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1 La cellula

2 Gli organismi contengono organi, gli organi sono costituiti da tessuti, i tessuti sono composti da cellule e le cellule sono formate da molecole

3 Evoluzione molecolare L evoluzione è un processo storico che detta la forma e la struttura dell odierno mondo vivente. L evoluzione dipende da alterazioni nella struttura e nell organizzazione dei geni e dei prodotti genici. Aspetti fondamentali della vita delle cellule sono comuni in organismi diversi e dipendono da geni correlati. Piccoli cambiamenti in alcuni geni permettono agli organismi di adattarsi a nuove nicchie.

4 Evoluzione molecolare (b) La determinazione delle sequenze di tutti i geni di una serie di organismi ha, con sorpresa, rivelato come i geni di specie diverse sono strettamente correlati. Una caratteristica dell evoluzione è la conservazione immutata di molti aspetti della vita cellulare. Durante l evoluzione, i geni hanno subito una tale conservazione che alcuni geni umani funzionano in una cellula di lievito e in una cellula di mosca

5 Il citoplasma di una cellula è densamente impaccato da molecole di forma e dimensione differenti. Figure 1-2

6 Cellule procariotiche Organismi composti da una singola cellula Due tipi principali: batteri e archaea Struttura relativamente semplice Figure 1-7a

7 Cellule eucariotiche Organismi composti da una o più cellule Piante ed animali Strutturalmente più complesse: organelli, citoscheletro Figure 1-7b

8 Il ciclo vitale delle cellule La divisione cellulare avviene quando una cellula, dopo periodo di crescita, si divide e dà vita a due cellule figlie. un La gran parte delle cellule eucariotiche segue il ciclo cellulare,, un orologio interno che determina le fasi della crescita e della divisione cellulare La progressione attraverso il ciclo cellulare è controllata corrispondenza di punti di controllo ( checkpoints ) in Le cellule possono uscire dal ciclo cellulare e differenziarsi per svolgere funzioni specializzate. Le cellule possono andare incontro a morte cellulare programmata (apoptosi)) per poter bilanciare la crescita cellulare o per generare nuove strutture Copyright (c) by W. durante H. Freeman and Company lo sviluppo.

9 Ciclo cellulare di una cellula eucariotica Figure 1-9

10 La divisione cellulare Profase: i cromatidi identici sono condensati e liberati nel citoplasma quando la membrana nucleare si disgrega citodieresi Telofase:riformazione di una membrana attorno ad ogni serie di cromosomi

11 Il differenziamento cellulare crea nuovi tipi di cellule Processo normale: lo spermatozoo feconda una cellula uovo creando una singola cellula che ha la potenzialità di formare un organismo intero La cellula dopo la fecondazione è totipotente: : la sua capacità di diventare qualsiasi tipo di cellula è totale e tale rimane per le prime ore/divisioni Dopo 4 giorni, queste cellule totipotenti formano una blastocisti (una sfera cava) costituita da uno strato di cellule esterno (da cui si svilupperà la placenta) e dalle cellule interne (che( daranno origine a tutte le altre cellule del corpo umano).

12 Cellule staminali embrionali Le cellule interne della blastocisti sono pluripotenti : esse danno origine a molti tipi cellulari. Le cellule pluripotenti vanno incontro ad una ulteriore specializzazione in cellule staminali multipotenti: : (es( es. Una cellula multipotente del sangue può dar origine a tutti i differenti tipi di cellule del sangue; una cellula multipotente della pelle può produrre tutti i diversi tipi cellulari della pelle; ; etc)

13 Il differenziamento cellulare crea la diversità dei tipi cellulari; ; un esempio: : le cellule del sistema immunitario

14 Le cellule si associano per formare tessuti. Gruppi specializzati di cellule differenziate formano i tessuti I tessuti sono costituiti da cellule e matrice extracellulare I tessuti possono formare organi

15 Combinazioni organizzate di vari tessuti sono necessari per creare un arteria. Il sangue fluisce attraverso il lume vasale (Lu), che è rivestito da un sottile tappeto di cellule endoteliali (EC) che forma l endotelio (Tl) e dalla lamina basale sottostante. Questo tessuto aderisce allo strato di copertura del tessuto muscolare liscio (TM). La contrazione dello strato muscolare controlla il flusso sanguigno. Uno strato di tessuto connettivo (TA) circonda il vaso e lo connette agli altri tessuti.

16 Il piano di sviluppo corporeo Il piano di sviluppo corporeo embrionale è l organizzazione dei tipi cellulari (tessuti) e delle parti del corpo Il piano di sviluppo corporeo e gli abbozzi dei tessuti si formano precocemente nello sviluppo embrionale grazie ad un profilo dell espressione genica definito (un programma di geni specificano I territori dello sviluppo) ed alla capacità delle cellule di interagire tra di loro. Il piano di sviluppo corporeo di base è molto simile in tutti gli animali

17 Animali molto diversi come il riccio di mare, la mosca, il topo e l uomo presentano un piano di sviluppo corporeo comune La maggior parte degli animali presenta una simmetria assiale: la parte sinistra e quella destra sono speculari

18 Il piano di sviluppo corporeo I geni che determinano il piano di sviluppo corporeo (patterning genes o geni di pattern) specificano l organizzazione generale di un organismo, a cominciare dagli assi principali del corpo: anteriore-posteriore, dorsaleventrale e sinistro-destro e finendo con i segmenti corporei come la testa, il torace, l addome e la coda. La conservazione della simmetria assiale, dal più semplice verme ai mammiferi, è giustificata dalla presenza di geni di pattern conservati nel genoma. I geni di pattern codificano proteine che controllano l espressione di altri geni, proteine che sono importanti per l adesione cellulare o nella comunicazione cellulare. Queste proteine permettono l integrazione e la coordinazione di eventi nelle diverse parti dell embrione durante lo sviluppo.

19 I geni di pattern Espressione dei geni Hox, che dirigono lo sviluppo di diversi segmenti del piano di sviluppo corporeo di molti animali

20 Biochimica cellulare e metodologie per la proteomica Corso di Laurea specialistica in Biotecnologie per la salute e per l ambientel a.a. 2006/2007 Prof. Paolo V. Pedone

21 Biochimica Biologia molecolare Genetica Biologia cellulare

22 Durante il corso analizzeremo come: le cellule si sviluppano e danno origine ad organismi complessi le cellule comunicano e controllano le loro attività le cellule a volte degenerano

23 Programma del corso. 1. Coltivazione e manipolazione di cellule. Crescita di microorganismi in coltura. Isolamento e crescita di cellule eucariotiche in coltura. Le colture cellulari primarie. Cellule trasformate. La fusione di cellule animali in coltura. 2. Identificazione e studio delle molecole all interno delle cellule. Frazionamento delle cellule ed analisi delle loro molecole. Metodi per introdurre nelle cellule molecole che non possono attraversare la membrana. Analisi della funzione delle proteine mediante l impiego di proteine di fusione. Metodiche per lo studio di interazione proteina-proteina: cromatografia di affinità, immunoprecipitazione, sistema del doppio ibrido, metodi di phage display, risonanza plasmatica di superficie. Metodi per lo studio dell interazione delle proteine con il DNA: footprinting del DNA, EMSA.

24 3. Il ciclo cellulare negli eucarioti e la sua regolazione. Studi biochimici su ovociti,, uova ed embrioni precoci; studi genetici su S. pombe; studi genetici su S. cerevisiae; ; Il controllo del ciclo nelle cellule dei mammiferi; i check point. 4. La regolazione dell espressione espressione genica durante lo sviluppo..la specificazione del tipo cellulare negli animali. I geni omeotici e la specificazione dell asse antero-posteriore durante l embriogenesi. l Lo sviluppo degli organi floreali nelle piante. 5. La comunicazione intercellulare: gli ormoni ed i recettori. I recettori di superficie. Recettori accoppiati a proteine G e loro l effettori. Recettori tirosina chinasi e proteine Ras. MAP chinasi. I secondi messaggeri. Dalla a membrana plasmatica al nucleo. I sistemi sensoriali. 6. La morte cellulare programmata (apoptosi( apoptosi) ) e la sua regolazione

25 7. Il cancro Le cellule tumorali e l insorgenza del cancro. I proto-oncogeni e i soppressori tumorali. Le mutazioni oncogeniche che influenzano la moltiplicazione cellulare. Le mutazioni che causano la perdita del controllo del ciclo cellulare. Le mutazioni che influenzano la stabilità del genoma. Testi consigliati. Lodish et al. Biologia molecolare della cellula, seconda edizione italiana, Ed. Zanichelli. Alberts et al. Biologia molecolare della cellula quarta edizione, ed. Zanichelli

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