O La

2 .

demolizione di molecole energetiche

come il glucosio inizia già nel citosol

(GLICOLISI). Le molecole che

derivano da questa degradazione

parziale entrano poi nei mitocondri,

la cui funzione primaria è di

convertire l’ENERGIA CHIMICA

POTENZIALE contenuta nelle

molecole energetiche in una

forma utilizzabile x la cellula

(ATP).

Da un punto di vista strutturale, i

mitocondri hanno 2 membrane: la

membrana esterna, liscia e

protettiva, offre poca resistenza al

passaggio di sostanze verso e da il

mitocondrio; immediatamente al di

sotto della memb. Esterna si trova

una membrana interna che

esercita un controllo molto più stretto

su ciò che entra ed esce dalla

matrice mitocondriale (spazio

racchiuso dalla memb.interna). Tale membrane tende poi a ripiegarsi verso

l’interno in molti punti dando origine a strutture che vengono chiamate creste

mitocondriali le quali contengono molecole chiave x la generazione di ATP a

partire da molecole che fungono da combustibile cellulare.

Sempre immersi nella membrana interna si trovano grandi complessi proteici

che partecipano alla respirazione cellulare (TRASPORTO DI ELETTRONI).

Le due membrane identificano due differenti regioni: lo spazio intermembrana

cioè quello interposto tra la membrana esterna e quella interna, e la matrice,

spazio circoscritto dalla membrana interna.

All’interno della matrice mitocondriale si trovano alcuni ribosomi e del DNA

ciclico (DNA autonomo), responsabili della sintesi di alcune proteine

enzimatiche necessarie alla respirazione cellulare.

NUOVE CONOSCENZE SUL MITOCONDRIO

Recenti studi considerano i mitocondri nelle cellule non più come unità discrete a se

stanti, ma sostengono l’esistenza di una struttura che assomiglia ad un reticolo o una

rete un sistema continuo di membrana mitocondriale (mitocondri non sono

infatti piccoli organelli “a forma di sigaro” distinti e indipendenti, come si era creduto

finora, ma un intricato reticolo interconnesso, in rapido e continuo movimento

all’interno della cellula. Questo nuovo concetto può servire a comprendere non solo

processi importanti nella vita di questi organelli, ma anche come si sviluppano le

malattie dovute a mutazioni del Dna mitocondriale). Questo tipo di struttura potrebbe

avere un considerevole vantaggio per il trasporto ed il metabolismo cellulare o per il

coinvolgimento dei mitocondri nella omeostasi del calcio (inoltre è stato possibile

dimostrare che i mitocondri sono a strettissimo contatto con un’altra struttura della

cellula, il reticolo endoplasmatico, e grazie a questa vicinanza ricevono, al momento

opportuno, il segnale di attivazione. Quando una cellula viene stimolata, infatti, il

reticolo endoplasmatico rilascia ioni calcio nelle immediate vicinanze dei mitocondri,

che li captano prontamente e vengono così attivati. Questo raffinato meccanismo di

segnalazione e il ruolo fondamentale degli ioni calcio nel controllo della funzione

mitocondriale aprono l’affascinante prospettiva di poterne “modulare” l’attività grazie

allo sviluppo di nuovi farmaci che agiscano sul trasporto del calcio).

Organizzazione mitocondri nella cellula muscolare  Recenti studi hanno

dimostrato l’esistenza di multiple interazioni funzionali tra i mitocondri, reticolo

sarcoplasmatico e miofibrille nella fibra muscolare.

All’aumentare del contenuto mitocondriale ovvero della struttura reticolare, la

possibilità di una fusione reticolare aumenta di conseguenza.

Inoltre è stato evidenziato un riarrangiamento “a cristallo” dei mitocondri con una

differente distribuzione funzionale nelle varie cellule muscolari (SLIDE 13 mitocondri).

La capacità dei mitocondri di garantire la sopravvivenza cellulare anche in condizioni

di privazione da nutrienti, fondendosi fra loro per creare una vera e propria rete di

“sostegno alimentare”. I ricercatori sono riusciti a dimostrare che in condizioni di

carenza nutrizionale i mitocondri cambiano forma fondendosi fra loro a formare una

rete in grado di preservarsi e di autosostenersi per rifornire energeticamente la cellula.

Durante il digiuno infatti la cellula ricorre a fenomeni di autodigestione (autofagia),

alimentandosi con tutti quei componenti ritenuti inutili o in sovrannumero. I

mitocondri partecipano a questo processo fondendosi, tale modifica comporta sia una

protezione nei confronti dell’autodigestione che un’ottimizzazione nel processo di

produzione dell’energia. Qualora la fusione fosse inibita, i mitocondri inizierebbero a

cannibalizzare la cellula e ad esserne cannibalizzati portando alla morte cellulare in

breve tempo.

IL RETICOLO MITOCONDRIALE ESISTE IN DISTINTE REGIONI CELLULARI, DOVE

POSSIEDE DIFFERENTI CARATTERISTICHE BIOCHIMICHE  Sebbene tutti i

mitocondri lavorano per la stessa funzione che è quella di fornire ATP per le richieste

energetiche della cellula, la microscopia elettronica ha rivelato differenze regionali

nella localizzazione subcellulare dei mitocondri nelle cellule del muscolo e

cardiache.

I mitocondri che sono raggruppati in prossimità del sarcolemma sono chiamati

mitocondri subsarcolemmari (SS), e quelli incastonati tra le miofibrille sono chiamati

intermiofibrillari (IMF) (SLIDE 15 mitocondri).

Tra queste 2 tipologie di popolazioni mitocondriali, sono emerse delle differenze dal

punto di vista delle loro caratteristiche biochimiche. Non è chiaro come originino

queste differenze, probabilmente legate alle differenti richieste di ATP in ciascuna

regione subcellulare. È stato ipotizzato che i mitocondri SS forniscono ATP

principalmente per le funzioni della membrana per i nuclei periferici mentre i

mitocondri IMF forniscono ATP alle miofibrille in contrazione. La presenza di complessi

di popolazioni eterogenee di mitocondri può avere profondi effetti su gradienti di

diffusione dentro le cellule. Per questo è stato ipotizzato che l’incremento

preferenziale dei mitocondri SS in risposta all’allenamento può aumentare la

capacità della cellula di assorbire e metabolizzare i lipidi.

Le diverse funzioni dei mitocondri  i mitocondri sono coinvolti in diversi

meccanismi cellulari: Mantenimento dei depositi energetici,

 Termogenesi (

 produzione di calore da parte

)

dell’organismo

Processi di apoptosi (morte

 programmata cellula)

Processi patologici associati a

 mutazioni del mtDNA

(MELAS MERRF NARP),

Sito di eventi di trasduzione dei

 segnali importanti

nel coordinare l’espressione dei

geni nucleari e

mitocondriali (cooperazione tra genoma

nucleare e mitocondriale).

LA BIOGENESI MITOCONDRIALE RICHIEDE LA COOPERAZIONE DEL GENOMA

NUCLEARE E DEL GENOMA MITOCONDRIALE  Uno degli aspetti più affascinanti

della sintesi mitocondriale è che questa richiede la cooperazione del genoma

nucleare e del genoma mitocondriale. I mitocondri sono infatti unici perché possiedono

copie multiple di una piccola molecola di DNA circolare (mtDNA) che comprende

16.659 nucleotidi. Esso è composto da 37 geni che codificano per:

• 13 proteine

• 22 tRNA

• 2 rRNA

I geni mitocondriali, nell’uomo, sono ereditati per linea materna, in assenza di

mutazioni il DNA della madre è identico a quello del figlio, e così per le generazioni

successive, per i discendenti di linea materna. Il DNA mitocondriale accumula

mutazioni più rapidamente del DNA nucleare a causa di un elevato numero di

replicazione e dall’assenza di istoni e meccanismi di riparazione.

CONDIZIONI FISIOLOGICHE CHE DETERMINANO LA BIOGENESI

MITOCONDRIALE

ALLENAMENTO RESISTENZA E’ ben noto che l’allenamento di resistenza, con

un appropriata durata al giorno, una certa frequenza settimanale e una intensità sub

massimale (al di sotto del massimale) per esercizio, può produrre un incremento del

contenuto mitocondriale che di norma oscilla tra il 50% e il 100% in sei

settimane.

TRATTAMENTO CON ORMONE TIROIDEO  La biogenesi mitocondriale nel muscolo

può essere il risultato di altre condizioni fisiologiche, come ad esempio il trattamento

con l’ormone tiroideo. Questo rappresenta uno stimolo molto diverso che agisce

attraverso recettori mitocondriali e nucleari, per dar luogo a un maggiore contenuto

mitocondriale.

Entrambe le condizioni incrementano il numero dei mitocondri ed aumentano

la capacità di consumo di ossigeno, ma sono diverse le modalità secondo

cui questi due stimoli operano per produrre tale effetto

Replicazione mitocondri (la replicazione mitocondriale

avviene indipendentemente da quello della cellula) La

replicazione mitocondriale è molto simile a quella delle cellule

batteriche. Quando esse diventano troppo grandi, subiscono

una scissione con conseguente replicazione del mtDNA.

Questo implica una strozzatura della membrana interna e poi

di quella esterna (come se qualcuno stesse assottigliando il

mitocondrio). Poi le due figlie del mitocondrio si dividono da

tale divisione, si originano nuovi mitocondri che andranno poi

incontro al processo di fusione che porta alla formazione del

reticolo mitocondriale.

Un mitocondrio vive mediamente circa 9-10 giorni, per poi

essere sostituito, in seguito a un meccanismo di autofagia

svolto dai lisosomi, la fase mitocondriale + attiva si ha

durante la formazione del reticolo mitocondriale.

PRODUZIONE DI ENERGIA GRAZIE ALL’ ATP

Per quanto riguarda il meccanismo energetico cellulare,

importante è l’adenosintrifosfato (ATP), una molecola formata da una base

azotata (adenina), legata al ribosio, che a sua volta è legato a tre gruppi fosfato.

Essa rappresenta la principale forma di accumulo di energia immediatamente

disponibile.

L'energia immagazzinata nell'ATP deriva dalla degradazione di macromolecole come

carboidrati, proteine e lipidi, attraverso reazioni metaboliche che avvengono in

assenza o in presenza di ossigeno. Dal momento che la funzione energetica dell'ATP è

intimamente connessa alla funzione catalitica degli enzimi, l'ATP viene considerata un

coenzima (sostanza non proteica che si unisce all’enzima x permettergli di svolgere

l’attività di catalizzatore).

Idrolisi e fosforilazione ATP  l’energia potenziale dell’ATP è racchiusa nei legami

tra i 3 gruppi fosfato. Tali legami possono venire scissi per mezzo di una reazione di

idrolisi (molecola vengono scisse in due o più parti per effetto dell'acqua); dopo la

loro rottura, essi liberano una grande quantità di energia (circa 34 kJ per mole (circa

7,5 Kcal)).  reazione esoergonica

L'idrolisi dell'ATP avviene a opera dell'enzima denominato ATPasi (il quale accelera la

reazione, andando ad abbassare L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE, senza variare l’energia

dei reagenti e dei prodotti). Oltre alla liberazione dell'energia, l'idrolisi parziale dell'ATP

porta alla formazione di una molecola di adenosina difosfato (ADP) e di 1 gruppo

fosfato; l'idrolisi totale forma invece una molecola di adenosina monofosfato

(AMP) e 2 gruppi fosfato. 4-2

Idrolisi  ATP + H O  ADP + HPO + energia libera

2

Una volta scissa, l'ATP viene sintetizzata nuovamente mediante reazioni di

fosforilazione (addizione di un gruppo fosfato ad una molecole) dell'ADP, attraverso

le quali vengono aggiunti alle molecole i gruppi fosfato, è una reazione endoergonica

cioè con bisogno di energia x vincere la repulsione dei gruppi fosfati carichi

negativamente (quindi stessa carica), permettendogli di avvicinarsi ad una distanza

sufficiente (distanza di legame) x formare un legame covalente, l’energia consumata x

formare questo legame è la stessa quantità rilasciata dal processo di idrolisi

(l’energia liberatasi al momento della formazione del legame, è allo stesso

tempo anche l’energia necessaria per rompere un legame.)

4-2

Fosforilazione  ADP + HPO + energia libera  ATP + H O

2

Per formare ATP a partire da ADP, serve un apporto energetico che proviene da

reazione esoergoniche che avvengono nella cellula. Una tipo di reazione esoergonica è

la RESPIRAZIONE CELLULARE, in cui parte dell’energia liberata da molecole

(esemp. glucosio) ad alto contenuto energetico viene immagazzinata nell’ ATP

sottoforma di legame P-O, che verrà poi scissa in ADP con liberazione di energia.

L’ATP è quindi al centro di un ciclo di accoppiamento energetico in cui prima l’ADP

cattura energia liberata dalle reazioni esoergoniche x trasformarsi in ATP che

attraverso idrolisi verrà poi scisso nuovamente in ADP x fornire energia a reazione

endoergoniche.

COMBUSTIBLE CHIMICO: GLUCOSIO  Il combustibile chimico più comune è il

GLUCOSIO (C H O ), dal quale viene ottenuta energia immagazzinata sottoforma di

6 12 6

ATP. Anche altre molecole come grassi e proteine, possono fornire energia, ma x

rilasciarla esse devono venire convertite in glucosio o in composti intermedi delle

varie vie del metabolismo del glucosio.

PRODUZIONE DI ENERGIA A PARTIRE DAL GLUCOSIO  per produrre energia, il

glucosio attraversa numerose tappe, che consentono la cattura di energia, la prima è

la GLICOLISI.

GLICOLISI (scissione del glucosio)  La glicolisi presenta una successione

ordinata di reazioni, ciascuna catalizzata da un enzima: il prodotto di una tappa

diventa substrato (molecola sulla quale agisce un enzima: i substrati sono dunque le

molecole di partenza nelle reazioni chimiche catalizzate dagli enzimi) per l'enzima

successivo e così via. E' un processo completamente citoplasmatico, poiché tutti

gli enzimi sono sparsi nel citoplasma.

La glicolisi è articolata in 10 tappe quindi sono

coinvolti 10 enzimi; queste tappe sono divise in

2 fasi:

1. FASE NON OSSIDATIVA: REAZIONI CHE

RICHIEDONO ENERGIA E USANO ATP

(tutte le reazioni sono

ENDOERGONICHE)

reazione 1  un gruppo fosfato

dell’ATP viene trasferito al glucosio,

formando GLUCOSIO-6-FOSFATO. L’

enzima adibito a questo tipo di reazione, è definito chinasi.

Reazione 2  l’anello a 6 atomi del glucosio viene riarrangiato x dare un anello

a 5 atomi di fruttosio, ottenendo il FRUTTOSIO 6-FOSFATO.

Reazione 3  l’enzima fosfofruttocinasi aggiunge un secondo gruppo fosfato

(preso da un’altra molecola di ATP) all’anello di fruttosio, formando uno

zucchero a 6 atomi di C: FRUTTOSIO 1,6-BISFOSFATO.

Reazione 4  l’anello a 6 atomi di carbonio del FRUTTOSIO 1,6-BISFOSFATO

si apre e si rompe, formando 2 diversi zuccheri fosfati a 3 atomi di C:

diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.

Reazione 5  il diidrossiacetone fosfato si converte formando un’altra

molecole di gliceraldeide 3-fosfato.

Alla fine di questa prima parte sono stati spesi 2 ATP e si sono formati

2 molecole di gliceraldeide 3-fosfato

2. FASE OSSIDATIVA: REAZIONI CHE LIBERANO ENERGIA E PRODUCONO

ATP (tutte le reazioni sono ESOERGONICHE)

(ogni reazione in questa fase, avviene 2 volte x ogni molecole di glucosio, in

quanto è stato diviso in 2 molecole di gliceraldeide 3-fosfato)

Reazione 6  le 2 molecole di gliceraldeide 3-fosfato si legano ognuno a un

gruppo fosfato e contemporaneamente vengono ossidate (cedono elettroni),

liberando un considerevole quantitativo di energia che viene immagazzinata

+

come energia chimica riducendo 2 molecole di NAD a 2 molecole di

+ +

NADH + H . (NAD  è un coenzima ossido riduttivo che svolge il ruolo

biologico di trasportatore di elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione,

svolge questo ruolo spostando atomi di H, in quanto H ha un solo elettrone,

di conseguenza spostando un atomo di H da una molecola si ha anche una

variazione del numero di elettroni dalla molecola. Il NAD quando si riduce

+

(acquisisce elettroni) diventa: NADH + H , mentre quando si ossida (cede

+

elettroni) diventa NAD )

Reazione 7-10  in queste reazione, avviene il processo di fosforilazione che

prevede il trasferimento di gruppi fosfato da molecole donatrici a molecole di

ADP, x formare ATP, tra queste reazione si ottengono altri 2 ATP. Sempre in

queste reazioni si ottengono 2 molecole di PIRUVATO.

I PRODOTTI DELLA GLICOLISI PER OGNI GLUCOSIO SONO:

• 2 MOLECOLE DI ACIDO PIRUVICO

• 2 ATP (anche se ne vengono prodotte 4, due

vengono utilizzate nella prima fase, di

conseguenza il ricavo netto è di 2 ATP)

• +

2 NADH + H

Le molecole di piruvato ottenute dalla GLICOLISI possono essere poi

metabolizzate mediante 2 processi che si distinguono x la presenza di O o

2

meno.

1. In presenza di O  RESPIRAZIONE CELLULARE (aerobica)

2

2. Assenza di O  FERMENTAZIONE (anaerobica)

2

1. RESPIRAZIONE CELLULARE: utilizza O dell’ambiente x convertire

2

completamente 2 molecole di piruvato in CO e H O attraverso 3 stadi, che

2 2

oltre alla GLICOLISI sono: CICLO DI KREBS e TRASPORTO DEGLI

ELETTRONI.

GLICOLISI  CICLO DI KREBS  TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

ACETILAZIONE (matrice mitocondriale)  Se si lavora sotto la soglia

aerobica, l’acido piruvico prodotto nella GLICOLISI diffonde nei mitocondri,

dove avviene il processo di ACETILAZIONE (PIRUVATO DEIDROGENASI), che

prevede l’ossidazione del piruvato il quale si trasforma in un gruppo acetile a

2 atomi di C (acido acetico), con conseguente liberazione di una molecola di

CO . Parte dell’energia prodotta dall’ossidazione del piruvato (elettroni liberi)

2 + +

viene catturata attraverso la riduzione del NAD in NADH + H (se qualcuno si

ossida c’è sempre qualcuno che si riduce). L’energia rimanente viene

temporaneamente immagazzinata legando il gruppo acetile al coenzima A

(CoA) e formando l’acetil CoA il quale (ha un contenuto energetico di 7,5

Kcal/mol in più rispetto all’acido acetico) attiverà il CICLO DI KREBS.

CICLO DI KREBS (matrice mitocondriale)

L’acetil CoA è il punto di partenza del CICLO DI KREBS (CICLO ACIDO CITRICO).

L’acetil CoA può cedere il gruppo acetile a molecole accettatrici, un po’ come l’ATP

può cedere gruppi fosfato a vari accettatori.

Si tratta di una sequenza organizzata di reazioni enzimatiche che ha come

substrato iniziale e come prodotto finale l’acido ossalacetico.

Reazione 1  L’acetil CoA, dono il suo gruppo acetile all’OSSALACETATO x

formare CITRATO (ACIDO CITRICO), durante questa 1 reazione la molecola di CoA

viene rimossa ma può essere riutilizzata.

L’ACIDO CITRICO subisce poi una serie di ossidazioni che porta alla formazione di 2

+ +

molecole di CO e 1 ATP e alla riduzione di 3 molecole di NAD a NADH + H e 1 di

2

FAD a FADH 2.

L’ultima reazione rigenera l’ACIDO OSSALACETICO, che può così iniziare un nuovo

ciclo.

Il CICLO DI KREBS opera 2 volte x ogni molecole di glucosio che entra nella

GLICOLISI (una volta x ogni molecole di piruvato che entra nel mitocondrio).

I PRODOTTI DEL CICLO DI KREBS PER OGNI GLUCOSIO (2 molecole di

piruvato) SONO: +

6 NADH + H

 2 FADH

 2

2ATP

 4 CO

 2

Le reazioni di ossidazione che avvengono nella GLICOLISI e nel CICLO DI KREBS 

NON RICHIEDONO O 2

O è invece necessario x l’ultima fase della respirazione cellulare: la CATENA

2

RESPIRATORIA (CATENA TRASPORTO DEGLI ELETTRONI) nella quale l’energia

contenuta nel NADH e nel FADH , formati nella GLICOLISI e nel CICLO DI KREBS, viene

2

utilizzata x produrre ATP.

Questi 2 coenzimi, essendo stati ridotti durante la glicolisi e durante il ciclo, devono

quindi essere ossidati x permettere un nuovo CICLO DI KREBS (all’inizio del

ciclo devono essere disponibili le molecole di partenza: acetil CoA – NAD e FAD). Tale

riossidazione è possibile grazie alla presenza di ossigeno, il quale è un buon

accettatore (alto valore di elettronegatività)

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA


ACQUISTATO

22 volte

PAGINE

53

PESO

8.44 MB

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE APPUNTO

Riassunto per l'esame di Biologia Umana, basato su rielaborazione di appunti personali e studio del libro Biologia, Volume 1 - La cellula.
Cos'è la biologia, La scoperta della cellula fu resa possibile, grazie all?invenzione del microscopio,
avvenuto nel 1540 ad opera di 2 olandesi: Zaccharias e Hans Janssen. I precursori che
scoprirono nella seconda meta del 1600 la presenza della cellula negli organismi
attraverso il microscopio furono: Robert Hooke e Antony Van Leeuwenhock.
La cellula e la piu piccola parte di un organismo,capace di esprimere tutte le
proprieta vitali dell?organismo stesso.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie, sportive e della salute
SSD:
Università: Carlo Bo - Uniurb
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher AndriMariot di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di biologia umana e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Carlo Bo - Uniurb o del prof Barbieri Elena.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Biologia umana

Domande Biologia Umana
Appunto
Riassunto esame Alimentazione e nutrizione umana, prof. Piccoli, libro consigliato Principi di Nutrizione
Appunto
Domande Biologia Umana
Appunto
Riassunto esame Fisiologia degli organi e degli apparati, prof. Protasi
Appunto