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  1. La Cellula Prof.ssa Teresa Nicolosi

  2. La cellula • L’unità organizzativa comune a tutti i viventi • Un piccolo mondo in perenne attività: - di trasformazione chimica (attività metabolica) - adattabile nella forma - adattabile nelle funzioni - dotato di reattività - in grado di produrre altre cellule simili

  3. Le cellule sono così piccole che per misurarle bisogna ricorrere a un'unità molto piccola, il micron, che corrisponde alla millesima parte di un millimetro. Quindi è possibile vederle solo al microscopio. Cellule appartenenti a tessuti diversi , assumono una forma differente: possono essere rotonde, lunghe, a stella, poligonali, piatte etc... La cellula ha come funzione quella di : NUTRIRSI assorbendo alimenti sciolti o catturando sostanze solide. RIPRODURSI, dividendosi in due metà che danno vita a due nuove cellule. COMUNICARE, muovendosi da un luogo all'altro tramite pseudopodi, flagelli o ciglia. Questa attività interessa solo le cellule libere, non quelle che formano i tessuti.

  4. In ogni cellula è possibile distinguere tre parti ben differenziate. la MEMBRANA CELLULARE, o membrana plasmatica, che costituisce il confine del corpo cellulare. Attraverso di essa penetrano le sostanze alimentari e vengono espulse quelle di rifiuto. il CITOPLASMA, un insieme di sostanze proteiche e gelatinose che riempie l'interno della membrana, dove si possono distinguere vari corpuscoli (mitocondri, vacuoli, etc...) il NUCLEO, minuscolo corpuscolo che nelle cellule animali e vegetali è separato dal citoplasma per mezzo di una membrana nucleare. In esso è riposto il vero segreto della vita: i cromosomi che custodiscono i geni, corpuscoli responsabili dell'ereditarietà biologica, che fa si che i figli assomiglino ai genitori.

  5. La cellula Vi sono due tipi di cellule: • cellule procariote - meno evolute (organismi semplici, batteri) • cellule eucariote - dotate di compartimentazione interna, maggiormente specializzate

  6. La cellula procariota • Cellula primitiva in cui non è riscontrabile un nucleo delimitato da una membrana nucleare • Sono organismi procarioti i batteri e le alghe azzurre

  7. La cellula procariota • Strutturalmente e funzionalmente più semplice • Piccola • Parete cellulare involucro che dà la forma e protegge dall’ambiente esterno • Membrana plasmatica indispensabile al mantenimento dell’ambiente interno filtro per le molecole che entrano ed escono dalla cellula • Citoplasma soluzione acquosa in cui sono immersi tutti i costituenti cellulari vi hanno luogo tutte le reazioni metaboliche per il mantenimento e la riproduzione della cellula • Il nucleo non è delimitato da una membrana nucleare

  8. La cellula eucariota • Cellula con un nucleo ben definito • Sono organismi eucarioti tutti gli animali e tutte le piante • Dimensioni fino a 1000 volte superiori • Aumenta la complessità interna

  9. Cellula Animale

  10. Cellula Vegetale

  11. Morfologia delle cellule eucariotiche • Membrana plasmatica Membrana che delimita tutte le cellule, costituendo una barriera selettiva per gli scambi fra ambiente cellulare interno ed ambiente esterno. E’ costituita da un’associazione di lipidi e di proteine • Citoplasma Massa viscosa delimitata dalla membrana plasmatica in cui sono immersi tutti gli organuli cellulari • Nucleo • Apparato del Golgi • Reticolo endoplasmico • Mitocondrio • Citoscheletro filamentoso

  12. La cellula eucariotica Una vera e propria membrana che racchiude il DNA NUCLEO • Pori nucleari • Cromosomi • Nucleolo

  13. La cellula eucariotica • Notevole aumento in estensione nelle membrane • racchiudono la cellula controllo del flusso delle sostanze in entrata e in uscita • si estendono anche nel citoplasma RETICOLO ENDOPLASMICO Serie di membrane che formano, all’interno della cellula, un fitto intreccio, con o senza ribosomi associati, e che facilitano le comunicazioni e il trasporto di sostanze fra la cellula e l’ambiente

  14. Il reticolo endoplasmico • E’ sede di numerose reazioni chimiche • Suddivide il citoplasma in scomparti facilitando le interazioni • E’ una via di transito per le molecole

  15. La cellula eucariotica • Altri organuli facilmente riconoscibili sono: MITOCONDRI LISOSOMI APPARATO DI GOLGI Tutti delimitati da membrane In grado di essere sede di specifiche attività cellulari

  16. I mitocondri • Sono caratterizzati da una doppia membrana • esterna • interna • caratterizzata dalla presenza di estroflessioni (creste) • sono localizzati: - enzimi - DNA - ribosomi • Le due membrane sono diverse per • composizione chimica • atività enzimatiche

  17. I mitocondri Hanno fuzione prevalentemente bioenergetica: grazie alla degradazione ossidativa degli alimenti in essi viene prodotta energia • L’energia che si è liberata viene immagazzinata nella molecola dell’ATP • Viene riutilizzata in seguito per compiere lavori cellulari RESPIRAZIONE CELLULARE

  18. L’apparato di Golgi • E’ formato da un insieme di cavità, vescicole e canali • In tale apparato vengono sintetizzati e concentrati alcuni prodotti di secrezione della cellula • Vengono poi riversati all’esterno nelle vescicole di secrezione

  19. I lisosomi • Sono organuli che provvedono all’eliminazione delle sostanze di rifiuto della cellula • Sono ripieni di enzimi digestivi • Digeriscono sostanze • proprie della cellula • provenienti dall’esterno • Sono abbondanti nelle cellule capaci di ingerire e digerire materiali estranei Sistema ordinato di proteine filamentose che dà forma alla cellula e fornisce una base al suo movimento Citoscheletro filamentoso

  20. Strutture cellulari, loro funzioni e confronto fra organismi procarioti ed eucarioti

  21. La membrana plasmatica • Mantenere l’integrità dell’ambiente interno cellulare • Consentire uno scambio di sostanze con l’ambiente esterno • ingresso sostanze nutritizie • uscita scorie FUNZIONI METABOLICHE • Regola • volume cellulare • composizione interna

  22. MEMBRANA PLASMATICA La cellula è un’entità altamente complessa ed organizzata in diverse unità ed organelli funzionali.Molte di queste unità sono separate le une dalle altre per mezzo di membrane specializzate. In passato si pensava che fosse solo un mezzo di separazione tra interno ed esterno (funzione contenitiva). In realtà svolge diverse funzioni: • protegge la cellula e gli organelli • regola selettivamente i trasporti in entrata ed in uscita • permette di riconoscere determinate sostanze chimiche tramite i recettori di membrana • fornisce un punto di ancoraggio per i filamenti del citoscheletro o i componenti della matrice intracellulare che permettono alla cellula di mantenere una data forma • permette il riconoscimento cellulare • permette la compartimentazione dei domini subcellulari nei quali avvengono determinate reazioni enzimatiche • regola la fusione con altre membrane • permette il passaggio di determinate molecole attraverso canali o giunzioni • permette la mobilità di alcune cellule e organelli

  23. La membrana plasmatica • Trasmissione di impulsi • nei muscoli • nei nervi FUNZIONI NON METABOLICHE • Comunicazione tra cellula e cellula

  24. Natura chimica della membrana E’ formata da un doppio strato fosfolipidico contiene proteine specializzate associate con carboidrati di superficie

  25. Molecola di fosfolipide di membrana E’ il principale componente delle membrane cellulari Ne determina le proprietà fondamentali Ogni tipo di molecola lipidica di membrana ha un’estremità idrofilica (polare) ed una idrofobica (apolare). E’ una molecolaanfipatica

  26. COMPOSIZIONE CHIMICA Membrane plasmatiche e intracellulari sono molto simili, sia per struttura che per composizione: • LIPIDI • PROTEINE (fosfolipidi e colesterolo) (estrinseche ed intrinseche) • GLUCIDI (glicolipidi e glicoproteine) • (in minore quantità, in membrane plasmatiche di alcune cellule)

  27. Organizzazione dei lipidi in soluzioni acquosa • Le molecole di fosfolipidi formano spontaneamente, in acqua, un doppio strato • Le estremità idrofile (polari) sono rivolte verso l’esterno • Le estremità idrofobiche (apolari) formano uno strato interno compreso tra le estremità idrofile

  28. proteine fosfolipidi I lipidi sono molecole anfipatiche ambiente acquoso Membrana Plasmatica ambiente acquoso Le proprietà del doppio strato dipendono dalla temperatura

  29. Le proprietà del doppio strato dipendono dalla composizione

  30. Che cos’è un lipide? fosfolipidi e colesterolo sono molecole anfipatiche costituite da una testa polare e da una catena idrofobica

  31. MODELLI DI MEMBRANA 1) impalcatura rigida solo di lipidi 2) Ober: esistenza di discontinuità tra i lipidi x la permeazione 3) Davson e Danielli(anni 30-40): compare la matrice proteica, ma in piccole zone e adese ai due foglietti di fosfolipidi 4) Singer e Nicolson(anni 50-60): mediante microscopia elettronica e tecniche di freeze-fracture si dimostrò che i fosfolipidi formano un doppio strato nel quale si inseriscono le proteine.

  32. MODELLO DI DAVSON E DANIELLI (modello a sandwich) poro doppio strato fosfolipidi strato proteico

  33. PROTEINE DI MEMBRANA 1) CANALI: proteine integrali (generalmente glicoproteine), che funzionano come pori per consentire l’entrata e l’uscita di determinate sostanze in cellula. 2) TRASPORTATORI (o carriers): proteine che, mediante cambiamenti conformazionali, consentono il passaggio selettivo di determinate molecole o ioni. 3) RECETTORI: proteine integrali che riconoscono specificatamente determinate molecole (ormoni, neurotrasmettitori, nutrienti ecc.). 4) ENZIMI: proteine integrali o periferiche che catalizzano reazioni enzimatiche sulla superficie della membrana. 5) ANCORAGGI DEL CITOSCHELETRO: proteine periferiche, affacciate dal lato citoplasmatico della membrana, che servono per ancorare i filamenti del citoscheletro. 6) MARCATORI DI IDENTITA’ CELLULARE: glicoproteine o glicolipidi caratteristici di ciascun individuo, che permettono l’identificazione delle cellule provenienti da altri organismi (es. marcatori ABO).

  34. MODELLO DI SINGER E NICOLSON (modello del mosaico fluido)

  35. Le proteine di membrana • Nel substrato lipidico della membrana sono inserite delle proteine • alcune proteine (1) attraversano il doppio strato lipidico; • altre proteine (3) possono essere legate a queste con legami non covalenti; • non è certo se esistano proteine che si estendano da un solo lato; • ad alcune proteine sono legate catene di acidi grassi che facilitano l’ancoraggio delle proteine ad uno dei due strati molecolari: alcune sono proteine che attraversano la membrana, altre no

  36. Le proteine sono responsabili delle molteplici funzioni della membrana • Agiscono come: Le proteine di membrana • recettori specifici di segnali provenienti dall’esterno • enzimi • come trasportatori di molecole attraverso la membrana che entrano o escono dalla cellula

  37. I polisaccaridi Sulla superficie esterna della membrana sono presenti dei polisaccaridi

  38. Permeabilità della membrana • Consente il passaggio per diffusione di: - acqua - molecole non polari • E’ una barriera per la maggior parte delle molecole polari

  39. Permeabilità della membrana Non fuoriesce il contenuto idrosolubile CONSEGUENZE MA • Problemi per • il nutrimento della cellula • la regolazione del suo ambiente interno PROTEINE

  40. Proteine di trasporto • Le proteine sono trasportatori specifici di: • singole molecole • ioni • zuccheri • amminoacidi • gruppi di molecole simili

  41. Trasporto • Passivo • Diffusione semplice • membrana permeabile • proteina canale • Facilitato • proteina trasportatrice • Attivo per gradiente elettrochimico contro gradiente elettrochimico

  42. Il potenziale di membrana • Questa differenza è generata e mantenuta da due proteine trasportatrici: • Proteina canale per il potassio (trasporto passivo) • Pompa sodio-potassio (trasporto attivo) • espelle sodio • richiama potassio • Il bilancio porta ad una fuoriuscita di potassio • L’interno della membrana risulta carico negativamente rispetto all’esterno Concentrazioni millimolari degli ioni all’interno e all’esterno di cellule di mammifero

  43. Il potenziale di membrana • Distribuzione di cariche opposte sui due lati della membrana • rallenta l’uscita di potassio secondo gradiente di concentrazione • favorisce l’entrata di potassio secondo gradiente elettrico • All’equilibrio il numero di ioni K+ in ingresso eguaglia quello di ioni K+ in uscita • Questo avviene per un potenziale corrispondente al valore di equilibrio per il potassio indicato come potenziale di membrana o potenziale di riposo

  44. Il potenziale di membrana • Anche un po’ di sodio riesce a fluire attraverso il canale per il potassio • le concentrazioni dei due ioni all’interno e all’esterno dovrebbero uguagliarsi a tempi lunghi • scomparirebbe il potenziale di membrana • A questo si oppone la pompa sodio-potassio che mantiene la diversa concentrazione dei due ambienti cellulari

  45. La pompa Na+- K+ • Conferire eccitabilità alle cellule muscolari e nervose • Regolare il volume cellulare • Consentire il trasporto di sostanze nutritizionali • amminoacidi • zuccheri Proteina transmembrana Na+- K+ ATPasi

  46. La pompa Na+- K+

  47. La pompa Na+- K+ 1) Il sodio si lega alla Na+- K+ ATPasi in corrispondenza del proprio sito 2) Fosforilazione dell’enzima ATP+ATPasi ADP + ATPasi fosforilata 3) Si modifica la conformazione dell’ATPasi e la proteina rilascia lo ione Na+ all’esterno 4) Si lega il potassio 5) Defosforilazione dell’ATPasi 6) La proteina ritorna nella sua conformazione iniziale perdendo K+ Per ogni due ioni K+ che entrano nella cellula escono tre Na+