STRUTTURA DELLA CELLULA
IL NUCLEO Il nucleo, presente unicamente nelle cellule eucariote è circondato dall involucro nucleare costituito, da due membrane separate e provvisto di pori. Esso contiene i cromosomi, filamenti di DNA che si evidenziano durante la divisione cellulare. Nel DNA dei cromosomi è racchiusa l informazione genetica per la trasmissione dei caratteri ereditari. Il DNA può copiare se stesso, cioè può auto-duplicarsi. Da una molecola di DNA se ne ottengono due perfettamente uguali alla prima. La duplicazione del DNA è il fenomeno che precede e consente duplicazione o divisione cellulare. la 2
Nucleo (in alto nella figura) contenente i cromosomi. Il DNA (biomolecola con struttura a doppia elica) è contenuto nei cromosomi. 3
La sintesi proteica è una delle funzioni primarie della cellula L informazione genetica necessaria per sintetizzare le proteine è contenuta nel nucleo. Tale informazione viene trasmessa da una generazione alla successiva dai geni, che si possono considerare le «unità ereditarie» della cellula. Essi sono costituiti da DNA e si trovano nei cromosomi. 4
MEMBRANA CELLULARE Anche detta membrana plasmatica, è un sottile rivestimento che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la separa dall'ambiente esterno e ne regola gli scambi con questo. Formata in prevalenza da lipidi, e più precisamente fosfolipidi. I fosfolipidi, costituiti da due code di acidi grassi (apolari o idrofobici) e da una testa polare (idrofila), si dispongono secondo uno schema coda-coda, minimizzando il contatto con le molecole polari come l ACQUA. Le teste polari sono rivolte verso l ambiente acquoso extracellulare ed intracellulare (la membrana cellulare è formata da un doppio strato di molecole di fosfolipidi). Nella componente lipidica si vanno a collocare, con importanti funzioni fisiologiche, proteine e una piccola percentuale di glucidi, in forma di glicoproteine e glicolipidi, e di molecole di colesterolo (steroide animale) che la stabilizzano. La membrana plasmatica presiede all OMEOSTASI cellulare, grazie alla sua5 permeabilità selettiva..
MEMBRANA CELLULARE
I MITOCONDRI I Mitocondri servono alla cellula per produrre energia dalla demolizione (ossidazione) delle sostanze nutritive (zuccheri e grassi). L energia prodotta è conservata nei legami chimici di una molecola particolare: l ATP. In questi processi i mitocondri consumano ossigeno e producono anidride carbonica che sono i gas della respirazione: si parla perciò della respirazione cellulare. La membrana interna è ripiegata a formare le creste mitocondriali. Nella matrice è presente il DNA mitocondriale (indipendente dal DNA del nucleo).
L apparato di Golgi modifica e confeziona le proteine Transitando nell apparato di Golgi, proteine e lipidi subiscono degli interventi e trasformazioni sostanziali. Le sostanze vengono quindi impacchettate in vescicole di trasporto e dirette verso la membrana plasmatica, dove avrà luogo la secrezione (o esocitosi). 8 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012
L APPARATO DI GOLGI È costituito da una serie di cisterne appiattite formate da membrana, sacchi discoidali impilati un sistema di queste cisterne è chiamata pila del Golgi e nei vegetali è denominata Dittiosoma. è diviso in cis-golgi e trans-golgi il cis-golgi riceve le vescicole che arrivano dal RE il trans-golgi forma le vescicole secretorie o di trasporto
Il reticolo endoplasmatico sintetizza e trasporta proteine e lipidi Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) è contraddistinto dalla presenza di ribosomi sulla membrana e sintetizza le proteine. Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) non presenta ribosomi alla superficie e sintetizza lipidi di vario tipo. Proteine e lipidi vengono inglobati all interno di vescicole di trasporto e diretti all apparato di Golgi. 10 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012
Le vescicole e i vacuoli svolgono diverse funzioni I lisosomi contengono enzimi che digeriscono le macromolecole e i rifiuti cellulari. I perossisomi sacchetti rivestiti da membrana contengono enzimi coinvolti nella detossificazione da molecole tossiche come l acqua ossigenata (H2O2) o l alcool (metanolo o etanolo). Un esempio di enzima perossisomiale è la catalasi che scinde l acqua ossigenata in acqua e ossigeno. Nei vacuoli delle piante vengono accumulate sostanze di riserva (acqua, zuccheri, sali); essi hanno inoltre funzione di sostegno mantenendo il turgore. Cellula vegetale Cellula animale
lisosomi sacchetti circondati da una singola membrana, coinvolti nella digestione intracellulare di corpi estranei ingeriti tramite fagocitosi oppure di parti invecchiate della cellula o di macromolecole, mediante enzimi idrolitici (cioè digestivi) in essi contenuti. Il ph dei lisosomi è acido (circa ph 5). Si distinguono i lisosomi primari (che si formano dall apparato di Golgi), che contengono i soli enzimi idrolitici, e i lisosomi secondari, che contengono il materiale da digerire. Se i lisosomi vengono danneggiati, gli enzimi fuoriescono e digeriscono la cellula, che quindi12 muore.
Gli organuli del sistema delle membrane interne lavorano in sinergia Il sistema delle membrane interne corrisponde quindi a una serie di organuli rivestiti da membrana, che comprendono il reticolo endoplasmatico, l apparato di Golgi, i lisosomi e le vescicole di trasporto. I vari componenti lavorano in sinergia fino al rilascio delle sostanze all esterno (secrezione per esocitosi). 13
Gli organuli del sistema delle membrane interne lavorano in sinergia
I RIBOSOMI Le «fabbriche» cellulari di proteine sono i ribosomi, piccoli organuli costituiti da due subunità I ribosomi, sono costituiti da rrna e proteine 15
I ribosomi sono la sede della sintesi proteica 16
La cellula gestisce la produzione e il consumo di energia I cloroplasti e i mitocondri sono le «centrali energetiche» cellulari. Tali organuli gestiscono la produzione di energia tramite i processi di fotosintesi e respirazione. 17 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Zanichelli editore, 2012
I cloroplasti catturano l energia solare e producono carboidrati Le piante e le alghe usano l energia del Sole per produrre carboidrati (glucosio) e ossigeno a partire dall anidride carbonica e dall acqua, attraverso il processo della fotosintesi. La formula chimica della fotosintesi è: 6CO2 + 6H2O anidride carbonica acqua C6H12O6 + 6O2 glucosio ossigeno 18
I cloroplasti catturano l energia solare e producono carboidrati I cloroplasti svolgono funzione fotosintetica. La doppia membrana dei cloroplasti racchiude un ampio spazio detto stroma, dove avviene la sintesi dei carboidrati. La clorofilla che cattura la luce solare è invece localizzata nella membrana dei tilacoidi. 19
I mitocondri demoliscono i carboidrati e producono ATP Gli organismi eucariotici producono energia (ATP) attraverso il processo della respirazione cellulare, che consente di liberare l energia immagazzinata nel glucosio usando ossigeno. La formula chimica della respirazione è: C6H12O6 + 6O2 glucosio ossigeno 6CO2 + 6H2O anidride carbonica acqua 20
I mitocondri demoliscono i carboidrati e producono ATP La respirazione cellulare ha sede nei mitocondri. Essi sono suddivisi in comparti: la membrana esterna, lo spazio intramembrana, la membrana interna, le creste e la matrice. Il glucosio viene demolito nella matrice, mentre nelle creste si produce l ATP. 21
Difetti dei mitocondri possono essere causa di malattie Patologie come la malattia di Parkinson e la malattia di Alzheimer possono essere correlate a mutazioni del DNA mitocondriale (mtdna). Mitocondri in una cellula muscolare
Il citoscheletro dà forma alla cellula e ne guida i movimenti Il citoscheletro, che significa «scheletro della cellula», ne mantiene la forma, contribuisce alla formazione delle giunzioni tra cellule e permette il movimento sia della cellula stessa sia dei suoi organuli. Il citoscheletro degli eucarioti è costituito da tre tipi di elementi: i filamenti di actina, i filamenti intermedi e i microtubuli.
I microtubuli Sono costituiti da una proteina globulare chiamata tubulina. I microtubuli agiscono come rotaie lungo le quali si spostano i vari organuli cellulari. Lo scorrimento è reso possibile dalla presenza di molecole motrici associate ai microtubuli.
I filamenti di actina Questi filamenti sono disposti in fasci o a reticella e svolgono un ruolo strutturale di fondamentale importanza. Si tratta di filamenti flessibili e relativamente resistenti, tanto da consentire alle cellule di spostarsi con movimento ameboide o strisciando.
Le ciglia e i flagelli contengono microtubuli Ciglia e flagelli sono estroflessioni a forma di frusta che si trovano in alcune cellule procariotiche ed eucariotiche. Negli animali svolgono ruoli cruciali lungo il tratto respiratorio e riproduttivo. Le ciglia (al singolare, ciglio) sono strutture brevi (2-10 μm). I flagelli sono appendici più lunghe (200 μm).
Ogni cellula comunica con le cellule adiacenti Le cellule vegetali sono connesse tra loro tramite sottili canali, i plasmodesmi. Essi consentono lo scambio di materiali tra cellule adiacenti e, di conseguenza, tra tutte le cellule della pianta.
Ogni cellula comunica con le cellule adiacenti Le cellule animali sono connesse tra loro tramite tre tipi di giunzioni: giunzioni di ancoraggio, o desmosomi; giunzioni occludenti, o serrate; giunzioni comunicanti, o giunzioni gap.
La cellula come industria