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Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 4 Un viaggio dentro la cellula.

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Presentazione sul tema: "Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 4 Un viaggio dentro la cellula."— Transcript della presentazione:

1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 4 Un viaggio dentro la cellula

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore Introduzione al mondo della cellula 4.1 I microscopi ci permettono di esplorare l’interno delle cellule Il microscopio ottico (LM, dall’inglese Light Microscope) permette di vedere forma e struttura di una cellula. Oculare Lenti dell’oculare Lenti dell’obiettivo Campione Lenti del condensatore Fonte di luce Figura 4.1A

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore I microscopi ottici ingrandiscono le cellule (vive e conservate) fino a 1000 volte le loro dimensioni reali. LM 1000  Quanto è grande in realtà l’organismo 0.5 cm

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il microscopio elettronico ha un potere di risoluzione molto più elevato (è in grado d’ingrandire un’immagine anche volte) e rivela i dettagli cellulari. SEM 2000  TEM 2800  Figura 4.1C – Immagine prodotta con il microscopio elettronico a scansione (SEM, Scanning Electron Microscope). Figura 4.1D – Immagine prodotta con il microscopio elettronico a trasmissione (TEM, Transmission Electron Microscope).

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore Tipi diversi di microscopi ottici usano tecniche diverse per aumentare il contrasto ed evidenziare in modo selettivo le varie componenti cellulari. 220  1000  Figura 4.1E – Immagine ottenuta con un microscopio ottico a contrasto di fase. Figura 4.1F – Immagine ottenuta con un microscopio confocale a fluorescenza.

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.2 Le dimensioni delle cellule variano a seconda delle loro funzioni Le cellule variano per dimensione e forma. Figura 4.2

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le dimensioni cellulari sono limitate dalla necessità di avere un’area superficiale abbastanza estesa da permettere scambi efficaci con l’ambiente esterno, come l’assunzione delle sostanze nutritive e l’eliminazione delle sostanze di rifiuto. Le dimensioni microscopiche della maggior parte delle cellule assicurano quest’area superficiale. Immagini perché?

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Una cellula piccola ha un rapporto superficie/volume maggiore di una cellula grande della stessa forma. 30  m 10  m 30  m 10  m Area superficiale di un grosso cubo  5,400  m 2 Area superficiale complessiva di piccoli cubi  16,200  m 2 Figura 4.2 calcola il rapporto superficie / volume

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.3 Le cellule procariotiche hanno una struttura più semplice delle cellule eucariotiche Esistono due tipi di cellule: procariotiche eucariotiche Cellula procariotica Nucleoide Nucleo Cellula eucariotica Organuli Colorizzata TEM  Figura 4.3A differenze?

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore baita di Segantini Qual è il nesso? il grattacielo più alto del mondo: il Taipei 101, nello stato di Taiwan

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le cellule procariotiche (presenti negli eubatteri e negli archebatteri) sono cellule piccole, relativamente semplici, che non hanno un nucleo circondato da una membrana. Il loro DNA è situato in una regione detta nucleoide. Figura 4.3B Flagelli batterici Ribosomi Capsula Parete cellulare Membrana cellulare Nucleoide (DNA) Pili

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.4 Le cellule eucariotiche sono suddivise in compartimenti che svolgono funzioni diverse Le cellule eucariotiche sono contraddistinte dalla presenza di un vero e proprio nucleo. Nelle cellule eucariotiche esiste un sistema di membrane interne che suddivide il citoplasma in zone diverse con funzioni differenti, facilitando l’insieme delle attività chimiche indicate come metabolismo cellulare.

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore Una cellula animale contiene una varietà di organuli circondati da membrane. Figura 4.4A Nucleo Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico ruvido Ribosomi Apparato di Golgi Membrana plasmatica Mitocondrio Flagello Assenti nella maggior parte delle cellule vegetali Lisosoma Centriolo Microtubulo Citoscheletro Filamento intermedio Microfilamento Perossisoma

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Una cellula vegetale ha alcune strutture che sono assenti in a una cellula animale, come i cloroplasti e una parete cellulare rigida. Figura 4.4B Vacuolo centrale Assenti nelle cellule animali Cloroplasto Parete cellulare Apparato di Golgi Nucleo Microtubulo Citoscheletro Filamento intermedio Microfilamento Ribosomi Reticolo endoplasmatico liscio Mitocondrio Perossisoma Reticolo endoplasmatico ruvido Membrana plasmatica

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore La membrana plasmatica e gli organuli circondati da membrane 4.5 La membrana plasmatica è costituita principalmente da fosfolipidi e proteine organizzati in un modello a mosaico fluido I fosfolipidi sono i principali componenti strutturali delle membrane. Queste molecole hanno una «testa» idrofilica e due «code» idrofobiche. Figura 4.5B CH 2 Gruppo fosfato CH 2 CH 3 CH 2 CH CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 N + O O O–O– P O CH 2 CH CH 2 C O C O O O Schema di un fosfolipide Code idrofobiche Testa idrofilica

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore I fosfolipidi formano una struttura stabile a due strati chiamata doppio strato fosfolipidico in cui le teste idrofiliche sono a contatto con l’acqua, mentre le code idrofobiche si orientano verso l’interno, allontanandosi dall’acqua. Figura 4.5C Acqua Teste idrofiliche Code idrofobiche

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore La membrana plasmatica viene descritta come un mosaico fluido. La sua struttura è, infatti, fluida, perchè la maggior parte delle molecole proteiche e dei fosfolipidi può muoversi lateralmente nella membrana. Figura 4.5A Fibre della matrice extracellulare Carboidrato (della glicoproteina) Glicoproteina Filamenti del citoscheletro Fosfolipide Colesterolo Proteine Membrana plasmatica Glicolipide Citoplasma

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.6 Molti organuli cellulari sono in comunicazione tramite un sistema di membrane interne Il sistema di membrane interne è un insieme di organuli circondati da membrane che lavorano insieme nel sintetizzare, immagazzinare e distribuire i prodotti cellulari (molecole importanti quali, per esempio, lipidi e proteine). A cosa potrebbero assomigliare? Fai un esempio

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore I vari organuli del sistema di membrane interne sono interconnessi strutturalmente e funzionalmente. Nucleo Reticolo endoplasmatico liscio Membrana nucleare Apparato di Golgi Lisososma Vacuolo Membrana plasmatica Reticolo endoplasmatico ruvido Vescicola di trasporto proveniente dal reticolo endoplasmatico Vescicola di trasporto proveniente dall’apparato di Golgi Figura 4.6

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.7 Il nucleo è il centro di controllo della cellula Il nucleo è solitamente l’organulo più grande ed è separato dal citoplasma tramite la membrana nucleare. Il nucleo è il centro di controllo genetico della cellula eucariotica perché contiene il DNA che dirige tutte le attività cellulari. Nucleo Cromatina Nucleolo Poro Ribosomi Reticolo endoplasmatico ruvido Membrana nucleare a doppio strato Figura 4.7

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.8 Il reticolo endoplasmatico ruvido dà origine a membrane e proteine Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) ha due funzioni principali: ampliare l’estensione del sistema di membrane; assemblare le proteine destinate a essere secrete dalla cellula.

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore I ribosomi sulla superficie del reticolo endoplasmatico ruvido producono proteine che sono secrete dalla cellula, inserite nelle membrane o trasportate in vescicole ad altri organuli. Vescicola di trasporto con all’interno una glicoproteina 4 Vescicola di trasporto che si stacca Catena glucidica 3 Reticolo endoplasmatico Glicoproteina 2 Polipeptide Ribosoma 1 Figura 4.8

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.9 Il reticolo endoplasmatico liscio svolge molteplici funzioni Il reticolo endoplasmatico liscio (REL): Figura 4.9 sintetizza i lipidi (acidi grassi, fosfolipidi, steroidi); demolisce le tossine e i farmaci nelle cellule del fegato; immagazzina e rilascia ioni calcio nelle cellule muscolari. Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico ruvido Involucro nucleare Ribosomi Reticolo endoplasmatico liscio TEM  Reticolo endoplasmatico ruvido

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.10 L’apparato di Golgi rielabora, seleziona e trasporta i prodotti cellulari L’apparato di Golgi è composto da sacchetti appiattiti impilati uno sull’altro che ricevono e modificano i prodotti del reticolo endoplasmatico e li trasportano ad altri organuli o sulla superficie della cellula (per essere espulsi). Figura 4.10 Apparato di Golgi TEM  Vescicola di trasporto prodotta dall’apparato di Golgi Lato «di uscita» dell’apparato di Golgi Apparato di Golgi Lato «d’ingresso» dell’apparato di Golgi Vescicola di trasporto proveniente dal reticolo Nuova vescicola in formazione

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Apparato di Golgi Membrana plasmatica Sostanze nutritive Vacuolo alimentare Lisosomi Digestione Introduzione delle particelle Vescicola di trasporto (contenente enzimi idrolitici inattivi) Reticolo ruvido Il lisosoma ingloba l’organulo danneggiato 4.11 I lisosomi demoliscono le sostanze alimentari e di rifiuto delle cellule Figura 4.11B I lisosomi svolgono diversi tipi di funzioni digestive. I lisosomi sono costituiti da enzimi digestivi (idrolitici) chiusi in un sacchetto circondato da membrane.

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nei globuli bianchi i lisosomi distruggono i batteri nocivi che sono stati ingeriti. Figura 4.11A Lisosoma Nucleo TEM 8500 

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore I lisosomi sono anche il centro di riciclaggio degli organuli danneggiati. TEM  Due organuli danneggiati all’interno del lisosoma Frammento di mitocondrio Frammento di perossisoma Figura 4.10C

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore Alcuni protisti hanno vacuoli contrattili che pompano all’esterno l’acqua in eccesso. LM 650  Nucleo Vacuoli contrattili Figura 4.12B

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.13 I cloroplasti trasformano l’energia solare in energia chimica I cloroplasti, che si trovano nelle piante e in alcuni protisti, convertono l’energia solare in energia chimica, immagazzinandola negli zuccheri. TEM 9750  Cloroplasto Stroma Spazio tra le membrane Membrana interna ed esterna Grano Figura 4.13 I cloroplasti e i mitocondri, convertitori di energia

30 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.14 I mitocondri convertono l’energia chimica presente negli alimenti in energia utilizzabile dalla cellula Figura 4.14 Mitocondrio Membrana esterna Spazio intermembrana Matrice Membrana interna Creste TEM  Nei mitocondri avviene la respirazione cellulare che converte l’energia chimica degli alimenti in energia chimica di una molecola di ATP (adenosina trifosfato), la principale fonte di energia per il lavoro cellulare.

31 Copyright © 2006 Zanichelli editore I microfilamenti di actina permettono alle cellule di cambiare forma e di muoversi. I filamenti intermedi rinforzano la cellula e tengono bloccati alcuni organuli. I microtubuli conferiscono rigidità alla cellula e svolgono funzione di ancoraggio per gli organuli e di guida per i loro movimenti.

32 Copyright © 2006 Zanichelli editore 4.16 Le ciglia e i flagelli si muovono flettendo i microtubuli Le ciglia e i flagelli sono appendici locomotorie di alcune cellule eucariotiche. LM 600  Colorizzata SEM 4100  Figura 4.16AFigura 4.16B

33 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le cellule vegetali sono sostenute da pareti cellulari rigide fatte per la maggior parte di cellulosa. Tra due cellule vegetali adiacenti si trovano numerosi canali (plasmodesmi), ovvero giunzioni cellulari che formano un sistema di comunicazione all’interno dei tessuti vegetali. Pareti di due cellule vegetali adiacenti Figura 4.17A Membrana plasmatica Citoplasma Plasmodesmi Vacuolo Strati di una parete di cellula vegetale

34 Copyright © 2006 Zanichelli editore Superfici e giunzioni cellulari 4.17 Le pareti supportano le cellule e le giunzioni ne consentono l’attività coordinata nei tessuti Gli eucarioti sono per la maggior parte organismi pluricellulari, in cui le cellule si devono coordinare per costituire un unico organismo. Le cellule interagiscono tra di loro e con il loro ambiente attraverso la loro superficie.

35 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le giunzioni occludenti uniscono le cellule tra loro formando un sottile strato a tenuta stagna. I desmosomi (o giunzioni di ancoraggio) tengono unite le cellule tra loro o alla matrice extracellulare. Le giunzioni comunicanti sono canali che permettono alle sostanze di fluire da cellula a cellula. Desmosoma Giunzione occludente Giunzione comunicante Matrice extracellulare Spazio fra le membrane cellulari Membrane cellulari di cellule adiacenti Figura 4.17B

36 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le categorie funzionali degli organuli cellulari 4.18 Gli organuli eucarioti sono suddivisi in quattro categorie funzionali Gli organuli eucariotici ricadono in quattro categorie funzionali: assemblaggio; demolizione; trasformazioni energetiche; sostegno, movimento e comunicazione tra cellule.


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