La cellula: unità operativa della vita, procarioti ed eucarioti

LA CELLULA

UNITA' OPERATIVA DELLA VITA

LIMITE DIMENSIONI
CELLULA
Dimensioni della cellula
limitate da rapporto tra volume
e superficie: quando un
oggetto aumenta di dimensioni
V aumenta maggiormente
rispetto alla S - quindi meno
superficie disponibile per gli
scambi e maggior spazio da
percorrere entro la cellula.

1 mm]
2 mm
2 mm
1 mm

Superficie e Volume della Cellula

Superficie
(mm2)
Superficie = altezza X
larghezza x numero di
facce x numero di cubi
24
48
(2 × 2 × 6 × 1)
(1 × 1 × 6 × 8)

Volume
(mm3)
Superficie = altezza X
larghezza X lunghezza
× numero di cubi
8
8
(2 × 2 × 2 × 1)
(1× 1 × 1 × 8)

Rapporto
superficie/
Volume
Superficie/
Volume
3
(24:8)
6
(48:8)

C. PRO-CARIOTA

Caratteristiche dei Procarioti

("Prima del nucleo")
Unicellulari, Batteri e archeobatteri, c.a. 1/10 delle eucariote

NO:
· Nucleo delimitato da membrana
· Organuli citoplasmatici
· Strutture di locomozione complesse
A differenza degli organelli delle cellule eucariotiche, quelli delle cellule
procariotiche non sono racchiusi da membrane.

Membrana esterna
Parete
cellulare
Pili
(strutture
utilizzate
per l'attacco)
Strato
di peptidoglicano
Area nucleare
(nucleoide)
Granulo di riserva
Plasmide
(DNA)
Flagello
Ribosomi
Cromosoma
batterico
(DNA)
Capsula
Membrana
plasmatica

Figura 24-9 Struttura di una cellula procariotica
Questo bacillo è un batterio gram-negativo (discusso nel testo).
Si noti l'assenza di un involucro nucleare che avvolaa il DNA del batterio.

SI:
· DNA libero; area nucleare o nucleoide
· Ribosomi, granuli di deposito =
complessi molecolari
· PLASMIDI: piccoli DNA circolari (enzimi
catabolismo, resistenza antibiotici,
scambi di materiale genetico) replicano
indipendentemente
·Ciglia e flagelli: costituiti di proteine;
strutture di locomozione
·Parete rigida o capsula esterna alla
membrana plasmatica

MOTILITA' PROCARIOTI

ciglia e flagelli; unico filamento proteico

Flagello
Filamento
50 nm
Parete
cellulare
Uncino
Apparato basale
Membrana
citoplasmatica

@ Oliver Meckes/Gelderblom/Photo Researchers, Inc.
0,5 um
Movimento rotatorio propulsivo, in senso antiorario
CHEMIOTASSI: movimento in risposta a composti
chimici dell'ambiente (verso nutrienti, lontano da
sostanze dannose, tra di loro)
FLAGELLO/I: pochi - in genere
uno o due - ad una estremità

Figura 24.6
Campbell-Reece, Principi di Biologia @ 2010 Pearson Italia S.p.A
Ciglia
200 nm
CIGLIA: corte, molte
intorno a tutta la cellula)

C. EUCARIOTA

Struttura della Cellula Eucariota

(EU-CARIOTE = vero nucleo, delimitato da membrana)
Altamente organizzata e complessa; può specializzarsi e raggiungere dimensioni
maggiori delle procariote

organelli
(delimiati da
membrana )
specializzati
Centrosoma:
luogo dove
si originano
i microtubuli e si
trovano i centrioli.
Poro nucleare:
via di passaggio
per le molecole
tra l'interno e
l'esterno.
Nucleo:
organizzazione
ed espressione
del materiale
genetico.
Involucro
nucleare:
doppia membrana
che racchiude
il nucleo.
RE ruvido:
sintesi, selezione
e secrezione
proteica.
Nucleolo:
luogo
di assemblaggio
dei ribosomi.
Lisosoma:
degradazione di
macromolecole.
sistema
endomembrane
S
ribosomi
RE liscio:
detossificazione
e sintesi lipidica.
Cromatina:
complesso di
proteine e DNA.
Mitocondrio:
luogo di sintesi
dell'ATP.
o
Membrana
plasmatica:
movimento di sostanze
dall'interno all'esterno
della cellula e
viceversa;
segnalazione cellulare.
Citoscheletro:
forma e movimento.
Perossisoma:
degradazione del
perossido di idrogeno
e di altre molecole
tossiche.
Apparato di Golgi:
modificazione,
selezione e
secrezione di lipidi
e proteine.
Citosol:
luogo di molte
reazioni metaboliche;
biosintesi delle
proteine.
(Cellula Animale)
(a)

IL NUCLEO

contiene il DNA; centro di controllo della cellula
diam. 5um, posiz. +/- fissa; contiene DNA + proteine (cromatina); sintesi mRNA

Nucleolo: non ha membrana,
sede sintesi rRNA,
assemblaggio ribosomi con
proteine citoplasmatiche

Nucleoplasm
Outer membrane
Inner membrane
Nucleolus
Chromatin
Nuclear
lamina
Nuclear
envelope
Nuclear
pore
20-40nm
1 um

Componenti Cellulari

Cromatina
Involucro
nucleare
Nucleolo
Pori nucleari
Bloom and Fawcett
Textbook of Histology
Nucleo
Nucleo
Membrana
Membrana
plasmatica
cellulare
Lisosoma
Involucro
nucleare
Lisosoma
Secondary
lysosome
Food particles
taken in by
phagocytosis
Ribosomi
Ribosomi
RE
rugoso.
Bloom and Fawcett Textbook of Histology
Enzyme
RE liscio
Reticolo endoteliale
(liscio e rugoso)
0.25 um
Apparato
Golgi
Cellula Eucariota:
compartimentazione
Cisterne
del Golgi
Vescicole di
trasporto
SISTEMA DI
ENDOMEMBRANE
- Membrana nucleare
- Reticolo endoteliale
(liscio e rugoso)
· ribosomi
- Apparato Golgi
- Vescicole di trasporto
- Lisosomi
- Perossisomi
Primary
lysosome
Phagosome
Perossisoma
Bloom and Fawcett Textbook of Histology
00
Complesso del Golgi

RETICOLO ENDOPLASMATICO

Labirinti di tubuli che circonda nucleo; lume unico compartimento in
comunicazione anche con spazio presente tra le due membrane nucleari.
Lume di tutto il RE è un sebatoio per gli ioni Ca++

Nucleus
RE RUGOSO:
.
Ribosomi in
superficie
RE
RUGOSO
Lume: Modifiche e
assemblaggio
proteine (chaperoni
molecolari)
RE
LISCIO
Ribosomes
Lumen
Inside of cell
Lumen
0.5 um
Aspetto tubolare, superficie liscia
Sintesi lipidi, carboidrati, colesterolo, fosfolipidi, ormoni steroidei
Immagazzina ioni Ca
(Nel fegato) degradazione glicogeno riserva e sost. tossiche

RETICOLO ENDOPLASMICO: Dettagli

• Labirinto di membrane interne che circonda il nucleo e costituisce
  una parte significativa del volume totale del citoplasma
• Strutture a forma di sacche appiattite e impilate in modo compatto
• Spazio interno = lume, quasi sempre unico compartimento in
  comunicazione con spazio presente tra le membrane nucleari interna
  ed esterna
• No connessione con le membrane degli altri organuli
• Membrana reticolo e lume contengono vari enzimi
• RER e REL contengono diversi assortimenti di enzimi e catalizzano
  serie diverse di reazioni; hanno però membrane e spazi interni
  connessi tra loro
• Le due superfici della membrana e il
  lume del RE contengono diversi
  assortimenti di enzimi, rappresentando
  di fatto regioni della cellula con capacità
  sintetiche differenti. In alcuni casi, le
  membrane servono da impalcatura per
  sistemi enzimatici che catalizzano
  reazioni biochimiche a catena.

LISOSOMI: SEDE
DIGESTIONE
INTRACELLULARE

0.5 um
Inside of cell
•
Originano dal
Golgi
Golgi
-
apparatus
· >40 enzimi litici
Primary · pH acido (c.a 5 !! )
lysosome
APP. GOLGI;
MODIFICA E
IMPACCHETTA
PROTEINE
Phagosome
Secondary
lysosome
Food particles taken
in by phagocytosis
Plasma
membrane
Outside of cell

APPARATO DI GOLGI

0.5 um
·Pile
di
sacche
membranose
appiattite
(cisterne)
·Processa,
smista,
e
impacchetta in vescicole le
proteine
provenienti
dal
R.E.Rugoso e le indirizza
alla
destinazione finale
interna o esterna
Inside of cell
RER
Glicosilazione
Vescicole di trasporto
Altre
modifiche
cis
region
C
Vescicole di
trasporto
Medial
region
trans
region
Proteins for use
within the cell
Proteins for use
outside the cell
Plasma membrane
Outside of cell

APPARATO DI GOLGI: Funzioni

0.5 um
. Pile di sacche membranose appiattite (cisterne)
· Superficie cis rivolta verso il nucleo, riceve materiali dalle vescicole di
trasporto provenienti dal R.Endoplasmatico Rugoso.
· Superficie trans verso la membrana plasmatica, impacchetta molecole in
vescicole per il trasporto alla destinazione finale interna o esterna
· In cell. Animali spesso c'è 1 Golgi in posizione laterale rispetto al nucleo
· In cell. Vegetali sono presenti più Golgi
· Cell. che secernono grandi quantità di glicoproteine hanno un gran numero di
pile di Golgi

FAGOCITOSI E LISOSOMI

L. secondari: fusione
di più lisosomi primari
con vescicole
contenenti materiale
estraneo inglobato per
fagocitosi
Secondary
lysosome
Food particles
taken in by
phagocytosis
L. primari: enzimi RE,
zuccheri - segnale
identificativo per Golgi
Primary
lysosome
Phagosome
1 um
· Materiale digerito viene riciclato o usato come fonte energetica
· Malattie da accumulo lisosomiale (Tay-Sachs)

PEROSSISOMI

Peroxisome
Enzyme
0.25 um
· Enzimi x reazioni che
trasferiscono O2
producendo H2O2
· Catalasi inattiva H2O2
· Abbondanti in c. con
attivo metabolismo
lipidico:
- Degradazione acidi
grassi
- Sintesi fosfolipidi
guaina c. nervose
· C. renali ed epatiche
umane detossificano
etanolo e altri
composti tossici
· (disordini neurologici;
ritardo mentale)

La Cellula Eucariota: compartimentazione

AN ANIMAL CELL
· Mitocondri
(Plastidi: cloroplasi,
cromoplasti, amiloplasti)
L
0.8 um
25 nm
Mitochondrion
Cytoskeleton
Nucleolus
Nucleus
· Flagelli e Ciglia
(citoscheletro)
1.5 um
· (Vacuoli
· Rivestimenti cellulari:
es. Parete)
Rough
endoplasmic
reticulum
Free
ribosomes
Peroxisome
Centrioles
Ribosomes
Golgi
Plasma
apparatus membrane
Smooth
endoplasmic
reticulum
(*cellule vegetali)
Nucleolus
1

MITOCONDRI E CLOROPLASTI

Mitocondri
Cloroplasti
Respirazione aerobica
Mitocondri (la maggior parte
delle cellule eucariotiche)
Fotosintesi
Cloroplasti (in alcune cellule vegetali e algali)
Luce
CO2
CO2
Glucosio
+
O2
ATP
+
+
ATP
O2
+
Glucosio
H2O
H2O
Perossisomi
1
1 μm
· Centrali energetiche della cellula. Convertono energia chimica o luminosa in
ATP (catena respiratoria), forma utilizzabile dalla cellula; abbondanti in cellule
molto attive
· Struttura e dimensioni simili a cellula procariota.
· Accrescono e si riproducono indipendentemente dalla cellula. Si replicano per
scissione binaria.
· Non sono autonomi: contengono DNA e set ribosomi separati, ma per sintesi
solo di una parte delle loro proteine.

Struttura dei Mitocondri e Cloroplasti

EdiSES
Solomon, Berg, Martin
Biologia - VI Edizione
EdiSES
liscia, passano
molecole piccole
Membrana
esterna
selettivamente
permeabile
Membrana
interna
Spazio
intermembrana
(compartimenti
distinti)
Matrice
Creste
Bloom and Fawcett Textbook of Histology
0,25 um
MITOCONDRI
Dimensioni 2-8 ¿m; cambiano forma molto
rapidamente; 5-10 DNA circolari identici
(1% DNA tot cell).
Sede respirazione aerobia.
1 um
Inner membrane'
Outer membrane
Thylakoid Stroma Granum
0.5 um
CLOROPLASTI
. Solo nelle cell. Vegetali; Sede
della fotosintesi
· Più grandi dei mitocondri;
lunghi > 5-10 um
· Forma a disco; complesso
sistema di endomembrane
ripiegate

MITOCONDRI E
RESPIRAZIONE CELLULARE

EdiSES
Solomon, Berg, Martin
Biologia - VI Edizione
EdiSES
liscia, passano
molecole piccole
Membrana
esterna
selettivamente
permeabile
Membrana
interna
Spazio
intermembrana
(compartimenti
distinti)
Matrice
Creste
Bloom and Fawcett Textbook of Histology
0,25 um
FIGURA 4-21 Mitocondri
La respirazione aerobica avviene all'interno del mitocondrio. Nella foto-
grafia al microscopio elettronico a trasmissione, così come nel disegno,
sono ben evidenti le creste; il disegno evidenzia le relazioni tra le mem-
brane mitocondriali interna ed esterna.
· Sede respirazione aerobica. Atomi
O e C del cibo sono convertiti in
CO2 e H2O.
· Catena Respiratoria: Serie di
reazioni che convertono energia
chimica in ATP: Abbondanti in
cellule molto attive (cell. Epatica
>1000)
· Producono radicali liberi per
perdita di e-, tossici e molto
reattivi, interferiscono con normali
fx cell, sono causa di
invecchiamento cellulare
· Coinvolti nel processo di apoptosi
(morte cellulare programmata)