Zoologia generale 4 - la cellula, pt.1

La Cellula

• La cellula è il più semplice insieme di elementi in grado di vivere

Teoria Cellulare (1674)

"tutti gli organismi sono composti da cellule, e tutte le cellule derivano da altri elementi cellulari."

• Dimensioni di una cellula:
  • procariote 1-10 μm
  • eucariote ≈ 100 μm

NB. le cellule sono così piccole perché maggiore è il rapporto superficie/volume tanto più è "facile" scambiare materiali con l'esterno

La Cellula

• La cellula è il più semplice insieme di elementi in grado di vivere

Teoria Cellulare (1674)

"tutti gli organismi sono composti da cellule, e tutte le cellule derivano da altri elementi cellulari."

• Dimensioni di una cellula:
  • procariote 1-10 μm
  • eucariote ≃ 100 μm

NB: le cellule sono così piccole perché maggiore è il rapporto superficie/volume tanto piú è "facile" scambiare materiali con l'esterno

Cellula procariotica:

• più piccola e "primitiva" di quella eucariotica
• si compone di:
  • Parete cellulare (con o senza capsula)
  • Membrana plasmatica
  • Citoplasma
  • Nucleoide (non hanno un vero e proprio nucleo)
  • Flagelli
  • Pili
  • Ribosomi

Cellula eucariotica:

• molto più complessa di quella procariotica
• circa 10 volte più grande di quella procariotica
• si compone di:
  • Membrana plasmatica
  • Citosol
  • Citroscheletro
  • Ciglia o flagelli
  • Membrane interne (sistemi di membrane)
  • Organelli
  • Nucleo (ben definito)
    • molto voluminoso (5 μm)
    • rivestito da una doppia membrana
    • involucro nucleare poroso (connesso in alcuni punti al ER)
    • contiene la cromatina (cromosomi e proteine)
    • presenta uno (o più) nucleoli

NB. Cariotipo → insieme dei cromosomi di un organismo

es. Cariotipo umamo

• 22 coppie di autosomi
• 1 coppia di eterocromosomi

Il nucleolo sintetizza l'rRNA che unito a proteine citoplasmatiche forma le sub-unità ribosomali (che fuori dal nucleo si assemblano in ribosomi)

responsabili della sintesi proteica

NB. ribosomi liberi → proteine utilizzate nel citoplasma

ribosomi legati → proteine di secrezione

Ribosoma

• sito P
• sito A
• → sub-unità minore
• → sub-unità maggiore

Sistema delle Membrane Interne

• Si compone di
  • involucro nucleare
  • apparato del Golgi
  • lisosomi
  • reticolo endoplasmatico liscio
  • reticolo endoplasmatico rugoso
• RETICOLO ENDOPLASMATICO (ER)
  • da origine alle altre membrane interne e svolge numerose attività metaboliche (es. rielaborazione delle proteine)
  • Reticolo endoplasmatico rugoso (RER)
    • i ribosomi a esso associati sono la sede della sintesi di proteine di secrezione o di membrana
  • Reticolo endoplasmatico liscio
    • produzione fosfolipidi/ormoni steroidei
    • coinvolto nel metabolismo di carboidrati
    • accumulo e rilascio di ioni
    • detossificazione

• Apparato del Golgi
  • è composto da dictiosomi (cisterne)
  • riceve e rilascia vescicole e modifica il loro contenuto
  • nelle cellule vegetali produce polisaccaridi
  • che finiscono per comporre la parete
  • nella regione cis (verso ER) arrivano le vescicole
  • nella regione trans (verso la membrana) partono le vescicole
  • alcune vescicole del Golgi (con funzione digestiva) divengono lisosomi
• Lisosomi
  • sono sacchi membranosi contenenti enzimi digestivi (idrolitici acidi)
  • scindono macromolecole cellulari o sostanze ingerite per fagocitosi
  • possono attaccare organelli danneggiati

Perossisomi

• sono organuli ricchi di enzimi
• favoriscono il trasporto di idrogeno (H₂) legandolo all'ossigeno con formazione di perossido di idrogeno (H₂O₂)

Vacuoli contrattili

• sono tipici dei protisti di acqua dolce
• servono a contrastare l'eccessivo ingresso di acqua per osmosi
• contraendosi, espellono l'acqua in eccesso.

Mitocondri

• sono la sede della respirazione cellulare (produzione di ATP)
• sono rivestiti da una doppia membrana
• presentano ribosomi liberi al loro interno
• la regione centrale è detta matrice (contiene ribosomi, enzimi e DNA)
• il genoma mitocondriale (materno) conta circa 16 mila paia di basi

• Origine Mitocondri → Teoria Endosimbiontica
• secondo la teoria i mitocondri (e anche i cloroplasti) erano originariamente dei procarioti ancestrali, che sono stati fagocitati dalle cellule progenitrici delle cellule eucariotiche, con cui hanno instaurato una relazione simbiotica

Citoscheletro

• è un complesso dinamico di strutture sottili che stabilizza la forma della cellula
• si compone di:
  • Microfilamenti
  • Filamenti intermedi
  • Microtubuli

Microfilamenti

• sono composti da actina
• stabilizzano la forma cellulare
• contribuiscono alla contrazione e allo spostamento degli organuli
• contribuiscono all'emissione di pseudopodi
• partecipano alla citodieresi

• FILAMENTI INTERMEDI
• composti da cheratine
• stabilizzano la posizione degli organuli
• partecipano alla costituzione dei desmosomi (giunzioni tra cellule diverse)
• formano la lamina nucleare
• sono numerosi dove vi è molto stress meccanico
• MICROTUBULI
• sono formati da dimeri di tubulina
• sono strutture cilindriche cave
• modificano la forma della cellula (variando la propria lunghezza)
• spostano organuli e cromosomi
• sono MOLTO importanti nel fuso mitotico, nelle ciglia e nei flagelli

NB. le vescicole si spostano "sui tubuli" grazie a proteine motrici attivate dall' ATP

Ciglia e Flagelli

• permettono alla cellula di muoversi
• il movimento dei flagelli è ondulatorio
• il movimento delle ciglia è alternato (con un colpo propulsivo e uno di ritorno)

NB. sia ciglia che flagelli sono composti da doppiette o triplette di microtubuli: "tenuti insieme" e mossi da proteine

Centrioli

• i due centrioli (che insieme formano il centrosoma) sono: centri di organizzazione dei microtubuli del fuso mitotico (durante la divisione cellulare).

Matrice cellulare

• è lo spazio che separa una cellula dall’altra
• è composto da un gel di carboidrati e proteine fibrose

Membrane e Trasporti

• Membrane Biologiche
  • sono dei sistemi di barriere che fanno passare solo determinate sostanze
  • sono composte da un doppio strato fosfolipidico intervallato da proteine di membrana (secondo il modello del mosaico fluido)
  • il colesterolo garantisce l'integrità della membrana
  • le proteine di membrana possono essere integrali ("immerse" nella membrana) o periferiche ("appoggiate" a essa)

Funzioni delle proteine di membrana

1. Trasporto selettivo (alcuni passaggi richiedono ATP)
2. Adesione intercellulare
3. Funzione enzimatica (catalisi di reazioni)
4. Trasduzione del segnale (trasformazione di un segnale chimico o meccanico in uno elettrico o chimico)
5. Riconoscimento tra cellule (adiacenti)
6. Adesione al citoscheletro e alla matrice cellulare

NB. La membrana cellulare ha una permeabilità selettiva:

• le molecole idrofobe si disciolgono nel doppio strato fosfolipidico
• le molecole idrofile (o gli ioni) "sono costretti" a passare attraverso le proteine

NB. La membrana regola inoltre la concentrazione ionica

Trasporto di Piccole molecole attraverso le membrane:

• Passivo (non richiede ATP):
  • diffusione semplice
  • diffusione facilitata
  • osmosi
• Attivo (richiede ATP):
  • trasporto attivo primario
  • trasporto attivo secondario (o cotrasporto)

Diffusione

• spostamento dei soluti secondo gradiente di concentrazione fino a raggiungere l'equilibrio
• può essere semplice o facilitata (mediata da proteine carrier o canale)

NB: la diffusione facilitata può essere regolata da molecole specifiche (che si legano alle proteine "aprendole" o "chiudendole")

Osmosi

• spostamento del solvente secondo gradiente di concentrazione fino a raggiungere l'equilibrio (solo se la membrana è semipermeabile)

NB. soluzione ipotonica -> H₂O entra

soluzione ipertonica -> H₂O esce

Trasporto Attivo

• richiede ATP perché muove molecole contro il gradiente di concentrazione

• Trasporto Attivo Primario -> richiede ATP

• Trasporto Attivo Secondario -> non richiede ATP ma richiede un gradiente di concentrazione conseguente a un trasporto attivo primario

• Esempio di Trasporto Attivo Primario:

Pompa Sodio - Potassio

• la cellula deve mantenere al suo interno una concentrazione maggiore di K⁺ e una minore concentrazione di Na⁺ (rispetto all’esterno)
• per questo motivo la membrana pompa costantemente K⁺ verso l’interno e Na⁺ verso l’esterno

NB. nel processo si genera una differenza di carica a livello della membrana

si genera un gradiente elettrochimico

• Esempio di Trasporto Attivo Secondario:

Assorbimento del Glucosio

• la pompa sodio-potassio crea un gradiente che spinge il sodio verso l'esterno
• ciò facilita l'assorbimento del glucosio perché il sodio si lega e attiva la proteina di membrana responsabile dell'assorbimento del glucosio

NB: il trasporto attivo secondario (o cotrasporto) non necessita di ATP

Trasporto di Particelle di grandi dimensioni: attraverso la membrana

• Esocitosi
  • una vescicola si fonde con la membrana e riversa tutto all'esterno
• Endocitosi:
  • può essere di 3 tipi:
    1. Fagocitosi
    2. Pinocitosi
    3. Endocitosi mediata da recettori

1) FAGOCITOSI

• associata alla predazione
• utilizzata anche dai globuli bianchi del sistema immunitario
• il plasmalemma circonda grosse particelle e in seguito si forma una vescicola che si fonde con un lisosoma