Esame di stato biologia 1° prova

Cellula eucariotica

Gli organismi formati da cellule eucariotiche possono essere organismi unicellulari e pluricellulari (piante, funghi, animali).

Divisione cellulare

La divisione cellulare avviene per: Mitosi. Nel corso della Mitosi, i diversi cromosomi, una volta duplicati, vanno incontro a "condensazione espiralizzazione" e comincia così a formarsi il "Fuso Mitotico" (= struttura che separa in modo corretto i cromosomi nelle 2 cellule figlie).

Organuli della cellula eucariote

• Nucleo: è parte centrale della cellula. È delimitata da una Membrana Nucleare. Nel Nucleo c’è un doppio filamento di DNA. Sempre nel Nucleo si osserva il Nucleolo (dove avviene la sintesi di RNA ribosomiale).
• Reticolo endoplasmatico: è formato da membrane ripiegate. Si distingue un reticolo endoplasmatico liscio (REL) e reticolo endoplasmatico ruvido (RER). In RER sono presenti i Ribosomi e RNA ribosomiale.
• Apparato di Golgi: è una pila di sacche membranose appiattite. Il lato di Apparato di Golgi più vicino al RE è detto Cis-Golgi, quello opposto Trans-Golgi. Nella cellula animale l’Apparato del Golgi va ad organizzare i Lisosomi Primari.
• Lisosomi: possiedono enzimi litici, e quindi sono strutture coinvolte nella digestione intracellulare dei corpi estranei ingeriti con la Fagocitosi. Si distinguono: Lisosomi Primari e Secondari.
• Ribosomi: molto più grandi rispetto a quelli procariotici, contengono RNA Ribosomiale. La funzione principale di questo organulo è quella di tradurre mRNA in proteina.
• Perossisomi: organuli contenenti enzimi in grado di catalizzare diverse reazioni.
• Matrice extracellulare: è presente in molte cellule animali perché in quelle vegetali c’è la Parete Cellulare. La Matrice Extracellulare è formata da Glicoproteine. Le principali molecole sono: Collagene, Fibronectina.
• Giunzioni cellulari: le cellule adiacenti comunicano mediante queste strutture. Si distinguono:
  • Giunzioni Strette: impediscono il passaggio di molecole andando a sigillare le membrane di cellule adiacenti.
  • Giunzioni Ancoranti: permettono l’adesione tra cellule.
  • Giunzioni Comunicanti: permettono il passaggio di piccole molecole e ioni tra cellule adiacenti attraverso canali proteici.
• Mitocondri: sono organelli citoplasmatici. Sono in grado di muoversi all’interno del Citoplasma. Essi presentano una "Membrana Mitocondriale Esterna" ed una "Interna". Quella esterna consente il passaggio a molecole di piccole dimensioni e ioni perché contiene la proteina di trasporto: Porina. La Membrana Mitocondriale Interna è permeabile solo in modo selettivo a H₂O, O₂, CO₂. Ha delle rientranze dette: Creste. Sulla Membrana Interna ci sono importanti proteine quali quelle dei "Complessi della Catena di Trasporto di ATP" e "ATP Sintasi" entrambi fondamentali nella Fosforilazione Ossidativa. I mitocondri hanno un ruolo chiave in Apoptosi (= morte cellulare programmata). All’interno dei Mitocondri viene prodotta ATP a partire da ADP + gruppo P. L’Adenosin Trifosfato (ATP) è impiegata dall’organismo per svolgere moltissime funzioni. Il meccanismo con cui i Mitocondri producono ATP a partire dal Glucosio prevede diversi stadi:
  • Glicolisi che avviene però in Citosol (vedi in "Metabolismo Carboidrati")
  • Ciclo di Krebs
  • Fosforilazione Ossidativa (gli ultimi 2 nei Mitocondri)
  Sempre nei Mitocondri c’è un altro processo metabolico molto importante collegato alla produzione di ATP partendo questa volta dagli Acidi Grassi. Questo è appunto la β-Ossidazione (vedi in "Metabolismo Lipidi"). I Mitocondri possiedono un cromosoma in grado di duplicarsi con "Scissione Binaria" (come i Batteri). Questo ha fatto sempre pensare che anticamente i Mitocondri hanno avuto origine dall’unione di una Cellula Eucariota Anaerobica con Cellule Procariote Aerobiche. A sostegno di questa ipotesi ci sarebbe il fatto che il Codice Genetico del Mitocondrio non è identico a quello del Nucleo. Il DNA Mitocondriale è sempre di origine materno. Per questo motivo le patologie legate al DNA Mitocondriale sono tutte a trasmissione materna.
• Membrana plasmatica: sottile involucro che separa la cellula dall’ambiente intracellulare-extracellulare. È composta da: 50% proteine, 40% lipidi, 10% carboidrati. I Lipidi formano un doppio strato (distinti in 3 classi: Fosfolipidi – Sfingolipidi – Colesterolo). Questo doppio strato rende così la membrana permeabile a piccole molecole apolari e polari ma prive di carica ma impermeabile a ioni e grosse molecole. L’ingresso di tali sostanze è consentito da "Proteine Transmembrana" (= proteine di trasporto per specifiche tipi di molecole). Le Proteine Transmembrana sono distinte in:
  • Proteine Canale: eseguono un trasporto passivo secondo gradiente di concentrazione.
  • Trasportatori o Carrier: si legano ad uno specifico soluto, dopo aver subito un cambiamento conformazionale, riescono ad attraversare la Membrana.
  • Pompe: eseguono un trasporto attivo, quindi contro gradiente e pertanto necessitano di una fonte di energia. Si distinguono 2 tipi:
    • Pompe spinte dalla Luce
    • Pompe Alimentate da ATP
  Nella Membrana Plasmatica esistono aree ricche soprattutto di Sfingolipidi + Colesterolo con il compito di far concentrare specifiche proteine di membrana. I Carboidrati di Membrana sono presenti come catene di Oligosaccaridi legate alle proteine e lipidi formando così: Glicoproteine, Glicolipidi. A volte i residui di carboidrati possono formare una struttura più esterna alla Membrana Plasmatica che protegge la cellula da danni meccanici e chimici detta: Glicocalice. La Membrana Plasmatica può essere definita una struttura asimmetrica per quanto riguarda la distribuzione dei lipidi, proteine, carboidrati. L’asimmetria più evidente riguarda i carboidrati di membrana, infatti questi sono sempre presenti sul versante extracellulare del doppio strato infatti i glicolipidi e le glicoproteine.
• Citoscheletro: è un reticolo di filamenti proteici distribuiti in tutto il citoplasma. Ha funzione Strutturale così che le cellule eucariotiche mantengano la loro forma. È composto da 3 tipi di filamenti proteici:
  • Filamenti intermedi: dei 3 sono i più robusti e più stabili del Citoscheletro. Hanno una funzione di protezione. Si distinguono molti tipi di proteine di tipo filamentoso e possiedono tutte un "Dominio Centrale" + "Teste + Code Globulari". Formano una fitta rete che si propaga dal Nucleo a Membrana Plasmatica. Il Filamento Intermedio completamente assemblato è costituito da 8 protofilamenti connessi coda-coda.
  • Microtubuli: originano da una struttura cellulare detta Centrosoma. A partire da esso raggiungono le parti più esterne della cellula. In genere il Microtubulo è formato da Protofilamenti connessi fianco-fianco. La polimerizzazione dei Microtubuli avviene a 37°C. Una fase critica nella formazione dei Microtubuli è la "Nucleazione" (= aggregazione di dimeri di Tubulina in oligodimeri). I Microtubuli consentono il trasporto intracitoplasmatico degli Organelli. Ciglia e Flagelli sono formati da Microtubuli. I Microtubuli si possono distinguere in:
    • Microtuboli Assonemali
    • Microtuboli Citoplasmatici
  • Microfilamenti o Filamenti di Actina: sono quelli che principalmente determinano la forma della cellula e il movimento di essa ma anche la contrazione della cellula muscolare (Actina + Miosina = Microfilamenti).

Cellula procariotica

Sono tipiche di organismi procarioti come i Batteri. Le sue dimensioni sono minori rispetto a quella eucariote. Ha una struttura più semplice. È priva di Organuli. Il DNA batterico si compone di un’unica molecola e di forma circolare. La Divisione Cellulare avviene per Riproduzione Asessuata e quindi mediante Scissione Binaria. In condizioni ottimali i batteri possono riprodursi anche ogni 20 minuti.

Struttura della cellula procariote

• Capsula
• Flagelli batterici: da non confondere con quelli della cellula eucariote. Questi sono costituiti dalla proteina: Flagellina.
• Ribosomi: con funzioni simili a quello di cellula procariote, ma sono di tipo diversi (70s).
• Parete cellulare: composta di Peptidoglicani e più esterna della M. Plasmatica.
• Membrana plasmatica: costituita principalmente da fosfolipidi, delimita la cellula.
• Citosol: dove troviamo i Ribosomi.
• Nucleoide: dove c’è il DNA circolare. La cellula Procariote possiede 1 Cromosoma.
• Nucleo: è assente, per questo si parla di Nucleoide (= dove c’è il DNA).
• Mesosoma: è un'invaginazione della Membrana Plasmatica di notevoli dimensioni, di forma irregolare. Sembra che svolga attività biochimiche cellulari.

Differenza tra cellula procariote-eucariote

Virus

I virus sono parassiti intracellulari obbligati, cioè si sviluppano e si riproducono soltanto all’interno delle cellule di determinati ospiti, che possono essere animali, vegetali, funghi, protisti o procarioti. Infatti per potersi riprodurre devono invadere delle cellule viventi.

Struttura dei virus

I virus sono avvolti da un involucro proteico detto "Capside" e al suo interno troviamo il genoma virale quale il DNA e/o RNA. Il Capside è una struttura rigida e compatta capace di resistere a condizioni ostili. Il virus il cui genoma è costituito da DNA è denominato Deossiribovirus invece quelli con RNA come genoma sono i Ribovirus.

Il DNA può essere a singolo e/o doppia elica, lineare, circolare. L’RNA può essere a polarità positiva e negativa. Inoltre, può essere anche segmentato in varie parti. La maggioranza dei virus a DNA ha il doppio filamento. La maggioranza dei virus a RNA ha un singolo filamento (es. Virus dell’Influenza).

Alcuni virus oltre al Capside possiedono un involucro lipoproteico detto "Pericapside" o "Envelope". Il Pericapside è una membrana e si compone di lipidi, proteine, glicoproteine. I virus che lo possiedono sopravvivono più facilmente agli ambienti umidi. I virus che ne sono sprovvisti invece al suo posto presentano proteine virus-specifiche.

I virus sono di dimensioni talmente piccole da non poterli osservare col microscopio ordinario. Questa importante caratteristica ha permesso così di distinguerli dai Batteri. Il virus per poter sopravvivere necessita anche di una temperatura ottimale. Già a temperature di 55-60 °C le proteine del Capside perdono in maniera irreversibile la loro capacità infettante.

Ad oggi i virus vengono classificati dal Comitato Internazionale per la Tassonomia Virale (ICTV) in:

• Famiglie (la cui denominazione termina con il suffisso –viridae)
• Sottofamiglie (suffisso –virinae)
• Generi (suffisso –virus)

Nel caso dei Deossiribovirus si va a distinguere il genoma, la struttura del virus, la presenza di Pericapside e la famiglia. Invece nel caso dei Ribovirus oltre alle caratteristiche sopra elencate si tiene conto anche della polarità.

Ciclo replicativo virale

Il ciclo replicativo virale è quel processo che porta alla formazione di nuovi virus. Può essere suddiviso in queste fasi:

1. Riconoscimento cellula bersaglio
2. Attacco
3. Penetrazione
4. Liberazione
5. Sintesi Macromolecolare
6. Assemblaggio
7. Gemmazione e Rilascio

Il riconoscimento cellula bersaglio e attacco (o Adsorbimento) si verifica quando il virus (con il suo "antirecettore") riconosce il recettore complementare presente sulla membrana della cellula da infettare. Affinché avvenga questo legame non sono necessarie reazioni che producano energia oppure una particolare temperatura ma solo la presenza di un ambiente abbastanza ricco di ioni così da neutralizzare le cariche delle altre strutture potenzialmente complementari. Il contatto tra virus-cellula ospite si verifica solo se sono presenti recettori specifici.

Penetrazione e liberazione

La penetrazione del virus nella cellula si verifica subito dopo l’attacco. In questa fase è richiesta una temperatura ottimale ed una partecipazione attiva da parte della cellula che deve essere infettata. Se il virus possiede il Pericapside la penetrazione può avvenire in uno dei due seguenti modi. Nel primo caso per fusione. Il virus si lega ai recettori presenti sulla membrana della cellula ospite (grazie alle glicoproteine) e poi il Pericapside virale si fonde con la membrana cellulare per consentire il trasporto del Nucleocapside all’interno del citoplasma. Qui è necessario un ambiente a pH neutro.

Con la liberazione (o Scapsidamento) il nucleo-capside deve essere trasportato al sito di replicazione posto all’interno della cellula.

Sintesi macromolecolare e assemblaggio

Per la sintesi macromolecolare i virus dipendono dalla cellula ospite. Per garantire la replicazione del virus vengono sintetizzate le proteine strutturali ed enzimi coinvolti nella replicazione e soprattutto l’acido nucleico. Durante questa fase nel nucleo si verifica anche la Trascrizione di RNA virale.

L’assemblaggio dei nuovi virioni inizia quando sono state prodotte in modo sufficiente le proteine strutturali ed il genoma virale. Il processo di assemblaggio dipende dal sito di replicazione del genoma e se il virus possiede il Pericapside. Per il virus che lo possiedono, le glicoproteine virali appena sintetizzate sono trasferite alle membrane cellulari. I Nucleocapsidi si assemblano intorno al genoma e successivamente vengono racchiusi in un Pericapside. Il Nucleocapside al suo interno contiene la RNA-polimerasi-RNA-dipendente. Però le proteine di matrice si allineano e garantiscono l’adesione dei nucleo-capsidi alla membrana cellulare (modificata dalle glicoproteine virali). È così che la membrana va a circondare il nucleo capside e il "virus gemma".

Gemmazione e rilascio

Con la gemmazione e il rilascio il virus con Pericapside fuoriesce dalla cellula senza provocare la sua uccisione.

Trasporto transmembrana

Il doppio strato fosfolipidico della Membrana Plasmatica ha funzione di barriera. La cellula per poter sopravvivere necessita di scambiare molecole con l’ambiente esterno. Il trasporto di particelle può essere: Passivo, Attivo.

Trasporto passivo

• Diffusione Semplice è tipica di molecole piccole e non polari (O₂, CO₂) + molecole polari non cariche (Urea, Etanolo) che attraversano la membrana per Diffusione Semplice ovvero secondo gradiente di concentrazione (= da zona a concentrazioni maggiori a zona a concentrazioni minori).
• Diffusione Facilitata è tipica di molecole polari (AA, Monosaccaridi, Ioni, Nucleotidi) e il trasporto avviene sempre secondo gradiente di concentrazione (quindi senza ATP) però in questo caso è mediato da 2 tipi di proteine transmembrana come: Proteine Carrier + Proteine Canale. Le Proteine Canale formano dei canali in cui passano gli Ioni. Tali canali sono selettivi e consentono il passaggio di un solo ione. Le Proteine Carrier o Trasportatrici invece modificano la loro struttura per consentire il passaggio e la liberazione nella cellula delle molecole interessate. Tale proteina Carrier ritorna poi nella sua forma iniziale.
• Osmosi è tipica di molecole di H₂O passando così da una regione a minor concentrazione di soluti (= soluzione ipotonica) ad una a maggior concentrazione di soluti (= soluzione ipertonica). Questo avviene fino a quando non si stabilizza e si crea un equilibrio (= soluzione isotonica).

Trasporto attivo

È usato per trasportare piccole molecole e ioni però contro gradiente di concentrazione e quindi richiede energia, fornita da ATP. La pompa Sodio-Potassio è un esempio di trasporto attivo mediato da proteine. Attraverso questo sistema la cellula porta fuori 3 ioni Na (sodio) e dentro 2 K (potassio).

Il trasporto di molecole di grandi dimensioni avviene mediante: Esocitosi, Endocitosi.

• Esocitosi: le molecole sono inglobate in vescicole che si fondono con la Membrana Plasmatica così da espulsi dall’ambiente cellulare. Trasposto da Interno a Esterno cellula.
• Endocitosi: le molecole sono inglobate in vescicole che si fondono con la Membrana Plasmatica. Trasporto da Esterno a Interno cellula. Endocitosi può essere distinta in 3 tipi:
  • Fagocitosi: cellula ingerisce materiale solido.
  • Pinocitosi: cellula ingerisce materiale liquido.
  • Endocitosi mediata da recettore: meccanismo specifico perché sono incorporate solo quelle sostanze che si legano a specifici recettori della membrana plasmatica. Un esempio è come le cellule assumono Colesterolo.

Comunicazione cellulare

Le cellule comunicano tra loro e con l’ambiente esterno attraverso una "Segnalazione Cellulare". Le cellule che inviano il segnale sono dette Cellule Segnale, mentre quelle che lo ricevono Cellule Bersaglio. La Molecola Segnale è detta Ligando e si lega ad una proteina specifica: Recettore.