La moderna teoria cellulare: principi, plastidi e cloroplasti

La moderna teoria cellulare

La moderna teoria cellulare stabilisce che:

1. tutti gli organismi viventi sono composti da una o più cellule
2. tutte le reazioni chimiche di un organismo vivente avvengono nelle cellule
3. le cellule si originano da altre cellule
4. le cellule contengono l'informazione genetica degli organismi a cui appartengono e le trasmettono alle cellule figlie

La teoria cellulare

dal latino: «piccola camera» L'organizzazione cellulare della materia vivente persiste nelle sue linee generali da circa 2 miliardi di anni. Se durante questo periodo non è stata sostituita, ma solo perfezionata ci deve pur essere qualche ragione.

Mitochondrion Micro bodies Golgi apparatus Ribosome Vacuole Nucleus Capsule- Cell Wall - Outer envelope Cytoplasmic Membrane Cytoplasm Endoplasmic reticulum Ribosomes- lievito Pill- Flagella Figure 1 Golgi comples Microtubules Nucleus Mãechondrie Prokaryotic Cell Structure Cytoplasm Plant Cell Chromatin Nucleolus Nucleus Golgi Apparatus Central Vacuole Cytoskeleton Smooth Endoplasmic Reticulum Wall of Adjacent Cel Ribosomes Smooth endoplasmic: Rough endoplasmic Rough Endoplasmic Reticulum Plasmodesmata Cel Wall Cytoplasm Mitochondria Chloroplast Peroxhome Plasma Membrane Nudleskes Nucleoid Dendries

La frammentazione della materia vivente in tante cellule, che si riscontra in un organismo pluricellulare ne aumenta la superficie relativa (ovvero il rapporto superficie/volume). Ciò aumenta la possibilità e la velocità degli scambi tra l'ambiente interno alla cellula o all'organismo pluricellulare e l'ambiente esterno.

Cellule procariotiche ed eucariotiche

Le diverse cellule si possono ricondurre a due modelli o tipologie fondamentali: cellule procariotiche e cellule eucariotiche, che corrispondono a due tappe fondamentali dell'evoluzione degli organismi viventi.

Le principali differenze tra i due modelli cellulari riguardano:

• l'organizzazione del materiale genetico (Eukaryota; dal greco EU - eu - «vero» e κάρυον - karyon - «nucleo». Prokaryota: προ - pro - «prima» e κάρυον - karyon - «nucleo»);
• la compartimentazione funzionale del protoplasma (tutto ciò che è contenuto nella cellula).

Procarioti

• Batteri
• Alghe azzurre (cianobatteri)

Eucarioti

Tutti gli altri esseri viventi (protisti, piante, funghi e animali

Cellula procariote

• Provvista di parete
• Il DNA è sparso
• Sprovvista di organuli
• Possiede ribosomi dispersi
• E' tipica di due gruppi di microorganismi: batteri e archea

Cellula eucariote

• La parete non è una struttura fondamentale
• Possiede un nucleo delimitato
• Provvista di plastidi (mitocondri, cloroplasti, etc)
• Possiede ribosomi addensati su un sistema di membrane (RER)

\'Ribosoma Nucleoide Capsula Parete cellulare Membrana cellulare Flagello Mitocondrio Nucleo Nucleolo Membrana cellulare Reticolo endoplasmatico Ribosoma

Livelli di organizzazione

• Atomo: unità fondamentale della materia.
• Molecola: la più piccola unità di un composto chimico che ne mantiene le caratteristiche chimico-fisiche.
• Macromolecola: molecola di grandi dimensioni, di natura polimerica.
• Organulo: associazione di diverse categorie di biomolecole, generalmente compartimentate da una membrana biologica.
• Cellula: unità strutturale e funzionale degli organismi viventi.
• Tessuto: associazione di cellule che presentano le stesse caratteristiche morfologiche e funzionali.
• Organo: struttura anatomica costituita da diversi tipi di tessuti formanti un'unità funzionale.
• Organismo: rappresenta l'unità della specie.
• Popolazione: gruppo di individui appartenenti alla stessa specie presenti in una determinata area geografica.
• Comunità: Insieme di tutte le popolazioni insediate in una determinata area geografica.
• Ecosistema: insieme delle comunità e dell'ambiente chimico-fisico.
• Bioma: sistema di ampie dimensioni tipico di una fascia geografica e climatica.
• Biosfera: comprende tutti i biomi della terra.

Dimensioni cellulari

Questa scala è logaritmica, ogni unità è 10 volte più grande della precedente.

0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 um 10 um 100 um 1 mm 1 cm 0,1 m 1 m 10 m 100 m 1 km Occhio nudo Microscopio ottico Microscopio elettronico Uomo Fago T2 (virus) cecco Atomi Cloroplasto (organello) Lipidi Gran parte delle cellule vegetali e animali Uovo di pesce Balenottera azzurra Piccole molecole La maggior parte del batteri cm = 10-2 EEEE mm = 10-5 m um = 10-6 m nm = 10-9 m Å = 10-10 m Limite di risoluzione dell'occhio umano = 0.1 mm a 25 cm di distanza 100 um 0, 1 mm Sequoia della California Colibri Proteina Il diametro della maggior parte delle cellule è compreso nell'intervallo 1-100 um.

Microscopi

Microscopio ottico

IN CELESTRON Sfrutta la luce con lunghezza d'onda dello spettro visibile. I microscopi ottici sono storicamente quelli più vecchi e sono anche tra i più semplici. Risoluzione: legato alla diffrazione (circa 0,2 um con luce visibile).

SEM (Scanning Electron Microscope)

EDA H Sfrutta come sorgente di radiazioni un fascio di elettroni primari focalizzati che colpiscono il campione. Profondità di campo. Risoluzione: 5-1 nm circa. Il campione è sotto alto vuoto 5 um 10 Lim

TEM (Transmission Electron Microscope)

Sfrutta come sorgente di radiazioni un fascio di elettroni primari focalizzati che colpiscono il campione. Fornisce informazioni circa la struttura interna del campione analizzato.

Esempi di cellule al microscopio

Rose

The flower petal of a rose is covered with finely corrugated warts, each one cell. The fine structures of the cells cause the velvet shimmer of dark rose flowers. Scanning electron microscope, 900X

Hellebore

A cross section through a sheet of christmas rose or black hellebore (Helleborus niger). In the palisade parenchyma (upright cells) chloroplasts are clearly visible. SEM 750X

Belladonna

A freeze-fracture through the leaf of the deadly nightshade (Atropa belladonna) clearly shows four chloroplasts, some containing starch grains. Scanning Electron Microscope, 15,000X

Componenti della cellula vegetale

Il plasmalemma

Il plasmalemma: detta anche "membrana plasmatica" Interno = simplasto Esterno = apoplasto Membrana plasmatica: natura a mosaico fluido catena di carboidrati 8 nm proteina proteina fosfolipidi Enzyme Transporter Anchor Receptor Tipi di proteine associate alla membrana: - Trasportatori - Recettori - Enzimi - Àncore

Il citoplasma

Il citoplasma: CITOSOL + FASE ORGANELLARE Citosol v sistema monofasico acquoso composto da acqua più una serie eterogenea di soluti (ioni, piccole molecole, macromolecole solubili). Fase organellare v Organuli v sistema di endomembrane v sistema citoscheletrico Il pH citosolico è compreso tra 7.1 e 7.4 ---- > compatibile con la maggior parte delle attività enzimatiche e con la stabilità di molecole importanti quali ATP e NAD(P)H. CICLOSI = movimenti o correnti che caratterizzano il citoplasma

Il citoscheletro

Il citoscheletro: complesso reticolo di filamenti proteici che attraversa il citosol. Determina l'architettura della cellula.

• divisione
• crescita
• differenziamento
• movimento degli organuli

Plasma membrane Ribosomes Rough endoplasmic reticulum Microfilaments Mitochondrion Intermediate filament Microtubule Plasma membrane End + End 1 7 nm 25 nm Y Actin monomer Fibrous subunit Tubulin dimer B-Tubulin monomer a-Tubulin monomer L 10 um 20 um 10 μm T T 8-12 nm 1

Funzioni specifiche del citoscheletro

1. determina e mantiene la forma della cellula;
2. determina e mantiene la posizione degli organelli citoplasmatici;
3. sostiene la membrana cellulare;
4. guida il traffico intracellulare di organuli e vescicole;
5. importante funzione nella duplicazione cellulare: esercita trazione sui cromosomi allontanandoli durante la mitosi. Inoltre da origine al setto che taglia in due la cellula che si sta dividendo;
6. nelle cellule vegetali guida la crescita della parete cellulare.

Filamenti di actina

Filamenti di actina : determinano la forma della superficie cellulare, sono necessari per la locomozione dell'intera cellula.

Filamenti intermedi

Filamenti intermedi: forniscono la forza meccanica e la resistenza agli stress.

Microtubuli

Microtubuli: conferiscono rigidità alla cellula determinano la posizione degli organuli e dirigono il trasporto intracellulare.

Il nucleo

Il nucleo: v E' l'organello deputato alla conservazione e alla protezione dell'informazione genetica dell'individuo; V racchiuso dall'involucro nucleare (doppia membrana); v Il nucleoplasma è messo in comunicazione con l'esterno attraverso dei pori; Nuclear envelope Nuclear poro Nucleolus, Nuclear pores Nucleoplasm Inger membrane Outer membrane ER rugoso Cromatina Pori nucleari Nucleolo Involucro nucleare

Il Reticolo Endoplasmatico (ER)

Il Reticolo Endoplasmatico (ER): V Esteso sistema di membrane; v Liscio / rugoso v Smistamento sostanze; v Sintesi delle membrane; V Modificazione delle proteine; Involucro, nucleare Nucleo Ribosomi Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatico liscio I ribosomi possono essere sia liberi che associati Ribosome Polypeptide 70 him

L'apparato di Golgi

L'apparato di Golgi: v Complesso membranoso di vescicole a sacco impilate; v Riceve e modifica le molecole elaborate dall'ER; V Trasporto verso l'esterno (vescicole): funziona come stazione di smistamento, per la consegna di proteine a diverse destinazioni nella cellula; V Sito di produzione dei carboidrati più importanti della parete cellulare (pectine e emicellulose); Camillo Golgi, 1898cis-Golgi Proteins Vesicle Endoplasmic reticulum

Microcorpi

MICROCORPI: compartimenti specializzati per diverse funzioni metaboliche.

1. I perossisomi, che trasferiscono atomi di idrogeno da un substrato organico all'ossigeno, creando radicali liberi secondo la reazione RH2+O2 -> R+H2O2 Il perossido prodotto può essere degradato dall'enzima catalasi secondo la reazione: H2O2>H2O+1/202
2. I gliossisomi, che convertono acidi di riserva in zuccheri traslocabili ai giovani germogli attraverso il ciclo dell'acido gliossilico.

Oleosomi

Gli oleosomi (corpi lipidici o sferosomi), tipici delle cellule del seme, sono agglomerati di inclusione avvolti da un unico monostrato fosfolipidico. Negli oleosomi sono contenuti grassi (trigliceridi) che vengono convertiti in saccarosio durante la germinazione ad opera dei gliossisomi, previa azione dell'enzima lipasi. Oleosin Protein Phospholipid Membrane Triacylglycerol (vegetable oil) Oilbody 1 - 3 um Corpo oleoso (oleosoma, elaioplasto) Oleosine: proteine superficiali che impediscono la fusione degli oleosomi tra loro. Semi di girasole oleosomi Corpo proteico Oleosomi di Safflower(CARTHAMUS TINCTORIUS) Gli oleosomi di Safflower sono dei naturali microscopici serbatoi contenenti oli vegetali e vitamine. Azione: Gli oli vegetali penetrano profondamente nella struttura del capello, garantendo e prolungando l'idratazione. Beneficio: Una parte degli agenti nutrienti raggiunge i capelli istantaneamente, donando forza strutturale, protezione, morbidezza e setosità.