biologia cellulare, struttura cellula vegetale e animale, organuli e reazioni cellulari, Schemi e mappe concettuali di Biologia

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BIOLOGIA CELLULARE La teoria cellulare una cellula è un elemento di piccole dimensioni, delimitato da una membrana, pieno di una soluzione di sostanze chimiche e acqua. - tutti gli organismi viventi sono composti da cellule - la cellula è l’unità morfologica e fisiologica fondamentale nella struttura degli organismi viventi - ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente - nelle cellule l’informazione genetica risiede nel DNA e viene trasmessa alle cellule figlie durante la divisione cellulare Le cellule possono essere procariote (se non hanno il nucleo) o eucariote (se hanno il nucleo) Cellule procariotiche sono le cellule più piccole e più semplici (circa 2x10-6m) non hanno organuli o un vero e proprio nucleo il materiale genetico è contenuto in una molecola di DNA circolare (nucleoide) nel citoplasma sono presenti i ribosomi (organuli che permettono la sintesi proteica) nella membrana plasmatica ci sono invaginazioni dette mesosomi che sono coinvolti nei processi di respirazione, fotosintesi e divisione. esternamente alla membrana plasmatica si trova la parete cellulare (costituita da peptidoglicani: catene polisaccaridi) i procarioti sono sempre unicellulari, si riproducono con modalità asessuata possono essere agenti patogeni (se hanno una membrana esterna che contiene tossine), ma la maggior parte ha un ruolo ecologico fondamentale (degradano la sostanza organica e ne permettono il riciclo) Alcune cellule procariote hanno dei flagelli: strutture filamentose utilizzate per spostarsi nell’ambiente) Cellule eucariotiche cellule più complesse e più grandi (fino a 100 x 10-6m) → fanno parte di organismi pluricellulari (l’individuo possiede funzione più complesse) somiglianze tutte le cellule hanno la stessa composizione chimica, svolgono le stesse reazioni chimiche (glicolisi) e l’informazione risiede nel DNA differenze possono essere differenti nelle dimensioni, nel movimento, nel rivestimento membrana cellulare sottile involucro di circa 8 nm di spessore costituita da fosfolipidi e proteine. i fosfolipidi sono caratterizzati da una testa polare idrofila rivolta verso l’esterno e da una coda idrofoba rivolta verso l’interno. glicolipidi: oligosaccaridi attaccati ai fosfolipidi glicoproteine: oligosaccaridi legati a proteine le proteine di membrana attraversano il doppio strato lipidico e svolgono funzioni di enzimi, trasporto o recettori cellulari con il modello a mosaico fluido proteine e fosfolipidi si spostano sul piano laterale nucleo significato strutturale e morfologico: definisce forma cellula significato funzionale: regola gli scambi con l’esterno significato di comunicazione e integrazione: sulla membrana ci sono delle proteine con funzione di recettori nucleo controlla la replicazione e l’accrescimento cellulare è circondato dalla membrana nucleare (due membrane rugose in continuità con il RER) → in essa sono presenti dei pori che controllano scambi col citoplasma il nucleo contiene il DNA che, complessato con gli istoni (proteine strutturali), crea la cromatina inoltre nel nucleo sono contenuti uno o più nucleoli: strutture dentro le quali vengono sintetizzati gli rRNA e assemblati i ribosomi cellula vegetale la cellula vegetale, simile a quella animale, presenta strutture specifiche: parete cellulare, plastidi e vacuoli parete cellulare: involucro esterno rigido formato da fibre di cellulosa. Presenta piccoli corpi chiamati plasmodesmi che permettono il passaggio di sostanze da una cellula all’altra cloroplasti sono dei plastidi contenenti pigmenti verdi e sintesi della fotosintesi clorofilliana sono circondati da una membrana doppia e contengono un elaborato sistema di vescicole appiattite e interconnesse (tilacoidi) sovrapposti a formare delle pile dette grana contengono una molecola di DNA circolare e dei ribosomi vacuoli vescicole contenenti acqua e sostanze di vario tipo diventano sempre più grandi man mano che la cellula invecchia conferiscono turgore e sostegno alla cellula e fungono da deposito per le sostanze di riserva e di rifiuto Scambio di materiali interno - esterno cellula trasporto passivo non richiede energia è un processo spontaneo secondo gradiente di concentrazione se la sostanza è neutra: da concentrazione maggiore a concentrazione minore secondo gradiente chimico se è un composto ionico: forza motrice risultato di gradiente di concentrazione + potenziale elettrico diffusione semplice movimento di piccole molecole neutre da una zona ad alta concentrazione a una a minore concentrazione (secondo gradiente) osmosi passaggio di acqua attraverso membrana semipermeabile dalla soluzione più diluita (ipotonica) alla soluzione meno diluita (ipertonica) ipotonica → ipertonica pressione osmotica: pressione applicata alla soluzione ipertonica affinché non avvenga il passaggio diffusione facilitata trasporto secondo gradiente di sostanze cariche (ioni) o molecole grandi (zuccheri) grazie alle proteine di trasporto (canale/vettrici) trasporto attivo richiede energia fornita dall’idrolisi dell’ATP contro gradiente di concentrazione: da concentrazione minore a concentrazione maggiore trasporto attivo mediante proteine: sostanze spostate contro gradiente di concentrazione grazie a proteine chiamate “pompe” esiste una differenza di potenziale elettrico di circa -70 mV fra l’interno e l’esterno. - pompa sodio potassio: trasporta uno ione Na+ all’esterno ogni due ioni K+ portati all’interno → proprietà di eccitabilità - pompa calcio: il calcio Ca2+ è più concentrato all’esterno → contrazione muscolare trasporto mediante vescicole (endocitosi) Ossidoriduzioni reazioni chimiche: trasformazioni in cui l’energia dei legami chimici di una sostanza è trasferita ai legami chimici di un'altra sostanza - ossidazione: elemento perde elettroni → entra ossigeno - riduzione: elemento acquista elettroni → entra ione H+ Gli elettroni vengono ceduti dalle sostanze energetiche durante le reazioni cataboliche (demolizione) e vengono acquistati e utilizzati durante le reazioni anaboliche (costruzione). Nelle cellule sono presenti alcuni composti che possono acquistare o cedere elettroni e fungono da trasportatori di “potere riducente”: NAD, FAD, NADP. Enzimi gli enzimi sono catalizzatori biologici: aumentano la velocità delle reazioni biologiche senza parteciparvi direttamente e venir consumati. - substrato: sostanza che reagisce legandosi ad un enzima - sito attivo: località precisa sull’enzima alla quale si lega il substrato (si incastrano perfettamente tra di loro) ⇒ ogni enzima è altamente specifico e può catalizzare una sola reazione il complesso enzima-substrato favorisce l’incontro dei gruppi reattivi e facilita la formazione del prodotto gli enzimi richiedono condizione di temperatura e pH molto precise e la presenza di determinati cofattori (ioni) e coenzimi (piccole molecole organiche o vitamine) i nomi degli enzimi terminano in -asi e fanno riferimento alla loro funzione (ES: idrolasi catalizza la reazione di idrolisi) Catabolismo glucosio la cellula ricava energia tramite l’ossidazione di sostanze organiche, in particolare di glucosio C6H12O6. Il catabolismo del glucosio avviene in due fasi: 1) GLICOLISI Durante la glicolisi avvengono una serie di reazioni all’interno del citoplasma, ciascuna catalizzata da un enzima specifico. Questa serie di reazioni termina con la formazione di due molecole di piruvato dove reagenti prodotti reazione citoplasma (citosol) 1 molecola glucosio C6H12O6 2 molecole di piruvato C3H4O3 2 molecole di ATP 2 molecole di NADH la trasformazione a piruvato del glucosio libera energia che viene utilizzata per produrre 2 molecole di ATP e due molecole di NADH 2) RESPIRAZIONE CELLULARE avviene solo in presenza di ossigeno (aerobiosi) avviene l’ossidazione del piruvato a CO2 il primo passaggio della respirazione cellulare è la decarbossilazione ossidativa del piruvato dove reagenti prodotti reazione mitocondri 1 molecola di piruvato C3H4O3 acetil-coenzima A 1 molecola di NADH perde una molecola di CO2 e viene ossidato. Poi si lega al coenzima CoA successivamente avviene il ciclo di Krebs dove reagenti prodotti reazione mitocondri acetil-coenzima A acido ossalacetico 2 molecole di CO2 1 molecola di ATP 3 molecole di NADH 1 molecola di FADH2 L’acido ossalacetico si combina con l’acetil-CoA formando l’acido citrico. Esso subisce una serie di ossidazioni che portano alla formazione di 2 molecole di CO2 e 1 molecola di ATP. Inoltre tre molecole di NAD+ si riducono a 3 molecole di NADH e il FAD si riduce a 1 molecola di FADH2 .Sono coenzimi che trasportano gli elettroni durante i processi catabolici infine avviene la fosforilazione ossidativa dove reagenti prodotti reazione mitocondri 1 molecola di NADH 1 molecola di FADH2 1 molecola di H2O 36 molecole di ATP NADH e FADH si ossidano cedendo elettroni alla catena respiratoria. Gli elettroni perdono energia passando da un citocromo all’altro. Questa energia viene utilizzata per produrre ATP. L’ultimo accettore di elettroni è l’ossigeno che si trasforma in H2O. bilancio della glicolisi: bilancio della respirazione cellulare: in totale si formano 38 molecole di ATP (686 kcal) 2) FERMENTAZIONE: se c’è assenza di ossigeno (anaerobiosi) avviene la riduzione del piruvato a acido lattico (fermentazione lattica) oppure a etanolo (fermentazione alcolica) reazione dove reagenti prodotti fermentazione alcolica citoplasma piruvato alcol etilico + CO2 fermentazione lattica citoplasma piruvato acido lattico