Cellule staminali umane

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1 La cellula eucariota Cellule si originano da un progenitore o cellula staminale e si specializzano per una o più funzioni distinte. Questo processo è stato chiamato differenziazione cellulare. Variazioni strutturale (morfologiche) i sono accompagnate da modifiche biochimiche, come nelle cellule rosse del sangue, dove la differenziazione porta alla degenerazione del nucleo e alla produzione di emoglobina

2 Cellule staminali umane

3 Componenti cellulari Membrana cellulare o plasmatica citoplasma Organelli cellulari citoscheletro Nucleo

4 La membrana cellulare E un doppio strato di fosfolipidi che avvolge the la matrice citoplasmatica che contiene gli organelli È spessa tra 7.5 e 10 nm Contiene proteine, colesterolo, oligosaccaride Funziona come una barriera selettiva che fa entrare e uscire deteminate sostanze

5 La membrana cellulare al TEM citoplasma extracellulare

6 La membrana plasmatica E un doppio strato di fosfolipidi Le porzioni idrofiliche di ogni molecola di fosfolipidi sono orientate verso il lato esterno o interno della cellula Le porzioni idrofobiche di ogni molecola di fosfolipide sono orientate nella parte interna della membrana plasmatica

7 Il doppio strato fosfolipidiche porzione idrofilica porzione idrofobica

8 Alla membrana sono associate delle proteine che si distinguono in intrinseche: se prendono intimo contatto con la regione idrofoba della membrana estrinseche : se prendono contatto solo con la porzioni idrofilica

9 Modello tridimensionale delle membrana plasmatica

10 Meccanismi di trasporto La membrana cellulare non è una membrana semipermeabile ideale, in quanto essa risulta impermeabile ad alcuni, ma non a tutti, i soluti presenti. La permeabilità o meno della membrana ai soluti non dipende esclusivamente dalle sue caratteristiche chimico fisiche strutturali, ma in gran parte da fenomeni intimamente legati al metabolismo cellulare.

11 Le cellule, in relazione al loro comportamento relativo alla pressione osmotica e alla pressione ambientale, si distinguono in: poichilosmotiche che presentano una pressione osmotica uguale o quasi a quella del loro ambiente Omiosmotiche sono in grado di mantenere una pressione osmotica compresa entro una vasta ampiezza di valori, molto diversi da quelli ambientali. Infine, si può affermare che, il passaggio delle varie sostanze attraverso la membrana plasmatica può avvenire per diffusione semplice, facilitata, o per trasporto attivo.

12 Citoplasma E un componente liquido non strutturato Il citosol è circa il 50% del volume cellulare Contiene tutte le sostenze necessarie al metabolismo cellulare Contiene numerosi enzimi

13 Organelli cellulari mitocondri ribosomi Reticolo endoplasmico Complesso del Golgi lisosomi perossisomi Vescicole secretorie citoscheletro

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15 mitocondri Centrale energetica della cellula Contiene un macchinario per la conversione dell energia dalla degradazione del glucosio in ATP ATP (adenosina trifosfato) è la molecola energetica cellulare I mitocondri sono composti per lo più da proteine, lipidi e acidi nucleici Sono generalmente sferici o avoidali

16 Modello 3D di mitocondrio

17 Schema di un mitocondrio 1 Membrana interna 2 Membrana esterna 3 Cresta 4 Matrice

18 La matrice mitocondriale ha consistenza gelatinosa a causa della concentrazione elevata di proteine idrosolubili(circa 500 mg/ml). Essa contiene, infatti, numerosi enzimi, ribosomi 70 S (più piccoli di quelli presenti nel resto della cellula) e molecole di DNA circolare a doppio filamento. Nella matrice sono presenti gli enzimi del Ciclo di Krebs che riducono il piruvato in AcetilCoA che viene poi avviato alla ossiduriduzione sulle creste mitocondriali

19 Il genoma mitocondriale possiede 37 geni codificanti per due RNA ribosomiali (rrna), 22 RNA di trasporto (trna) e 13 proteine che fanno parte dei complessi enzimatici deputati alla fosforilazione ossidativa. È da notare, comunque, che il numero di geni presenti sul DNA mitocondriale è variabile a seconda delle specie. In ogni mitocondrio si trovano da due a dieci copie del genoma. Il resto delle proteine presenti nel mitocondrio deriva da geni nucleari i cui prodotti vengono appositamente trasportati

20 Il mitocondrio è in grado di svolgere molteplici funzioni. La più importante tra esse consiste nell'estrarre energia dai substrati organici che gli arrivano per produrre adenosintrifosfato (ATP). Gli altri processi in cui il mitocondrio interviene sono: l'apoptosi e la morte neuronale da tossicità da glutammato, regolazione del ciclo cellulare, regolazione dello stato redox della cellula, sintesi dell'eme, sintesi del colesterolo, produzione di calore.

21 Le membrane del mitocondrio Le due membrane mitocondriali presentano differenti proprietà a causa della loro diversa composizione. La membrana esterna è composta per il 50% di lipidi e per il resto presenta svariati enzimi dalle molteplici attività tra cui: l'ossidazione dell'adrenalina, l'allungamento degli acidi grassi e la degradazione del triptofano. Essa, inoltre, contiene porine : canali proteici transmembrana, non selettivi. Ciò fa sì che la membrana esterna sia assai permeabile e permetta il passaggio di molecole di massa fino a 1000 Da

22 La membrana interna ha un maggior contenuto di proteine enzimatiche (citocromo, ferredossina, e forma delle estese estroflessioni. Questi proteine costituiscono gli enzimi della catena respiratoria, in grado di operare reazioni di ossido riduzione di un substrato organico di ridurlo in CO 2 e H 2 O con consumo di O 2. L energia ricavata dalla demolizione del piruvato è convertita in ATP nel processo che viene definito fosforilazione ossidativa

23 Un mitocondrio di cellula di cuore umano

24 Ribosomi Sono piccoli organelli composti da rrna e da circa 80 proteine rrna è sintetizzato nel nucleolo e le unità ribosomali sono assemblate qui Spono gli organelli coinvolti nella sintesi proteica Alcuni sono liberi nel citoplasma e altri sono associati sulla membrana del reticolo endoplasmico Sono organuli semiautonomi e si dividono indipendentemente dalla cellula

25 Ribosomi di fegato umano

26 Il ribosoma è una struttura costituita da due subunità (80 S) e presente in tutte le cellule nel citoplasma; partecipa alla costruzione dei polipeptidi tramite la sintesi prtoteica. Presenta nella subunità piccola (30 S) il sito di legame per l'mrnae nella subunità grande (50 S) i siti per i trna

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30 Endoplasmic Reticulum A three-dimensional maze of connecting and branching channels made by a continuous membrane There are two types: Rough ER has embedded ribosomes on the cytosolic side Smooth ER has no ribosomes Rough ER is prominent in cells that make a lot of proteins (enzymes, myosin, etc.)

31 Endoplasmic Reticulum Main function of rough ER is the segregation of proteins destined for export or for intracellular use Proteins are modified within the ER by the addition of a carbohydrate, removal of a signal sequence, etc. Phospholipid synthesis and assembly of multichain proteins also occurs here Smooth ER is necessary for steroid synthesis, metabolism and detoxification of substances in the liver, and phospholipid synthesis.

32 Rough ER in a Human Liver Cell

33 Golgi Complex Also called Golgi body or Golgi apparatus This is a curved membrane stack, resembling a stack of pancakes It packages proteins for export from the cell It also adds directions for the destination of the protein package Proteins only enter one side of the stack (cis face), and exit on the other side (trans face)

34 Golgi Complex Proteins made within the ER bud off in vesicles (membrane-bound sacs) and are transported to the Golgi These vesicles fuse with the Golgi membrane, and the contents are further modified (concentrated; packaged) Then they bud off in vesicles on the opposite side of the Golgi

35 The Golgi Complex