Teoria Cellulare: Panoramica sulla biologia cellulare

TEORIA CELLULARE

cellula => elemento di piccole dimensioni, delimitato da una membrana, pieno di una soluzione concentrata di sostanze chimiche in acqua e dotato della capacità di produrre copie di sé stesso, crescendo dividendosi in due. => sono piccole per ottimizzare il rapporto superficie/volume, ciò consente alla cellula di ottenere una superficie di scambio con l'esterno adeguata per il passaggio di nutrienti e scarti

Punti della teoria cellulare

• tutti gli organismi viventi sono composti da cellule => unità elementari dotate di proprietà comuni

-> la cellula è l'unità morfologica e fisiologica fondamentale nella struttura degli organismi viventi. Molte funzioni complesse sono rese possibili dall'esistenza di una continua cooperazione tra le diverse cellule

• ogni cellula deriva da un'altra cellula preesistente nelle cellule l'informazione genetica risiede nel DNA e viene trasmessa dalle cellule parentali alle cellule figlie durante la divisione cellulare

Tipi cellulari

ogni cellula è circondata da una membrana cellulare (membrana plasmatica o plasmalemma) che definisce un ambiente interno e lo separa dall'esterno

• regola l'ingresso e l'uscita dei materiali
  • all'interno si trova il citoplasma => una soluzione acquosa in cui sono immersi i costituenti cellulari e in cui si svolge la maggior parte delle funzioni cellulari
• nelle cellule più evolute queste funzioni sono svolte da strutture specializzate, gli organelli (o organuli) citoplasmatici
• il DNA è separato da citoplasma e racchiuso in un nucleo ben definito
• in base alla presenza o meno del nucleo le cellule vengono divise in due gruppi: eucariote e procariote.

LA CELLULA PROCARIOTICA

sono le più semplici cellule esistenti prive di organelli citoplasmatici delimitati da membrana non possiedono un nucleo, il materiale genetico consiste in una singola molecola di DNA circolare, localizzata in una regione della cellula detta nucleoide possono essere presenti plasmidi oltre alla molecola di DNA Capsula Parete cellulare Membrana plasmatica Citoplasma Ribosomi Plasmide Pili Flagello Nucleoide nel citoplasma sono presenti ribosomi più piccoli rispetto a quelli degli eucarioti la membrana plasmatica forma invaginazioni dette mesosomi: possono essere sede si diverse reazioni enzimatiche e sono coinvolte in processi quali respirazioni, fotosintesi, divisione cellulare e sintesi dei lipidi generalmente circondate da una parete cellulare esterna alla membrana cellulare, costituiti di peptidoglicani sono formati da lunghe catene polisaccaridiche in cui si alternano unità di amminozuccheri uniti da ponti trasversali di natura peptidica a formare una struttura complessa, che avvolge la superficie batterica come un'unica macromolecola i procarioti sono classificati in due domini: archaea (archei) e bacteria (batteri) -> alcuni procarioti effettuano la fotosintesi grazie agli enzimi presenti nello spazio citoplasmatico

• i procarioti sono sempre unicellulari, non formano mai strutture differenziate al massimo si aggregano in semplici filamenti cellulari si riproducono con modalità asessuata, per scissione binaria, ma possono scambiarsi materiale genetico mediante trasformazione, coniugazione o trasduzione
• sono procarioti gli organismi appartenenti al gruppo degli archeobatteri, degli eubatteri che comprendono batteri e ciaonbatteri, o alghe azzurre

-> i batteri sono fondamentali poiché hanno un ruolo ecologico partecipando alla degradazione della sostanza organica e nel permettono il riciclo nelle catene alimentari => non tutti i batteri sono patogeni per l'uomo in alcuni procarioti è presente una membrana esterna strato ricco di fosfolipidi e carboidrati non ha funzioni protettive ma può contenere tossine responsabili di processi patogeni. -> in alcuni procarioti sono presenti i flagelli => semplici strutture filamentose utilizzate per spostarsi nell'ambiente. Sono tubi elicoidali formati dalla proteina flagellina, il cui movimento è alimentato da un gradiente protonico.

LA CELLULA EUCARIOTA

sono più grandi e complesse nel citoplasma sono presenti diversi organelli aventi struttura e funzioni specifiche che consentono lo svolgimento di varie attività cellulari in compartimenti distinti. il materiale genetico è formato da diversi cromosomi, racchiusi in un nucleo ben definito Citoplasma Centrioli Lisosoma Vescicola Nucleolo Mitocondri Nucleo Ribosomi Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatico liscio Apparato del Golgi Citoscheletro ogni cromosoma è costituito da una molecola di DNA lineare, associata a specifiche proteine possono essere unicellulari (protisti) o pluricellulari (piante, funghi, animali.) è molto più complesso, perché dotato di organi specializzati per svolgere determinate funzioni. I diversi organi sono costituiti da cellule differenti ed è necessario che si organizzino in modo coordinato. negli animali pluricellulari le cellule sono immerse in una sostanza chiamata matrice extracellulare, le sue funzioni sono quelle di sostegno e comunicazione

LE CELLULE: DIFFERENZE

• le dimensioni variano dai pochi micrometri dei batteri ai centimetri dell'uovo di uno struzzo (unica cellula)
• alcune cellule hanno la possibilità di movimento tramite flagelli oppure con movimenti ameboidi, altre invece sono immobili
• a volte è presente un rivestimento esterno alla membrana che può avere struttura e composizione chimica ampiamente variabile

-> alcune cellule utilizzano l'ossigeno atmosferico e altre ne sono avvelenate alcune cellule sono in grado di produrre composti particolari

LE CELLULE: ASPETTI COMUNI

• la composizione chimica sulle stesse quattro classi di composti organici
• le reazioni chimiche che permettono di ricavare energia per le cellule sono comuni.

-> l'informazione genetica risiede nel DNA, che ha la stessa struttura chimica e viene tradotto secondo lo stesso codice e gli stessi meccanismi organismi pluricellulari: numerose cellule quindi l'individuo possiede funzioni più complesse organismi unicellulari: una sola cellula che coincide con il DNA

LA MEMBRANA CELLULARE

Proteina canal Merko extracelular Carbonidraco Protelisa Cabeza hidrotiticas Gicoorsteisa akcape de Colesterol Molécula de Proteina integral probelna globulari Proteina de superficie Proteína periférica Fizironcos del Proceina tategral iproteine en alle hetkel Colas hierorobica sottile involucro che avvolge la cellula, separandola dall'ambiente circostante e regola lo scambio di materiali con l'esterno costituita principalmente da fosfolipidi e proteine, ma anche dal colesterolo e i glicolipidi, in minore quantità fosfolipidi => molecole anfipatiche, caratterizzate da una "testa" polare idrofila e da due "code" idrofobe. Se dispersi in soluzione acquosa tendono a formare un doppio strato nel quale le teste polari sono rivolte verso l'esterno e le code idrofobe verso l'interno.

• molti di essi sono legati a una componente glucidica e in questo caso sono detti glicolipidi. se sono le proteine ad essere legate a porzioni glucidiche si parla di glicoproteine se sono legate a catene polisaccaridiche si parla di proteoglicani

❖ i carboidrati della membrana, formano un rivestimento proteico detto glicocalice ❖ molte cellule animali sono circondate da una matrice extracellulare da essa secreta, costituita da carboidrati e proteine fibrose le proteine di membrana possono attraversare parzialmente o interamente il doppio strato lipidico, sporgendo nel citoplasma e nel mezzo extracellulare, oppure possono essere legate ad una delle due facce della membrana mediante legami a idrogeno e interazioni elettrostatiche. ➢ I fosfolipidi e le proteine sono liberi di muoversi sul piano laterale e questo modello della membrana è detto modello del mosaico fluido. Per la diversità dei componenti Per la struttura dinamica, e perchè è sempre in movimento flip flop

Funzioni della membrana

• strutturale e morfologica => definisce la forma della cellula realizzando una separazione fisica tra l'ambiente esterno e quello interno.
• funzionale => regola gli scambi di ioni, sostanze nutritive e di scarto tra i due ambienti comunicazione e integrazione => sulla membrana si trovano le proteine con funzione di recettori a cui si legano ormoni e altri messaggeri che possono modificare il metabolismo cellulare. Svolgono ruoli importanti nel riconoscimento e nell'adesione fra cellule, possono essere riconosciute come antigeni del sistema immunitario e, inoltre, sono responsabili dell'inibizione da contatto => fenomeno secondo il quale quando entrano a contatto fra loro le cellule smettono di proliferare
• permeabilità selettiva: proprietà della membrana ed è un meccanismo che consente il passaggio solo a determinate sostanze mentre lo impedisce ad altre

Proteine di membrana

le funzioni della membrana dipendono dal tipo di proteine:

1. proteine di riconoscimento = sono le glicoproteine e aiutano la cellula a riconoscere elementi estranei e ad innescare le reazioni immunitarie
2. proteine recettrici = sono dotate di un sito legame che aggancia molecole segnale specifiche. innesca reazioni nella cellula che ne determinano una risposta adeguata
3. proteine enzimatiche = svolgono reazioni metaboliche
4. proteine di giunzione = implicate nella formazione dei collegamenti tra cellule adiacenti e sono usate anche per la comunicazione intracellulare
5. proteine trasportatrici:
   • proteine vettrici => legano la sostanza che trasportano, poi cambiano conformazione rilasciandola al lato opposto della membrana
   • proteine canale => formano pori attraverso la membrana, ma la loro apertura avviene in seguito a segnali elettrici oppure al legame con una molecola specifiche

TRASPORTO ATTRAVERSO MEMBRANA

gradiente elettrochimico => è la forza motrice netta che tende a spostare un soluto carico attraverso la membrana ed è il risultato della somma del gradiente di concentrazione e del potenziale elettrico. gradiente di concentrazione => è la forza che determina lo spostamento di una sostanza per diffusione, da una zone più concentrata ad una minore: Se la sostanza che si sposta possiede una carica elettrica è necessario considerare non solo la sua concentrazione ma anche la distribuzione delle cariche ai due lati della membrana. definibile più semplicemente come la differenza di concentrazione tra le due aree

Trasporto passivo

• avviene secondo gradiente di concentrazione, cioè quando una sostanza si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è maggiore ad una dove è minore e non richiede energia.

-> il trasporto passivo di un composto privo di carica dipende dal gradiente di concentrazione fra i due lati della membrana

• quello di un composto ionico dipende dal gradiente di elettrochimico
• due tipi: Trasporto passivo Trasporto attivo Diffusione facilitata Diffusione passiva ATF

1. diffusione semplice = il movimento netto delle particelle da una zona ad alta concentrazione ad una minore. = alla fine del trasporto si ha un equilibrio lo stato in cui le concentrazioni transmembrana sono identiche
2. diffusione facilitata => consiste nel trasporto di una sostanza secondo gradiente di concentrazione mediante una proteina di trasporto (es. il glucosio entra nei globuli rossi)

OSMOSI

• consiste nel passaggio di acqua attraverso una membrana semipermeabile che separa le due soluzioni a diversa concentrazione
• l'acqua passa nella soluzione più diluita a quella più concentrata. la pressione che occorre applicare è detta pressione osmotica.
• più influenzare le dimensioni e la forma della cellula:

1. soluzione isotonica => la concentrazione di acqua è identica ai due lati della membrana plasmatica
2. soluzione ipotonica => al di fuori della cellula la concentrazione di soluto è minore mentre quella di acqua è maggiore