Appunti di Citologia: cellule eucariote, procariote e virus

CITOLOGIA

Essere vivente= entità soggetta alle leggi del mondo fisico e al controllo da parte dei sistemi che esprimono l'informazione in essa contenuta.

• organizzata e complessa
• presenza di un programma genetico
• capacità di riprodursi, accrescersi e svilupparsi
• presenza di metabolismo proprio
• capacità di interagire con l'ambiente esterno e di auto-regolazione
• capacità di adattamento evolutivo

Ci sono 2 domini e 6 regni della vita.

• Eucarioti (animali, funghi, piante, protozoi) = il DNA si trova nel nucleo, la maggior parte delle attività vengono svolte negli organelli.
• Procarioti (batteri, archei) = non hanno compartimenti interni delimitati da membrane. Non hanno il nucleo

• organismi unicellulari
• formano "catenelle" o "grappoli"
• piccole dimensioni
• DNA localizzato nel nucleotide
• assenza di organelli cellulari

La cellula è l'unità strutturale e funzionale degli esseri viventi, formati da una (unicellulare) o più cellule (pluricellulare). Le cellule si originano da altre cellule e contengono informazioni genetiche. La maggior parte delle cellule > 200 um

Cellule Eucariote

Cellule eucariote = nucleo, membrana plasmatica e nella cellula vegetale presenza di parete. Negli eucarioti il DNA è contenuto in un nucleo legato alla membrana e circondato da essa, ed è arrotolato attorno alle proteine istoniche. Il nucleo ha una doppia membrana, e negli eucarioti il DNA è lineare e la sua fine in un cromosoma non si unisce per formare un ciclo. Le cellule eucariote contengono anche altri organuli legati alla membrana, come i mitocondri, l'apparato di Golgi, il reticolo endoplasmatico e i ribosomi 80S (la lettera S è semplicemente l'unità di misura che mostra quanto velocemente gli organuli si muovono in centrifuga). Gli eucarioti sono ricoperti da una superficie di membrana cellulare, che controlla le molecole che entrano ed escono dalla cellula

Cellule Procariote

Cellule procariote = senza nucleo, membrana plasmatica e parete. Le cellule procariote sono molto più piccole di quelle eucariote, non hanno organuli legati allamembrana, questo significa che il DNA si trova nel citoplasma e non nel nucleo. Il DNA è disposto in un cromosoma circolare senza estremità lineare e non è arrotolato attorno alle proteine istoniche. Alcune volte le cellule batteriche contengono piccoli anelli di DNA, chiamati plasmidi. I plasmidi di solito contengono un basso numero di geni, ma questi possono includere geni che creano i batteri resistenti agli antibiotici; quindi i plasmidi sono molto importanti per i batteri. Le cellule procariote contengono anche ribosomi che svolgono la sintesi proteica, la loro misura è di 70S. Le cellule procariote come i batteri sono circondate da una parete cellulare; nei batteri questo è fatto dai peptidoglicani, chiamati anche mureina, che sono dei polimeri formati tra le molecole peptidiche e polisaccaridi. La parete cellulare dei batteri aiuta a mantenere la struttura della cellula. Alcuni batteri producono una capsula gelatinosa al di fuori della parete cellulare che aiuta a proteggere i batteri da fagociti dei globuli bianchi. Alcune cellule procariote hanno un flagello che le aiuta a muoversi. Alcuni batteri hanno sottili fili proteine sulla loro superficie, chiamati pili, e aiutano i batteri ad attacare le superfici e anche gli altri batteri. Quando due batteri vengono attaccati il DNA può essere trasferito da un batterio all'altro. I batteri contengono anche gocce di lipidi e granuli di glicoceno, questi agiscono come depositi di sostanze nutritive per le cellule batteriche. Alcune volte usando il microscopio elettronico possiamo vedere delle pieghe nella mebrana cellulare delle cellule procariote, chiamati mesosomi. Gli scienziati credevano che i mesososmi avevano un ruolo nella respirazione, ora si sa che sono degli artefatti, creati quando le cellule batteriche vengono preparate per microscopia elletronica

Virus

Virus = no nucleo, no membrane, no pareti. Differenti tipi di virus possono avere diverse forme, ma la maggior parte è sferica. La grandezza dei virus va dal più piccolo 20nm al più grande di circa 300nm. I virus non si possono riprodurre indipendentemente, si possono riprodurre solo all'interno di una cellula ospitante

1. il virus attacca la superficie della cellula ospitante
2. entra all'interno della cellula, dove usa gli enzimi della cellula ospitante per replicarsi
3. infine alcune particelle del virus lasciano la cellula ospitante per andare ad infettare nuove cellule ospitanti continuando a riprodursi

Ci sono milioni di tipi di virus ma tutti hanno una struttura comune. Tutti i virus contengono materiale genetico, e questo può essere DNA o RNA; il materiale genetico è contenuto all'interno della struttura della proteina, chiamata capside. Sulla superficie del virus troviamo proteine di attaccamento, queste permettono alla particella dei virus di attacare ed entarre nella cellula ospitante. I virus non sono delle cellule. Gli scienziati dicono che sono acellulari, quindi non basati su cellule. I virus non sono organismi viventi perchè non si possono riprodurre autonomamente

Frazionamento Cellulare

Le cellule contengono un diverso numero di organelli, inclusi mitocondri, lisososmi, ribosomi e i nuclei. Prendiamo un semplice tessuto contenente cellule a cui siamo interessati, per esempio il tessuto del muscolo cardiaco. In seguito omogeneizziamo il tessuto; omegeneizzare significa rompere il tessuto e aprire le cellule e, possiamo farlo in un omogeneizzatore. Un omogeneizzatore è composto da una provetta di vetro contenente uno stantuffo. Posizioniamo il nostro campione di tessuto nella provetta di vetro e lo copriamo con una soluzione campione. I campioni mantengono il pH costante, questo è importante perchè se cambia gli enzimi degli organelli della cellula potrebbero denaturarsi. Il potenziale idrico dei tamponi è lo stesso all'interno della cellula e questo impedisce all'acqua di entrare negli organelli per osmosi e di farli scoppiare. L'omogeneizzatore è poi messo nel ghiaccio; raffreddare il campione significa che gli enzimi lavorano più lentamente impedendo a eventuali enzimi distruttivi di danneggiare gli organelli. Ora spingiamo lo stantuffo su e giù rompendo il tessuto e aprendo le cellule. Questo produce un omogeneato cellulare che contiene tutti gli organelli che troviamo nella cellula e per scoprire cosa fanno bisogna separarli; per farlo dobbiamo considerare le diverse dimensioni degli organelli. L'organello più grande è il nucleo, seguito dal mitocondrio; i lisosomi sono più piccoli e i ribosomi sono i più piccoli. La separazione di tutti i diversi organelli è chiamato frazionamento e lo realizziamo tramite una macchina chiamata centrifuga. Collochiamo le nostre provette contenenti l'omogenato cellulare in portacampioni. La centrifuga fa girare il campione e gli organelli vengono spinti sul fondo della provetta dalle forze generate. Gli organelli più grandi, come i nuclei, sperimentano una forza maggiore e si spostano sul fondo della provetta più velocemente rispetto agli organelli più piccoli. Si inizia con una rotazione relativamente bassa; alla fine della rotazione gli organelli più grandi vengono spinti sul fondo della provetta creando un pellet, mentre i restanti organelli rimangono sospesi nel liquido, chiamato supernantante. Trasferiamo il supernatante in una nuova provetta e centrifughiamo ad una maggiore velocità. Dopo la centrifugazione ad alta velocità, il pellet ora contiene mitocondri. Ancora una volta trasferiamo il supernatante in una nuova provetta e centrifughiamo di nuovo ad alta velocità. Questa volta il pellet contiene lisosomi. Infine, prendiamo il supernatante ancora una volta e lo strasferiamo in un'altra provetta per una centrifugazione ad una maggiore velocità rispetto le precedenti. Ora il pellet contiene ribosomi. Abbiamo separato tutti gli organelli per misura e possiamo testare ogni frazione per determinare come gli organelli lavorano. Bisogna tenere il pellet nel ghiaccio fino all'utilizzo, questo per rallentare gli enzimi che potrebbero danneggiare gli organelli. E' estremamente diffile dividere gli organelli interi.

Microscopio

• Ingrandimento è l'aumento delle misure apparenti; il rapporto tra misura apparente e misura reale
• Risoluzione è la qualità dell'immagine. La risoluzione dell'occhio umano è di 0,2mm (200um)

• Microscopio ottico = risoluzione 0,2um (max 1000 x)
• Microscopio elettronico = risoluzione 0,1nm (max 1.000.000 x)

d=MI (nx sen a) n= indice di rifrazione sen a = apertura angolare

• Luce è un fascio di onde elettromagnetiche di diversa lunghezza d'onda Per aumentare la risoluzione del microscopio bisogna diminuire la lunghezza d'onda I microscopi ci permettono di ingradire, l'immagine che produce è molto più grande dell'oggetto. Il microscopio ottico ha un ingrandimento limitato e anche una limitata risoluzione, questo significa che l'immagine è sfocata anche se aumentassimo l'ingrandimento e non saremmo in grado di vedere i piccoli dettagli. I microscopi elettronici hanno un miglior ingrandimento e una migliore risoluzione rispetto ai microscopi ottici. ingrandimento= grandezza dell'immagine/grandezza reale dell'oggetto grandezza reale dell'oggetto= grandezza dell'immagine/ingrandimento
• Microscopio ottico 1m= 1000mm 1mm= 1000um (micrometro), es. E. Coli= 1 um 1 pm=1000nm (nanometro), es. ribosoma= 25nm (diametro) Il microscopio ottico ha: una lente oculare, una base per i campioni e un quadrante di messa a fuoco. Un microscopio ottico può ingrandire circa 1000 volte. Il microscopio ottico ha un grande vantaggio rispetto agli altri tipi di microscopi, ed è che possiamo usarlo per le cellule viventi, questo significa che possiamo osservare alcuni processi come la divisione cellulare o il movimento delle cellule. Alcune volte bisogna usare un colorante e questo può uccidere le cellule C'è un grande problema con i microscopi ottici, ed è la risoluzione; questo è dovuto alla natura stessa della luce. La risoluzione è l'abilità di distinzione tra due oggetti diversi. La risoluzione è scientificamente definita come la minima distanza tra due oggetti dove possono ancora essere visti due diversi oggetti Per un microscopio ottico standard il limite di risoluzione è di 200nm
• Microscopio elettronico Il microscopio elettronico utilizza elettroni invece che la luce. Gli elettroni hanno una lunghezza d'onda molto corta, quindi la risoluzione è 2000 volte meglio del microscopio ottico, risoluzione di 0,1nm
1. cannone elettronico, produce un fascio di elettroni, questi attraversano il microscopio