Nozioni, Biologia

CELLULA

è la più piccola unità capace di svolgere attività vitali. Necessita di nutrienti

essenziali e di un ambiente adeguato. Non è capace di sopravvivere da sola. È

composta da sostanze che le permettono il mantenimento, la crescita e la divisione.

Tutte le cellule derivano da altre cellule e hanno un antenato comune.

Si somigliano nelle loro strutture nelle molecole (dai semplici batteri alle piante, agli

animali).

Per mantenere l’omeostasi (equilibrio interno), il contenuto della cellula è separato

dall’ambiente esterno tramite la membrana plasmatica, una membrana di superficie

che circonda tutte le cellule. Corrisponde alla barriera selettiva visto che la

composizione chimica è diversa da quella dell’ambiente esterno.

All’interno troviamo gli organuli, che svolgono le attività metaboliche di sintesi,

l’assemblaggio di strutture essenziali per il funzionamento e la riproduzione.

Tutte le istruzioni genetiche sono codificate nel dna.

La cellula ha dimensioni microscopiche.

μm: micromeri (dimensione cellulare)

nm: nanometri (1/1000 del μm)

Le dimensioni e la forma sono legate alle funzioni della cellula: ad esempio i globuli

bianchi cambiano forma per muoversi; gli spermatozoi si muovono tramite un

flagello. Le cellule nervose hanno estensioni lunghe 1 metro per trasmettere messaggi

a distanza.

Miscroscopio ottico: è composto da diverse lenti e provvisto di luce che passa

attraverso le varie lenti e infine attraverso il campione. Permette un ingrandimento al

max di 1000 volte e ha un potere risolutivo di 0,2μm.

L’interno delle cellule è trasparente e per distinguere gli organuli vengono colorate e

poi muoiono.

Microscopio fluorescente: si usa per marcare le molecole come dna, proteine e

anticorpi.

Microscopio elettronico: permette un ingrandimento di 10000 volte più dell’ottico. 2

tipi: a trasmissione (immagine finale su lastra fotografica); a scansione (immagine

tridimensionale della superficie del campione).

CELLULA PROCARIOTICA (=prima del nucleo).

È tipica delle cellule dei batteri e degli archibatteri. Gli archibatteri possono essere

anofili (resistenti alle alte concentrazioni saline), ipertermofili (resistono ad alte

temperature), metanogeni (producono gas metano).

La cellula procariotica è di 4μm al massimo (molto piccola).

Il dna non si trova in un nucleo ma in una zona detta nucleotide (=simile al nucleo).

Ha membrana plasmatica. In alcune la membrana si invagina all’interno per

permettere lo svolgimento delle funzioni metaboliche. Molte cellule hanno parete

cellulare intorno alla membrana plasmatica e permette la rigidità e la forma.

Peptidoglicani (?)

Alcune cellule hanno una membrana esterna formata da fosfolipidi e polisaccaridi.

Alcune cellule hanno anche una capsula molto viscida di polisaccaridi, una struttura

di protezione della cellula che permette l’ancoraggio della cellula.

Alcune cellule presentano FLAGELLI composti da una proteina detta flagellina, che

assicurano il movimento alla cellula.

Alcuni batteri presentano pili (più piccoli dei flagelli) che servono a scambi tra 2

cellule e per aderire alle superfici.

All’interno della cellula procariotica troviamo il citoplasma, formato da citosol

(fluido di acqua, ioni e molecole solubili ad es. proteine) e ribosomi (formati da

proteine e RNA). Questi ultimi hanno una funzione di sintesi proteica.

CELLULA EUCARIOTICA (=nucleo completo)

Presenta organuli delimitati da una membrana e un nucleo che contiene al suo interno

il DNA.

All’interno della cellula c’è il citoplasma, all’interno del nucleo il nucleoplasma.

La cellula eucariotica ha un citoscheletro che dà la forma e permette il trasporto di

materiali.

Alcune cellule (alghe e piante) hanno organuli speciali, i cloroplasti che servono a

catturare la luce solare e convertirla in energia tramite la fotosintesi.

Le membrane suddividono le cellule in compartimenti che si chiamano ORGANULI,

con funzioni diverse per garantire reazioni distinte e veloci.

I composti più reattivi sono isolati dal resto della cellula.

All’interno e all’esterno della cellula si trovano differenze di carica elettrica e di

concentrazioni di varie sostanze (gradiente elettrochimico).

Il sistema di endomembrane comprende:

-nucleo e nucleolo

-reticolo endoplasmatico,

-perossisomi,

-complesso di golgi,

-lisosomi,

-vacuoli,

-vescicole,

-membrana plasmatica.

Mitocondri e cloroplasti non fanno parte del sistema e sono organuli specializzati.

NUCLEO CELLULARE

Ovale o sferico è dotato di 2 membrane concentriche separate da uno spazio. Le

membrane sono fuse tra loro a formare i poli nucleari che permettono il passaggio di

materiali tra il citoplasma e il nucleoplasma.

Nella membrana interna troviamo la lamina nucleare, una rete fibrosa di filamenti

proteici che sostiene la membrana interna e ha altre funzioni nell’organizzazione del

contenuto nucleare.

Esistono mutazioni nelle proteine associate che generano varie malattie genetiche (ad

es. distrofia muscolare e invecchiamento precoce, progenia).

La maggiorparte del DNA è presente nel nucleo. Quando una cellula si divide il dna è

capace di replicarsi e trasmettere l’informazione alle due cellule figlie. Il DNA

corrisponde alla sequenza dei nucleotidi che così formano i geni che codificano le

proteine necessarie per la cellula.

Il dna è associato alle proteine per formare cromatina, che nella cellula non in

divisione ha un aspetto di rete di granuli e filamenti.

Le molecole del dna sono impacchettate nel nucleo in modo regolare per formare i

cromosomi. Durante la divisione della cellula i cromosomi diventano visibili

(filiformi). Il dna srotolato avrebbe 2 m di lunghezza.

NUCLEOLI: strutture compatte senza membrana dentro la cromatina. Ogni nucleolo

contiene un’organizzazione nucleolare costituita dalle regioni cromosomiche con le

istruzioni per sintetizzare diversi tipi di RNA che costituiscono i ribosomi.

Gli RNA ribosomali sono sintetizzati nel nucleolo e le proteine necessarie per

formare i ribosomi sono sintetizzate nel citoplasma, poi vengono trasportate nel

nucleolo dove vengono assemblate con l’RNA ribosomale che poi torna nel

citoplasma attraverso i pori nucleari.

I ribosomi sono presenti nel citoplasma come liberi o legati alle membrane: 2

subunità (minore e maggiore)

Contengono gli enzimi per formare i legami peptidici.

Hanno la funzione di assemblaggio dei polipeptidi.

RETICOLO ENDOPLASMATICO

è una rete di membrane interne parallele che circondano il nucleo in molte parti del

citoplasma a forma di tubi impilati in compartimenti connessi tra loro.

Il lume interno è un unico compartimento comunicante con lo spazio tra le due

membrane nucleari.

Il reticolo contiene molti enzimi per reazioni biochimiche anche a catena.

Altri organuli non comunicano con il reticolo endoplasmatico.

Il reticolo endoplasmatico può essere di 2 tipi:

-LISCIO: catalizza la sintesi di numerose sostanze come lipidi e carboidrati. È

importante per la sintesi dei fosfolipidi del colesterolo, per la formazione delle

membrane cellulari e la sintesi degli ormoni steroidei come anche quelli riproduttivi.

Nelle cellule epatiche avviene la degradazione enzimatica del glicogeno di riserva

con conseguente regolazione del glucosio nel sangue. Il reticolo liscio serve anche

alla degradazione delle sostanze tossiche e cancerogene, delle droghe, dell’alcool, dei

farmaci, trasformandole in sostanze idrosolubili.

-RUGOSO: è importante per la sintesi proteica. È rugoso perché sulla superficie

presenta i ribosomi esternamente. All’interno è liscio. Le proteine sintetizzate sui

ribosomi vengono trasportate e in parte modificate con l’aggiunta di lipidi,

carboidrati e altre sostanze, ad opera di enzimi specifici. Altri enzimi arrangiano la

struttura tridimensionale delle proteine. Le proteine processate vengono trasferite

tramite le vescicole di trasporto per gemmazione e poi le membrane delle vescicole si

fondono con la membrana del compartimento bersaglio.

APPARATO DI GOLGI: smista e modifica le proteine. È un sistema di membrane

appiattite e impilate con una regione CIS rivolta verso il nucleo, una regione TRANS

rivolta verso la membrana plasmatica, e una regione mediale.

La zona CIS ha la funzione di ricevere il materiale delle vescicole provenienti dal

reticolo endoplasmatico (quelle provenienti dal liscio avranno ad esempio lipidi,

quelle dal rugoso proteine).

La zona TRANS è deputata a impacchettare le molecole trasportate dal Golgi e

portarle fuori dalla cellula.

Nelle cellule animali, nell’apparato di Golgi avviene la sintesi dei ribosomi, quindi il

flusso avviene dai reticoli endoplasmatici, zona CIS-TRANS-mediale e l’esterno

della cellula.

LISOSOMI: sono organismi digestivi, piccole vescicole con enzimi litici (circa 40) e

sono attivi a pH 5 (acido). I lisosomi degradano i batteri e i frammenti ingeriti dalle

cellule spazzine (macrofagi e neutrofili, o microfagi). I lisosomi sono sintetizzati nel

Golgi come lisosomi primari. Si possono fondere con vescicole digestive delle cellule

fagocitarie e formare lisosomi secondari (fagolisosomi).

Esistono malattie geniche che non permettono la degradazione dei lipidi nelle cellule

cerebrali con accumulo di lisosomi.

VACUOLI: possono essere di grandi dimensioni, sono organuli ricchi di acqua e

soluti. Nelle piante hanno molte funzioni come la pressione e il turgore. Hanno

funzioni omeostatiche (di equilibrio) per mantenere il ph, e anche digestive e nutritive

(come nei protozoi). Esistono vacuoli contrattili che eliminano l’eccesso di acqua per

contrazione.

PEROSSISOMI: contengono enzimi digestivi e detossificanti. Sono importanti per il

metabolismo dei lipidi e degradano acidi grassi. Sintetizzano i lipidi nella guaina

delle cellule nervose. Contengono perossido d’idrogeno (acqua ossigenata) dal potere

detossificante.

MITOCONDRI: sono organuli capaci di trasformare l’energia chimica proveniente

dal cibo (glucosio) in energia ATP (adenosintrifosfato), poi utilizzata per varie

reazioni chimiche. Contengono il dna che codifica per le loro proteine sintetizzate in

ribosomi mitocondriali. Qui avviene la respirazione aerobica: una serie di operazioni

di trasformazione di energia chimica in ATP in presenza di ossigeno. Atomi di

ossigeno e carbonio vengono rimossi dal glucosio e convertiti in CO2 (anidride

carbonica) e H2O (acqua). Si replicano per divisione. Sono formati da una doppia

membrana citoplasmatica di cui quella interna è ripiegata in CRESTE

MITOCONDRIALI, e qui avviene la trasformazione di energia in ATP.

CITOSCHELETRO

Ha una funzione meccanica (di supporto strutturale), di trasporto nella cellula e di

divisione cellulare.

Può essere di 3 tipi:

-microtubuli

-microfilamenti

- filamenti intermedi

Microtubuli: sono fibre di subunità globulari di natura proteica coinvolti nel

movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare. Sono strutturali. Sono dei

binari per il movimento intracellulare di organuli e vescicole. Sono componenti delle

ciglia e dei flagelli.

Sono costituiti da 2 proteine (tubuline α e β) che associate insieme e avvolte a spirale

formano un cilindro che presenta una polarità negativa e positiva.

2 tipi di proteine associate ai microtubuli (MAP):

-strutturali: assemblano i microtubuli insieme e alle strutture vicine tramite i legami

crociati.

-motrici: utilizzano l’ATP per generare movimento. Trasportano i materiali verso

entrambi i poli.

L’estremità negativa è ancorata a una struttura detta CENTROSOMA che nelle

cellule animali è formato da 2 CENTRIOLI, strutture tubulari dette 9x3 perché

strutturati in 9 triplette. I centrioli sono importanti nell’assemblaggio e dissemblaggio

dei microtubuli durante la divisione cellulare.

Le CIGLIE e i FLAGELLI sono strutture motrici. Le ciglia (le troviamo ad es. nelle

cellule epiteliali) sono corte sottili e numerose e permettono un movimento a remi

che fa spostare la cellula, hanno anche la funzione di allontanare le particelle nocive;

i flagelli (ad es. lo spermatozoo) sono molto lunghi e radi (uno o pochi) e permettono

un movimento di avvitamento o a frusta. La struttura di ciglia e flagelli è detta 9x2+2,

cioè 9 coppie che contengono in più 2 microtubuli non legati ma liberi. Questi

microtubuli si muovono scivolando uno sull’altro grazie alle proteine motrici

utilizzando ATP.

Microfilamenti: sono filamenti di actina che sono proteine globulari legate e

intrecciate come fili di perle. Si legano a delle proteine per formare fasci di fibre.

Danno un supporto meccanico a diverse strutture cellulari e sotto la membrana

plasmatica formano il CORTEX CELLULARE, più gelatinoso rispetto al citosol che

è più fluido. Il cortex garantisce forma e movimento alla cellula.

I microfilamenti non si contraggono ma si assemblano e disassemblano.

Nelle cellule muscolari sono associati a una proteina detta MIOSINA che attraverso

atp permette la contrazione muscolare. La miosina interviene anche nella divisione

cellulare dove avviene la contrazione di un anello di actina associato a miosina che

causa la strozzatura nelle due cellule figlie.

I microfilamenti sono importanti anche nei movimenti cellulari tramite pseuodopodi e

microvilli. Gli PSEUDOPODI sono filamenti di actina che spingono la membrana

plasmatica verso l’esterno con proiezioni piene di citoplasma. La contrazione della

parte opposta della cellula permette lo spostamento della cellula. Coinvolge miosina e

microtubuli. I MICROVILLI sono proiezioni della membrana plasmatica per

aumentarne la superficie sia di assorbimento che di trasporto transmembrana (ad es.

cellule epiteliali gastroenteriche).

Filamenti intermedi: sono formati da tetrameri proteici, spostati e intrecciati tra loro

che associati formano robusti fasci di fibre fuori e dentro la cellula. Hanno una forte

resistenza meccanica, si legano al citoscheletro tramite le proteine con legami

crociati.

La composizione chimica è diversa in cellule differenti (ad es. cheratine nelle cellule

epiteliali della cute; neurofilamenti nelle cellule nervose).

Nella sla i neurofilamenti sono anomali e non permettono la contrazione muscolare.

I filamenti intermedi fanno parte del rivestimento cellulare come glicocalice,

rivestimento ricco in polisaccaridi e proteine.

Ha una funzione di ancoraggio della cellula e genera i contatti tra cellule.

Matrice extracellulare: è formata da collagene, elastina, fibronectina con funzione di

collegamento e ancoraggio.

SEGNALAZIONE CELLULARE

Un meccanismo tramite cui le cellule comunicano tra loro. Tra le cellule vicine può

esserci un collegamento diretto tramite una molecola e un recettore specifico, ma la

maggiorparte delle cellule utilizzano i segnali chimici, ad esempiogli ormoni o i

neurotrasmettitori sono capaci di trasmettere un’informazione sia chimica che

elettrica. (ad es. il pancreas secerne insulina, un ormone che a livello di cellule

bersaglio attiva dei processi metabolici).

Alcune molecole segnale attivano o inibiscono i geni nel nucleo, questo causa effetti

sull’accrescimento, divisione e differenziazione cellulare. (questo è sfruttato nelle

cure dei tumori).

Si conoscono numerosi fattori di crescita che permettono un normale sviluppo di

cellule stimolando la loro divisione.

CROMOSOMI E DIVISIONE CELLULARE

Ogni cellula si origina dalla divisione di cellule preesistenti, questo ha importanza per

la crescita, riparazione e riproduzione.

Le cellule hanno informazioni codificate nel DNA: GENOMA dell’organismo.

Il genoma è organizzato in unità d’informazione chiamate GENI che controllano

l’attività delle cellule e vengono trasmessi alle progenie.

La divisione cellulare avviene per replicazione del DNA che così viene trasmesso alle

cellule figlie.

Il DNA nella cellula è avvolto intorno alle proteine a formare la CROMATINA,

ripiegata e impacchettata a formare i singoli CROMOSOMI.

La cellula non in divisione presenta una cromatina formata da lunghi e sottili

filamenti parzialmente srotolati e aggregati a dare un aspetto granulare e filamentoso.

La cellula in divisione presenta la cromatina condensata e i cromosomi visibili come

strutture distinte. (XXXX)

Il genoma umano possiede circa 25000 geni che codificano per le proteine.

Nelle cellule eucariotiche il processo di compattazione del DNA nei cromosomi

avviene tramite proteine dette ISTONI (H). Questi presentano una carica positiva

mentre il DNA la carica negativa. Gli istoni si associano con DNA per formare i

NUCLEOSOMI. Ogni nucleosoma ha un diametro di 10 nm ed è formato da 8

proteine istoniche avvolte da un filamento di DNA lungo 146 coppie di basi. 4 coppie

di istoni in doppie coppie. C’è poi una zona intermedia detta LINKER con 60 coppie

di basi legata all’istone H1 che è un istone di giunzione.

Alla fine il DNA si raggomitola su sé stesso per formare i cromosomi, con un

diametro di 30 nm

N= CARIOTIPO (=tipo di nucleo) : è il numero, la forma e la dimensione dei

cromosomi di una cellula. Nell’uomo corrisponde a 46 cromosomi.

Alcune cellule una volta mature non si dividono più (ad es. cellule nervose,

muscolari, globuli rossi). Altre cellule si dividono per le attività richieste alla loro

crescita.

La cellula presenta un ciclo cellulare che è la successione degli eventi che

caratterizzano il passaggio di una cellula da una divisione cellulare a quella

successiva.

La durata del ciclo cellulare può variare da 8 a 20 ore, in base al tipo di cellula e alle

condizioni ambientali.

Il ciclo cellulare presenta 2 fasi principali:

1- INTERFASE (lunga)

2- MITOSI (breve)

INTERFASE: Si divide in 3 fasi:

1- FASE G1 (gap1): è l’intervallo tra la fine della mitosi e l’inizio della sintesi. Molte

cellule che non si dividono e non passano alla sintesi si dice che sono nella fase G0

(zero), fi