Unità 1 La cellula: struttura, funzioni e metabolismo cellulare

Unità 1

La cellulaLa cellula: l'unità di base degli esseri viventi Unicellulari e pluricellulari La cellula può essere considerata il "mattone da costruzione" della materia vivente ed è l'unità di base degli organismi e rappresenta la più piccola unità capace di vita indipendente. Le cellule sono formate, oltre che da acqua, da carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Il modo in cui queste macromolecole interagiscono tra loro determina l'aspetto, la forma e la funzione di ogni cellula.

Organismi unicellulari e pluricellulari

A. I batteri sono organismi unicellulari B. I pesci sono organismi pluricellulari A B Gli esseri viventi formati da una sola cellula (come i batteri, i protisti, alcuni tipi di alghe e alcuni funghi) prendono il nome di unicellulari. Sono organismi primitivi e l'unica cellula che li costituisce svolge autonomamente tutte le funzioni necessarie alla sopravvivenza. Gli esseri viventi formati da più cellule vengono invece detti pluricellulari. In questi organismi le cellule si specializzano in funzioni diverse ma coordinate tra loro.La cellula: l'unità di base degli esseri viventi

La teoria cellulare

La teoria cellulare afferma che:

• tutti gli esseri viventi sono formati da cellule;
• la cellula è la più piccola unità capace di vita indipendente;
• all'interno delle cellule si svolgono le reazioni chimiche;
• tutte le cellule prendono origine da cellule preesistenti;
• Le informazioni ereditarie di un organismo sono contenute nelle sue cellule e vengono trasmesse dalle cellule progenitrici alle cellule figlie;La cellula: l'unità di base degli esseri viventi

Le dimensioni delle cellule e i microscopi

Le cellule, salvo rare eccezioni, hanno dimensioni dell'ordine dei micrometri, dove 1 um = 10-3 mm (ovvero 1/1000 di millimetro) e risultano quindi invisibili a occhio nudo. Per osservare le cellule è necessario usare uno strumento che ingrandisce le immagini: il microscopio. Ne esistono di diversi tipi: i principali sono il microscopio ottico e il microscopio elettronico. immagine vista dall'osservatore Il microscopio ottico utilizza come sorgente la luce, ha un potere di risoluzione di 0,2 um e permette di osservare anche lenti dell'oculare organismi "in vivo". lenti dell'obiettivo campione luce riflessa Nel microscopio ottico la luce proveniente da una lampadina passa attraverso il materiale che deve essere esaminato, il campione. La luce, dopo aver attraversato il campione, viene deviata su una serie di lenti che permettono di ingrandire l'immagine. Il microscopio ottico consente di ingrandire un oggetto da 1000 a 1500 volte. Si definisce potere di risoluzione di un microscopio la sua capacità di distinguere due punti vicini.La cellula: l'unità di base degli esseri viventi

Le dimensioni delle cellule e i microscopi elettronici

Per osservare nel dettaglio la struttura interna di una cellula si usa il microscopio elettronico a trasmissione. generatore di elettroni fascio di elettroni elettromagneti sistema di generazione dell'immagine Il microscopio elettronico a trasmissione utilizza campione come sorgente un fascio di elettroni, ha risoluzione maggiore di quello ottico (0,2 nm), ma è molto più complesso e costoso. Questo strumento utilizza un fascio di elettroni al posto della luce ed elettromagneti al posto delle lenti. Gli elettromagneti deviano il fascio di elettroni su uno schermo o su una lastra fotografica, consentendo l'ingrandimento e la messa a fuoco del campione che, per essere attraversato dagli elettroni, deve essere estremamente sottile.La struttura delle cellule

Le tre componenti della cellula

In ogni cellula è possibile individuare tre componenti fondamentali:

• la membrana plasmatica che circonda la cellula e la separa dall'ambiente esterno;
• il citoplasma o citosol che si trova all'interno della membrana plasmatica, nella quale sono immerse specifiche strutture, gli organuli cellulari;
• il materiale genetico (DNA), che può trovarsi libero nel citoplasma o all'interno del nucleo, una struttura separata dal citoplasma mediante una membrana.La struttura delle cellule

Le caratteristiche della cellula procariotica

La cellula procariote è considerata il tipo cellulare più primitivo e si ritrova unicamente nei batteri; ha un diametro medio compreso tra 1 e 10 um, dieci volte inferiore a quello di una cellula eucariote. Il DNA, che è circolare e a singolo filamento, è localizzato in una zona del citoplasma chiamata nucleoide. Gli unici organuli presenti nella cellula procariote sono i ribosomi. La cellula procariote pili DNA (nucleoide) ribosomi Il flagello è una appendice proteica filamentosa che consente il movimento. citoplasma plasmide flagello od S membrana plasmatica parete cellulare Nella cellula procariote il DNA è immerso nel citoplasma e non è delimitato da membrana. capsula La capsula ha la doppia funzione di protezione e di facilitazione dell'adesione ad altre cellule. La principale differenza tra la cellula procariote e la cellula eucariote è che la cellula procariote non presenta un nucleo delimitato da membrana.La struttura delle cellule

I virus

I virus sono entità prive di organizzazione cellulare che utilizzano i sistemi enzimatici delle cellule ospiti per replicarsi. La loro struttura è talmente semplice che vengono considerati al confine tra il mondo vivente e il mondo non vivente. Ciascuna unità virale, detta virione, è costituita da due soli elementi: l'acido nucleico e il suo rivestimento. L'acido nucleico può essere DNA o RNA, a singolo o a doppio filamento, lineare o circolare. Se l'acido nucleico è DNA, i virus sono detti deossiibovirus, se invece è RNA sono detti ribovirus. Il rivestimento proteico dell'acido nucleico è detto capside e in alcuni virus può essere circondato da un ulteriore involucro lipidico. Il virus HIV, responsabile dell'AIDS involucro lipidico diametro 100-120 nm capside RNA viraleLa cellula eucariotica degli animali

Struttura della cellula eucariotica e il nucleo

Tutti gli esseri viventi, eccetto i batteri, sono formati da cellule eucariote e sono definiti eucarioti. La cellula eucariote è più grande della cellula procariote, ha una struttura molto più complessa e un diametro che oscilla tra i 10 e i 100 um. La struttura della cellula animale è caratterizzata dalla presenza di numerosi organuli cellulari immersi nel citoplasma. Nel citoplasma della cellula animale troviamo: il nucleo, i ribosomi, il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi, i mitocondri, i lisosomi, i perossisomi, il citoscheletro, i centrioli. poro nucleare Qual è la struttura del nucleo? L'involucro nucleare è una doppia membrana che circonda il nucleo ed è dotata di aperture chiamate pori nucleari, per il passaggio di alcune sostanze. Nel nucleolo si forma I'RNA ribosomiale e vengono assemblati i ribosomi. nucleolo Il nucleo osservato al microscopio elettronico cromatina involucro nucleare Nel nucleo si trovano DNA (sotto forma di cromatina) RNA e proteine. nucleo membrana nucleare Ogni nucleo presenta circa 3000 pori nucleari. Il nucleo è l'organulo più grande della cellula eucariotica e rappresenta il suo “centro di comando". Generalmente di forma sferica, è circondato da una doppia membrana chiamata involucro nucleare, dotata di aperture, i pori nucleari, che permettono il passaggio solo di determinate sostanze.La cellula eucariotica degli animali

La cellula animale

Ribosomi Sono piccoli organuli .... costituiti da proteine e RNA, formati da una subunità maggiore e una subunità minore. Sono in parte liberi nel citoplasma, in parte associati al reticolo endoplasmatico. Sui ribosomi vengono costruite (o, come si dice, sintetizzate) le proteine. Reticolo endoplasmatico È un labirinto di tubuli comunicanti tra loro, che racchiude uno spazio chiamato lume. Il reticolo endoplasmatico rugoso (o RER) ha i ribosomi associati alle membrane, mentre il reticolo endoplasmatico liscio (o SER) ne è privo. Le proteine costruite sui ribosomi del RER entrano nel lume, vengono modificate e quindi trasferite altrove. Sul SER si formano invece i lipidi e vengono degradate le sostanze tossiche e i farmaci da eliminare. nucleo citoplasma Lisosomi Sono piccole strutture a sacchetto che contengono enzimi in grado di digerire le macromolecole. La funzione dei lisosomi è quella di degradare ed espellere tutte le sostanze di rifiuto della cellula. ........... Apparato di Golgi È un sistema di sacche appiattite e impilate che tramite vescicole riceve le proteine sintetizzate sul RER. Nell'apparato di Golgi le proteine vengono "contrassegnate" chimicamente in base alla loro destinazione finale e trasportate in altre zone del citoplasma oppure fuori dalla cellula. Mitocondri Hanno la forma di un fagiolo e sono circondati da due membrane. La membrana interna si piega a formare le creste mitocondriali e racchiude uno spazio, la matrice mitocondriale, dove si trovano enzimi, una molecola di DNA circolare e piccoli ribosomi. I mitocondri servono per produrre energia per tutte le attività cellulari. Centrioli Sono organuli che intervengono durante la divisione cellulare. flagello Citoscheletro Occupa l'intero volume cellulare ed è formato da tubuli e filamenti di natura proteica. La cellula animale ha nel citoplasma numerosi organuli cellulari, strutture che svolgono attività specifiche e importanti per la vita della cellula. Le membrane biologiche che circondano la maggior parte degli organuli hanno una struttura analoga alla membrana plasmatica e consentono di dividere il citoplasma in compartimenti separati (compartimentazione); in questo modo si possono svolgere contemporaneamente reazioni chimiche altrimenti incompatibili tra loro.La cellula eucariotica degli animali

Flagelli e ciglia

Molte cellule eucariote possiedono strutture accessorie; le più comuni sono flagelli e ciglia. Il flagello batterico filamento Nei batteri dotati di flagello, questa appendice è saldamente ancorata alla cellula per mezzo di una struttura detta apparato basale. apparato basale parete cellulare flagello membrana plasmatica I flagelli sono estroflessioni della membrana plasmatica con un'impalcatura di microtubuli. Generalmente è presente un unico e lungo flagello. I flagelli hanno una funzione motoria. Nell'uomo, le uniche cellule dotate di un flagello sono le cellule riproduttive maschili, gli spermatozoi, che hanno bisogno di muoversi nel corpo femminile per dirigersi verso la cellula uovo.