La cellula: eucariota e procariota, Appunti di Biologia

Scarica La cellula: eucariota e procariota e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! La cellula: l’unità elementare della vita Esistono due tipi di cellule: le cellule procariotiche e le cellule eucariotiche. La cellula procariotica è più piccola e ha una struttura più semplice rispetto all'altra, tuttavia, le funzioni fondamentali di una singola cellula procariotica di un batterio sono simili a quelle presenti nei circa 60000 miliardi di cellule eucariotiche del corpo umano. La cellula eucariote è più evoluta. Il nucleo è ben definito dalla membrana nucleare. Essa è formata da:  Mitocondri  Ribosomi  Lisosomi  Apparato di Golgi  Reticolo endoplasmatico ruvido-liscio Le dimensioni della cellula Le cellule che compongono gli esseri viventi sono minuscole: 1-100 um. *1 um = 10-3 mm = 10-6 m Tuttavia, le cellule delle uova di uccelli sono enormi e quelle di alcune alghe unicellulari possono essere viste a occhio nudo. La dimensione delle cellule dipende dal rapporto tra superficie e volume. Il volume determina la quantità di attività chimica svolta nella cellula – la superficie determina invece la quantità di sostanze che la cellula può scambiare con l’esterno. Secondo le leggi della geometria il rapporto tra superficie – volume cambia se questo aumenta le sue dimensioni: il volume aumenta più rapidamente della sua superficie. A livello biologico è molto importante: se una cellula diventa più grande la sua attività chimica aumenta più velocemente della sua superficie. Le cellule sono più facilitate nello spostamento se sono più piccole. Questo spiega perché gli organismi più grandi devono essere composti da cellule più piccole. Per osservare le cellule serve il microscopio La risoluzione è la distanza che deve separare due oggetti affinché l’uomo riesca a capire che sono distinti. I microscopi accrescono il potere di risoluzione dei nostri occhi in modo tale che riusciamo a osservare le cellule e le loro strutture. Abbiamo due tipi di microscopi: 1. Il microscopio ottico = forma immagini ingrandite degli oggetti usando lenti di vetro e la luce visibile. Ha un potere di circa 0,2 um (1000 volte superiore all’occhio umano). 2. Il microscopio elettronico = usa gli elettromagneti per mettere a fuoco un fascio di elettroni. Ha un potere di 0,2 nm (1 milione di volte superiore all’occhio umano). La cellula procariote Gli archei e i batteri sono costituiti da cellule procariote che non possiedono organuli delimitati da membrane. Tutti i procarioti condividono le stesse caratteristiche fondamentali. Sono gli organismi più numerosi sulla Terra. Struttura base della cellula procariote: Alcune hanno una membrana esterna ma la maggior parte è delimitata da una membrana plasmatica, composta da un doppio strato di molecole di fosfolipidi. Essa agisce come barriera impermeabile e mantiene costanti le caratteristiche chimico-fisiche. All’interno di questa membrana si trova il citoplasma – materiale semifluido in cui avvengono le reazioni cellulari. Esso è diviso in 2 parti: il citosol, che è la parte più fluida dove sono contenuti ioni e macromolecole, e le particelle insolubili (ribosomi). Una zona particolare del citoplasma, chiamata il nucleoide, contiene il DNA (forma circolare) – da informazioni per ricostruire le proteine dell’organismo. Nel citoplasma sono presenti i ribosomi, aggregati di RNA e proteine – qua avviene la sintesi proteica, vengono formati i polipeptidi. Nel citoplasma le molecole si muovono e interagiscono tra loro. Pur avendo una struttura semplice le cellule procariote sono complesse, in quanto compiono ad ogni istante migliaia di reazioni. Alcune possiedono anche il flagello. Il nucleo e i ribosomi Il nucleo contiene il DNA, la molecola che fornisce alla cellula le informazioni necessarie per svilupparsi e duplicarsi. Le informazioni sono immagazzinate nella sequenza nucleotidica del DNA. Il nucleo e l’informazione genetica Il nucleo (5um) svolge varie funzioni:  È il luogo in qui avviene la duplicazione del DNA  È la sede del controllo genetico dell’attività cellulare  Contiene il nucleolo – dove ha inizio il montaggio dei ribosomi a partire dall’RNA. Esso è avvolto da una doppia membrana, chiamata involucro nucleare. Questa membrana è ricca di pori nucleari che mettono in contatto l’interno del nucleo con il citoplasma. Solo alcune proteine possono passare attraverso questi pori dal citoplasma al nucleo. Esse presentano brevi “sequenze segnale” fatte da amminoacidi che fanno in modo che il poro si dilati e lasci passare la proteina. In alcuni punti l’involucro nucleare è in continuità con il reticolo endoplasmatico. All’interno del nucleo ci sono varie molecole di DNA che hanno forma lineare. A volte il DNA nucleare si trova associato a proteine per formare la cromatina. I ribosomi e la sintesi delle proteine I ribosomi si possono trovare in diverse posizioni: liberi nel citoplasma – all’interno dei mitocondri o cloroplasti – fissati sulla superficie del reticolo endoplasmatico. I ribosomi eucariotici sono grandi complessi composti da uno speciale tipo di RNA = l’RNA ribosomiale (rRNA). Il loro compito è sempre quello di sintetizzare le proteine in base alle informazioni codificate del DNA = questo processo è chiamato traduzione. Un messaggero porta le informazioni del DNA (contenute nel nucleo) ai ribosomi nel citoplasma e loro sintetizzano le proteine come richiesto legandosi al messaggero – chiamato RNA messaggero (mRNA) – formando la nuova catena proteica. Il sistema delle membrane interne Nelle cellule eucariote ci sono delle membrane interne: il reticolo endoplasmatico e l’apparato di Golgi. Il reticolo endoplasmatico (RE) Il reticolo endoplasmatico è una membrana interconnessa. Il suo interno è chiamato lume. Su alcune parti della superficie esterna del reticolo endoplasmatico si attaccano temporaneamente dei ribosomi – esso viene chiamato reticolo endoplasmatico ruvido (RER). Il suo compito è quello di sintetizzare membrane e proteine modificando la loro parte chimica. I ribosomi attaccati al RE sono la sede della sintesi delle proteine di secrezione: destinate quindi a svolgere la loro funzione fuori dalla cellula. All’interno del reticolo (nel lume) le proteine vengono modificate dal punto di vista chimico tanto che a volte la loro funzione cambia completamente. Le cellule che sintetizzano proteine da esportare in grandi quantità hanno di solito un RER molto sviluppato – per esempio: le cellule ghiandolari – i globuli bianchi. Le cellule che invece non hanno un RER molto sviluppato sono meno impegnate nella sintetizzazione proteica (cellule che accumulano grassi). Altre parti esterne sono prive di ribosomi per questo vengono chiamate – reticolo endoplasmatico liscio (REL). Esso ha una forma + tubolare e comunica con il RER. Ha 4 funzioni fondamentali:  È sede della sintesi dei lipidi (acidi grassi – fosfolipidi - steroidi). Ognuno di questi prodotti viene sintetizzato da diversi tipi di cellule.  È responsabile della trasformazione chimica di sostanze tossiche – farmaci e pesticidi.  Negli animali è la sede in cui avviene l’idrolisi del glicogeno.  Immagazzina ioni calcio (Ca2+) = nel tessuto muscolare questi ioni sono molto importanti per la contrazione: quando abbiamo un impulso nervoso in una cellula muscolare gli ioni calcio arrivano nel citoplasma e contraggono la cellula. L’apparato di Golgi L’aspetto di questo apparato dipende da specie a specie – la forma comune è quella di un insieme di sacchetti impilati e di piccole vescicole circondate da una membrana. Le sue funzioni sono: o Riceve le proteine dal RER e le elabora ancora o Sintetizza i polisaccaridi per la parete delle cellule vegetali o Concentra – confezione e smista le proteine prima che vengano inviate alle loro destinazioni finali. L’apparato di Golgi è diviso in 3 zone distinte: la zona di “ingresso” (+ vicina al nucleo e al RER) – una zona intermedia e una zona di uscita (vicino alla membrana plasmatica). Le proteine provenienti dal RER arrivano all’apparato di Golgi tramite vescicole che le contengono – entrano per l’ingresso e vengono poste all’interno di cisterne dove vengono rimodificate – successivamente esse possono rimanere all’interno della cellula o essere esportate e portate alla loro destinazione finale. I lisosomi Questa parola deriva dal greco e vuol dire “struttura in grado di demolire”. I lisosomi sono vescicole circondate da una membrana che contengono enzimi digestivi (una cellula può contenere dozzine di lisosomi). I lisosomi vengono creati dal RE e dall’apparato di Golgi: il RE assembla membrana ed enzimi che vengono spediti all’a. di Golgi che completa i lisosomi e li manda nella cellula. Nei lisosomi le macromolecole (proteine – lipidi ecc.) vengono idrolizzate nei loro monomeri. L’interno del lisosoma, infatti, è molto acido (pH molto basso). Quando la cellula fa entrare degli alimenti dall’esterno tramite un processo chiamato fagocitosi i lisosomi idrolizzano questi composti. Fagocitosi = delle sostanze nutritive esterne alla cellula vogliono entrare allora la membrana plasmatica esterna forma una vescicola (vacuolo alimentare) che racchiude completamente il materiale e lo sposta nel citoplasma fino a raggiungere un lisosoma. Qua il lisosoma e la vescicola si fondono e formano un lisosoma secondario. Quando i prodotti vengono usati e consumati devono essere scartati fuori dalla cellula – il lisosoma si sposta verso la membrana plasmatica si fonde con essa ed espelle il materiale. I lisosomi hanno anche la funzione di uccidere i batteri digerendoli (nelle cellule dei globuli bianchi). Le cellule: ciglia – flagelli - citoscheletro Nel citoplasma, oltre agli organuli, abbiamo anche delle fibre lunghe e sottile che costituiscono il citoscheletro. Esso svolge varie funzioni: mantiene e da sostegno alla forma della cellula, ed è alla base del suo movimento. I componimenti del citoscheletro sono i microfilamenti, i filamenti intermedi e i microtubuli. I microfilamenti e la forma della cellula I microfilamenti (che hanno il diametro minore) sono polimeri di proteine globulari chiamate actina: sono lunghi e poco spessi. L’actina svolge numerose funzioni nelle cellule animali: la contrazione delle cellule muscolari è dovuta al contatto con l’actina e la miosina (proteina motrice). I microfilamenti di actina possono riunirsi o rimanere soli o scomparire scomponendosi in monomeri liberi nel citoplasma. Le funzioni principali sono 2:  Contribuiscono al movimento della cellula – o di alcune sue parti.  Determinano e mantengono la forma della cellula formando un reticolo al di sotto della membrana plasmatica. I filamenti intermedi Ne esistono almeno 50 tipi diversi, tuttavia, condividono tutti la stessa struttura generale e sono composti di proteine fibrose. Questi filamenti hanno la forma di una corda. Sono più stabili degli altri filamenti perché non si scompongono e ricompongono di continuo. Essi svolgono 2 importanti funzioni:  Aiutano la cellula a resistere alla tensione e contribuiscono all’adesione tra cellule vicine. Questa funzione è molto importante nei tessuti della pelle, dove questi filamenti formano punti di saldatura tra cellule vicine.  Rafforzano la struttura cellulare ancorandola a sé. Alcuni filamenti aiutano il nucleo e gli organuli a mantenere il proprio posto ancorando la loro struttura ad essi. I microtubuli Sono cilindri non ramificati, cavi, e molto spessi e lunghi. Svolgono nella cellula 2 ruoli importanti:  Formano uno scheletro interno rigido.  Servono da binari per le proteine motrici: esse si legano ai microtubuli e scorrono lungo di essi, trasportando organuli e altri materiali in giro per la cellula.  I microtubuli sono strettamente associati ad appendiciti cellulari e mobili come ciglia e flagelli, e sono fondamentali per la divisione cellulare. I microtubuli sono l’unione delle proteine di tubulina. Grazie a queste proteine i microtubuli possono cambiare rapidamente lunghezza. Le ciglia e i flagelli Molte cellule eucariote possiedono ciglia e flagelli. Queste strutture a forma di frusta possono spingere la cellula in ambiente acquoso. Le ciglia-flagelli sono costituite da microtubuli e hanno la stessa identica struttura interna.  Le ciglia = sono più corte dei flagelli e di solito sono presenti in gran numero.  I flagelli = sono più lungi e si trovano da soli o in coppia. ES. gli spermatozoi sono dotati di un flagello. Le strutture extracellulari La struttura che divide la cellula dall’esterno è la membrana plasmatica. Le cellule però possono produrre anche strutture esterne ad essa; solitamente queste strutture servono per proteggere la cellula. La parate cellulare dei vegetali La parete cellulare delle cellule vegetali è una struttura semirigida situata all’esterno della membrana plasmatica. È composta da fibre di cellulosa e polisaccaridi complessi. Essa svolge 3 funzioni importanti: o Da sostegno alla cellula o Fornisce una barriera contro le infezioni fungine o Da forma alla pianta Nonostante ci sia questa parete, il citoplasma di ogni cellula è in connessione con quello delle cellule vicine tramite dei canali rivestiti di membrana plasmatica – questi canali si chiamano plasmodesmi. Essi permettono la diffusione d’acqua – degli ioni – di macromolecole – di RNA e proteine. La matrice extracellulare Le cellule animali possono essere circondate da una matrice extracellulare. Questa matrice è composta da proteine fibrose come il collagene (25% delle proteine nel corpo umano) e da una matrice di glicoproteine dette proteoglicani e da un altro tipo di proteine che tiene insieme il tutto. Le sue funzioni sono: o Tiene unite le cellule di un tessuto o Contribuisce alle proprietà fisiche di tessuti come la cartilagine – pelle o Filtra in parte alcuni materiali che passano da un tessuto all’altro o Svolge un ruolo nell’invio dei segnali chimici da una cellula a un’altra o Orienta i movimenti delle cellule durante la rigenerazione di tessuti In alcuni tessuti però la motrice extracellulare è molto scarsa, come nel tessuto celebrale, anche se i neuroni ne sono circondati. In quelli come la cartilagine o le ossa è molto abbondante. La motrice extracellulare creata-espulsa dal rene è la lamina basale.