Organelli cellulari: mitocondri, cloroplasti e citoscheletro, Sbobinature di Biologia

Scarica Organelli cellulari: mitocondri, cloroplasti e citoscheletro e più Sbobinature in PDF di Biologia solo su Docsity! LEZIONE 3 Per completare il quadro degli organelli cellulari, dobbiamo citare i mitocondri, i cloroplasti e il citoscheletro. I primi due convertono energia da una forma ad un’altra nella cellula affinché quest’ultima possa svolgere le proprie mansioni. I mitocondri li troviamo sia nella cellula animale sia in quella vegetale e producono l’energia a partire da molecole organiche quali zuccheri e grassi; i cloroplasti, che invece sono presenti solo nella cellula vegetale, producono energia convertendo l’energia solare in energia chimica, quindi in composti organici (glucosio e altri carboidrati). I cloroplasti, inoltre, sono gli organelli deputati al processo fotosintetico. I MITOCONDRI – LA CENTRALE ENERGETICA DELLA CELLULA I mitocondri sono a forma di fagiolo, costituiti da due membrane sovrapposte: 1. la membrana interna → si ripiega all’interno; vi è poi una matrice che permette il passaggio selettivo di molecole dall’interno all’esterno dell’organello; 2. la membrana esterna → permette il passaggio di molte molecole di piccole dimensioni dall’interno all’esterno. Il mitocondrio è la sede della respirazione cellulare AEROBICA (= con l’intervento dell’ossigeno). Ma cosa accade all’interno del mitocondrio? Grazie all’ossigeno, infatti, il glucosio (quindi il carboidrato) viene trasformato in energia sotto forma di ATP (= adenosintrifosfato) + CO2 e H2O. Questo ATP prodotto verrà poi utilizzato dalla cellula per le sue attività vitali. I mitocondri sono organelli autonomi da tutti i punti di vista, perché al loro interno presentano un proprio DNA, anche un po’ particolare perché CIRCOLARE (così come le cellule dei batteri, che sono procariotiche). Il DNA MITOCONDRIALE conserva tutti i geni che servono nelle attività del mitocondrio. La cosa interessante è che il DNA mitocondriale è detto matrilineare, perché viene ereditato solo dalla madre, che durante il processo di fecondazione è l’unica a trasmettere alla progenie il proprio mtDNA (DNA mitocondriale). Questo avviene perché quando le due cellule (ovocita e spermatozoo) si “incontrano”, lo spermatozoo non si “fonde” totalmente con la cellula uovo: una parte di esso resta “fuori”, per cui tutti gli organelli citoplasmatici, tra cui i mitocondri (che allo spermatozoo servono per dargli energia nel movimento del flagello) saranno ereditati solo dalla cellula uovo. Questa peculiarità del DNA mitocondriale utilizzata dai genetisti per capire, ad esempio, se due persone sono imparentate attraverso la linea femminile, per seguire la trasmissione di malattie a carico dei mitocondri, ecc. 1 M.E. A questo punto, si può dire che se una donna è affetta da malattia mitocondriale, tutti i suoi figli saranno segnati perché il DNA mitocondriale è completamente di origine materna. Al contrario, se è l’uomo ad essere affetto da malattia mitocondriale, non ci sarà alcun problema: i figli nasceranno sani per lo stesso motivo. I CLOROPLASTI – GLI ORGANELLI DELLA FOTOSINTESI I cloroplasti sono organelli ESCLUSIVI della cellula vegetale. Sono a forma di disco e costituiti da un sistema di membrane ripiegate su sé stesse: avremo una membrana esterna e una membrana interna, che delimita lo stroma, una sorta di camera all’interno della quale è presente del liquido. Questa sostanza stromatica è costituita da enzimi che serviranno per la produzione di carboidrati. All’interno dello stroma sono presenti i tilacoidi, sacchetti membranosi appiattiti che conservano la clorofilla: nel momento in cui la cellula deve effettuare fotosintesi, attinge clorofilla dai tilacoidi dei cloroplasti. Praticamente, i cloroplasti utilizzando energia (ATP), acqua e CO2 (praticamente quanto prodotto dai mitocondri!), produce glucosio (zuccheri) + O2. Questo processo prende il nome di FOTOSINTESI. IL CITOSCHELETRO – SUPPORTO STRUTTURALE E TRASPORTO Ovviamente, una cellula, per mantenere la sua struttura e assicurare il trasporto del materiale al suo interno, ha bisogno di un supporto. In questo caso, si parla di CITOSCHELETRO. Il citoscheletro è una struttura dinamica, dotata di una fitta rete di fibre proteiche di diverso tipo, forma e funzione. Infatti, ritroviamo 3 tipi di filamenti: 1. microtubuli; 2. microfilamenti; 3. filamenti intermedi. 2 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DEI VIVENTI Più cellule che svolgono funzioni simili si mettono insieme a formare i tessuti → più tessuti formano un organo specifico (es. solo le cellule epatiche possono unirsi tra loro per formare il tessuto epatico che a sua volta va a formare il fegato) → organi diversi che concorrono a svolgere la stessa funzione formano gli apparati (es. apparato digerente) → tutti gli apparati e i sistemi formano l’organismo. . . . . . . . . . . LE MEMBRANE BIOLOGICHE Le membrane biologiche sono un elemento fondamentale nella vita degli organismi animali e vegetali. All’interno della cellula ci sono altre membrane che formano l’involucro di importanti elementi cellulari: il nucleo, l’apparato di Golgi e altri organelli, come i lisosomi, i vacuoli, i mitocondri e – nelle cellule vegetali – i cloroplasti. Tutte le cellule, a loro volta, sono delimitate da una membrana cellulare (o plasmatica), un sottile rivestimento di circa 7-9 mm di spessore che svolge funzioni di:  isolamento fisico → la separa dall’ambiente esterno;  regolazione degli scambi → regola gli scambi tra l’interno e l’esterno, funzione essenziale per la vita della cellula;  sensibilità → regola la sensibilità della cellula, cioè il modo in cui essa percepisce i segnali dall’ambiente esterno;  supporto strutturale → conferisce una forma alla cellula. La MP, così come altre membrane biologiche, è una struttura altamente dinamica, costituita da lipidi e proteine in costante movimento. LA STRAORDINARIA STRUTTURA A DOPPIO STRATO I fosfolipidi, come sappiamo, hanno la capacità unica di formare un doppio strato. Questo perché sono molecole anfipatiche, cioè hanno una doppia natura (una coda idrofobica e apolare e una testa idrofilica polare). Poiché una delle estremità si associa con l’acqua mentre quella opposta rifugge l’acqua, l’orientamento più favorevole dei fosfolipidi in un ambiente acquoso è una struttura a doppio strato. A questo punto, ogni fosfolipide si unirà ad un altro attraverso le code, mentre le teste idrofiliche si rivolgeranno da un lato verso l’ambiente intracellulare, dall’altro verso l’ambiente extracellulare. 5 IL MODELLO A MOSAICO FLUIDO Le membrane plasmatiche sono costituite da un doppio strato fluido di fosfolipidi nel quale sono immerse e associate le proteine. Si dice che la membrana plasmatica segua il modello a mosaico fluido:  mosaico → è costituita da molecole proteiche inserite nel doppio strato di fosfolipidico;  fluido → la maggior parte delle proteine e dei fosfolipidi possono muoversi all’interno della membrana. Ciò è reso possibile dai doppi legami che caratterizzano gli acidi grassi insaturi nelle molecole dei fosfolipidi. Infatti, i lipidi si muoveranno e le proteine faranno lo stesso, sulla scia dei grassi. Eppure, se fosse così semplice, tutte le membrane avrebbero una scarsissima rigidità, ma ciò non sarebbe sicuro per la cellula. Per questo motivo vi sono dei veri e propri “regolatori” (tamponi di fluidità) come il colesterolo, molecola steroidea (idrofobica e parzialmente idrofilica) che dà rigidità alla membrana: quanto più il colesterolo c’è, tanto più la membrana diventa rigida. In relazione alla sua affinità, la molecola di colesterolo si inserisce nella MP, conferendole un po’ di rigidità. LE PROTEINE Come abbiamo già accennato, nel doppio strato fosfolipidico vi sono delle proteine che ondeggiano. Queste possono essere:  integrali → attraversano totalmente o parzialmente la membrana. Queste proteine saranno ovviamente anfipatiche, perché per immergersi nel doppio strato fosfolipidico devono avere le medesime proprietà della membrana che stanno attraversando: la porzione centrale che attraversa le code sarà idrofobica, la porzione che invece sporge verso l’esterno e l’interno (tipo hot-dog) sarà idrofilica, perché a contatto con le teste dei fosfolipidi. Alcune  periferiche → non attraversano il doppio strato, ma semplicemente si attaccano alla porzione intracellulare o alla porzione extracellulare della membrana. Per legarsi in questo modo alla superficie della MP si tratta di proteine polari, poiché sia all’interno della membrana sia all’esterno, a sporgere sono le teste polari dei fosfolipidi. 6 IL TRASPORTO ATTRAVERSO LA MEMBRANA Una delle funzioni fondamentali della membrana è quella di permettere il passaggio delle sostanze da dentro e fuori la cellula (permeabilità). Grazie alla struttura a mosaico fluido, le membrane possono essere selettivamente permeabili: ovviamente non può entrare/uscire tutto (ioni, amminoacidi, zuccheri e molecole polari). Il trasporto attraverso la membrana avviene secondo due modalità:  passivo → trasporto che non richiede energia: molecole piccole e apolari (idrofobiche) attraversano passivamente la membrana cellulare per diffusione. Anche se idrofobiche, essendo piccole le molecole si intrufolano facilmente nel doppio strato fosfolipidico, passando l’ostacolo principale, cioè le teste polari dei fosfolipidi. (diffusione semplice);  attivo → trasporto che richiede energia. La diffusione passiva può essere SEMPLICE O FACILITATA. In entrambi i casi, il trasporto avviene sempre secondo gradiente di concentrazione. DIFFUSIONE SEMPLICE Le sostanze, istintivamente, tendono a spostarsi in relazione alla loro concentrazione, quindi dalla regione dove vi è più concentrazione alla regione dove vi è meno concentrazione (se in una stanza vi sono tante persone, d’istinto tutti raggiungono un luogo più vuoto; allo stesso modo funziona con le sostanze). DIFFUSIONE FACILITATA Le sostanze, ovviamente, possono essere trasportate in modo semplice se ovviamente sono della stessa natura. A “facilitare” il passaggio dall’ambiente extracellulare all’ambiente intracellulare vi sono le proteine canale (1) e i trasportatori (2). (1) Molecole “grosse” e polari che per la loro natura chimica non riuscirebbero mai ad attraversare il doppio strato fosfolipidico a meno che questo passaggio non sia facilitato da alcune proteine-canale: queste ultime, inserite nel doppio strato fosfolipidico, fungono da “tunnel” e permettono a queste molecole di entrare nella cellula. Le acquaporine – proteine-canale abbondanti nella cellula vegetale, nei globuli rossi e nelle cellule renali – che permettono il passaggio dell’acqua, che è polare. Infatti, senza le acquaporine l’acqua non entrerebbe mai all’interno della cellula. (2) Accanto alle proteine-canale vi sono i trasportatori (o proteina carrier), cioè proteine che sono più specifiche per una determinata sostanza. Esse veicolano molecole polari, zuccheri e amminoacidi. Ad esempio, il glucosio entra nella cellula perché essa presenta queste proteine carrier che hanno un sito di legame per il glucosio: dall’esterno della cellula il glucosio entra nella proteina che è aperta → il glucosio si lega al suo sito di legame → la proteina carrier si apre dal lato citoplasmatico e libera il glucosio. Una volta entrato nella cellula, il glucosio viene 7