La cellula biologia cellulare, Appunti di Biologia

Scarica La cellula biologia cellulare e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! BIOLOGIA CELLULARE 1.1 La teroria cellulare Il termine cellula fu introdotto per la prima volta nel 1655 da Robert Hooke, da allora la struttura cellulare è stata studiata in dettaglio e oggi è riconosciuta una teoria unificante sulla natura deglio organismi viventi, nota come TEORIA CELLULARE formula da: Schleiden, Schwann e Virchow intorno la metà del XIX SEC. La teoria cellulare può essere riassunta nei seguenti punti:  tutti gli organismi viventi sono composti da cellule, unità elementari dotate di proprietà comuni  la cellula è l'unità morfologica e fisiologica fodamentale, nella struttura degli organismi viventi dei quali possiede tutte le proprietà caratteristiche.  Ogni cellula deriva da un'altra cellula preesistente  nelle cellule l'informazione genetica risiede nel DNA e viene trasmessa dalle celule parentali alle cellule figlie durante la divisione cellulare 1.2 Tipi di cellule Ogni cellula è circodata da una MEMBRANA CELLULARE (detta anche plasmica o plasmalemma) che definisce un: a) un ambiente esterno b) e lo separa dall'esterno c) regola l'ingresso e l'uscita dei materiali All'interno si trova il CITOPLSMA, una soluzione acquosa in cui sono immersi i costituenti cellulari e in cui si svolge buona parte delle funzioni cellulari. Nelle cellule più evolute queste funzioni sono svolte da strutture specializzate, gli organelli/organuli citoplasmatici, e il DNA è separato dal citoplasma e racchiuso in un nucleo ben definito. In base alla presenza o meno di nucleo vero e proprio, le cellule vengono divide in due gruppi: CELLULA PROCARIOTICHE E CELLULE EUCARIOTICHE. Una cellula può essere definita come un elemento di piccole dimensioni, delimitato da una membrana, pieno di una soluzione concentrata di sostanze chimiche in acqua e dotato della capacità di produrre copie di sè stesso, crescendo e dividendosi in due. 1.2.1 La Cellula procariotica Sono le più semplici e le più piccole cellule esistenti: le loro dimensioni si trovano nell'intervallo 0,5-5 um con un valore medio di 2 um. Sono prive di organelli citoplasmatici delimitati da membrana e non possiedono un vero nucleo, il materiale gentico cosiste di una singola molecole di DNA circolarem localizzata detta nucleoide. Oltre alla molecola di DNA pricipale possono essere presenti plasmidi Nel citoplasma sono presenti ribosomi (organuli che permettono la sintesi proteica) più piccoli di quelli posseduti dagli eucarioti. La membrana plasmica forma invaginazioni dette mesosomi: in queste cellule prive di organuli i mesosomi sono sede di diversi enzimatici e sono coinvolti in processi quali: respirazione, fotosintesi, divisione cellulare e sintesi dei lipidi. Sono generalmente circondate da una parete cellulare esterna alla membrana cellulare, costituita di peptidoglicani (non negli archebatteri). Un peptidoglicano è formato da lunghe catene polisaccaridiche in cui si alternano unità di amminozuccheri ( N- acetilglucosammina e acido N- acetilmuramico) uniti da ponti trasversali di natura peptidica a formare una struttura complessa, che avvolge la superficie batterica come un'unica macromolecola. Alcuni procarioti effetuano la fotosintesi, grazie a enzimi presenti nello spazio citoplasmatico. Gli organismi procarioti sono sempre unicellulari, non formano mai strutture differienzate, al massimo si aggregano in semplici filamenti cellulari. I procarioti di riproducono con modalità assesuata, per scissione binaria ma possono scambiarsi matteriale genetico mediate trasformazioni, cognuigazione o trasduzione. Sono procarioti gli organismi appartenenti al gruppo degli archebatteri e gli eubatteri, quest'ultimi comprendono i batteri e i cianobatteri o alghe azzure. Ii batteri sono noti a tutti noi come agenti patogeni (provocano malattie), ma solo una minima parte dei batteri sono patogeni per l'uomo. Occupano, invece, una gamma incredibile di ambienti e hanno un ruolo ecologico fondamentale perchè partecipano alla degradazone della sostanza e ne permettono il riciclo nelle catene alimentari. I fosofolipidi sono molecole anfipatiche, cioè caraterizzate da una "testa" polare idrofila (il gruppo fosfato e altri eventuali gruppi chimici legati al fosforo) e da due "code" idrofobe (catene idrocarburiche apolari dei due acidi grassi). A causa della loro natura chimica, se dispersi in un mezzo acquoso, i fosofolifi tendono spontanemante a formare un doppio strato nel quale le teste polati sono riolte verso l'esteno e le code idrofobe verso l'interno. Le proteine di membrana possono attreversare parzialmente o totalemente il doppio strato lipidico, sporgendo nel citoplasma e nel mezzo extracellulare (proteine intesiche o integrali), oppure essere legate a una delle due facce della membrana mediante legami a idrogeno e interazioni eletrostatiche (proteine estrinseche). I fosfolipidi e le proteine e essi associate sono liberi di moversi sul piano latterale, per questo motivo tale modello della membrna cellulare è detto modello del mosaico fluido. I signifiati pricipali della membrana cellulare sono i seguenti:  significato strutturale e morfologico: definisce la forma e la cellula, relaizzando una separazione fisica tra l'ambiente esteno e quello interno  significato funzionale: regola gli scambi di ioni, sostanze nutritive e di scarto tra l'ambiente interndo ed esterno  significato di comunicazione e integrazione: sulla membrana si trovano proteine con funzione di recettori, a cui si legano ormoni e altri messaggeri che possono modificare il metabolismo cellulare. Svolgono ruoli molto importanti nel riconoscimento e nell'adesione fra cellule, possono essere riconosciute come antigeni del sistema immnunitario. Inoltre sono responsabili dell'inibizione da contatto, il fenomeno in base al quale, quando entrano in contatto fra loro, le cellule smettono di proliferare Le proteine di membrana svolgono numerosi e importanti funzioni: possono essere enzimi, proteine di trasporto, oppure recettori cellulari, cioè proteine in grado di riconoscere e legare molecole specifiche, come ormoni e o neurotrasmettitori. 1.5 NUCLEO Controlla la mggior oarte delle attività della cellula e gioca un ruolo di primaria importanza nella replicazione, nell'accrescimento e nel differenziamento cellulare. E' circondato da una dobbia membrana che lo separa dal citoplsma, la membrana cellulara, costellata da pori (pori nucleari) che permettono scambi selettivi con il citoplasma. Il nucleo contiene il DNA che risulta complessato con proteine strutturali, gli STONI, a costituire la CROMATINA, quando la cellula non è in divisone i filamenti di DNA che costituiscono i diversi cromosomi sono despiralizzati e formano un ammasso indistinto, mentre prima della divisione cellulare la cromatina di addensa e i singoli cromosomi assumono l'aspetto compatto (visibile al microscopio) Inolte sono contenuti uno o più nucleoli, particolari strutture in cui vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali (rRNA) e vengono assemblati i ribosomi. 1.6 GLI ALTRI ORGANELLI CITOPLASMATICI RIBOSOMI: sono i siti della sintesi proteica e vengono assemblati nel nucleolo. Consisteno di due subunità, una maggiore e una minore, ciascuna formata da RNA ribosomiale e proteine, posso essere liberi nel citoplsma, o legati alla membrana esterna del reticolo endoplasmatico. I ribosomi degli eucarioti, 80s, sono più grandi di quelli, 70s, posseduti dai procarioti ( s sta per: SVEDBERG, unità di misura della velocità di sedimentazione, che dipende da forma r dimensione di una struttura). RETICOLO ENDOPLASMATICO E APPARATO DI GOLGI Il reticolo endoplasmatico (RE) è un sistema di membrane costituito da tubuli e sacculi, può essere liscio (REL) o rugoso (RER), a seconda che sia privo o rivestito di ribosomi. In generale il reticolo è coinvolto nel trasporto dei materiali attraverso la cellula; Quello liscio partecipa alla sintesi dei lipidi e della detossificazione dei farmaci e veleni. Quello rugoso sintetizza le proteine a destinazione non citoplasmatica (esterno, membrana cellulare, organelli intercellulari). Rilasciate all'interno del RER, queste proteine vengono poi traferite all'apparto di Golgi mediante flusso di vescicole. L'apparato di golgi è costituito da una pila di vescicole appiatite e delimentate da membrana, chiamate cisterne, con un' architettura distinta del RE. Rappresenta un centro di raccolta, rielaborazione e smistamento dei prodotti del RE: dopo aver ricevuto le vescicole che trsportano sostenze provenienti da questo organello, l'apparato di Golgi ne modifica il contenuto, lo trasferisce all'interno di nuove vescicole e lo indirizza ai diversi compartimenti cellulari o alla membrana plasmatica. La regione del Golgi rivolta verso l'interno il RER è detta CIS, quella rivolta verso la membrana cellulare è detta trans. LISOSOMI: sono vescicole delimitate da membrana, paragonabili a una sorta di stomaco cellulare: contengono infatti enzimi idrolitici (digestivi) in grado di demolire le sostenze organiche e sono caretrizzati da un pH interno molto acido. Sono particolarmente abbondanti nelle cellule deputate alla difesa dell'organismo, come i globuli bianchi del sangue, capaci di inglobare e demolire batteri e virus. Questi organelli digeriscono sia le sostenze inglobate all'esterno, fondendosi con le vescicole di endocitosi, sia i materiali cellulari non più utili, i cui "mattoni costitutivi" (amminoacidi, monosaccaridi ecc..) sono rilasciti nel citoplasma per essere riutilizzati. Una cellula può suicidarsi rompendo la membrana dei lisosomi e riversando gli enzimi digestivi nel citoplasma. Questo processo è detto: AUTOLISI e gioca un ruolo importante durante lo sviluppo e il rimodellamento dell'osso. MICROSOMI: sono vescicole simili ai lisosomi, più piccole di queste e contenti sostanze specifiche. Fra i microscomi, sono particolarmente importanti i perossisomi, vescicole (diamentro compreso tra i 0,2 um r i 1,7 um) conetenti la catalasi, enzima in grado di decomporre il perossidio d'idrogeno (H2O2), altamente tossico perchè danneggia le membrane e le macromolecole biologiche. I perossisomi delle cellule del fegato inoltre partecipano alla detossificazione, cioè alla demolizazione delle molecole dannose, come per esempio, l'alcool. MITOCONDRI: sono organelli delimitati da una membrana doppia; quella esterna è liscia mentre quella interna presenta numerose pieghe, dette creste. Il contenuto interno prende il nome di matrice. Sono organelli semiautonomi: possiedono un proprio DNA (circolare), ribosomi simili a quelli batterici grazie ai quali producono alcune proteine, e si dividono per scissione binaria. Date che al momento della fecondazione, i mitocondri dello zigote provengono quasi esclusivamente dalla cellula uovo, questo materiale gentico viene trasmesso esclusivamente per via materna (eredità materna) Secondo la teoria dell'endosimbiosi i mitocondri sarebbero i discendenti di primitive cellule procariotiche che sarebbero state inglobate dall'antenato della cellula eucariotica, instaurando con quest'ultimo una reazione simbiotica. Posso essere considerate le centrali energetiche delle cellule: sono infatti la sede della respirazione cellulare, processo in cui le sostanze organiche, in presenza di ossigeno, vengono demolite a CO2 e H2O, liberando energia che viene sfruttata per sintetizzazione