La cellula eucariote e i tessuti animali, presentazione di Biologia

La cellula eucariote

La cellula eucariote e i tessuti animaliUna tipica cellula eucariote presenta, solitamente, una dimensione circa 10 volte maggiore rispetto ad una tipica cellula procariote, con un volume cellulare complessivo che può essere dunque anche 1000 volte maggiore. La principale caratteristica della cellula eucariote, che la distingue da quella procariote, è la presenza di una notevole compartimentalizzazione interna, costituita dalla presenza di vescicole ed invaginazioni racchiuse da membrane fosfolipidiche nelle quali hanno luogo specifiche attività metaboliche. Il compartimento più importante è senza dubbio il nucleo cellulare, in cui viene conservato il DNA cellulare e che dà il nome alla cellula stessa (dal greco ευ, bene/vero e κάρυον, nucleo).

Mitocondrio Membrana plasmatica Ribosomi Reticolo endoplasmatico rugoso Nucleo Nucleolo Cromatina Lisosoma Reticolo endoplasmatico liscio Apparato di Golgi Citoplasma Vacuolo"la vita non conquistò la Terra attraverso la lotta, ma attraverso la cooperazione"

Origine della cellula eucariote

Si ritiene che il passaggio dalla cellula procariote a quella eucariote sia stato un evento estremamente significativo nella storia della vita sulla Terra, secondo solo, per importanza, alla nascita delle prime semplici forme di vita. Attualmente, vi sono diverse teorie sul modo in cui questo passaggio potrebbe essere avvenuto. Una delle più accreditate è la teoria endosimbiontica formulata verso la fine degli anni Ottanta del secolo scorso dalla genetista statunitense Lynn Margulis al fine di interpretare la presenza di particolari organuli quali i mitocondri e i cloroplasti che deriverebbero da antichi procarioti che si sono introdotti in cellule più grandi, originando un rapporto di simbiosi. I processi che hanno portato alla comparsa delle prime cellule eucariote sono stati estremamente lenti; sono occorsi circa 2 miliardi di anni per passare dalle prime cellule procariote alla comparsa (circa 1,5 miliardi di anni fa) di una cellula che presentasse un nucleo delimitato da una membrana.

inner nuclear membrane (A) nuclear pore complex outer nuclear membrane nucleus DNA endoplasmic reticulum - - membrane- bound ribosomes cytosol ancient procaryotic cell ancient eucaryotic cell ancestral eucaryotic cell internal membranes nucleus - - S mitochondria harterium

La struttura della cellula eucariote

La membrana cellulare

La membrana cellulare è un sottile rivestimento presente in tutte le cellule, che le distingue dall'ambiente esterno. È un rivestimento composto in prevalenza da un doppio strato di fosfolipidi, molecole contenenti regioni idrofobiche (rivolte verso l'interno della membrana) ed idrofile (rivolte verso l'esterno). Numerose molecole proteiche , glicoproteiche e glicolipidiche sono poi inserite all'interno della struttura lipidica della membrana. Tali macromolecole, che possono spostarsi liberamente all'interno della membrana stessa (motivo per il quale la sua struttura è definita a mosaico fluido), possono agire come canali o pompe che trasportano molecole e ioni all'interno o all'esterno della cellula. Sulla superficie esterna della membrana sono presenti anche numerosi recettori, proteine che permettono alla cellula di rispondere prontamente a tutta una serie di segnali provenienti dall'esterno.ESTERNO DELLA CELLULA carboidrato proteine integrali di membrana 8 testa idrofila dei fosfolipidi 20 Colina Gruppo fosfato doppio strato fosfolipidico proteine periferiche di membrana parte idrofoba INTERNO DELLA CELLULA parte idrofila colesterolo code idrofobe dei fosfolipidi Coda apolare (idrofoba) Acido grasso saturo La membrana è detta semi-permeabile, dal momento che è in grado di permettere ad una determinata sostanza di passare liberamente, di passare in una determinata quantità o di non passare affatto.

Fosfolipide di membrana (fosfatidilcolina) Testa polare (idrofila) Glicerolo Acido grasso insaturo

La membrana cellulare e il trasporto

Il trasporto di sostanze attraverso la membrana cellulare può avvenire con la partecipazione attiva della membrana: in questo caso si parla di trasporto attivo, una forma di trasporto che richiede energia. Il trasporto attivo comprende il trasporto mediato da proteine di membrana e i meccanismi di endocitosi ed esocitosi. La membrana, tuttavia, può anche permettere il passaggio delle sostanze senza consumo di energia: in questo caso si parla di trasporto passivo. Sono meccanismi di trasporto passivo la diffusione semplice e l'osmosi

Secrezione Macromolecole Microrganismi Esocitosi Gemmazione Endocitosi H2O loni 0 Piccole molecole

Diffusione semplice

È un processo che non comporta alcun dispendio energetico per la cellula, perché segue le naturali leggi fisiche: le molecole disciolte nei gas e nei liquidi si muovono in modo del tutto casuale e tendono perciò a distribuirsi omogeneamente. Le molecole a cui la membrana cellulare è permeabile possono diffondersi liberamente attraverso di essa e dirigersi, casualmente, in un senso o nell'altro. L'effetto finale consiste nel passaggio di molecole dalle zone a maggiore concentrazione alle zone in cui la concentrazione è minore, fino a raggiungere una concentrazione uniforme in tutto il volume del liquido. La membrana cellulare lascia diffondere liberamente i gas, come l'ossigeno e l'anidride carbonica, e sostanze liposolubili (solubili nei lipidi che formano la membrana cellulare). 8

Diffusione facilitata

Al fine di consentire un movimento a favore di gradiente a ioni e a piccole sostanze idrosolubili è richiesta la presenza di particolari proteine vettrici (carriers) che formano piccoli canali che consentono alle sostanze di cui sopra di superare la barriera costituita dallo strato lipidico, consentendo così una diffusione facilitata. Poiché si deve realizzare un legame tra il carrier e la molecola da trasportare, questo meccanismo di trasporto appare estremamente specifico, nel senso che ogni proteina vettrice è specifica per una sola sostanza (o, comunque, per un gruppo ristretto di sostanze). Esistono, quindi, vettori diversi per sostanze diverse.

Osmosi

È il movimento delle molecole di acqua (più in generale, di un solvente) attraverso una membrana semi-permeabile (come la membrana cellulare), permeabile cioè all'acqua (solvente), ma non alle sostanze in essa disciolte (dette soluti). In questo caso, le molecole di acqua diffondono liberamente attraverso la membrana, nei due sensi, ma l'effetto finale è un flusso di acqua verso la parte in cui i soluti hanno una maggiore concentrazione.

OSMOSI soluzione diluita soluzione concentrato membrana semipermeable FLUSSO DELL'ACQUA EQUILIBRIO

Trasporto attivo

Il trasporto attivo è un processo di diffusione che richiede un consumo di energia, perché avviene in direzione opposta a quella prevista dalle leggi fisiche naturali. Come l'acqua di un fiume tende a scendere spontaneamente verso valle, così le sostanze tendonø naturalmente a diffondere verso zone a minor concentrazione; per portare l'acqua verso l'alto dobbiamo usare una pompa, che consuma energia; allo stesso modo, per portare una sostanza da una zona in cui è poco concentrata verso una zona in cui la sua concentrazione è maggiore, occorre una pompa, un carrier (= trasportatore) proteico, che, consumando energia (ATP), trasporta "a viva forza" la sostanza attraverso la membrana. ATP

Endocitosi

L'endocitosi è un processo che permette l'ingresso nella cellula di materiali di maggiori dimensioni, come ad es. particelle di cibo, frammenti di cellule morte per apoptosi (morte cellulare programmata )o persino cellule intere, determinato dall'intervento attivo della membrana, che modifica la sua forma, circondando il materiale da introdurre, per poi racchiuderlo in una vescicola che si libera all'interno del citoplasma.

Fagocitosi Pinocitosi Fluido Extra cellulare particelle solide Membrana Plasmatica Pseudopodi En dosoma Vescicola Citoplasma L'endocitosi richiede un notevole consumo di energia e consente l'assunzione di materiale di dimensioni tali da non poter essere assorbito in altri modi. Se il materiale è solido, si parla di fagocitosi; se è liquido, di pinocitosi. Per assumere questi materiali, la cellula modifica la sua forma, emettendo dei prolungamenti citoplasmatici, detti pseudopodi, che circondano il materiale e lo racchiudono in una vescicola, costituita da una porzione della membrana, che si libera poi all'interno della cellula.

Esocitosi

Outside the cell L'esocitosi è il processo inverso all'endocitosi, grazie al quale delle vescicole contenute nel citoplasma si fondono con la membrana cellulare, liberando così all'esterno della cellula il loro contenuto.

Cell membrane Vesicia Cytoplasm

Parete cellulare e plasmodesmi

La parete cellulare è una struttura che conferisce rigidità e capacità di mantenimento della forma. Rappresenta inoltre una barriera fisica e chimica agli agenti patogeni . È il primo contatto della cellula con l'esterno e circonda la membrana cellulare. La parete presente nelle cellule dei vegetali è formata da cellulosa e viene deposta in tre strati successiyi e diversi tra loro: la lamella mediana la parete primaria la parete secondaria Essa è altresì presente in alcune cellule di funghi, ma in questi casi non è composta da cellulosa ma da chitina. Essa risulta assente nella cellula animale

W STRUTTURA PARETE Cellula 1 Lamella mediana Parete cellulare primaria S2 SI Parete cellulare secondaria multistratificata P Cellula 2 4 ME 2.5 um LAMELLA MEDIANA: spessore < 0.1 um, salda assieme le due cellule contigue. formata da sost. pectiche e sost. proteiche PARETE PRIMARIA: spessore 0.1 - 1 pm, salda assieme le due cellule contigue. 80% Matrice: H2O, emicellulosa, sost. pectiche, proteine 20% Fibrille: cellulosa, PARETE SECONDARIA: spessore 3 - 5 um, 20% Matrice: H20, emicellulosa, sost. pectiche, proteine 80% Fibrille: cellulosa I plasmodesmi sono strutture tipiche delle cellule vegetali, che mettono in comunicazione cellule vicine attraverso le pareti cellulari.

Citoplasma e citoscheletro

Il citoplasma è una soluzione acquosa di consistenza gelatinosa in cui si trovano immersi i vari organuli che compongono la cellula. Tali organuli sono ancorati ad una struttura proteica, nota come citoscheletro. Esso ha in primo luogo la funzione di organizzare e mantenere la forma della cellula. Tra le altre sue funzioni, esso contribuisce in modo determinante al trasporto delle molecole all'interno della cellula, alla divisione cellulare ed al sostegno ed ancoraggio degli organelli. I citoscheletro eucariotico è composto dai microfilamenti (composti essenzialmente di actina), dai filamenti intermedi e dai microtubuli (composti di tubulina).

Filamento intermedio Microtubulo Membrana cellulare Microfilamento di actina