CELLULA EUCARIOTA STRUTTURA E ORGANIZZAZIONE

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1 CELLULA EUCARIOTA STRUTTURA E ORGANIZZAZIONE

2 Organismi eucarioti protisti piante animali funghi

3 PROTISTI Organismi unicellulari N.B. Si definiscono protisti pluricellulari quelli organismi vegetali che non presentano l organizzazione dei tessuti tipica delle piante (alghe brune, rosse e verdi). amebe flagellati eliozoi ciliati

4 Cellula animale I mitocondri sono le centrali elettriche della cellula. Mitocondrio Citoscheletro Un citoscheletro composto da microtubuli, filamenti intermedi e microfilamenti sostiene la cellula e ed è coinvolto nel movimento della cellula e dei suoi organelli Nucleolo Nucleo Nucleolo Il nucleo è il luogo dove si trova la maggior parte del DNA cellulare che, con le proteine associate, costituisce la cromatina. Cellula eucariota eu káryon = nucleo ben fatto Ribosomi liberi Perossisomi Apparato di Golgi Centrioli Ribosomi (legati all ER rugoso) Membrana citoplasmatica Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico rugoso Ribosomi I centrioli sono coinvolti nella divisione nucleare esterno della cellula interno della cellula La membrana citoplasmatica separa la cellula dall ambiente e regola il traffico di materiali dentro e fuori di essa. Il reticolo endoplasmatico rugoso è il sito della maggior parte della sintesi proteica.

5 Membrana cellulare anche detta membrana (cito)plasmatica o plasmalemma Involucro dello spessore di circa7-8 nm che delimita la cellula Racchiude il contenuto della cellula, separando l ambiente interno da quello esterno; Regola selettivamente il passaggio delle sostanze in entrata ed in uscita grazie alla sua funzione di filtro capace di mantenere concentrazioni di ioni diverse fra interno ed esterno e di lasciar entrare le sostanze nutritive facendo uscire quelle di rifiuto. Ciò consente alla cellula di mantenersi nelle condizioni ottimali in cui possono svolgersi le normali attività metaboliche. Partecipa alla comunicazione tra cellule Determina le proprietà antigeniche

6 STRUTTURA Modello a Mosaico Fluido Ambiente extracellulare I carboidrati possono essere legati alla superficie esterna delle proteine (formando glicoproteine) o dei lipidi (formando glicolipidi) Nelle cellule animali, alcune proteine di membrana sono associate a filamenti della matrice extracellulare. Doppio strato fosfolipidico Alcune proteine permettono alle cellule di aderire l una all altra. Ambiente intracellulare Le proteine periferiche di membrana non sono inserite nel doppio strato Fosfolipidico. Le molecole di colesterolo disperse nel bilayer, fra le code idrofobe dei fosfolipidi, condizionano la fluidità degli acidi grassi della membrana. Alcune proteine di membrana interagiscono con il citoscheletro della cellula. Alcune proteine integrali attraversano completamente il doppio strato fosfolipidico; altre vi sono inserite solo parzialmente. Il modello a mosaico fluido. La struttura generale delle membrane biologiche consiste in un doppio strato fosfolipidico (bilayer), nel quale sono inserite molecole proteiche (i nastri di colore viola rappresentano elementi strutturali della matrice intra- ed extracellulare).

7 Ambiente acquoso Le code non polari e idrofobe degli acidi grassi Interagiscono reciprocamente. Le teste idrofile e dotate di carica (o polari) interagiscono con le molecole d acqua, anch esse polari. Ambiente acquoso

8 LIPIDI Fosfolipidi si dispongono in doppio strato a causa della polarità della molecola testa idrofilica coda idrofobica La code idrofobiche rendono la membrana fluida (stessa consistenza dell olio) I fosfolipidi possono spostarsi orizzontalmente Glicolipidi Detreminano le proprietà antigeniche Colesterolo Conferisce alla membrana stabilità, resistenza e minore fluidità teste idrofile polari catene degli acidi grassi

9 PROTEINE Proteine periferiche (estrinseche) sono sulla superficie o inserite solo in uno dei due strati Proteine integrali (intrinseche) sono completamente immerse nel doppio strato Regolano il movimento delle molecole idrosolubili attraverso la membrana Sono libere di scorrere orizzontalmente nel doppio strato

10 CARBOIDRATI Si trovano legati sia alle proteine che ai lipidi glucidi glicoproteina Glicoproteine Glicolipidi glicoproteina Si trovano soprattutto nello strato esterno in quanto regolano la comunicazione tra cellule e l attività antigenica

11 Citoplasma tutto il contenuto della cellula ad esclusione del nucleo citosol membrane interne organelli

12 Citosol Il citosol è una sostanza viscosa e fluida nella quale si svolge gran parte del metabolismo cellulare. Costituisce il 50% del volume di una cellula. Composizione acqua (75-85% del peso totale della cellula) sostanze inorganiche (potassio, sodio, calcio, magnesio) sostanze organiche tra cui proteine enzimatiche che catalizzano varie reazioni biochimiche (es. glicolisi, sintesi degli zuccheri, delle proteine, dei grassi, dei nucleotidi) In esso si accumulano le sostanze di deposito ad es. il glicogeno (forma di immagazzinamento dei carboidrati) e i trigliceridi (forma di accumulo dei lipidi).

13 Membrane interne Un insieme di membrane interne ripiegate in modi complicati così da formare tubuli, sacchi, canali e cavità appiattite accatastate l una sull altra. Lo spazio compreso tra le membrane ripiegate può essere usato per immagazzinare o trasferire molecole da un punto all altro della cellula Non sono strutture statiche, ma dinamiche in quanto variano in ogni istante a seconda dell attività metabolica della cellula Reticolo endoplasmatico Apparato di Golgi

14 Reticolo Endoplasmatico Struttura dinamica, la cui quantità aumenta o diminuisce a seconda dell attività cellulare LISCIO Rete tridimensionale di tubuli attraverso i quali le sostanze possono passare Fegato Testicoli Cellule muscolari RUGOSO (ruvido o granulare) Rete di sacculi appiattiti detti cisterne + ribosomi Cellule ghiandolari del pancreas Sintesi dei LIPIDI di membrana e trasporto di sostanze dal RER all Apparato di Golgi Sintesi e trasporto fuori della cellula delle PROTEINE + glicosilazione glicoproteine

15 Il reticolo endoplasmatico rugoso è costellato di ribosomi che sono i siti della sintesi proteica. Essi sono responsabili del suo aspetto rugoso. nucleo Nel reticolo endoplasmatico liscio avvengono la sintesi dei lipidi e alcune modificazioni chimiche delle proteine. ribosomi lume Interno della cellula lume

16 Ribosomi Organelli la cui funzione è quella di presiedere alla sintesi delle proteine Sono costituiti da due subunità di dimensioni diseguali formate da rrna e proteine Si trovano Associati al reticolo endoplasmatico (RER) Sintesi di proteine da secernere all esterno (enzimi, ormoni) e di proteine di membrana Liberi nel citoplasma Sintesi di proteine che restano nella cellula

17 Apparato di Golgi L apparato di Golgi. L apparato di Golgi modifica le proteine provenienti dall ER e le indirizza alla localizzazione all interno o all esterno della cellula. L apparato di Golgi elabora e impacchetta le proteine. nucleo 1 Le vescicole contenenti proteine provenienti dal reticolo endoplasmatico trasferiscono le sostanze alla regione cis dell apparato di Golgi. reticolo endoplasmatico rugoso interno della cellula 2 L apparato di Golgi modifica chimicamente le proteine nel suo lume regione cis 3 e le indirizza alle corrette destinazioni regione mediale regione trans Reticolo Endoplasmatico liscio Proteine per uso interno alla cellula Membrana citoplasmatica Proteine per uso esterno alla cellula esterno della cellula

18 formato da tubuli appiattiti al centro e rigonfi all estremità (cisterne), impilati l uno sull altro e terminanti a fondo cieco situati vicino al nucleo interagisce con il reticolo endoplasmatico nella sintesi e nella secrezione di vari prodotti cellulari all interno dei tubuli vengono modificate e accumulate varie molecole (ormoni, proteine, lipidi) dalle estremità delle sacche si staccano delle vescicole che migrano o verso una destinazione interna alla cellula o verso la membrana plasmatica con la quale si fondono per riversare il loro contenuto all esterno della cellula.

19 Riassumendo il percorso di una proteina all interno della cellula viene sintetizzata a livello dei ribosomi collegati al RER e passa all interno del lume del reticolo dove le vengono legate le catene di carboidrati (glicosilazione) passa al REL dove può subire modificazioni chimiche e mediante vescicole che si generano dal reticolo stesso viene trasferita all apparato di Golgi le vescicole si fondono con le cisterne del Golgi e la proteina che si trova nel lume di questo apparato subisce ulteriori modificazioni della struttura e dei componenti glucidici fino ad arrivare alla struttura definitiva Tramite vescicole viene allontanata in modo selettivo e raggiunge la corretta destinazione dove poter svolgere la propria funzione o diventando parte della membrana cellulare o degli organelli o venendo secreta negli spazi extracellulari.

20 nucleo Vescicole che derivano dall apparato di Golgi e contengono enzimi idrolitici (idrolasi acide),capaci di demolire proteine, glucidi, lipidi e ac. nucleici riducendole ai loro monomeri. La cellula usa i lisosomi per demolire le molecole degli alimenti e delle sostanze estranee assunte dalla cellula o per riciclare parti usurate di organuli o per digerire un intera cellula. mitocondrio batterio lisosomi apparato del Golgi lisosoma primario Lisosomi fagocisti lisosomi secondari vescicola di endocitosi lisosoma secondario generico endocitosi vacuolo derivante dalla fusione di più vescicole vacuolo digestivo Organelli simili ai lisosomi sono i perossisomi che contengono catalasi cioè enzimi specializzati nelle reazioni ossidative importanti per neutralizzare la tossicità di molte molecole come ad es. gli alcoli che beviamo (fegato).

21 Spazio intermembrana Matrice Creste Membrana interna La membrana interna è la barriera principale tra il citosol e gli enzimi mitocondriali. Membrana esterna Le creste contengono molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre molecole. La matrice contiene ribosomi, DNA e diversi enzimi che partecipano alla respirazione cellulare. Un mitocondrio converte in ATP l energia proveniente dalle sostanze combustibili La microfotografia elettronica è una sezione bidimensionale di un organello tridimensionale. Come è evidente nel disegno, le creste sono estensioni della membrana mitocondriale interna. Mitocondri Organuli tondeggianti ed ovoidali delimitati da una doppia membrana selettivamente permeabile; quella interna è ripiegata su se stessa in modo da formare dei setti (creste) aumentando di molto la superficie. Hanno la capacità di autoreplicarsi (contengono DNA e ribosomi). Sede della RESPIRAZIONE CELLULARE, mediante la quale le sostanze nutritive contenute negli alimenti vengono completamente demolite ad CO 2 e H 2 O con liberazione di energia (centrali energetiche della cellula). L energia ricavata viene immagazzinata sotto forma di ATP ed è resa disponibile per numerose funzioni cellulari (movimento, trasporto di sostanze, etc ) Sono numerosi nelle cellule con elevato metabolismo come le c. muscolari e renali. Il loro compito è quello di ultimare la demolizione delle molecole ingerite.

22 Un importante caratteristica del mitocondrio è che rappresenta l unico organulo della c. animale, oltre al nucleo, che contiene materiale genetico (anche se in quantità inferiore al nucleo) la cui trascrizione dà luogo alla sintesi di proteine che sono esclusive del mitocondrio e non vengono mai rilasciate nel citosol. La straordinaria somiglianza strutturale e fisiologica del mitocondrio con alcuni tipi di batteri ha fatto supporre che questi organelli fossero batteri che abbiano stabilito rapporti di endosimbiosi con primitivi organismi unicellulari e che siano stati inglobati e mantenuti all interno della cellula perché favorivano la sopravvivenza di entrambi gli organismi: cellula e batterio.

23 Nucleo Contiene il materiale genetico, dunque è il sito della duplicazione del DNA e della sintesi dell RNA. É il centro di controllo che programma e coordina le varie attività della cellula, facendo si ad esempio che una proteina codificata da un tratto di DNA, venga prodotta esclusivamente nei tempi e nelle quantità richieste dalla fisiologia della cellula. Di regola ne è presente uno per cellula, ma esistono eccezioni: i globuli rossi ne sono privi, le c. ossee ne posseggono molti. reticolo endoplasmatico granulare ribosomi spazio perinucleare nucleoplasma cromatina membrana nucleare interna membrana nucleare esterna nucleolo poro nucleare cromatina lamina nucleare rete di filamenti proteici che mantiene la forma del nucleo

24 Involucro nucleare Formata da due membrane (1 interna ed 1 esterna) a doppio strato lipidico, separate da uno spazio perinucleare e perforate da sottili pori che regolano selettivamente il passaggio di grosse molecole (proteine, RNA e ribosomi) tra il nucleo ed il citoplasma. Ioni e piccole molecole con PM inferiore a Da diffondono liberamente attraverso i pori. La m. esterna è in continuità con le m. del RER e come queste è cosparsa di ribosomi. Citoplasma nucleare Materia liquida interna al nucleo contenente acqua, enzimi, ioni, prodotti intermedi la sintesi di DNA e RNA. Cromatina Sostanza granulosa composta da lunghe molecole di DNA associate a proteine; durante la divisione cellulare la cromatina si addensa e forma strutture compatte bastoncellari dette cromosomi. Nucleolo Corpuscolo tondeggiante, non delimitato da membrana, preposto alla sintesi di RNA ribosomiale. In esso avviene l assemblaggio dei ribosomi a partire da RNA e proteine specifiche. Scompare durante la divisione cellulare quando c è un rallentamento della sintesi dei ribosomi. Può essere presente in più copie in un singolo nucleo.

25 Citoscheletro Matrice di proteine fibrose che si estende dal nucleo fino alla superficie interna della membrana citoplasmatica. Membrana Cellulare Reticolo Endoplasmatico Ribosoma Filamenti intermedi Mitocondrio Microfilamenti Microtubuli

26 componenti Costituiscono l orletto a spazzola nelle c. dove è necessaria una grande superficie di scambio come nell intestino Funzione strutturale: abbondano nelle cellule che necessitano di una buona resistenza meccanica alla tensione. Lo scorrimento dei microtubuli l uno sull altro consente il movimento di ciglia e flagelli, sottili appendici filiformi in grado di muoversi presenti sulla superficie di alcune cellule; le prime più numerose, corte e sottili si muovono come il braccio di un nuotatore, i secondi meno numerosi, più lunghi e grossi si muovono con un movimento ondulatorio che ricorda quello di un serpente.

27 FUNZIONI DEL CITOSCHELETRO Contribuisce a definire la forma della cellula Controlla il movimento degli organelli cellulari Partecipa al metabolismo dirigendo il traffico vescicolare Determina il movimento cellulare Svolge un ruolo chiave nella divisione della cellula Non è una struttura rigida e permanente (le fibre che lo costituiscono vengono continuamente assemblate e smontate)

28 CELLULA VEGETALE Possiede strutture esclusive rispetto alle cellule animali Parete cellulare Plastidi Vacuoli (cloroplasti, cromoplasti e amiloplasti)

29 Parete cellulare La parete cellulare sostiene la cellula vegetale. Sui ribosomi vengono Sintetizzate le proteine. Ribosomi liberi Nucleolo Nucleo I perossisomi decompongono i perossidi tossici Vacuolo Perossisomi Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico rugoso struttura Proteine e altre molecole vengono modificate chimicamente nel reticolo endoplasmatico liscio. Membrana citoplasmatica Cloroplasti Plasmodesmi Apparato di Golgi Mitocondrio I cloroplasti raccolgono l energia solare per produrre zuccheri L apparato di Golgi elabora e impacchetta le proteine.

30 PARETE CELLULARE Appoggiata alla faccia esterna della membrana plasmatica, sottile e flessibile nelle c. giovani, grossa e rigida in quelle adulte. componenti Cellulosa Emicellulosa Pectine Lignina Cutina Suberina funzioni Sostegno meccanico Resistenza meccanica Impermeabilizzazione Isolamento e barriera vs i patogeni

31 VACUOLO Occupa gran parte del volume cellulare. Regolando il suo contenuto d acqua determina l aspetto più o meno gonfio della cellula. Il rigonfiamento del vacuolo è contrastato dalla rigidità della parete che fornisce alla c. il turgore che aiuta a sostenere la pianta. Regola il contenuto idrico della cellula difendendola dal congelamento durante l inverno: assorbe acqua dal citoplasma e lo rende più concentrato impedendo il congelamento della soluzione. Immagazzina sostanze di riserva, pigmenti (blu e rosa) che attirano gli impollinatori (riproduzione), enzimi idrolitici (per la germinazione del seme). Deposito di sostanze nocive o repellenti che agiscono come deterrenti per gli animali che volessero nutrirsi delle piante che li contengono (forma di difesa della pianta).

32 PLASTIDI CLOROPLASTI Organelli delimitati da doppia membrana, contengono il pigmento verde CLOROFILLA sono responsabili della fase luminosa della fotosintesi Membrana interna I cloroplasti nutrono il mondo Questa microfotografia elettronica mostra un cloroplasto di una foglia di mais. I cloroplasti sono grandi in confronto ai mitocondri e contengono una rete estesa di membrane tilacoidali fotosintetiche. L ATP viene usato per convertire CO 2 In glucosio nello stroma, la regione All esterno delle membrane tilacoidi. Membrana esterna Tilacoide Stroma Granum (pila di tilacoidi) Le membrane tilacoidi sono i siti dove l energia luminosa viene raccolta dal pigmento verde clorofilla e convertiti in ATP. Nella fotosintesi l energia luminosa viene convertita in energia chimica di legame. Le molecole prodotte durante questo processo costituiscono il nutrimento per gli organismi fotosintetici e per gli organismi che di questi si nutrono. Dunque la fotosintesi, direttamente o indirettamente rappresenta la fonte di energia per la maggior parte degli organismi viventi.

33 La clorofilla è associata alle membrane dei tilacoidi, sacculi appiattiti che se impilati insieme vanno a formare i grana. Tali pigmenti captano l en. luminosa che viene utilizzata per produrre glucosio a partire da CO 2 e H 2 O. Tilacoidi e grana sono immersi in una matrice detta stroma che contiene DNA e ribosomi per la sintesi di alcune proteine necessarie alle attività del cloroplasto.

34 CROMOPLASTI Contengono pigmenti rossi arancioni o gialli (fiori e frutti) AMILOPLASTI Depositi di stoccaggio di amido (tuberi, semi e radici)