La cellula: l unità fondamentale degli organismi

Dimensioni cellulari

Tipica cellula animale

NUCLEO E la sede in cui avviene la duplicazione del DNA Vi si attua ilo controllo genetico sulle attività cellulari In una delle sue componenti, il nucleolo, prende avvio il montaggio dei ribosomi a partire da RNA e proteine specifiche

Compartimenti intracellulari Le cellule eucariotiche contengono molti organelli delimitati da membrane: reticolo endoplasmico (liscio e ruvido) l'apparato di Golgi i lisosomi vescicole di trasporto e vescicole di secrezione i mitocondri i perossisomi

Sistema delle membrane interne INVOLUCRO NUCLEARE Struttura: - e' dotato di pori - e' costituito da una membrana interna ed una membrana esterna - la membrana estera e' in comunicazione con il reticolo endoplasmatico Funzione: separa il nucleo dal citoplasma RETICOLO ENDOPLASMATICO E' un esteso sistema di membrane che divide l'interno delle cellule in compartimenti e canali. Si distinguono due regioni del reticolo endoplasmatico che differiscono per struttura e funzioni. RER reticolo endoplasmatico rugoso. Struttura: l'aspetto rugoso al microscopio elettronico e' dato dalla presenza di ribosomi sulla faccia citoplasmatica della membrana reticolare. Funzione: - le proteine destinate alla secrezione vengono sintetizzate dai ribosomi attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso. - nello spazio interno delle cisterne del RER si verifica l'attacco dei carboidrati alle proteina per formare le GLICOPROTEINE - e'deputato alla produzione della componente proteica delle membrane. RE reticolo endoplasmatico liscio. Struttura: cisterne delimitate da membrane non associate ai ribosomi. Funzione: prende parte ai processi metabolici di sintesi di lipidi ( sintesi di acidi grassi, fosfolipidi, steroidi e altri lipidi) interviene nel metabolismo dei carboidrati (rende disponibile il glucosio immagazzinato nella cellula per aumentare il tasso glicemico nel sangue) - detossifica da farmaci o veleni (a livello epatico nel RE avviene l'aggiunta di gruppi ossidrilici ai farmaci rendendoli maggiormente solubili e piu' facilmente eliminabili) - rilascio di ioni calcio nelle fibre muscolari per consentire la contrazione muscolare. Il RE e' abbondante nei testicoli e nelle ovaie (sintesi degli ormoni sessuali) e nelle cellule del fegato (detossificazione e metabolismo del glucosio).

APPARATO DI GOLGI Struttura: sacche membranose appiattite, impilate l'una sull'altra. Funzione: centro di produzione, immagazzinamento, smistamento e spedizione, in cui i prodotti del reticolo endoplasmico vengono modificati, immagazzinati, ed inviati ad altre destinazioni.. Il passaggio delle sostanze dal reticolo endoplasmico al Golgi avviene tramite le vescicole di trasporto. Nel Golgi avvengono reazioni di modificazione delle glicoproteine, sintesi di polisaccaridi che devono essere secreti dalla cellula (esempio acido ialuronico). LISOSOMI Struttura: sacca chiusa, limitata da una membrana, contenente enzimi idrolitici Funzione: gli enzimi lisosomiali servono alla cellula per la digestione di macromolecole (idrolizzano proteine, polisaccaridi, grassi, acidi nucleici). Il ph all'interno dei lisosomi e' intorno a 5. In alcune malattie ereditarie chiamate malattie da immagazzinamento (tesaurismosi) e' coinvolto il metabolismo dei lisosomi. Esempi: - malattia di Pompe: il fegato risulta danneggiato per accumulo di glicogeno a causa della mancanza dell'enzima lisosomiale necessario per l'idrolisi di questo polisaccaride. - malattia di Tay-Sachs: manca o e' inattivo un enzima del processo digestivo dei lipidi; di conseguenza il cervello risulta danneggiato a causa di un accumulo di lipidi nelle cellule. PEROSSISOMI Struttura: compartimento metabolico specializzato, delimitato da una singola membrana. Funzione: contiene gli enzimi necessari per il trasferimento di idrogeno da vari substrati all'ossigeno, con la formazione di perossido di idrogeno (H2O2) Esempi: gli enzimi dei perossisomi spezzano i grassi perche' possano essere trasportati nei mitocondri per essere usati come substrati per la respirazione cellulare. A livello epatico sono responsabili della detossificazione dell'alcol. VESCICOLE: sacche rivestite da membrana. Esempio: le vescicole di trasporto MITOCONDRI Struttura: sono racchiusi da due membrane, la membrana esterna e' distesa e liscia, mentre quella interna presenta numerose introflessioni definite creste. Contengono DNA e ribosomi. Funzione: sono i siti della respirazione cellulare, il processo catalitico che produce ATP utilizzando l'energia contenuta in zuccheri, lipidi con l'intervento dell'ossigeno.

RE e Golgi Le cellule fabbricano nuovi organelli delimitati da membrane ingrandendo quelli esistenti, che poi si dividono. Le proteine di quasi tutti gli organelli si producono nel citosol, per poi essere trasportate nell'organello dove devono funzionare. Segnali di smistamento presenti nella sequenza aminoacidica guidano le proteine all'organello giusto; le proteine atttive nel citosol mancano di questi segnali, per cui rimangono nella sede di sintesi. Il RE e' la fabbrica di membrana della cellula: produce la maggior parte dei lipidi e molte delle proteine cellulari. I ribosomi legati alla superficie dell're ruvido sintetizzano tali proteine. Nel lume dell're, le proteine assumono la loro conformazione tridimensionale, si associano ad altre proteine, stabiliscono ponti disolfuro e si corredano di catene oligosaccaridiche. L'uscita dall're si configura come uno stadio importante del controllo di qualità: le proteine che non riescono a ripiegarsi correttamente o a unirsi alle molecole con cui devono formare complessi vengono trattenute nell're e poi finiscono per essere demolite. Il trasporto dall' RE all'apparato di Golgi e dall'apparato di Golgi ad altre destinazioni e' mediato dalle vescicole di trasporto che gemmano continuamente da una membrana e si fondono con un'altra, processo chiamato trasporto vescicolare. L'apparato di Golgi riceve proteine di nuova fabbricazione provenienti dall're, ne modifica la parte oligosaccaridica, le smista e le spedisce dal reticolo di Golgi trans alla mebrana plasmatica, ai lisososmi o alle vescicole secretorie.

Correlazione struttura-funzione

Il nucleo

A model for chromatin packing in metaphase chromosomes

Cariotipo

Il citoscheletro

Le membrane cellulari

Funzioni delle membrane

La complessità

Fosfolipidi, proteine e colesterolo Le membrane sono essenzialmente formate da un doppio strato di molecole anfipatiche (fosfolipidi e colesterolo, con le teste polari idrofiliche che puntano verso l esterno e le code idrofobiche che puntano verso l interno) in continuo movimento (un mosaico fluido ), di circa 6 nm di spessore, in cui sono distribuite proteine specifiche per ogni cellula.

Aumento della superficie cellulare

Permeabilità delle membrane

TRASPORTO ATTRAVERSO LA MEMBRANA BIOLOGICA Diffusione semplice: movimento secondo gradiente per molecole piccole e apolari (anidride carbonica, acqua, ossigeno, etanolo) La diffusione semplice procede in maniera esoergonica nella direzione imposta dal gradiente di concentrazione, con una relazione lineare, non saturante, tra la velocita di diffusione ed il gradiente di concentrazione Diffusione facilitata (trasporto passivo) mediata da proteine trasportatrici (carrier o permeasi). Avviene secondo gradiente di concentrazione o elettrochimico. Esempi: trasporto del glucosio, la proteina scambiatrice di anioni nell eritrocita. Diffusione facilitata mediata da proteine canale - Canali ionici (a controllo di potenziale, di ligando o meccanico) - Porine - Acquaporine Trasporto attivo: e un processo endoergonico, unidirezionale che richiede energia. - Trasporto attivo diretto (pompe ATPasi) - Trasporto attivo indiretto (esempio trasportatore per simporto sodio/glucosio)

Proteine di membrana PROTEINE INTRINSECHE PROTEINA ESTRINSECA

Gruppi sanguigni

I GRUPPI SANGUIGNI (2)

Reazione immune

I GRUPPI SANGUIGNI (3) ricevente universale donatore universale

Sistema Rh L Antigene fu scoperto nello scimpanzé (Macacus rhesus) Rh- possono essere trasfusi soltanto con sangue omologo (Rh-) Rh+ possono essere ricevere sangue sia da soggetti Rh+ che da Rh-)

Anemia emolitica del neonato (eritroblastosi fetale) La malattia emolitica del neonato è causata dall'incompatibilità tra il sangue fetale e quello materno, nel quale sono presenti anticorpi diretti contro i globuli rossi del feto. La comparsa di questi anticorpi è diretta contro antigeni particolari, il più comune dei quali è il fattore Rh (o antigene D), presente in tutti i soggetti con gruppo sanguigno Rh positivo. Per questo motivo, all'inizio della gravidanza tutte le donne vengono avviate ad esami specifici per stabilire il gruppo sanguigno ed evidenziare la presenza di anticorpi liberi contro le emazie; tra questi rientra il test di Coombs indiretto, che valuta la presenza di anticorpi liberi contro i globuli rossi. Quando la madre è Rh negativa, è necessario conoscere il gruppo sanguigno del padre, poiché il fattore Rh è un carattere dominante. Se il padre è Rh positivo, molto probabilmente anche il feto presenterà l'antigene D sui propri eritrociti; di conseguenza potrebbe crearsi un'incompatibilità Rh tra madre e feto. Non c'è invece alcun problema quando entrambi i partner sono Rh negativi, oppure se la madre è Rh positiva e il padre Rh negativo. Quando la madre è Rh negativa, il Test di Coombs indiretto viene ripetuto ogni mese, mentre se la madre è Rh positiva viene ripetuto nel terzo trimestre di gravidanza.

Test di Coombs All'inizio della gravidanza tutte le donne vengono avviate ad esami specifici per stabilire il gruppo sanguigno ed evidenziare la presenza di anticorpi liberi contro le emazie; tra questi rientra il test di Coombs indiretto, che valuta la presenza di anticorpi liberi contro i globuli rossi. Quando la madre è Rh negativa, è necessario conoscere il gruppo sanguigno del padre, poiché il fattore Rh è un carattere dominante. Se il padre è Rh positivo, molto probabilmente anche il feto presenterà l'antigene D sui propri eritrociti; di conseguenza potrebbe crearsi un'incompatibilità Rh tra madre e feto. Non c'è invece alcun problema quando entrambi i partner sono Rh negativi, oppure se la madre è Rh positiva e il padre Rh negativo. Quando la madre è Rh negativa, il Test di Coombs indiretto viene ripetuto ogni mese, mentre se la madre è Rh positiva viene ripetuto nel terzo trimestre di gravidanza.

Profilassi per anemia emolitica del neonato La Profilassi anti-d si basa sull'iniezione di immunoglobuline anti-d (anti Rh), praticata per via intramuscolare sulla spalla. Nella madre Rh negativa, la somministrazione di immunoglobuline anti-d impedisce la formazione di anticorpi diretti contro i globuli rossi del feto Rh positivo. In questo modo, nelle gravidanze successive, viene eliminato, o perlomeno attenuato, il rischio di malattia emolitica da incompatibilità materno-fetale. In pratica, il siero iniettato va a neutralizzare i globuli rossi Rh positivi provenienti dal sangue fetale, ancor prima che il sistema immunitario materno li riconosca come estranei ed inizi il processo di alloimmunizzazione nei loro confronti.

Spectrina e sferocitosi La spectrina è una proteina estrinseca del globulo rosso, responsabile della sua resistenza meccanica e della sua morfologia. La mancanza di spectrina provoca una patologia emolitica chiamata sferocitosi. sferocito

OSMOSI