Zoologia generale 5- la cellula, pt.2

Metabolismo Cellulare

In Breve

• Ogni cellula vitale:
  • ha un proprio metabolismo
  • compie un ciclo cellulare (vitale)
• Il metabolismo è un complesso di reazioni attraverso le quali materia ed energia vengono trasformate per permettere le attività tipiche della vita

(è la somma di tutte le reazioni chimiche che si verificano in un organismo)

NB. L'energia non viene né creata né distrutta

entra negli ecosistemi come luce e fuoriesce come calore

energia luminosa → _piante energia chimica (ATP) → _{animali e piante} calore/lavoro

Metabolismo Cellulare

IN BREVE

• Ogni cellula vitale:
  • ha un proprio metabolismo
  • compie un ciclo cellulare (vitale)
• Il metabolismo è un complesso di reazioni attraverso le quali materia ed energia vengono trasformate per permettere le attività tipiche della vita

  (è la somma di tutte le reazioni chimiche che si verificano in un organismo)

NB. l'energia non viene né creata né distrutta

entra negli ecosistemi come luce e fuoriesce come calore

• energia luminosa → piante → energia chimica (ATP)
• energia chimica → calore
• energia chimica → lavoro

(animali e piante)

NB.

in un ecosistema tutti gli organismi sono legati da una rete trofica, che indica la direzione della massa e dell'energia del sistema

• In tutte le cellule possiamo riscontrare 2 tipi di reazioni:
  • Anaboliche (costruzione di molecole complesse)
  • Cataboliche (degradazione di molecole complesse con produzione di energia)

NB.

l'organismo è organizzato in modo che il prodotto di una reazione sia il substrato della successiva

(tutto ciò è regolato da enzimi e meccanismi: feedback)

• Le cellule, per lo svolgimento delle loro attività, dipendono dall'ATP

NB. L'energia sta nei legami dei 3 fosfati.

• L'idrolisi dell'ATP genera 12 kcal/mol
• Una cellula usa milioni di ATP ogni secondo (la vita media di una molecola di ATP è 1 minuto)
• Il glucosio è il principale combustibile della cellula

C₆H₁₂O₆ + O₂ ⟶ CO₂ + H₂O + ATP

Respirazione Cellulare

• è il processo catabolico fondamentale attraverso cui la cellula capta energia chimica (di molecole organiche) e la usa per rigenerare ATP

Processi Metabolici Aerobici - Respirazione

• glicolisi: il glucosio viene ossidato a piruvato
• ciclo di Krebs: serie di trasformazioni a carico di un derivato del piruvato con produzione di energia chimica
• catena di trasporto elettroni & fosforilazione ossidativa: riduzione finale dell'O₂ con ingente produzione di ATP

Processi Metabolici Anaerobici - Fermentazione

• glicolisi
• fermentazione

Ciclo cellulare

• Il perpetuarsi della vita si basa sulla divisione cellulare, parte integrante del ciclo cellulare.
• Il ciclo cellulare termina con la divisione della cellula madre nelle due cellule figlie.

NB. Affinché una cellula possa dividersi devono avvenire una serie di cose:

1. La cellula deve ricevere un segnale riproduttivo (dall'esterno o dall'interno).
2. Il DNA e altri componenti cellulari devono duplicarsi.
3. Il DNA deve essere distribuito (segregazione) nelle cellule figlie.
4. Una nuova membrana deve crearsi per permettere la citodieresi.

• Divisione cellulare nei procarioti:
  • scissione binaria (molto semplice)
• Divisione nella cellula eucariotica
  • più complessa
  • alcune cellule svolgono funzioni diverse (e alcune di esse non si riproducono affatto)
  • la formazione di un organismo pluricellulare parte dalla fecondazione, viene detto SVILUPPO e coinvolge la moltiplicazione e la differenziazione delle cellule

NB. La vita di una cellula termina con:

1. la morte cellulare
2. la divisione cellulare
3. la fusione con un'altra cellula (es. fecondazione)

• A differenza delle cellule procarioti (con un ciclo di circa 30 minuti) quelle eucarioti non si replicano in continuazione (perché molto più complesse)

• ciclo di una cellula eucariote

Fase G1 -crescita cellularesintesi enzimiduplicazione del DNA

• Materiale nucleare

• il DNA non è libero nel nucleo ma unito agli istoni (molecole proteiche con cui formano i nucleosomi) e condensato in cromosomi

• 1 cromosoma = 2 cromatidi uniti dal centromero

• i cromosomi sono visibili solo durante la mitosi (la cromatina spiralizzata)

Mitosi

• Processo cellulare mediante il quale è assicurata la precisa distribuzione di copie esatte del materiale genetico alle cellule figlie

NB: la mitosi produce cloni

• La mitosi si compone di diverse fasi:

1. INTERFASE

   • duplicazione cromatina
   • formazione dell'Aster (inizio del fuso mitotico)

2. PROFASE

   • condensazione cromosomi
   • dissoluzione nucleolo
   • formazione del fuso mitotico

3. METAFASE

   • allineamento dei cromosomi sulla piastra equatoriale

4. ANAFASE

   • separazione dei cromatidi fratelli

5) TELOFASE

• Formazione dei nuovi involucri nucleari
• Formazione del solco di scissione

6) CITODIERESI

(non è propriamente una fase della mitosi)

• Separazione fisica delle 2 cellule figlie

NB. La citodieresi avviene in modi diversi nei diversi phyla/regni

Sistema di controllo del ciclo cellulare

• Si tratta di un insieme di molecole attive nella cellula che innesca e coordina gli eventi chiave del ciclo cellulare
• È regolato da stimoli interni ed esterni a livello di specifici punti di controllo

Processi di Morte cellulare

• Necrosi
  • si verifica a seguito di danni cellulari, intossicazioni, deficit nutritivo, lesioni ...
  • comporta rigonfiamento e rottura della cellula inducendo una risposta infiammatoria
• Apoptosi
  • è una morte cellulare geneticamente programmata
  • si attiva quando una cellula
    1. è molto vecchia
    2. ha esaurito la sua utilità
    3. ha il DNA molto danneggiato

NB: l'apoptosi è un meccanismo di difesa dai tumori

NB: La riproduzione tramite mitosi da origine a continuità genetica tra generazioni:

in questo caso la variabilità genetica è a carico delle sole mutazioni

• Nella riproduzione SESSUATA invece, la prole origina dall’unione dei gameti dei genitori e differisce pertanto dai genitori stessi. (questo processo garantisce variabilità genetica)
• Caratteristiche dei cicli biologici sessuali:
• 2 genitori (ciascuno dei quali fornisce gameti)
• Ogni gamete contiene UN SOLO corredo cromosomico (è Aploide)
• I due gameti si uniscono a formare lo zigote (DIPLOIDE)

NB. nei cicli biologici sessuali abbiamo dunque cellule somatiche (non coinvolte nella riproduzione) e gameti (coinvolti nella riproduzione)

• cellule somatiche 2n (diploidi)
• gameti n (aploidi)
• cariotipo → numero, forma e dimensione dei cromosomi

NB. i cromosomi omologhi (a eccezione di quelli sessuali) hanno uguale lunghezza, geni e posizione del centromero

• cromosomi in base alla posizione del centromero:

metacentrico sub-metacentrico acrocentrico telocentrico

• Ciclo vita Biologico Sessuato

NB. ciclo degli organismi diplonti

NB. oltre al ciclo vitale diplonte esistono anche:

• Ciclo con alternanza di generazione: l’organismo, durante la sua vita attraversa sia una fase aplonide che una fase diplorde
• Ciclo degli organismi aplonti: l’unico stadio diploide del ciclo vitale è lo zigote

La Meiosi :

• La Meiosi è un processo molto complesso e si compone di varie fasi :

1. PROFASE I

   • appaiamento cromosomi omologhi
   • crossing over
   • formazione delle tetradi (coppie di cromosomi omologhi)
   • dissoluzione del nucleo

2. METAFASE I

   • le coppie di omologhi si dispongono sulla piastra equatoriale

3. ANAFASE I

   • separazione dei cromosomi omologhi

4. TELOFASE I

   • formazione di due cellule aploidi (con genoma duplicato)

NB. dopo la Telofase I avviene la prima divisione della meiosi detta RIDUZIONALE perché da una cellula diploide ne otteniamo due aploidi

5) PROFASE II

• formazione del fuso mitotico

6) METAFASE II

• allineamento dei cromosomi sulla piastra equatoriale

7) ANAFASE II

• separazione e migrazione dei cromatidi fratelli

8) TELOFASE II

• formazione di 4 cellule aploidi

NB. con la Telofase II avviene la seconda divisione meiotica detta EQUAZIONALE perché da (2) cellule aploidi con genoma duplicato otteniamo (4) cellule aploidi

NB. Il processo di crossing over prevede che i cromatidi di due cromosomi omologhi si scambino dei geni (garantendo cosi al processo meiotico la variabilità genetica)

I cromatidi cosi ottenuti si dicono ricombinanti

• Tappe fondamentali meiosi
  • Duplicazione del DNA
  • Separazione cromosomi omologhi
  • Separazione cromatidi fratelli
• Differenze mitosi - meiosi II
  • Nella meiosi II non c'è duplicazione del DNA
  • Nella meiosi II i cromatidi fratelli non sono uguali a causa del crossing over
  • Nella meiosi II il numero di cromosomi sulla piastra è dimezzato (rispetto alla mitosi)

• Gametogenesi - processo di produzione di gameti aploidi negli organi sessuali primari

• spermatogenesi (gameti maschili)

2n → 2n →

spermatogoni spermatociti primari spermatociti secondari spermatidi spermatozoi

• oogonesi (gameti femminili)

2n → 2n → n →

oogonio oocita primario primo corpo polare secondo corpo polare

→ n →

oocita secondario fecondazione zigote

NB. oogoni e spermatogoni derivano da tessuti di cellule primordiali germinali presenti nell'embrione