Esame di citologia

Citologia

Prof. Gabriella Gabrielli

( 6 CFU )

Libro di testo richiesto :

Biologia della cellula ( Olmo - Colombo /

EDI-ERMES )

Prova Orale

Esame :

Esame diretto, non suddivisibile in parziali

Stretto contatto tra molecola, forma, funzione.

Obiettivi :

Le basi molecolari, strutturali ed evolutive delle

attività cellulari

I meccanismi di base della cellula, motilità cellulare,

dell’accrescimento e della divisione cellulare.

Cellula : Terminologia e caratteristiche

Il termine citologia deriva dal greco Citos ( cellula ) e logos ( studio )

= Studio della cellula e la sua organizzazione.

La cellula è l’unità

l’espressione più piccola della vita, o meglio

strutturale e funzionale della materia vivente.

Le cellule esistono in moltissime forme differenti ( Fenotipo ), dove

in ognuna vengono codificate le proteine di quel tipo ( Fenotipo ).

Le caratteristiche comuni tutte le cellule sono :

1. Presenza di una membrana cellulare / plasmatica che divide

l’ambiente intorno dall’ambiente esterno, ma che contiene

sistemi che controllano l’ingresso e l’uscita di sostanze dalla

cellula ( anche perché la cellula animale Permeabilità

deve prendere lo zucchero dall’esterno Controllata

per produrre energia )

2. I componenti cellulari vengono costruiti Eccitabilità

utilizzando le “risorse alimentari” attraverso

sistemi interni di conversione dell’energia.

3. Il materiale genetico contiene informazioni necessarie per dare

origine a tutti i componenti cellulari.

4. L’espressione genica consente alla cellula di utilizzare le sue

informazioni genetiche per produrre un fenotipo di cellula, con

quindi una funzione specifica e delle proteine specifiche.

5. Il DNA riesce a trasmettere i suoi geni tramite la riproduzione

cellulare ( da madri a figlie )

La vita : origine e storia

Tutte le attività associate ai viventi dipendono da combinazioni e

scambi tra atomi e la forza che unisce l’elettrone al nucleo atomico

contiene l’energia che aziona i sistemi viventi.

mistero

L’origine della vita è un mentre la sua storia sta diventando

chiara.

sempre più

La Teoria più plausibile dell’origine della vita sulla terra risale a 3,5

sintesi abiotica:

miliardi di anni fa, attraverso la

Processo lungo e graduale dove sono avvenute la sintesi di

materiale organico da molecole inorganiche presenti nell’atmosfera

e nelle acque primitive. Tutto ciò è stato possibile quindi da

condizioni atmosferiche e fattori della biosfera molto particolari

( umidità, composizione dell’aria, calore emanato dalle scariche

elettriche e dalla crosta terrestre, distanza fisica tra le molecole ).

Questo materiale organico, legandosi tra di loro, ha dato origine ad

un grumo protoplasmatico nel quale compare la prima forma

autoreplicante ( e perciò di vita ) sulla terra grazie alle sue basi

l’ RNA.

azotate:

Esso era formato inizialmente da una membrana semi-protettiva,

poiché presentava delle interruzioni sulla sua superficie. Questo

periodo di tempo lo si può definire mondo RNA.

Nell’evoluzione di questo grumo protoplasmatico primitivo, si

DNA,

arriva a sostituire l’RNA con il un acido nucleico meno

reattivo, con una configurazione strutturale meno accessibile,

ovvero una doppia elica di filamenti complementari ed antiparalleli.

Quando invece, il nucleo viene rivestito esternamente da una

membrana cellulare chiusa, ma con entrata e uscita controllata da

dei meccanismi specifici..

Nascita della cellula Procariota

Mentre quando si sente il bisogno di delimitare dentro uno spazio

ben preciso l’acido nucleico responsabile della riproduzione,

formandosi un nucleo ben definito..

Nascita della cellula Eucariotica

Evoluzione : Dalle cellule create agli organismi attuali

Dalla prima cellula procariote formatasi discendono tutte le altre

Antenato progenitore comune )

cellule che esistono tutt’ora. (

Si riesce a divedere l’evoluzione della cellula in organismi più

3 Domini, 6 regni :

complessi in divisi a loro volta in

Dominio Bacteria

I membri del dominio Bacteria sono tra i procarioti più diffusi e più

diversificati.

Dominio Archaea

La maggior parte dei procarioti raggruppati nel dominio Archaea

vivono negli ambienti terrestri caratterizzati da condizioni

ambientali estreme, quali i laghi ad alta salinità e le sorgenti calde

con acque bollenti.

Prove di natura molecolare dimostrano che gli Archaea presentano

caratteri comuni con gli eucarioti, in misura non minore dei tratti

morfo-funzionali che essi condividono con i membri del dominio

dei Bacteria.

Dominio Eukarya

regno Protista

Il consiste di eucarioti unicellulari, e delle forme a

loro correlate, caratterizzate da associazioni cellulari relativamente

semplici.

egno Plantae

Il r consiste di eucarioti multicellulari in grado di

effettuare la fotosintesi

egno Fungi

Il r viene definito con riferimento, almeno parziale, alle

strategie nutrizionali dei suoi membri, come questi esemplari che

assorbono nutrienti da materiale organico in decomposizione.

regno Animalia

Il comprende eucarioti multicellulari che si nutrono

ingerendo altri organismi.

Livello di organizzazione cellulare

Chimica della materia vivente

Protoplasma

Composizione chimica

C ( carbonio )

H ( idrogeno )

O ( ossigeno ) Elementi primari

N plastici

( azoto ) ( 97 % )

S ( zolfo ) Protoplasma è

P ( fosforo ) un termine

simile al

Composizione tipo ( Soluzione ) citoplasma. È

una soluzione

( Solvente )

Acqua 75- 80 %. acquosa di

Lipidi 2 - 3 % cristalloidi e

Proteine 10 - 20% molecole

( Soluto )

Acidi nucleici 1 - 1,5% organiche di

Glucidi 1% varia natura.

Sali minerali 1%

Classificazione dei componenti chimici del protoplasma

- Composti organici : Acidi nucleici, proteine, glucidi, lipidi

- sali minerali acqua.

Composti inorganici : e Importanza del

polimero :

sali idrati,

Si trovano sotto forma di Minore solubità

ovvero dissociati in ioni idrati: Minore pressione

Cationi : ( K Na ,Ca ,Mg )

+ , + 2+ 2+ osmotica nella cellula

Anioni : ( Cl HCO , H PO SO

- 3- 4- 4- )

2 Minore agitazione

termica

Solvente, altamente polare, dove le altre

molecole riescono ad stabilire le loro forze.

Essa è legato tra tutte le sue molecole attraverso

ponte a Idrogeno (

un H ) formato tra l’ossigeno di

una e l’ H dell’altra.

Con il congelamento questo ponte H si blocca

con le dovute conseguenze ( Ghiaccio ).

Con l’ebollizione il ponte idrogeno si spezza con

le dovute conseguenze ( Vapore ).

Funzione dei sali minerali:

Na+, K+, Cl- =

regolazione della permeabilità di membrana.

Ca2+ =

fosfato di calcio nell’osso e nei denti. Il calcio regola la contrattilità

muscolare e l’eccitabilità delle fibre nervose, interviene nel

processo di coagulazione e nella attivazione di molti sistemi

enzimatici. Agisce da secondo messaggero nella trasduzione dei

segnali cellulari.

HPO4- =

fosfato contribuisce all’equilibrio del pH ematico e

all’immagazzinamento dell’energia sottoforma di ATP, GTP. E’

presente nei fosfolipidi, negli acidi nucleici, in molte proteine.

Mg2+ =

presente come fosfato di magnesio nelle ossa. In forma ionica

agisce attivando molti sistemi enzimatici. Stabilizza la

conformazione molecolare di acidi nucleici e clorofilla.

SO4 —=

Il solfato stabilizza la struttura di molte proteine (cheratina,

lisozima).

HCO3- =

Il bicarbonato consente il trasporto di CO2 ed interviene nel

mantenimento dell’equilibrio acido-base nel sangue.

Fe =

il ferro assicura il trasporto dell’ossigeno da parte dell’emoglobina

ed il trasporto degli elettroni nelle catene di ossido-riduzione.

I =

lo iodio è un costituente della molecola degli ormoni tiroidei.

Funzioni Oligodinamici :

Alcuni metalli si trovano all’interno del corpo per funzioni piccole,

spesso catalitiche, negli enzimi. ( Br, Mn, Cu, V, Al, Se )

Può capitare di trovare elementi privi di funzioni, capitati

accidentalmente o per caratteristiche chimiche affini.

Legami Chimici

I legami chimici in biologia permettono l’interazione degli elementi

per la formazione di molecole, e via via sempre più complessi per

costruire le strutture della cellula. Inoltre per permettere tutte le

reazioni perciò funzioni della cellula, essa ha bisogno di rompere e

formare legami con produzione e utilizzo di energia.

L’instaurazione del legame avviene tramite il tentativo da parte degli

atomi di riempire il loro stato di elettroni più esterno ( ottetto ).

Si dividono in 2 categorie principali : L’aggettivo forte

Legami forti e legami deboli e debole deriva

dall’energia che

ci vorrà per

I legami forti ne è principalmente uno : rompere o

I legami covalenti mette in condivisione una o ricostituire quel

due coppia/e di elettroni tra 2 atomi che legame.

difficilmente cedono completamente un

elettrone. La forza del legame, ( come la nube

elettronica che si crea ) è molto forte e attrattiva

tra gli atomi, tanto che solo grazie agli enzimi riesce la sua

catalizzazione. Questo tipo di legame è diffuso e molto usuale

trovarlo nelle molecole organiche ( Legame

peptidico, legame glucosidico ).

Esistono 2 tipologie di legami covalenti :

- Legame puro = dove gli atomi sono uguali

e quindi attraggono la nube elettronica

condivisa allo stesso modo, con

conseguente simmetria della molecola.

- Legame polare = dove gli atomi non

sono uguali e quello più elettronegativo

attira verso di se la nube elettronica

condivisa, con conseguente asimmetria

della molecola.

Quando una molecola è polare ( ovvero

contiene un legame covalente polare ) ottiene

due caratteristiche importanti a livello

cellulare :

L’idrofilia ( compatibilità con il mezzo acquoso )

Attrazione intermolecolare e intramolecolare.

I legami ionici, invece, avvengono per cessione e assorbimento di

elettroni da un atomo all’altro, con formazione di cariche opposte,

che rappresenta la forza del legame. Questa forza si può

classificare media poiché è forte, ma con l’azione del solvente

solvatazione degli elementi )

acqua ( si separano in ioni idrati.

Esso lega moltissimi composti inorganici ( sali ) e i liquidi biologici

della cellula ( elettroliti ). Legami distruttibili

I legami deboli sono principalmente 3 : da forze chimico -

1. Legame a ponte H ( Idrogeno ) fisiche

Formato da un idrogeno in una molecola che

viene attratto da un atomo in un altra molecola

( Vedere esempio acqua )

2. Interazioni elettrostatiche ( forze di Van Der Vart )

Interazioni dovute alla polarità e quindi idrofilia delle molecole, che

vengono attirate tra di loro per forze elettrostatiche ( + e - )

3. Interazioni idrofobiche non polari.

Interazioni tra molecole idrofobiche neutre che, non entrando

nell’acqua, riesco ad isolarsi insieme e perciò unirsi attraverso

queste interazioni.

Il vivente : un sistema gerarchico multivitellare

Cellula Eucariotica

Sono le cellule dei funghi, degli animali e delle piante.

Sono grandi circa 10 volte di quelle procariotiche. Hanno la membrana

cellulare, il citoplasma e i ribosomi; in più hanno degli altri comparti

citoplasmatici delimitati da citosol mediante una membrana, chiamati

organuli. Questi organuli svolgono un ruolo

ben preciso nella cellula a cui appartengono;

Le cellule eucariotiche questi ruoli vengono definiti secondo delle

differiscono per forma, reazioni chimiche che li caratterizzano.

dimensione e numero.

La forma è l’espressione Nucleo

plastica della funzione E' l'organulo di dimensioni maggiori, è

delimitato da una membrana, ha forma e

dimensioni variabili secondo il tipo cellulare.

Contiene il DNA; nel nucleo si svolge la duplicazione e le prime fasi del

processo di decodificazione dell'informazione genetica.

Mitocondri

In questi organuli l'energia

immagazzinata nei legami chimici delle

molecole di carboidrati viene

convertita in una forma più accessibile

alla cellula (ATP); avvengono anche

delle trasformazioni biochimiche degli

amminoacidi e degli acidi grassi.

Reticolo endoplasmatico e Apparato

del Golgi

Qui le proteine sono assemblate e

vengono indirizzate verso le proprie

destinazioni nella cellula. Legge di Driesch =

Lisosomi o Vacuoli Cellule omologhe di

Qui le molecole più grandi vengono idrolizzate fino ad individui della stessa

ottenere dei monomeri utilizzabili.

Cloroplasti specie o di specie

affini sono di

Si svolge la fotosintesi. grandezza pressoché

Le membrane che circondano ogni organulo hanno due costanti.

compiti:

- Separare le molecole contenute negli organuli dalle

molecole presenti nella cellula.

- Regola il passaggio delle molecole, permettendo cosi alle materie prime di

entrare negli organuli e alle sostanze sintetizzate di essere liberate nel

citoplasma Cellula Procariotica

Riescono a sopravvivere anche nelle condizioni ambientali più difficili. Hanno

delle dimensioni più piccole rispetto a quelle eucariotiche. Ogni procariote è

un organismo unicellulare. Le sostanze contenute nel citoplasma sono in

continuo movimento. Nel citoplasma avvengono delle reazioni di glicolisi e di

fermentazione. Le cellule procariotiche svolgono dei ruoli complessi, facendo

cosi molti processi biochimici.

Parete Cellulare

La maggior parte delle cellule procariotiche ha la parete cellulare, che si

trova all'esterno della membrana plasmatica.

La rigidità da sostegno e forma alla parete.

Contiene i peptidoglicani, che sono dei polimeri di amminozucchero, uniti da

dei legami covalenti, cosi che formano una grande molecola localizzata tutta

attorno alla cellula.

In alcuni batteri, intorno alla parete c'è una sostanza mucillaginosa, costituita

da polisaccaridi, è la capsula.

Alcune volte la capsula aiuta il batterio ad aderire ad altre cellule.

Membrane Interne

I cianobatteri compiono la fotosintesi.

In questi batteri fotosintetici, il

plasmalemma si ripiega su se stesso

all'interno del citoplasma fino a formare

un sistema di membrane interne, dove si

trova la clorofilla batterica e altre sostanze

necessarie allo svolgimento della

fotosintesi.

Ribosomi

Sintetizzano le proteine dal mRNA

Flagelli e Pili

Alcuni procarioti riescono a muoversi nell'ambiente acquoso utilizzando i

flagelli.

È costituito da una proteina, la flagellina; ruota intorno al suo asse come

un'elica, spingendo avanti la cellula.

I flagelli permettono alla cellula di muoversi, infatti se vengono tolti, la cellula

non si muove.

I pili sporgono dalla superficie di alcuni gruppi di batteri; permettono ai

batteri di aderire l'uno con l'altro durante l'accoppiamento, e avere contatto

con le cellule animali per ricevere protezione o nutrimento.

Citoscheletro

È costituito da dei microtubuli e dei microfilamenti.

Le sue funzioni sono quelle di:

- dare forma alla cellula

- provvedere ai vari movimenti cellulari

- ancoraggio della membrana plasmatica

Le molecole di interesse biologico

Le cellule viventi sono formate da molecole organiche, prevalentemente

complesse e di grandi dimensioni (macromolecole), risultanti

fondamentalmente dalla combinazione di quattro elementi — carbonio (C),

idrogeno (H), ossigeno (O) e azoto (N) — ai quali si associano meno

frequentemente fosforo (P) e zolfo (S). I liquidi cellulari sono formati da

soluzioni acquose contenenti in forma ionica elementi quali sodio (Na),

potassio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca), cloro (Cl). Altri elementi essenziali

alla vita sono presenti in tracce (per esempio, ferro, iodio, rame, zinco,

manganese, fluoro, silicio).

Il protoplasma è il contenuto interno della cellula il quale si divide in :

composti inorganici ( H2O ) e composti organici suddivise in quattro gruppi

fondamentali: glucidi, o zuccheri, lipidi, proteine e acidi nucleici; un altro

gruppo particolare di composti, a struttura chimica eterogenea, è quello delle

vitamine. Queste macromolecole sono formati a sua volta da unità di base

chiamata monomeri, i quali si uniscono assieme tramite la polimerizzazione.

omopolimeri

Le macromolecole ( o polimeri ) possono essere : se

eteropolimeri

contengono monomeri uguali; se contengono monomeri

diversi.

I GRUPPI FONDAMENTALI DI MOLECOLE BIOLOGICHE

gruppo funzione

glucidi o fonte di energia (in tutti gli organismi); componenti strutturali (nelle

zuccheri piante)

lipidi riserva di energia; componenti strutturali (membrane cellulari)

componenti strutturali; fattori di regolazione di numerosi processi

proteine biochimici

acidi nucleici supporto delle informazioni genetiche e della loro trasmissione

Glucidi :

Per funzionare nell’ambito biologico hanno bisogno di un gruppo aldeide o

chetone.

Principalmente i glucidi hanno 2 forme tridimensionali : Lineari e/o Circolari.

Essi molto spesso si dividono in isomeri, ovvero una stessa molecola di

glucosio ( es. ) ma posizionata nello spazio diversamente ( diversi centri di

simmetria ) : in base ai gruppi legati al carbonio abbiamo la forma D e la

forma L; mentre in base al gruppo ossidrile OH del primo carbonio ( C1 )

abbiamo la forma “Alfa” e “Beta”.

La differenza dei 2 isomeri in base al gruppo OH del C1 sta principalmente

che gli isomeri “Alfa” formano, combinandosi tra di loro, l’amido e gli isomeri

“Beta” formano, combinandosi tra di loro, la cellulosa.

Nella forma alfa esiste una differenza in base a come