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1 LA CELLULA DEFINIZIONE DEFINIZIONE CENNI STORICI CENNI STORICI FORME E FUNZIONI FORME E FUNZIONI STRUTTURA STRUTTURA Membrane – Citoscheletro – Citoplasma.

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1 1 LA CELLULA DEFINIZIONE DEFINIZIONE CENNI STORICI CENNI STORICI FORME E FUNZIONI FORME E FUNZIONI STRUTTURA STRUTTURA Membrane – Citoscheletro – Citoplasma Organuli Organuli Nucleo – Ribosomi – Mitocondri Nucleo – Ribosomi – Mitocondri plastidi – Vacuolo – RE ed Apparato del Golgi plastidi – Vacuolo – RE ed Apparato del Golgi FUNZIONI DELLA CELLULA FUNZIONI DELLA CELLULA Metabolismo cellulare – Movimento, adattabilità e riproduzione cellulare - ciclo cellulare – mitosi – ciclo di krebs

2 2 LA CELLULA unità fondamentale della vita unità fondamentale della vita la più piccola struttura ad essere classificabile come “vivente” la più piccola struttura ad essere classificabile come “vivente” può esser definita come un'entità chiusa ed autosufficiente può esser definita come un'entità chiusa ed autosufficiente è un "sistema aperto" è un "sistema aperto"

3 3 La citologia, (dal greco kytos = "contenitore" e logos = "studio"), detta anche biologia cellulare è la scienza biologica che studia la cellula dal punto di vista morfologico (studio strutturale, ad esempio, del nucleo, dei ribosomi o dei vari organuli), e funzionale (studio dei processi fondamentali come il ciclo cellulare o la riproduzione). Gli approcci della citologia sono sia a livello microscopico che molecolare, sia in organismi unicellulari che in organismi più complessi come l'uomo. grecocellula morfologicociclo cellularemicroscopicomolecolareuomogrecocellula morfologicociclo cellularemicroscopicomolecolareuomo Eventi più significativi della storia della citologia Robert Hooke utilizza per la prima volta la parola “Cellula”. Lo studioso osservando del sughero, con un rudimentale microscopio, vide che era costituto da tantissime piccole celle, simili a quelle di un favo d’api. Essendo questo materiale vegetale fatto solo da cellule morte, quello che Hooke osservò erano solo le pareti cellulari che delimitavano cavità vuote. Dieci anni più tardi pubblica Micrographia, riconoscendo di aver visto nel sughero non le cellule, ormai morte, ma le loro pareti cellulari Robert Hooke utilizza per la prima volta la parola “Cellula”. Lo studioso osservando del sughero, con un rudimentale microscopio, vide che era costituto da tantissime piccole celle, simili a quelle di un favo d’api. Essendo questo materiale vegetale fatto solo da cellule morte, quello che Hooke osservò erano solo le pareti cellulari che delimitavano cavità vuote. Dieci anni più tardi pubblica Micrographia, riconoscendo di aver visto nel sughero non le cellule, ormai morte, ma le loro pareti cellulari. 1665Robert HookeMicrographiapareti cellulari 1665Robert HookeMicrographiapareti cellulari Antoni van Leeuwenhoek individua i protozoi, che chiama animalcules. Nel 1683 individua anche i batteri. Le sue scoperte, frammentarie e poco ascoltate per via delle pubblicazioni in lingua olandese e non inglese, furono possibili grazie alla sua perizia nel costruire sistemi di ingrandimento Antoni van Leeuwenhoek individua i protozoi, che chiama animalcules. Nel 1683 individua anche i batteri. Le sue scoperte, frammentarie e poco ascoltate per via delle pubblicazioni in lingua olandese e non inglese, furono possibili grazie alla sua perizia nel costruire sistemi di ingrandimento. 1674Antoni van Leeuwenhoekprotozoi 1683batteri 1674Antoni van Leeuwenhoekprotozoi 1683batteri

4 Robert Brown descrive il nucleo delle cellule di una pianta di orchidea Robert Brown descrive il nucleo delle cellule di una pianta di orchidea 1833Robert Brownnucleoorchidea 1833Robert Brownnucleoorchidea Matthias Schleiden e Theodor Schwann propongono la teoria cellulare, sostenendo che le unità di base dei viventi siano le cellule, contenenti un nucleo. È la nascita formale della citologia Matthias Schleiden e Theodor Schwann propongono la teoria cellulare, sostenendo che le unità di base dei viventi siano le cellule, contenenti un nucleo. È la nascita formale della citologia. 1838Matthias SchleidenTheodor Schwann 1838Matthias SchleidenTheodor Schwann Albert Von Koelliker descrive i mitocondri nelle cellule muscolari Albert Von Koelliker descrive i mitocondri nelle cellule muscolari. 1857Albert Von Koellikermitocondri 1857Albert Von Koellikermitocondri Rudolf Virchow sostiene che ogni vivente multicellulare sia la somma di una gran quantità di singole unità pienamente vitali, le cellule, provenienti da altre cellule pre-esistenti (coniando la celebre frase omnis cellula e cellula, dal latino ogni cellula da una cellula). Partendo dallo stesso presupposto, in Zellpatologie sostiene che le patologie dell'organismo hanno origine da patologie cellulari Rudolf Virchow sostiene che ogni vivente multicellulare sia la somma di una gran quantità di singole unità pienamente vitali, le cellule, provenienti da altre cellule pre-esistenti (coniando la celebre frase omnis cellula e cellula, dal latino ogni cellula da una cellula). Partendo dallo stesso presupposto, in Zellpatologie sostiene che le patologie dell'organismo hanno origine da patologie cellulari. 1858Rudolf VirchowZellpatologie 1858Rudolf VirchowZellpatologie Walther Flemming descrive con ampi dettagli il comportamento dei cromosomi durante la mitosi delle cellule animali Walther Flemming descrive con ampi dettagli il comportamento dei cromosomi durante la mitosi delle cellule animali. 1879Walther Flemmingcromosomimitosianimali 1879Walther Flemmingcromosomimitosianimali Anders Retzius descrive dettagliatamente numerosi tessuti animali. Nei due decenni successivi, insieme a Santiago Ramón y Cajal e ad altri istologi, sviluppa numerose tecniche di colorazione, gettando le basi della moderna anatomia microscopica Anders Retzius descrive dettagliatamente numerosi tessuti animali. Nei due decenni successivi, insieme a Santiago Ramón y Cajal e ad altri istologi, sviluppa numerose tecniche di colorazione, gettando le basi della moderna anatomia microscopica. 1881Anders RetziusSantiago Ramón y Cajalistologianatomia microscopica 1881Anders RetziusSantiago Ramón y Cajalistologianatomia microscopica Robert Koch utilizza coloranti contenenti anilina per evidenziare le cellule dei microrganismi, identificando quelli responsabili di colera e tubercolosi. Altri batteriologi (come Edwin Klebs e Louis Pasteur) identificarono successivamente gli organismi responsabili di molte altre patologie Robert Koch utilizza coloranti contenenti anilina per evidenziare le cellule dei microrganismi, identificando quelli responsabili di colera e tubercolosi. Altri batteriologi (come Edwin Klebs e Louis Pasteur) identificarono successivamente gli organismi responsabili di molte altre patologie. 1882Robert Kochanilinacoleratubercolosi batteriologiEdwin KlebsLouis Pasteur 1882Robert Kochanilinacoleratubercolosi batteriologiEdwin KlebsLouis Pasteur

5 Camillo Golgi individua e descrive il sistema intercellulare oggi noto come apparato di Golgi, colorando le cellule con nitrato d'argento Camillo Golgi individua e descrive il sistema intercellulare oggi noto come apparato di Golgi, colorando le cellule con nitrato d'argento. 1898Camillo Golgiapparato di Golginitrato d'argento 1898Camillo Golgiapparato di Golginitrato d'argento Jacques Loeb preleva delle cellule uovo di riccio di mare, inducendone l'embriogenesi chimicamente Jacques Loeb preleva delle cellule uovo di riccio di mare, inducendone l'embriogenesi chimicamente. 1912Jacques Loebriccio di mareembriogenesi 1912Jacques Loebriccio di mareembriogenesi Nel corso del Novecento, con il crescere delle possibilità di indagine molecolare, la semplice osservazione microscopica della cellula è stata via via affiancata da tecnologie di analisi più raffinate, a livello di molecole e macromolecole. La biologia cellulare, dunque, è stata affiancata (e secondo alcuni in parte superata) da biologia molecolare e biochimica, in grado di fornire interpretazioni più fedeli sia della microstruttura della cellula che dei processi che vi avvengono. Negli ultimi anni, così come nei prossimi, sono due gli eventi che hanno definitivamente ridisegnato il volto della biologia cellulare: la genomica, che consiste nel sequenziamento completo dei genomi di numerosi organismi, e la proteomica, la conoscenza di tutte le possibili forme che le proteine possono assumere. Nel corso del Novecento, con il crescere delle possibilità di indagine molecolare, la semplice osservazione microscopica della cellula è stata via via affiancata da tecnologie di analisi più raffinate, a livello di molecole e macromolecole. La biologia cellulare, dunque, è stata affiancata (e secondo alcuni in parte superata) da biologia molecolare e biochimica, in grado di fornire interpretazioni più fedeli sia della microstruttura della cellula che dei processi che vi avvengono. Negli ultimi anni, così come nei prossimi, sono due gli eventi che hanno definitivamente ridisegnato il volto della biologia cellulare: la genomica, che consiste nel sequenziamento completo dei genomi di numerosi organismi, e la proteomica, la conoscenza di tutte le possibili forme che le proteine possono assumere.genomicaproteomicagenomicaproteomica

6 6 Gli organismi, in base al numero di cellule di cui sono composti, possono essere unicellulari (batteri, protozoi) o pluricellulari (animali, piante, funghi). Gli organismi, in base al numero di cellule di cui sono composti, possono essere unicellulari (batteri, protozoi) o pluricellulari (animali, piante, funghi). Le cellule presentano caratteri morfologici uniformi solo negli organismi più semplici; negli altri, le cellule si differenziano per forma, grandezza e compiti. La forma della cellula è legata alla sua funzione. La forma cellulare dipende da fattori fisici e funzionali. Se una cellula si trova in ambiente acquoso, questa tende ad assumere una forma sferica per effetto della tensione superficiale; le cellule possono anche avere una forma appiattita se risentono della pressione degli strati cellulari sovrastanti (come nel caso delle cellule epiteliali). Tuttavia, esiste una stretta relazione tra la forma di una cellula e la sua funzione: le fibre muscolari sono alquanto allungate per poter svolgere la contrazione; i neuroni possiedono una struttura fortemente ramificata per poter ricevere (attraverso i dendriti) e trasmettere (per mezzo degli assoni) gli impulsi nervosi. La forma della cellula è legata alla sua funzione. La forma cellulare dipende da fattori fisici e funzionali. Se una cellula si trova in ambiente acquoso, questa tende ad assumere una forma sferica per effetto della tensione superficiale; le cellule possono anche avere una forma appiattita se risentono della pressione degli strati cellulari sovrastanti (come nel caso delle cellule epiteliali). Tuttavia, esiste una stretta relazione tra la forma di una cellula e la sua funzione: le fibre muscolari sono alquanto allungate per poter svolgere la contrazione; i neuroni possiedono una struttura fortemente ramificata per poter ricevere (attraverso i dendriti) e trasmettere (per mezzo degli assoni) gli impulsi nervosi.tensione superficialecellule epitelialifibre muscolarineuronidendritiassonitensione superficialecellule epitelialifibre muscolarineuronidendritiassoni

7 7 La grandezza è molto variabile, in genere da 5 a 50 micron; in ogni modo esistono delle eccezioni, ad esempio il tuorlo d’uovo di gallina è un’unica cellula, che può avere il diametro fino a 4 centimetri. Le dimensioni della cellula variano da pochi micrometri ad alcune decine. Per tale motivo, una cellula non può essere ientificata ad occhio nudo (a parte alcuni casi particolari, come le uova).micrometriuova Per motivi fisiologici la cellula non può superare una certa dimensione: un aumento di diametro di n volte comporterebbe un aumento della superficie cellulare di circa n2 volte, con conseguente maggiore possibilità di scambi con l'esterno (sia in termini di nutrimento che di eliminazione dei rifiuti) ma anche un aumento del volume di n3 volte. Non essendo l'aumento della superficie cellulare proporzionale a quello del volume, quindi, una cellula troppo grande rischierebbe di morire per denutrizione o per uno smaltimento inefficiente dei prodotti di scarto. diametrosuperficie Le membrane di molte cellule sono ampiamente ripiegate per permettere un aumento della superficie di scambio senza un elevato incremento del volume interno (e quindi delle necessità).

8 8 Le cellule, in base alla loro organizzazione interna, possono essere distinte in due grandi categorie: eucariote e procariote. Le cellule eucariote hanno una struttura interna complessa, con un nucleo racchiuso in una membrana. Le cellule procariotiche, che non contengono un nucleo definito ed hanno una composizione interna più semplificata, sono state ulteriormente sottoposte a dettagliate analisi al DNA e suddivise in due domini diversi, chiamati Eubacteria (i batteri propriamente detti) e Archaea (detti anche archeobatteri). eucariotedominiEubacteriaArchaeaeucariotedominiEubacteriaArchaea Tutte le cellule, sia procarioti che eucarioti, sono racchiuse da una membrana che le protegge dall'ambiente esterno e ne preserva il potenziale elettrico. Tutte le cellule, sia procarioti che eucarioti, sono racchiuse da una membrana che le protegge dall'ambiente esterno e ne preserva il potenziale elettrico.membrana All'interno della membrana è presente il citoplasma, una sostanza salina che occupa la maggior parte del volume. All'interno della membrana è presente il citoplasma, una sostanza salina che occupa la maggior parte del volume. citoplasma Tutte le cellule utilizzano acidi nucleici (DNA ed RNA) per conservare e trasmettere l'informazione genetica necessaria a produrre proteine ed enzimi necessari per il funzionamento della cellula. Tutte le cellule utilizzano acidi nucleici (DNA ed RNA) per conservare e trasmettere l'informazione genetica necessaria a produrre proteine ed enzimi necessari per il funzionamento della cellula.acidi nucleiciDNARNAgeneticaproteineenzimiacidi nucleiciDNARNAgeneticaproteineenzimi

9 9 Cellula procariote Cellula eucariote Organismi tipici BatteriBatteri ed archeobatteri archeobatteri Batteriarcheobatteri ProtistiProtisti, funghi, piante ed animali funghipianteanimali Protistifunghipianteanimali Dimensioni tipiche ~ 1-10 µm µm ~ µm (con poche eccezioni, come gli spermatozoi) µmspermatozoiµmspermatozoi Tipo di nucleo cellulare nucleo cellularenucleo cellulare NucleoideNucleoide: nessun nucleo davvero definito Nucleoide Nucleo racchiuso da doppia membrana DNA Solitamente circolare Molecole lineari (cromosomi) complessate da istoni cromosomiistonicromosomiistoni Sintesi di RNA e proteine RNAproteineRNAproteine Accoppiate nel citoplasma citoplasma Sintesi dell'RNA nel nucleo e delle proteine nel citoplasma Ribosomi 50S+30S60S+40S Strutture citoplasmatiche Poche strutture Numerose strutture racchiuse da membrane e citoscheletro citoscheletro Movimento cellulare Movimento cellulare FlagelliFlagelli composti di flagellina flagellina Flagelliflagellina Flagelli e ciglia composte di tubulina cigliatubulinacigliatubulina Mitocondri Nessuno Da uno a diverse migliaia (con alcune eccezioni) Cloroplasti Nessuno Nelle alghe e nelle piante alghepiantealghepiante Parete cellulare Parete cellulare Presente Presente nelle piante piante Organizzazione Solitamente unicellulare Unicellulare, a colonie e in organismi pluricellulari (contenenti cellule specializzate) Divisione cellulare Divisione cellulare Fissione binaria Fissione binaria MitosiMitosi (fissione o gemmazione) e meiosi gemmazione meiosi Mitosigemmazione meiosi

10 10 prime forme di vita a comparire sulla terra furono le cellule procariote. Le principali strutture che caratterizzano la cellula procariote sono tre. 1. La presenza di una o più appendici chiamate flagelli e/o pili (strutture proteiche che protrudono dalla superficie cellulare). flagellipiliflagellipili 1. Un contenitore cellulare costituito da parete cellulare e/o da capsula, barriere supplementari nei confronti dell'esterno. I componenti del contenitore possono essere estremamente variabili. parete cellulare capsulaparete cellulare capsula 2. Una regione citoplasmatica priva di nucleo e/o organelli, che contiene principalmente il genoma ed i ribosomi. nucleoorganelligenomaribosominucleoorganelligenomaribosomi CELLULA PROCARIOTE

11 11 Schema di una cellula procariote

12 12 Le cellule procariote, oltre ad essere normalmente assai più piccole di quelle eucariote (con un diametro generalmente compreso fra 1 e 5 µm), hanno una struttura interna alquanto semplice. Il loro DNA si trova concentrato in una regione del citoplasma, senza essere delimitato da alcuna membrana. Sono prive di organuli, a eccezione dei ribosomi, preposti alla sintesi delle proteine. Struttura dei cianobatteri (o alghe azzurre) Le cellule dei procarioti (tra cui i batteri) mancano di molte delle strutture interne tipiche di quelle degli organismi eucarioti. Pur essendo dotate di membrana plasmatica ed eventuale parete cellulare, sono prive di membrana nucleare; la molecola di DNA circolare si trova, pertanto, libera nel citoplasma. Sono pure assenti i mitocondri, il reticolo endoplasmatico, i cloroplasti e l’apparato di Golgi. Benché generalmente non vi siano strutture interne limitate da membrane, nei cianobatteri (qui illustrati) si trovano invece numerose strutture membranose, chiamate tilacoidi, contenenti clorofilla e altri pigmenti fotosintetici necessari a catturare l’energia solare per la sintesi degli zuccheri.

13 13 Cellula eucariote Caratteristica tipica della cellula eucariota è l’aver racchiuso il DNA in un nucleo ben delimitato, aver avviato un processo di respirazione e di riproduzione complesso e, in molti casi, di tipo sessuato. Caratteristica tipica della cellula eucariota è l’aver racchiuso il DNA in un nucleo ben delimitato, aver avviato un processo di respirazione e di riproduzione complesso e, in molti casi, di tipo sessuato. Una tipica cellula eucariote presenta solitamente una dimensione circa 10 volte maggiore rispetto ad una tipica cellula procariote, con un volume cellulare complessivo che può essere dunque anche 1000 volte maggiore. La principale caratteristica delle cellule eucariote, che le distingue da quelle procariote, è la presenza di una notevole compartimentalizzazione interna, costituita dalla presenza di vescicole ed invaginazioni racchiuse da membrane fosfolipidiche nelle quali hanno luogo specifiche attività metaboliche. Il compartimento più importante è senza dubbio il nucleo cellulare, un organulo in cui viene conservato il DNA cellulare Una tipica cellula eucariote presenta solitamente una dimensione circa 10 volte maggiore rispetto ad una tipica cellula procariote, con un volume cellulare complessivo che può essere dunque anche 1000 volte maggiore. La principale caratteristica delle cellule eucariote, che le distingue da quelle procariote, è la presenza di una notevole compartimentalizzazione interna, costituita dalla presenza di vescicole ed invaginazioni racchiuse da membrane fosfolipidiche nelle quali hanno luogo specifiche attività metaboliche. Il compartimento più importante è senza dubbio il nucleo cellulare, un organulo in cui viene conservato il DNA cellulareattività metabolichenucleo cellulareorganuloDNAattività metabolichenucleo cellulareorganuloDNA A livello strutturale, le cellule eucariote presentano differenze rilevanti dai procarioti in tre regioni: A livello strutturale, le cellule eucariote presentano differenze rilevanti dai procarioti in tre regioni: La membrana plasmatica è del tutto simile a quella procariotica nella struttura e nella funzione. La parete cellulare non è invece presente, se non nella cellula vegetale (che presenta tuttavia una composizione profondamente diversa). Il DNA eucariotico è organizzato in molecole lineari chiamate cromosomi, associate ad istoni e contenute interamente nel nucleo. Anche alcuni organelli eucariotici (come i mitocondri ed i cloroplasti) possono contenere DNA. cromosomiistonicromosomiistoni Gli eucarioti possono utilizzare ciglia e flagelli per muoversi, sebbene la loro struttura sia decisamente più complessa di quella delle protrusioni procariotiche.

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15 15 Le cellule eucariote, come già detto, possono assumere morfologie molto differenti tra loro. In particolare, la maggior parte delle differenze intercorrono tra le cellule vegetali e le cellule animali Cellula animale tipica Cellula vegetale tipica Organelli  Nucleo Nucleo o Nucleolo (all'interno del nucleo) Nucleolo  Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatico rugoso  Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico liscio  Ribosomi Ribosomi  Citoscheletro Citoscheletro  Apparato del Golgi Apparato del Golgi Apparato del Golgi  Citoplasma Citoplasma  Mitocondri Mitocondri  Lisosomi Lisosomi  Centrosomi Centrosomi o Centrioli Centrioli  Vacuoli Vacuoli  Nucleo Nucleo o Nucleolo (all'interno del nucleo) Nucleolo  Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatico rugoso  Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico liscio  Ribosomi Ribosomi  Citoscheletro Citoscheletro  Apparato del Golgi (dictiosomi) Apparato del Golgidictiosomi Apparato del Golgidictiosomi  Citoplasma Citoplasma  Mitocondri Mitocondri  Cloroplasti ed altri plastidi Cloroplastiplastidi Cloroplastiplastidi  Vacuolo centrale (grande) Vacuolo centrale Vacuolo centrale o Tonoplasto (membrana centrale del vacuolo) Tonoplasto  Perossisomi (gliossisomi) Perossisomigliossisomi Perossisomigliossisomi  Vacuoli Vacuoli Strutture addizionali  Membrana plasmatica Membrana plasmatica Membrana plasmatica  Flagelli Flagelli  Ciglia Ciglia  Membrana plasmatica Membrana plasmatica Membrana plasmatica  Flagelli (solo nei gameti) Flagelli  Parete cellulare Parete cellulare Parete cellulare  Plasmodesmi Plasmodesmi

16 16 La struttura della cellula animale è simile a quella della cellula vegetale, vi sono però tre importanti differenze: --la cellula animale non contiene cloroplasti perché gli animali sono organismi eterotrofi; --la cellula animale non contiene cloroplasti perché gli animali sono organismi eterotrofi; --la cellula animale non possiede la parete cellulare rigida che nella cellula vegetale ricopre la membrana plasmatica e protegge la cellula; --la cellula animale non possiede la parete cellulare rigida che nella cellula vegetale ricopre la membrana plasmatica e protegge la cellula; --la cellula animale non possiede il caratteristico grande vacuolo presente nelle cellule, vegetali (specialmente quelle vecchie). La cellula animale possiede i centrioli, molti lisosomi e spesso è dotata di ciglia e di flagelli. --la cellula animale non possiede il caratteristico grande vacuolo presente nelle cellule, vegetali (specialmente quelle vecchie). La cellula animale possiede i centrioli, molti lisosomi e spesso è dotata di ciglia e di flagelli.cellule

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19 19 CELLULA ANIMALE

20 20 elementi principali di una cellula Membrana plasmatica o membrana cellulare Membrana plasmatica o membrana cellulare citoplasma citoplasma Il citoscheletro Il citoscheletro Nucleo Nucleo Ribosomi Ribosomi Mitocondri Mitocondri Plastidi Plastidi Vacuolo Vacuolo Membrane Membrane Reticolo endoplasmatico e Apparato del Golgi Reticolo endoplasmatico e Apparato del Golgi

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22 22 Membrana cellulare (o membrana plasmatica o plasmalemma) La cellula e tutti gli organuli in essa presenti sono protetti dall'esterno dalla membrana cellulare che è presente sia nelle cellule eucariotiche sia nelle cellule procariotiche e le protegge dall'ambiente esterno e ne preserva il potenziale elettrico. La membrana cellulare è una struttura relativamente resistente che preserva la consistenza del citoplasma e impedisce che sostanze esterne possano facilmente penetrare dentro la cellula stessa, alterandone le funzionalità. Membrana cellulare (o membrana plasmatica o plasmalemma) La cellula e tutti gli organuli in essa presenti sono protetti dall'esterno dalla membrana cellulare che è presente sia nelle cellule eucariotiche sia nelle cellule procariotiche e le protegge dall'ambiente esterno e ne preserva il potenziale elettrico. La membrana cellulare è una struttura relativamente resistente che preserva la consistenza del citoplasma e impedisce che sostanze esterne possano facilmente penetrare dentro la cellula stessa, alterandone le funzionalità.

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25 25 Struttura della membrana cellulare. Struttura della membrana cellulare. è definita membrana tristratificata perché presenta tre strati. La parte più esterna e quella più interna è di costituzione idrofila, si lascia cioè penetrare dall'acqua, mentre la parte interna è idrofoba ed impedisce all'acqua di penetrare. è definita membrana tristratificata perché presenta tre strati. La parte più esterna e quella più interna è di costituzione idrofila, si lascia cioè penetrare dall'acqua, mentre la parte interna è idrofoba ed impedisce all'acqua di penetrare. è composta da un doppio strato fosfolipidico, doppio foglietto fosfolipidico o bilayer fosfolipidico. con il compito di delimitare lo spazio cellulare, contenere e regolare gli scambi fra l’ambiente intracellulare e l’ambiente esterno. Inserite nel doppio strato fosfolipidico ritroviamo le proteine di membrana, molecole proteiche e glicoproteiche (oltre al colesterolo e a diversi glicolipidi), con la funzione di trasporto delle sostanze da e verso il citopalsma. Soprattutto sostanze idrofiliche poiché, le sostanze lipidiche, veicolano facilmente attraverso la membrana plasmatica. Tali macromolecole, che possono spostarsi liberamente all'interno della membrana stessa (motivo per il quale la sua struttura è definita a mosaico fluido), possono agire come canali o pompe che trasportano le molecole all'interno o all'esterno della cellula. è composta da un doppio strato fosfolipidico, doppio foglietto fosfolipidico o bilayer fosfolipidico. con il compito di delimitare lo spazio cellulare, contenere e regolare gli scambi fra l’ambiente intracellulare e l’ambiente esterno. Inserite nel doppio strato fosfolipidico ritroviamo le proteine di membrana, molecole proteiche e glicoproteiche (oltre al colesterolo e a diversi glicolipidi), con la funzione di trasporto delle sostanze da e verso il citopalsma. Soprattutto sostanze idrofiliche poiché, le sostanze lipidiche, veicolano facilmente attraverso la membrana plasmatica. Tali macromolecole, che possono spostarsi liberamente all'interno della membrana stessa (motivo per il quale la sua struttura è definita a mosaico fluido), possono agire come canali o pompe che trasportano le molecole all'interno o all'esterno della cellula.doppio foglietto fosfolipidico bilayer fosfolipidico glicoproteichecolesterologlicolipidimosaico fluidocanalipompedoppio foglietto fosfolipidico bilayer fosfolipidico glicoproteichecolesterologlicolipidimosaico fluidocanalipompe

26 26 contiene un modesto quantitativo di carboidrati, che identificano e caratterizzano la cellula. contiene un modesto quantitativo di carboidrati, che identificano e caratterizzano la cellula. Sulla superficie della membrana sono presenti anche numerosi recettori, proteine che permettono alla cellula di rispondere prontamente ai segnali (tipicamente ormonali) provenienti dall'esterno. Altra funzione ad esse imputabile è il riconoscimento delle molecole che devono entrare o semplicemente interagire con la cellula. Sulla superficie della membrana sono presenti anche numerosi recettori, proteine che permettono alla cellula di rispondere prontamente ai segnali (tipicamente ormonali) provenienti dall'esterno. Altra funzione ad esse imputabile è il riconoscimento delle molecole che devono entrare o semplicemente interagire con la cellula.recettoriormonalirecettoriormonali La membrana è detta semi-permeabile, dal momento che è in grado di permettere ad una sostanza di passare liberamente, di passare in una determinata quantità o di non passare affatto. Negli organismi procarioti è ricoperta da un rivestimento protettivo chiamato parete cellulare, assente invece negli eucarioti animali; nelle cellule eucariote vegetali essa è presente sottoforma di una parete cellulare primaria (composta principalmente da pectina) e di una parete cellulare secondaria (composta principalmente da lignina). La membrana è detta semi-permeabile, dal momento che è in grado di permettere ad una sostanza di passare liberamente, di passare in una determinata quantità o di non passare affatto. Negli organismi procarioti è ricoperta da un rivestimento protettivo chiamato parete cellulare, assente invece negli eucarioti animali; nelle cellule eucariote vegetali essa è presente sottoforma di una parete cellulare primaria (composta principalmente da pectina) e di una parete cellulare secondaria (composta principalmente da lignina).procariotiparete cellulareeucarioti pectina ligninaprocariotiparete cellulareeucarioti pectina lignina La membrana plasmatica è una barriera selettivamente permeabile tra il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Questa caratteristica è conseguenza della composizione lipidica e proteica della membrana. Il doppio strato fosfolipidico permette il libero passaggio, dell'acqua, di gas (O2, CO2) e di piccole molecole liposolubili (prive di carica), come ammoniaca, urea, etanolo e glicerolo, mentre specifiche proteine di trasporto assicurano il passaggio di ioni e molecole idrosolubili (elettricamente cariche). La membrana plasmatica è una barriera selettivamente permeabile tra il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Questa caratteristica è conseguenza della composizione lipidica e proteica della membrana. Il doppio strato fosfolipidico permette il libero passaggio, dell'acqua, di gas (O2, CO2) e di piccole molecole liposolubili (prive di carica), come ammoniaca, urea, etanolo e glicerolo, mentre specifiche proteine di trasporto assicurano il passaggio di ioni e molecole idrosolubili (elettricamente cariche).acquagasammoniacaureaetanologliceroloacquagasammoniacaureaetanologlicerolo

27 27 Proteine di membrana. Proteine di membrana. Nella parete cellulare sono presenti delle proteine. Il rapporto tra proteine e elementi fosfolipidici è circa di 1/50, questo vuol dire che per ogni unità proteica sono presenti 50 unità fosfolipidiche. Nella parete cellulare sono presenti delle proteine. Il rapporto tra proteine e elementi fosfolipidici è circa di 1/50, questo vuol dire che per ogni unità proteica sono presenti 50 unità fosfolipidiche. Le funzioni delle proteine di membrana sono: Le funzioni delle proteine di membrana sono: Funzioni di trasporto. Le proteine di membrana trasportano ioni e molecole dall'esterno all'interno. Funzioni di trasporto. Le proteine di membrana trasportano ioni e molecole dall'esterno all'interno. Funzioni di riconoscimento. Le proteine di membrana fungono anche da recettori di particolari sostanze o famiglie chimiche. Servono anche a recepire messaggi chimici prodotti da altre cellule Funzioni di riconoscimento. Le proteine di membrana fungono anche da recettori di particolari sostanze o famiglie chimiche. Servono anche a recepire messaggi chimici prodotti da altre cellule Funzione di ancoraggio. Le proteine di membrana possono servire da "base" per altre strutture cellulari. Funzione di ancoraggio. Le proteine di membrana possono servire da "base" per altre strutture cellulari. Funzione di filtro. L'azione di riconoscimento assieme all'azione di bloccaggio di particolari sostanze chimiche fa della membrana cellulare un eccellente filtro biologico. Funzione di filtro. L'azione di riconoscimento assieme all'azione di bloccaggio di particolari sostanze chimiche fa della membrana cellulare un eccellente filtro biologico.

28 28 Selettività della membrana. Selettività della membrana. La membrana cellulare è un vero e proprio filtro biologico che si lascia passare solo dalle molecole o dalle sostanze di cui realmente ha bisogno la cellula. Esistono due differenti tipi di trasporto cellulare che si distinguono in base alla spesa o meno di energia: trasporto attivo e trasporto passivo. Trasporto passivo.La natura lipoproteica della membrana cellulare fa si che alcune sostanze liposolubili, come l'acqua, l'urea, il glicerolo, l'ossigeno molecolare e i vari ossidi di carbonio, possano passare in base al gradiente di concentrazione. La velocità con la quale tali sostanze attraversano la membrana è proporzionale alle dimensioni delle molecole ed al grado di affinità lipidica. Nel trasporto passivo non si spende energia. Trasporto passivo.La natura lipoproteica della membrana cellulare fa si che alcune sostanze liposolubili, come l'acqua, l'urea, il glicerolo, l'ossigeno molecolare e i vari ossidi di carbonio, possano passare in base al gradiente di concentrazione. La velocità con la quale tali sostanze attraversano la membrana è proporzionale alle dimensioni delle molecole ed al grado di affinità lipidica. Nel trasporto passivo non si spende energia. Trasporto attivo. Molecole più grosse o scarsamente liposolubili passano attraverso la membrana grazie a processi che richiedono energia. Il trasporto attivo durante la fase di traduzione delle macromolecole può in parte consumarle o modificarle, in questo caso si parla di traslocazione di gruppo. Trasporto attivo. Molecole più grosse o scarsamente liposolubili passano attraverso la membrana grazie a processi che richiedono energia. Il trasporto attivo durante la fase di traduzione delle macromolecole può in parte consumarle o modificarle, in questo caso si parla di traslocazione di gruppo.

29 29 Il citoscheletro Al di sotto della membrana fosfolipidica troviamo il citoscheletro con funzione di sostegno per la cellula, ma con il ruolo di consentire anche gli spostamenti sia della cellula che delle vescicole. E’ infine imputato nei processi di divisione cellulare. Il citoscheletro è in massima parte costituito dai microfilamenti di actina, una proteina globulare, e dai microtubuli di tubulina, una proteina tubulare. Microtubuli e microfilamenti si formano e si disgregano spontaneamente al presentarsi di particolari condizioni ambientali (ad es. presenza di Ca2+ e Mg2+) Al di sotto della membrana fosfolipidica troviamo il citoscheletro con funzione di sostegno per la cellula, ma con il ruolo di consentire anche gli spostamenti sia della cellula che delle vescicole. E’ infine imputato nei processi di divisione cellulare. Il citoscheletro è in massima parte costituito dai microfilamenti di actina, una proteina globulare, e dai microtubuli di tubulina, una proteina tubulare. Microtubuli e microfilamenti si formano e si disgregano spontaneamente al presentarsi di particolari condizioni ambientali (ad es. presenza di Ca2+ e Mg2+) ha in primo luogo la funzione di organizzare e mantenere la forma della cellula; ha in primo luogo la funzione di organizzare e mantenere la forma della cellula; Tra le altre funzioni, contribuisce in modo determinante al trasporto delle molecole all'interno della cellula, convogliandole verso il compartimento corretto, alla citodieresi ed al già citato sostegno ed ancoraggio degli organelli. Tra le altre funzioni, contribuisce in modo determinante al trasporto delle molecole all'interno della cellula, convogliandole verso il compartimento corretto, alla citodieresi ed al già citato sostegno ed ancoraggio degli organelli.citodieresi organellicitodieresi organelli Il citoscheletro eucarioto è composto dai microfilamenti (composti essenzialmente di actina), dai filamenti intermedi e dai microtubuli (composti di tubulina). Il citoscheletro procariotico è meno studiato, ma è coinvolto anch'esso nel mantenimento della forma cellulare e nella citodieresi. Il citoscheletro eucarioto è composto dai microfilamenti (composti essenzialmente di actina), dai filamenti intermedi e dai microtubuli (composti di tubulina). Il citoscheletro procariotico è meno studiato, ma è coinvolto anch'esso nel mantenimento della forma cellulare e nella citodieresi.microfilamentiactinafilamenti intermedimicrotubulitubulinamicrofilamentiactinafilamenti intermedimicrotubulitubulina Il centrosoma è la struttura da cui si dipartono i microtubuli e che, per questo motivo, ha un ruolo fondamentale per tutto il citoscheletro. Esso dirige infatti il trasporto attraverso il reticolo endoplasmatico e l'apparato del Golgi. I centrosomi sono composti da due centrioli, che si separano durante la divisione cellulare e collaborano alla formazione del fuso mitotico. Nelle cellule animali è presente un solo centrosoma. Centrosomi sono presenti anche in alcuni funghi ed alghe unicellulari. Il centrosoma è la struttura da cui si dipartono i microtubuli e che, per questo motivo, ha un ruolo fondamentale per tutto il citoscheletro. Esso dirige infatti il trasporto attraverso il reticolo endoplasmatico e l'apparato del Golgi. I centrosomi sono composti da due centrioli, che si separano durante la divisione cellulare e collaborano alla formazione del fuso mitotico. Nelle cellule animali è presente un solo centrosoma. Centrosomi sono presenti anche in alcuni funghi ed alghe unicellulari.centrosomacentriolicentrosomacentrioli

30 30 Organuli o organelli dispersi nel citoplasma : sono numerosi ed ognuno è specializzato nello svolgere specifiche funzioni necessarie alla sopravvivenza della cellula stessa. Tra gli organuli più importanti abbiamo: Nucleo = elemento principale della cellula che contiene gli acidi nucleici (DNA e RNA) che conservano e trasmettono tutte le informazioni genetiche necessarie ai processi metabolici che si costituiscono le attività vitali della cellula stessa; Ribosomi = sono il luogo in cui avviene la sintesi delle proteine, questi organuli eseguono in prima persona le direttive contenute nel nucleo. Plastidi (cell. Vegetali) e Mitocondri (celulle animali) = sono le centrali energetiche della cellula, all'interno dei quali si svolgono i processi di respirazione: impiegando l'ossigeno degradano molecole organiche per trarne energia. Vacuoli = tipici delle cellule vegetali Membrane = che hanno la funzione di proteggere gli organuli Apparato del Golgi = è costituito da sistemi di vesciche finalizzate a consentire alle proteine di raggiungere la loro destinazione senza errori Organuli o organelli dispersi nel citoplasma : sono numerosi ed ognuno è specializzato nello svolgere specifiche funzioni necessarie alla sopravvivenza della cellula stessa. Tra gli organuli più importanti abbiamo: Nucleo = elemento principale della cellula che contiene gli acidi nucleici (DNA e RNA) che conservano e trasmettono tutte le informazioni genetiche necessarie ai processi metabolici che si costituiscono le attività vitali della cellula stessa; Ribosomi = sono il luogo in cui avviene la sintesi delle proteine, questi organuli eseguono in prima persona le direttive contenute nel nucleo. Plastidi (cell. Vegetali) e Mitocondri (celulle animali) = sono le centrali energetiche della cellula, all'interno dei quali si svolgono i processi di respirazione: impiegando l'ossigeno degradano molecole organiche per trarne energia. Vacuoli = tipici delle cellule vegetali Membrane = che hanno la funzione di proteggere gli organuli Apparato del Golgi = è costituito da sistemi di vesciche finalizzate a consentire alle proteine di raggiungere la loro destinazione senza errori

31 31 IL CITOPLASMA Citosol (o matrice citoplasmatica) sostanza che si presenta fisicamente gelatinosa costituisce il 50% del volume di una cellula è costituito per 85% da H 2 O Attraverso i pori nucleari, il citosol è in continuità con il nucleoplasma Organuli corpuscoli di varia forma e volume che fanno parte del sistema vivente della cellula (Nucleo – Mitocondri – Apparato del Golgi – ribosomi, vacuoli, etc) sostanze inerti non viventi (inclusioni, accumuli, ecc.). Mentre, come vedremo, il nucleo è adibito alla riproduzione e all'accrescimento della cellula, il citoplasma è l'organo specializzato per permettere alla cellula di contattare l'ambiente esterno; è infatti in grado di irritarsi, contrarsi, assorbire, espellere e respirare.

32 32 IL NUCLEO Il nucleo rappresenta il 6% del volume cellulare; esso costituisce la parte più importante della cellula controllandone tutte le attività. Inoltre decide quando è il momento giusto della riproduzione cellulare e ne controlla tutte le fasi. Il nucleo rappresenta il 6% del volume cellulare; esso costituisce la parte più importante della cellula controllandone tutte le attività. Inoltre decide quando è il momento giusto della riproduzione cellulare e ne controlla tutte le fasi. Il nucleo è avvolto dalla membrana nucleare che lo separa dal citoplasma. La membrana nucleare è cosparsa di numerosi forellini detti pori nucleari, grazie ai quali avviene il passaggio di diverse sostanze dal citoplasma all’interno del nucleo. Il nucleo è avvolto dalla membrana nucleare che lo separa dal citoplasma. La membrana nucleare è cosparsa di numerosi forellini detti pori nucleari, grazie ai quali avviene il passaggio di diverse sostanze dal citoplasma all’interno del nucleo. Il nucleo contiene il DNA combinato con proteine (cromatina). Quando la cellula si divide, dalla cromatina si formano i cromosomi. Nei cromosomi è insito il genoma della cellula. Il nucleo contiene il DNA combinato con proteine (cromatina). Quando la cellula si divide, dalla cromatina si formano i cromosomi. Nei cromosomi è insito il genoma della cellula. All'interno del nucleo è evidenziabile un corpo molto denso: il nucleolo. All'interno del nucleo è evidenziabile un corpo molto denso: il nucleolo. Il nucleo, per la cellula, svolge principalmente la funzione riproduttiva, che avviene per suddivisione, ovvero da una singola cellula se ne generano due. Questo modo di riprodursi viene definito "mitosi". Il nucleo, per la cellula, svolge principalmente la funzione riproduttiva, che avviene per suddivisione, ovvero da una singola cellula se ne generano due. Questo modo di riprodursi viene definito "mitosi".

33 33 Quando la cellula non si sta riproducendo il nucleo appare chiaro e ben definito, In esso si possono osservare dei pori minutissimi (circa 500 decimilionesimi di mm) che mettono in comunicazione il citoplasma con la parte interna del nucleo detto "nucleoplasma". Quando la cellula non si sta riproducendo il nucleo appare chiaro e ben definito, In esso si possono osservare dei pori minutissimi (circa 500 decimilionesimi di mm) che mettono in comunicazione il citoplasma con la parte interna del nucleo detto "nucleoplasma". Nel nucleo hanno sede 46 "cromosomi" provenienti, in egual misura (50%), dal maschio e dalla femmina. Secondo la scienza ufficiale i cromosomi sono i "portatori di geni", cioè delle proprietà fisiche e spirituali di cui l'essere sarà dotato, e purtroppo anche i semi per le malattie cosiddette "ereditarie“ Nel nucleo hanno sede 46 "cromosomi" provenienti, in egual misura (50%), dal maschio e dalla femmina. Secondo la scienza ufficiale i cromosomi sono i "portatori di geni", cioè delle proprietà fisiche e spirituali di cui l'essere sarà dotato, e purtroppo anche i semi per le malattie cosiddette "ereditarie“ La posizione dipende dal contenuto e dalla funzione della cellula, ad esempio in cellule polarizzate con una zona apicale deputata alla secrezione (cellule mucipare, cellule a secrezione apocrina), o all'assorbimento (enterociti), hanno il nucleo in posizione basale, cellule molto "piene" come gli adipociti univacuolari (grasso bianco) o i miociti dei muscoli scheletrici hanno il nucleo in posizione sublemmare (cioè addossato alla membrana cellulare). La posizione dipende dal contenuto e dalla funzione della cellula, ad esempio in cellule polarizzate con una zona apicale deputata alla secrezione (cellule mucipare, cellule a secrezione apocrina), o all'assorbimento (enterociti), hanno il nucleo in posizione basale, cellule molto "piene" come gli adipociti univacuolari (grasso bianco) o i miociti dei muscoli scheletrici hanno il nucleo in posizione sublemmare (cioè addossato alla membrana cellulare).cellule polarizzatesecrezionecellule mucipareenterocitiadipociti univacuolarimiocitimuscoli scheletricimembrana cellularecellule polarizzatesecrezionecellule mucipareenterocitiadipociti univacuolarimiocitimuscoli scheletricimembrana cellulare Anche la forma del nucleo cambia notevolmente, generalmente seguendo la geometria della cellula, dunque cellule cilindriche avranno nuclei oblunghi, mentre cellule cubiche avranno nuclei sferici. Anche la forma del nucleo cambia notevolmente, generalmente seguendo la geometria della cellula, dunque cellule cilindriche avranno nuclei oblunghi, mentre cellule cubiche avranno nuclei sferici.

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35 35 Foto al microscopio elettronico di un nucleo cellulare; in evidenza il nucleolo, più scuro. microscopio elettronicomicroscopio elettronico Il numero di nucleoli osservabili in un nucleo è compreso tra uno e sei. Tuttavia la presenza di più nucleoli rappresenta una situazione transitoria, infatti il nucleo uscente dalla mitosi (dove il nucleolo era sparito) forma piccoli nucleoli provvisori, attorno agli organizzatori nucleolari, che poi si fondono in un unico corpo.mitosi Il nucleolo è la sede di produzione dei ribosomi, sia per quanto riguarda la produzione del rRNA (RNA ribosomiale) sia per l'assemblaggio delle proteine (basiche) presenti nelle subunità ribosomiali.ribosomirRNA Nel nucleolo si distinguono tre regioni (dal centro alla periferia): Centro fibrillare: sede della maggior parte dell'organizzatore nucleolare Componente fibrillare densa: dove risiede parte dell'organizzatore e i trascritti di rRNA Componente granulare: sede della maturazione delle sunbunità ribosomiali (granuli da 15 nm) I nucleoli sono sovente circondati da cromatina addensata che prende il nome di cromatina associata al nucleolo o cromatina perinucleolare.

36 36 È infatti noto che proteine e molte delle strutture utilizzate nel nucleo non vengono sintetizzate in loco ma vengono create nel citosol e importate all'interno. Basti pensare alla sintesi dei ribosomi, in cui le proteine ribosomali create nel citosol vengono portate all'interno del nucleo, complessate con rRNA e riesportate nuovamente. È infatti noto che proteine e molte delle strutture utilizzate nel nucleo non vengono sintetizzate in loco ma vengono create nel citosol e importate all'interno. Basti pensare alla sintesi dei ribosomi, in cui le proteine ribosomali create nel citosol vengono portate all'interno del nucleo, complessate con rRNA e riesportate nuovamente. Come è possibile tutto questo se il poro è largo al massimo 9 nm? Le molecole più grandi, sia per entrare che per uscire dal nucleo, hanno bisogno di particolari recettori proteici, detti Recettori di Importazione Nucleare (o Importine), e Recettori di Esportazione Nucleare (o Esportine), che indicano al poro di allargarsi ulteriormente (fino a 26 nm) per permetterne il passaggio. Come è possibile tutto questo se il poro è largo al massimo 9 nm? Le molecole più grandi, sia per entrare che per uscire dal nucleo, hanno bisogno di particolari recettori proteici, detti Recettori di Importazione Nucleare (o Importine), e Recettori di Esportazione Nucleare (o Esportine), che indicano al poro di allargarsi ulteriormente (fino a 26 nm) per permetterne il passaggio. Membrana nucleare La membrana nucleare è un involucro, visibile al M/E che avvolge il materiale nucleare degli eucarioti. Si vede chiaramente il doppio strato della membrana che avvolge il nucleo e i pori (indicati dalla freccia) che consentono lo scambio di materiali fra il nucleoplasma e il citoplasma. Ben visibile è anche il reticolo endoplasmatico rugoso.nucleo reticolo endoplasmatico rugoso.

37 37 Nucleo di cellula eucariotica. In questa figura è visibile la doppia membrana punteggiata di ribosomidella membrana nucleare, il DNA (complessato in cromatina) e il nucleolo. All'interno del nucleo è presente un liquido viscoso chiamato nucleoplasma, simile al citoplasma che si trova al suo esterno.ribosomidellaDNA cromatinanucleolo citoplasma Sezione trasversa di un poro nucleare sulla superficie della membrana nucleare (1). (2) anello esterno del poro, (3) raggi, (4) canestro nucleare, (5) fibrille.

38 38 L’APODIAN Si chiama "apodian" la fascia che circonda il nucleo della cellula. L'apodian accoglie l'alimento proveniente dal sangue ed eventualmente dalla linfa, quindi l'analizza e lo ripartisce nei molteplici reparti che costituiscono la cellula così come vengono distribuiti i materiali da costruzione in una cantiere edile. In questo modo le sostanze provenienti dalla digestione e dalla respirazione vengono utilizzate dall'apodian stesso e servono ad alimentare il nucleo, rifornire i mitocondri ed, infine, creare una riserva per eventuali imprevisti. Si chiama "apodian" la fascia che circonda il nucleo della cellula. L'apodian accoglie l'alimento proveniente dal sangue ed eventualmente dalla linfa, quindi l'analizza e lo ripartisce nei molteplici reparti che costituiscono la cellula così come vengono distribuiti i materiali da costruzione in una cantiere edile. In questo modo le sostanze provenienti dalla digestione e dalla respirazione vengono utilizzate dall'apodian stesso e servono ad alimentare il nucleo, rifornire i mitocondri ed, infine, creare una riserva per eventuali imprevisti. Per soddisfare i bisogni alimentari, rigenerare e restaurare le varie cellule vecchie, stanche o malate, l'apodian si serve dei mitocondri che sono degli ottimi ed intelligenti servitori. Per soddisfare i bisogni alimentari, rigenerare e restaurare le varie cellule vecchie, stanche o malate, l'apodian si serve dei mitocondri che sono degli ottimi ed intelligenti servitori.

39 39 I RIBOSOMI I ribosomi possono essere liberi nel citoplasma oppure legati alle cisterne del reticolo endoplasmatico. Il loro compito è quello di produrre proteine. I ribosomi possono essere liberi nel citoplasma oppure legati alle cisterne del reticolo endoplasmatico. Il loro compito è quello di produrre proteine. I ribosomi sono piccole particelle, composte da RNA e proteine. Presenti in tutte le cellule in cui abbia luogo la sintesi proteica, si compongono di due subunità, una delle quali leggermente più grande dell'altra, per la cui adesione è necessaria la presenza di magnesio. Hanno struttura analoga nei procarioti ed eucarioti, differendo però la massa, che è minore nei primi. I ribosomi sono piccole particelle, composte da RNA e proteine. Presenti in tutte le cellule in cui abbia luogo la sintesi proteica, si compongono di due subunità, una delle quali leggermente più grande dell'altra, per la cui adesione è necessaria la presenza di magnesio. Hanno struttura analoga nei procarioti ed eucarioti, differendo però la massa, che è minore nei primi.magnesio I ribosomi sono gli organelli cellulari più numerosi; sono costituiti da due subunità, una maggiore e una minore, che si dissociano alla fine di ogni ciclo di sintesi di una proteina. I ribosomi sono gli organelli cellulari più numerosi; sono costituiti da due subunità, una maggiore e una minore, che si dissociano alla fine di ogni ciclo di sintesi di una proteina.

40 40 Nelle cellule che sintetizzano proteine da «esportazione», come gli enzimi digestivi che vengono secreti nello stomaco o nell'intestino, la maggior parte dei ribosomi aderisce alle membrane del reticolo endoplasmico. enzimi digestivistomacointestino Il reticolo endoplasmico rivestito da ribosomi è detto reticolo endoplasmico rugoso. Nelle cellule con reticolo endoplasmico rugoso, la rete di membrane rappresenta una via attraverso la quale vengono incanalate le sostanze che entrano o escono dalla cellula. Un certo numero di ribosomi legato ad una lunga molecola di RNA messaggero costituisce, nel suo insieme, un «poliribosoma» o «polisoma».

41 41 I MITOCONDRI possono essere considerati le centrali energetiche della cellula e sono presenti in quasi tutte le cellule eucariote in numero variabile (tipicamente ne sono presenti circa 2000 per cellula, rappresentandone circa un quinto del volume totale). possono essere considerati le centrali energetiche della cellula e sono presenti in quasi tutte le cellule eucariote in numero variabile (tipicamente ne sono presenti circa 2000 per cellula, rappresentandone circa un quinto del volume totale). hanno la dimensione dell'ordine di un milionesimo di millimetro ed ognuno di essi ha una sua precisa struttura ed una determinata funzione. hanno la dimensione dell'ordine di un milionesimo di millimetro ed ognuno di essi ha una sua precisa struttura ed una determinata funzione. appaiono come granulazioni rotonde o allungate a bastoncino, generalmente sono sferici o cilindrici ed il loro numero varia da cellula a cellula (in quelle del fegato, per esempio, sono circa ) e dipende dal tipo di lavoro effettuato dalla cellula. appaiono come granulazioni rotonde o allungate a bastoncino, generalmente sono sferici o cilindrici ed il loro numero varia da cellula a cellula (in quelle del fegato, per esempio, sono circa ) e dipende dal tipo di lavoro effettuato dalla cellula. ogni mitocondrio è racchiuso da due membrane, che ne individuano cinque regioni dalle proprietà differenti: la membrana esterna, lo spazio intermembrana, la membrana interna, lo spazio delle creste (formate dalle inflessioni della membrana interna) e la matrice. Dalla membrana interna si staccano delle protuberanze dette creste mitocondriali. Sulle creste mitocondriali si trovano gli enzimi destinati a recuperare l'energia contenuta negli alimenti. ogni mitocondrio è racchiuso da due membrane, che ne individuano cinque regioni dalle proprietà differenti: la membrana esterna, lo spazio intermembrana, la membrana interna, lo spazio delle creste (formate dalle inflessioni della membrana interna) e la matrice. Dalla membrana interna si staccano delle protuberanze dette creste mitocondriali. Sulle creste mitocondriali si trovano gli enzimi destinati a recuperare l'energia contenuta negli alimenti.

42 42 Nel corso della loro vita queste organuli si rigonfiano e si contraggono; questi movimenti sono personalizzati e dimostrano come ognuno di essi svolga un lavoro particolare. I mitocondri lavorano in modo autonomo, assistono e nutrono gli altri organi nonché il nucleo ed il citoplasma. Sono dei lavoratori instancabili che si prendono a cuore il benessere dell'intero organismo. Nel corso della loro vita queste organuli si rigonfiano e si contraggono; questi movimenti sono personalizzati e dimostrano come ognuno di essi svolga un lavoro particolare. I mitocondri lavorano in modo autonomo, assistono e nutrono gli altri organi nonché il nucleo ed il citoplasma. Sono dei lavoratori instancabili che si prendono a cuore il benessere dell'intero organismo. La principale funzione dei mitocondri è la conversione di vari metaboliti in energia utilizzabile dalla cellula sotto forma di ATP. Ciò avviene attraverso pathways fondamentali come il ciclo di Krebs e la beta-ossidazione e la conseguente fosforilazione ossidativa. I mitocondri sono implicati anche in processi cellulari come l'apoptosi (morte cellulare programmata), la regolazione dello stato ossidativo della cellula, la sintesi dell'eme o la sintesi di steroidi. La principale funzione dei mitocondri è la conversione di vari metaboliti in energia utilizzabile dalla cellula sotto forma di ATP. Ciò avviene attraverso pathways fondamentali come il ciclo di Krebs e la beta-ossidazione e la conseguente fosforilazione ossidativa. I mitocondri sono implicati anche in processi cellulari come l'apoptosi (morte cellulare programmata), la regolazione dello stato ossidativo della cellula, la sintesi dell'eme o la sintesi di steroidi.metabolitiATPpathwaysciclo di Krebsbeta-ossidazione fosforilazione ossidativaapoptosiemesteroidimetabolitiATPpathwaysciclo di Krebsbeta-ossidazione fosforilazione ossidativaapoptosiemesteroidi

43 43 STRUTTURA DI UN MITOCONDRIO DI UNA CELLULA ANIMALE STRUTTURA DI UN MITOCONDRIO DI UNA CELLULA ANIMALE

44 44 Sono organuli tipici dei vegetali, circondati anch'essi, come i mitocondri, da una doppia membrana lipoproteica. Si classificano in: Sono organuli tipici dei vegetali, circondati anch'essi, come i mitocondri, da una doppia membrana lipoproteica. Si classificano in:vegetalimitocondrivegetalimitocondri Cloroplasti: sede della fotosintesi clorofilliana Amiloplasti: sede di riserva di amido Cromoplasti: ricchi di pigmenti I cloroplasti possono esser considerati la controparte dei mitocondri. Invece di produrre CO 2 e H 2 O come scarto, essi svolgono la fotosintesi clorofilliana, che parte da quei composti per generare glucosio ed ossigeno. Anche i cloroplasti possono esser presenti in numero, forma e dimensione variabili all'interno del citoplasma. I cloroplasti possono esser considerati la controparte dei mitocondri. Invece di produrre CO 2 e H 2 O come scarto, essi svolgono la fotosintesi clorofilliana, che parte da quei composti per generare glucosio ed ossigeno. Anche i cloroplasti possono esser presenti in numero, forma e dimensione variabili all'interno del citoplasma.fotosintesi clorofillianaglucosioossigenofotosintesi clorofillianaglucosioossigeno Rispetto agli altri organelli, i mitocondri ed i cloroplasti contengono al loro interno una molecola di DNA indipendente da quello situato nel nucleo della cellula, che ne permette l'autoreplicazioni. Secondo la teoria endosimbiontica, questo sarebbe dovuto al fatto che tali organelli deriverebbero da ancestrali cellule procariote libere. Rispetto agli altri organelli, i mitocondri ed i cloroplasti contengono al loro interno una molecola di DNA indipendente da quello situato nel nucleo della cellula, che ne permette l'autoreplicazioni. Secondo la teoria endosimbiontica, questo sarebbe dovuto al fatto che tali organelli deriverebbero da ancestrali cellule procariote libere.DNAteoria endosimbionticaDNAteoria endosimbiontica PLASTIDI A e B: membrana esterna e interna del cloroplasto C lamella D canale di collegamento fra le pile di grani E: grani

45 45 Al microscopio elettronico appare costituito da due membrane concentriche e all'interno vi è una matrice contenente lamelle rotonde poste l'una sopra l'altra a formare pile chiamate grani. Dalle lamelle dei grani si originano lamelle sottili e poco fitte chiamate lamelle stromali. Le lamelle fungono da supporto per unità singole, dette quantosomi, che sono aggregati di enzimi e pigmenti e provvedono a catturare l'energia luminosa (fotoni) azionando il processo fotosintetico di organicazíone del carbonio, partendo da CO 2 e H 2 O per costruire glucosio (C 6 H 12 O 6 ) liberando ossigeno. Al microscopio elettronico appare costituito da due membrane concentriche e all'interno vi è una matrice contenente lamelle rotonde poste l'una sopra l'altra a formare pile chiamate grani. Dalle lamelle dei grani si originano lamelle sottili e poco fitte chiamate lamelle stromali. Le lamelle fungono da supporto per unità singole, dette quantosomi, che sono aggregati di enzimi e pigmenti e provvedono a catturare l'energia luminosa (fotoni) azionando il processo fotosintetico di organicazíone del carbonio, partendo da CO 2 e H 2 O per costruire glucosio (C 6 H 12 O 6 ) liberando ossigeno. Il cloroplasto racchiude numerose lamine (dette tilacoidi) che ospitano l'apparato fotosintetico, e si trovano tuffate entro una matrice che contiene un piccolo cromosoma anulare. Il cloroplasto racchiude numerose lamine (dette tilacoidi) che ospitano l'apparato fotosintetico, e si trovano tuffate entro una matrice che contiene un piccolo cromosoma anulare. I plastidi derivano da altri plastidi attraverso la scissione binaria, la forma di riproduzione tipica dei procarioti. Dunque non sono in grado di formarsi "ex novo" in una cellula vegetale, questa caratteristica rafforza la teoria endosimbiontica dei plastidi e li accomuna ai mitocondri. Infatti i plastidi possiedono un proprio cromosoma circolare esattamente come i procarioti. I plastidi derivano da altri plastidi attraverso la scissione binaria, la forma di riproduzione tipica dei procarioti. Dunque non sono in grado di formarsi "ex novo" in una cellula vegetale, questa caratteristica rafforza la teoria endosimbiontica dei plastidi e li accomuna ai mitocondri. Infatti i plastidi possiedono un proprio cromosoma circolare esattamente come i procarioti. riproduzioneteoria endosimbionticamitocondriprocarioti riproduzioneteoria endosimbionticamitocondriprocarioti Lo stroma è il fluido che si trova nella parte interna di un cloroplasto. In esso sono immerse le membrane tilacoidi. Entro lo stroma avvengono le reazioni della fase oscura (Ciclo di Calvin e fissazione del Carbonio). Contiene diversi enzimi idrosolubili, il più abbondante dei quali è il ribulosio difosfato carbossilasi (RUDP), che serve a fissare l'anidride carbonica. Il pH all'interno dello stroma è leggermente basico. Lo stroma è il fluido che si trova nella parte interna di un cloroplasto. In esso sono immerse le membrane tilacoidi. Entro lo stroma avvengono le reazioni della fase oscura (Ciclo di Calvin e fissazione del Carbonio). Contiene diversi enzimi idrosolubili, il più abbondante dei quali è il ribulosio difosfato carbossilasi (RUDP), che serve a fissare l'anidride carbonica. Il pH all'interno dello stroma è leggermente basico. fluidocloroplastotilacoidiCiclo di CalvinCarbonioenzimianidride carbonicafluidocloroplastotilacoidiCiclo di CalvinCarbonioenzimianidride carbonica

46 46 Nella foto si vede il cloroplasto al microscopio elettronico a trasmissione; il cloroplasto fotografato misura 4-5 µm. microscopio elettronico a trasmissioneµmmicroscopio elettronico a trasmissioneµm

47 47 Tutti i plastidi derivano dai plastidi dello zigote, che sono stati ereditati a loro volta dalla cellula gametica femminile: l'uovo. Plastidi con difetti genetici nel loro cromosoma possono generare cloroplasti difettosi incapaci di produrre clorofilla. In Mirabilis jalapa (bella di notte) possono formarsi variegature dovuta proprio alla presenza nell'uovo di plastidi mutanti e normali, che segregano casualmente formando sulle foglie chiazze bianche, quando si segregano casulamente plastidi mutanti (difettosi) nelle cellule figlie, e chiazze verdi attraverso la segregazione di plastidi funzionali. Tutti i plastidi derivano dai plastidi dello zigote, che sono stati ereditati a loro volta dalla cellula gametica femminile: l'uovo. Plastidi con difetti genetici nel loro cromosoma possono generare cloroplasti difettosi incapaci di produrre clorofilla. In Mirabilis jalapa (bella di notte) possono formarsi variegature dovuta proprio alla presenza nell'uovo di plastidi mutanti e normali, che segregano casualmente formando sulle foglie chiazze bianche, quando si segregano casulamente plastidi mutanti (difettosi) nelle cellule figlie, e chiazze verdi attraverso la segregazione di plastidi funzionali.cloroplasticlorofillaMirabilis jalapafogliecloroplasticlorofillaMirabilis jalapafoglie La luce ha un ruolo base nel differenziamento dei cloroplasti. In un fusticino di plantula si nota al microscopio ottico, che gli strati più esterni di cellule parenchimatiche contengono prevalentemente cloroplasti, mentre gli strati più interni, non raggiunti dalla luce, si trovano i leucoplasti. Nella parte aerea la pianta abbonda di cloroplasti mentre nella parte sotterranea scarseggiano o ne sono del tutto privi, infatti, nelle radici troviamo soprattutto leucoplasti. La luce ha un ruolo base nel differenziamento dei cloroplasti. In un fusticino di plantula si nota al microscopio ottico, che gli strati più esterni di cellule parenchimatiche contengono prevalentemente cloroplasti, mentre gli strati più interni, non raggiunti dalla luce, si trovano i leucoplasti. Nella parte aerea la pianta abbonda di cloroplasti mentre nella parte sotterranea scarseggiano o ne sono del tutto privi, infatti, nelle radici troviamo soprattutto leucoplasti.plantulaleucoplasti plantulaleucoplasti

48 48 Cellule contenenti cloroplasti ricchi di clorofilla Cloroplasti nelle foglioline di muschio Il colore verde di molti organi vegetali è dovuto alla presenza, all’interno delle cellule, di specifici pigmenti, le clorofille. Questi pigmenti sono contenuti all’interno di particolari plastidi, detti CLOROPLASTI, importanti perché sede del processo della fotosintesi clorofilliana. Il colore rosso, arancione o giallo di molti organi vegetali è spesso dovuto alla presenza, all’interno delle cellule, di specifici pigmenti che talvolta cristallizzano. Questi pigmenti, a loro volta, sono contenuti all’interno di particolari plastidi, detti CROMOPLASTI

49 49 VACUOLO nella cellula vegetale ritroviamo un grosso vacuolo, cioè una vescicola delimitata da una membrana simile a quella cellulare (detta tonoplasto), contenente acqua e sostanze che il citoplasma contiene in eccesso (antociani, flavonoidi, alcaloidi, tannini, oli essenziali, inulina, acidi organici ecc. in relazione al tipo di cellula). nella cellula vegetale ritroviamo un grosso vacuolo, cioè una vescicola delimitata da una membrana simile a quella cellulare (detta tonoplasto), contenente acqua e sostanze che il citoplasma contiene in eccesso (antociani, flavonoidi, alcaloidi, tannini, oli essenziali, inulina, acidi organici ecc. in relazione al tipo di cellula).antocianiflavonoidialcaloiditanninioli essenzialiinulinaantocianiflavonoidialcaloiditanninioli essenzialiinulina I vacuoli fungono quindi da deposito di sostanze di riserva e rifiuto, e ricoprono un ruolo importante nella conservazione dell'equilibrio osmotico tra la cellula e l'ambiente esterno; piccoli e numerosi quando è giovane, aumentano di dimensioni scendendo di numero mano a mano che invecchia. I vacuoli fungono quindi da deposito di sostanze di riserva e rifiuto, e ricoprono un ruolo importante nella conservazione dell'equilibrio osmotico tra la cellula e l'ambiente esterno; piccoli e numerosi quando è giovane, aumentano di dimensioni scendendo di numero mano a mano che invecchia.equilibrio osmoticoequilibrio osmotico I vacuoli sono organelli in grado di conservare al loro interno nutrienti e sostanze di scarto. Alcuni vacuoli possono anche contenere acqua di riserva. Alcune cellule, come quelle del genere Amoeba, hanno vacuoli contrattili, in grado di pompare acqua all'esterno della cellula qualora ce ne sia di surplus. I vacuoli sono organelli in grado di conservare al loro interno nutrienti e sostanze di scarto. Alcuni vacuoli possono anche contenere acqua di riserva. Alcune cellule, come quelle del genere Amoeba, hanno vacuoli contrattili, in grado di pompare acqua all'esterno della cellula qualora ce ne sia di surplus.vacuoliAmoebavacuoliAmoeba

50 50 Reticolo endoplasmatico e Apparato del Golgi Il reticolo endoplasmatico (RE) è costituito da una serie di membrane ripiegate l'una sull'altra a formare tubuli e sacchetti che hanno il compito di raccogliere le proteine sintetizzate dai ribosomi, di trasportarle e smistarle, a seconda che siano destinate a subire determinate modificazioni o dirette verso specifiche destinazioni cellulari (ad esempio l'apparato di Golgi). Il reticolo endoplasmatico (RE) è costituito da una serie di membrane ripiegate l'una sull'altra a formare tubuli e sacchetti che hanno il compito di raccogliere le proteine sintetizzate dai ribosomi, di trasportarle e smistarle, a seconda che siano destinate a subire determinate modificazioni o dirette verso specifiche destinazioni cellulari (ad esempio l'apparato di Golgi). Si differenziano due regioni di RE: il reticolo endoplasmatico ruvido, sulla cui superficie sono contenuti i ribosomi (i corpuscoli riboproteici responsabili della sintesi proteica), e quello liscio, che ne è privo ed è maggiormente impegnato ad operare modificazioni post-traduzionali sulle proteine. Si differenziano due regioni di RE: il reticolo endoplasmatico ruvido, sulla cui superficie sono contenuti i ribosomi (i corpuscoli riboproteici responsabili della sintesi proteica), e quello liscio, che ne è privo ed è maggiormente impegnato ad operare modificazioni post-traduzionali sulle proteine.ribosomiriboproteicisintesi proteicamodificazioni post-traduzionaliribosomiriboproteicisintesi proteicamodificazioni post-traduzionali

51 51 L‘Apparato del Golgi, L‘Apparato del Golgi, ( o Corpo del Golgi ) ( o Corpo del Golgi ) è una struttura scoperta nel 1898 dal medico Camillo Golgi. E' presente all'interno delle cellule eucariotiche animali e vegetali ma non si riscontra nei batteri o nei micoplasmi che sono dei batteri molto più semplici in quanto privi della parete cellulare. è una struttura scoperta nel 1898 dal medico Camillo Golgi. E' presente all'interno delle cellule eucariotiche animali e vegetali ma non si riscontra nei batteri o nei micoplasmi che sono dei batteri molto più semplici in quanto privi della parete cellulare. È un complesso di membrane lisce raccolte a formare sacchi appiattiti (cisterne o sacculi) addossati gli uni agli altri e spesso disposti concentricamente, racchiudendo porzioni di citoplasma ricche di vacuoli. I bordi delle cisterne, soprattutto nei vegetali, sono frastagliati; sovente, parti di esse si distaccano per formare vescicole, le quali sono piccole cavità racchiuse in una membrana. Le proteine sintetizzate per essere secrete, formate sui ribosomi alla superficie del reticolo endoplasmico, sono incanalate nei corpi di Golgi dove vengono accumulate e racchiuse in vescicole. Tali vescicole vengono poi trasportate sino al rivestimento cellulare esterno e quindi liberate al di fuori della cellula. È un complesso di membrane lisce raccolte a formare sacchi appiattiti (cisterne o sacculi) addossati gli uni agli altri e spesso disposti concentricamente, racchiudendo porzioni di citoplasma ricche di vacuoli. I bordi delle cisterne, soprattutto nei vegetali, sono frastagliati; sovente, parti di esse si distaccano per formare vescicole, le quali sono piccole cavità racchiuse in una membrana. Le proteine sintetizzate per essere secrete, formate sui ribosomi alla superficie del reticolo endoplasmico, sono incanalate nei corpi di Golgi dove vengono accumulate e racchiuse in vescicole. Tali vescicole vengono poi trasportate sino al rivestimento cellulare esterno e quindi liberate al di fuori della cellula.vacuoli

52 52 si tende a ritenere che le membrane del Golgi siano dinamicamente collegate al reticolo sia liscio che rugoso, ed anche all'involucro nucleare. ha la funzione di immagazzinare, concentrare e distribuire le proteine da trasportare fuori dalla cellula (secrezione) e quelle che, pur rimanendo all'interno di essa, devono rimanere separate dal citoplasma mediante una membrana. riceve dal reticolo endoplasmatico liscio i lipidi da usare per la sintesi delle lipoproteine, molecole organiche formate appunto da una parte lipidica e da una proteica. L'apparato di Golgi sintetizza anche polisaccaridi, molecole organiche formate da una catena di zuccheri, che la cellula secerne nell'ambiente esterno come tali o legati a proteine (glicoproteine).

53 53 Ad esempio, le cellule vegetali producono cellulosa (polisaccaride composto da molecole di glucosio) e la pectina, che vengono secrete e utilizzate per la costruzione della parete ; alcune cellule animali producono glicoproteine che diventano i componenti principali del muco da esse secreto. Situato in vicinanza del nucleo, l'apparato dei Golgi ha una forma arcuata, ed è orientato in modo da avere la convessità verso il nucleo e la concavità verso la membrana cellulare. Ad esempio, le cellule vegetali producono cellulosa (polisaccaride composto da molecole di glucosio) e la pectina, che vengono secrete e utilizzate per la costruzione della parete ; alcune cellule animali producono glicoproteine che diventano i componenti principali del muco da esse secreto. Situato in vicinanza del nucleo, l'apparato dei Golgi ha una forma arcuata, ed è orientato in modo da avere la convessità verso il nucleo e la concavità verso la membrana cellulare. Le proteine e i lipidi sintetizzati rispettivamente dai ribosomi e dal reticolo endoplasmatico liscio, vengono convogliati nel reticolo endoplasmatico, dove sono racchiusi in minuscole strutture tondeggianti delimitate da membrana, dette vescicole; queste ultime vanno a fondersi con la cisterna dell'apparato di Golgi più vicina al nucleo (superficie di formazione). Le proteine e i lipidi sintetizzati rispettivamente dai ribosomi e dal reticolo endoplasmatico liscio, vengono convogliati nel reticolo endoplasmatico, dove sono racchiusi in minuscole strutture tondeggianti delimitate da membrana, dette vescicole; queste ultime vanno a fondersi con la cisterna dell'apparato di Golgi più vicina al nucleo (superficie di formazione). Da qui proteine e lipidi vengono convogliati progressivamente attraverso le pile di cisterne fino a raggiungere la superficie di maturazione, ossia la cisterna più vicina alla membrana plasmatica. Da qui proteine e lipidi vengono convogliati progressivamente attraverso le pile di cisterne fino a raggiungere la superficie di maturazione, ossia la cisterna più vicina alla membrana plasmatica. Nell'apparato di Golgi le proteine possono essere modificate mediante l'aggiunta di lipidi (lipoproteine) o carboidrati (glicoproteine). I materiali così sintetizzati vengono racchiusi all'interno di una vescicola mediante l'estroflessione della membrana plasmatica; in tal modo, essi restano separati dal citoplasma. Le vescicole sono poi smistate a seconda della loro destinazione: le proteine che devono tornare nel reticolo endoplasmatico vengono riconosciute e trasportate dove sono richieste. Alcune proteine e lipoproteine sono invece inviate alla superficie della cellula per essere liberate nell'ambiente esterno (processo di secrezione). Altre ancora sono trasferite nei lisosomi, piccole strutture endocellulari contenenti enzimi digestivi. Nell'apparato di Golgi le proteine possono essere modificate mediante l'aggiunta di lipidi (lipoproteine) o carboidrati (glicoproteine). I materiali così sintetizzati vengono racchiusi all'interno di una vescicola mediante l'estroflessione della membrana plasmatica; in tal modo, essi restano separati dal citoplasma. Le vescicole sono poi smistate a seconda della loro destinazione: le proteine che devono tornare nel reticolo endoplasmatico vengono riconosciute e trasportate dove sono richieste. Alcune proteine e lipoproteine sono invece inviate alla superficie della cellula per essere liberate nell'ambiente esterno (processo di secrezione). Altre ancora sono trasferite nei lisosomi, piccole strutture endocellulari contenenti enzimi digestivi.

54 54 LE FUNZIONI DELLA CELLULA LE FUNZIONI DELLA CELLULA Metabolismo cellulare Metabolismo cellulare Movimento, adattabilità e riproduzione cellulare Movimento, adattabilità e riproduzione cellulare Il ciclo cellulare Il ciclo cellulare La mitosi La mitosi Ciclo di Krebs Ciclo di Krebs

55 55 Il metabolismo cellulare Con tale termine si indicano i continui processi, sia chimici che fisici, cui è soggetto il protoplasma e che danno luogo al continuo scambio di energia e di sostanze tra l'ambiente esterno e la cellula stessa. Con tale termine si indicano i continui processi, sia chimici che fisici, cui è soggetto il protoplasma e che danno luogo al continuo scambio di energia e di sostanze tra l'ambiente esterno e la cellula stessa. Si distingue: a) anabolismo cellulare, in cui si comprendono tutti i processi per mezzo dei quali la a) anabolismo cellulare, in cui si comprendono tutti i processi per mezzo dei quali la cellula si arricchisce di sostanze vitali per essa e immagazzina complesse cellula si arricchisce di sostanze vitali per essa e immagazzina complesse molecole chimiche fondamentali per la sua evoluzione e per il suo trofismo; molecole chimiche fondamentali per la sua evoluzione e per il suo trofismo; b) catabolismo cellulare, con cui si intendono tutti i processi distruttivi cui vanno incontro le b) catabolismo cellulare, con cui si intendono tutti i processi distruttivi cui vanno incontro le molecole chimiche precedentemente immagazzinate; distruzione che porta alla formazione di molecole chimiche precedentemente immagazzinate; distruzione che porta alla formazione di energia con conseguente eliminazione dei rifiuti. energia con conseguente eliminazione dei rifiuti. Tutti questi processi si possono raccogliere sotto un comune denominatore: ricambio cellulare

56 56 L'assunzione di particelle solide avviene per mezzo della fagocitosi. Tale proprietà venne studiata per la prima volta sui leucociti di un mollusco da Haeckel, nel 1862, e consiste nella emissione di pseudopodi (prolungamenti, dovuti ad estroflessioni della membrana cellulare) o di membranelle ondulanti, per cui il materiale da inglobare viene circoscritto da tali prolungamenti ed infine inglobato entro il citoplasma. L'assunzione di particelle solide avviene per mezzo della fagocitosi. Tale proprietà venne studiata per la prima volta sui leucociti di un mollusco da Haeckel, nel 1862, e consiste nella emissione di pseudopodi (prolungamenti, dovuti ad estroflessioni della membrana cellulare) o di membranelle ondulanti, per cui il materiale da inglobare viene circoscritto da tali prolungamenti ed infine inglobato entro il citoplasma.leucociti In base alle proprietà fagocitanti, le cellule sono state distinte in macrofagi e in microfagi: i primi sono in grado di assimilare cellule batteriche al completo, i microfagi, invece, solo parti corpuscolate o residui di cellule. Entrambi i tipi di cellule fagocitanti sono abbondantemente rappresentati nel corpo umano. Le funzioni a cui tali elementi sono deputati sono: difesa contro i germi e i microorganismi patogeni in genere, eliminazione di pulviscolo atmosferico che attraverso la respirazione perviene negli alveoli polmonari, eliminazione di detriti da organi in via di decomposizione (come avviene per esempio nella metamorfosi di alcuni animali) e infine l'assorbimento dei processi infiammatori. Il meccanismo principale per mezzo del quale la cellula si nutre avviene attraverso l'assorbimento di particelle liquide. A tale riguardo, la membrana cellulare svolge una funzione fondamentale. Essa si comporta infatti, come una membrana semipermeabile, come un filtro, permettendo il passaggio di determinate sostanze e non di altre, anche se con notevole affinità chimica. Si è notato inoltre che la disponibilità ad assorbire della membrana varia a seconda dello stato funzionale in cui essa si trova: per esempio, se la cellula, in un determinato stato, non avrà bisogno di lipidi, pur potendoli assorbire, non li introdurrà, in quanto il suo fabbisogno è per il momento espletato. In base alle proprietà fagocitanti, le cellule sono state distinte in macrofagi e in microfagi: i primi sono in grado di assimilare cellule batteriche al completo, i microfagi, invece, solo parti corpuscolate o residui di cellule. Entrambi i tipi di cellule fagocitanti sono abbondantemente rappresentati nel corpo umano. Le funzioni a cui tali elementi sono deputati sono: difesa contro i germi e i microorganismi patogeni in genere, eliminazione di pulviscolo atmosferico che attraverso la respirazione perviene negli alveoli polmonari, eliminazione di detriti da organi in via di decomposizione (come avviene per esempio nella metamorfosi di alcuni animali) e infine l'assorbimento dei processi infiammatori. Il meccanismo principale per mezzo del quale la cellula si nutre avviene attraverso l'assorbimento di particelle liquide. A tale riguardo, la membrana cellulare svolge una funzione fondamentale. Essa si comporta infatti, come una membrana semipermeabile, come un filtro, permettendo il passaggio di determinate sostanze e non di altre, anche se con notevole affinità chimica. Si è notato inoltre che la disponibilità ad assorbire della membrana varia a seconda dello stato funzionale in cui essa si trova: per esempio, se la cellula, in un determinato stato, non avrà bisogno di lipidi, pur potendoli assorbire, non li introdurrà, in quanto il suo fabbisogno è per il momento espletato.macrofagimembrana cellularemacrofagimembrana cellulare

57 57 Movimento, adattabilità e riproduzione cellulare Movimento cellulare Movimento cellulare Anche le cellule compiono movimenti; questa necessità è dettata in genere dal bisogno di potersi spostare verso zone dove è più facile procurarsi il nutrimento, oppure, come nell’organismo umano, verso zone dove svolgere funzioni specifiche. Molte cellule, ancorate ad altre cellule per formare gli epiteli, anziché spostarsi per raggiungere il cibo, muovono i liquidi che le circondano provocando un ricambio continuo di sostanze con cui vengono a contatto. Anche le cellule compiono movimenti; questa necessità è dettata in genere dal bisogno di potersi spostare verso zone dove è più facile procurarsi il nutrimento, oppure, come nell’organismo umano, verso zone dove svolgere funzioni specifiche. Molte cellule, ancorate ad altre cellule per formare gli epiteli, anziché spostarsi per raggiungere il cibo, muovono i liquidi che le circondano provocando un ricambio continuo di sostanze con cui vengono a contatto. La capacità delle cellule di spostarsi in un ambiente liquido o aeriforme, avviene attraverso movimento diretto o indiretto. La capacità delle cellule di spostarsi in un ambiente liquido o aeriforme, avviene attraverso movimento diretto o indiretto. Il movimento indiretto si ha del tutto passivamente, per mezzo del vento (è il caso del polline), per mezzo dell'acqua, oppure con il torrente circolatorio. Il movimento indiretto si ha del tutto passivamente, per mezzo del vento (è il caso del polline), per mezzo dell'acqua, oppure con il torrente circolatorio. Un tipo speciale di moto indiretto è il movimento browniano, che si esplica con l'urto delle cellule con molecole colloidali contenute in un mezzo; tale tipo di movimento è molto irregolare (a zig-zag). Un tipo speciale di moto indiretto è il movimento browniano, che si esplica con l'urto delle cellule con molecole colloidali contenute in un mezzo; tale tipo di movimento è molto irregolare (a zig-zag). Il movimento diretto è caratteristico di talune cellule che per esplicarlo devono possedere alcune peculiarità: cellule ameboidi, cellule ciliate, cellule muscolari. Il movimento diretto è caratteristico di talune cellule che per esplicarlo devono possedere alcune peculiarità: cellule ameboidi, cellule ciliate, cellule muscolari.

58 58 Il moto delle cellule ameboidi è caratterizzato dall’emissione di propaggini di sostanza cellulare (gli pseudopodi). Queste propaggini possono essere emesse in qualsiasi punto della parete cellulare, ma quando vengono estroflesse in una determinata direzione e sempre in quella, permettono piccoli spostamenti della cellula. La velocità di movimento non è superiore a pochi micron al minuto. Il moto delle cellule ameboidi è caratterizzato dall’emissione di propaggini di sostanza cellulare (gli pseudopodi). Queste propaggini possono essere emesse in qualsiasi punto della parete cellulare, ma quando vengono estroflesse in una determinata direzione e sempre in quella, permettono piccoli spostamenti della cellula. La velocità di movimento non è superiore a pochi micron al minuto. Nell’organismo umano utilizzano il movimento ameboide cellule (per esempio, i macrofagi) che hanno funzione di “spazzini”, cioè ripuliscono, inglobando e digerendo tutti i detriti di cellule morte o i batteri penetrati nell’organismo. Nell’organismo umano utilizzano il movimento ameboide cellule (per esempio, i macrofagi) che hanno funzione di “spazzini”, cioè ripuliscono, inglobando e digerendo tutti i detriti di cellule morte o i batteri penetrati nell’organismo. Esempio di movimento ameboide: il più semplice tra i movimenti della cellula.Movimento cellulare Esempio di movimento ameboide: il più semplice tra i movimenti della cellula.Movimento cellulare Usano questo tipo di locomozione anche altre cellule presenti nel sangue, i linfociti e i granulociti, che attraversano i vasi sanguigni per portarsi nei siti di infezione dove svolgono la loro funzione di difesa dell’organismo. Al movimento ameboide è strettamente correlata la fagocitosi, cioè la capacità da parte di alcune cellule (per esempio, macrofagi, granulociti) di inglobare grosse particelle (come i batteri) e di digerirli. Nella fagocitosi la cellula emette grandi estroflessioni che circondano la particella e si ricongiungono racchiudendola in una grossa vescicola; questa la fonderà con i lisosomi che contengono enzimi digestivi, dando il via alla demolizione.

59 59 Le cellule ciliate e flagellate sono invece in grado di eseguire il cosiddetto movimento vibratile, per mezzo di organuli a filamento impiantati stabilmente nelle cellule, detti flagelli e ciglia. I flagelli sono un elemento classificatore di un’ intera classe di Protozoi detti appunto Flagellati: nell'uomo si riscontrano solo nello spermatozoo;spermatozoo le ciglia sono invece molto più frequenti nelle cellule, sia del regno animale che vegetale: nell'uomo si trovano sulla parte libera di cellule tappezzanti le vie respiratorie, l'utero, la tuba, i dotti efferenti del testicolo. Ogni ciglia possiede all'interno del citoplasma un corpiciattolo su cui si fissa, detto corpuscolo basale. I filamenti eseguono due tipi di movimento: uno rotatorio, per cui il flagello si avvita su se stesso, ed uno oscillatorio, simile a quello della coda di pesce; il risultato di questi movimenti può essere sia una propulsione della cellula, che una retrazione.

60 60 L'ultimo tipo di movimento cui le cellule sono soggette è il movimento muscolare: a tale moto sono soggette solamente le cellule muscolari lisce e striate e consiste nella contrazione di particolari elementi differenziati contenuti all'interno della cellula detti miofibrille. La contrazione delle miofibrille, e di conseguenza di tutta la cellula muscolare, non è mai spontanea ma avviene sempre in seguito a un eccitamento dovuto ad impulsi nervosi. L'ultimo tipo di movimento cui le cellule sono soggette è il movimento muscolare: a tale moto sono soggette solamente le cellule muscolari lisce e striate e consiste nella contrazione di particolari elementi differenziati contenuti all'interno della cellula detti miofibrille. La contrazione delle miofibrille, e di conseguenza di tutta la cellula muscolare, non è mai spontanea ma avviene sempre in seguito a un eccitamento dovuto ad impulsi nervosi.miofibrille Adattabilità cellulare Adattabilità cellulare Con questo termine si intende la capacità di una cellula di poter reagire agli stimoli dell'ambiente esterno e di potersi adattare ad esso in modo da realizzare le migliori condizioni vitali. Gli stimoli possono essere di varia natura e non necessariamente dannosi alla vita cellulare; a seconda, appunto, della dannosità o meno dello stimolo, la cellula risponde con un movimento che può essere di orientazione (tropismo) oppure di allontanamento (tassì). Sia il tropismo, che la tassi possono essere negativi qualora la cellula si allontani rifiutando lo stimolo, oppure positivi se l’elemento si avvicina alla sorgente dello stimolo. Con questo termine si intende la capacità di una cellula di poter reagire agli stimoli dell'ambiente esterno e di potersi adattare ad esso in modo da realizzare le migliori condizioni vitali. Gli stimoli possono essere di varia natura e non necessariamente dannosi alla vita cellulare; a seconda, appunto, della dannosità o meno dello stimolo, la cellula risponde con un movimento che può essere di orientazione (tropismo) oppure di allontanamento (tassì). Sia il tropismo, che la tassi possono essere negativi qualora la cellula si allontani rifiutando lo stimolo, oppure positivi se l’elemento si avvicina alla sorgente dello stimolo.

61 61 Riproduzione cellulare Riproduzione cellulare La divisione cellulare è un processo essenziale per la continuazione della specie: infatti in tutti gli esseri viventi, sia animali, che vegetali, le cellule non possono originarsi che per la divisione di cellule madri precedenti. Ad individuo già concepito la divisione cellulare porta alla sua morfogenesi, vale a dire che sull'uovo fecondato si edificano tutti gli abbozzi embrionali che daranno luogo ai singoli organi: è il mezzo del suo accrescimento attraverso il quale da un individuo neonato di piccola mole si arriva all'individuo maturo. La divisione cellulare è un processo essenziale per la continuazione della specie: infatti in tutti gli esseri viventi, sia animali, che vegetali, le cellule non possono originarsi che per la divisione di cellule madri precedenti. Ad individuo già concepito la divisione cellulare porta alla sua morfogenesi, vale a dire che sull'uovo fecondato si edificano tutti gli abbozzi embrionali che daranno luogo ai singoli organi: è il mezzo del suo accrescimento attraverso il quale da un individuo neonato di piccola mole si arriva all'individuo maturo.uovo fecondatouovo fecondato Infine, la divisione cellulare è l'unico mezzo a disposizione dell'essere vivente per la riparazione delle perdite avvenute per ragioni fisiologiche o per traumi. Ricorrendo alla meiosi e alla riproduzione sessuale, gli organismi pluricellulari rimescolano il materiale genetico dei genitori per aumentare la variabilità genetica. Infine, la divisione cellulare è l'unico mezzo a disposizione dell'essere vivente per la riparazione delle perdite avvenute per ragioni fisiologiche o per traumi. Ricorrendo alla meiosi e alla riproduzione sessuale, gli organismi pluricellulari rimescolano il materiale genetico dei genitori per aumentare la variabilità genetica. Due sono le modalità della riproduzione cellulare: la divisione diretta o amitosi e la divisione indiretta o mitosi o cariocinesi. Due sono le modalità della riproduzione cellulare: la divisione diretta o amitosi e la divisione indiretta o mitosi o cariocinesi.mitosi

62 62 IL CICLO CELLULARE Una cellula si divide quando si crea una sproporzione tra superficie e volume. Quando una cellula si accresce, il volume aumenta molto più della superficie, cioè della membrana plasmatica. In un tempo relativamente breve, i costituenti interni di una cellula in crescita avranno quindi a disposizione una superficie proporzionalmente meno estesa attraverso cui ottenere le sostanze nutritive ed eliminare i prodotti di rifiuto. Ciò compromette gravemente la vita della cellula, che di conseguenza deve dividersi. Una cellula si divide quando si crea una sproporzione tra superficie e volume. Quando una cellula si accresce, il volume aumenta molto più della superficie, cioè della membrana plasmatica. In un tempo relativamente breve, i costituenti interni di una cellula in crescita avranno quindi a disposizione una superficie proporzionalmente meno estesa attraverso cui ottenere le sostanze nutritive ed eliminare i prodotti di rifiuto. Ciò compromette gravemente la vita della cellula, che di conseguenza deve dividersi.volume Si definisce ciclo cellulare la sequenza di eventi compresa tra due divisioni cellulari successive. Si definisce ciclo cellulare la sequenza di eventi compresa tra due divisioni cellulari successive. Negli organismi unicellulari (per esempio, batteri, amebe) il ciclo cellulare coincide con il ciclo vitale (cioè con l'insieme degli eventi tra una generazione e quella succesiva). Negli organismi unicellulari (per esempio, batteri, amebe) il ciclo cellulare coincide con il ciclo vitale (cioè con l'insieme degli eventi tra una generazione e quella succesiva). Negli organismi pluricellulari il ciclo cellulare è in genere una parte del ciclo vitale (quello relativo alla crescita corporea, che si compie appunto attraverso ripetute divisioni cellulari). La maggior parte degli organismi pluricellulari completa infatti il proprio ciclo vitale attraverso la riproduzione sessuale, che comporta la fecondazione di una cellula uovo da parte di uno spermatozoo. Cellule uovo e spermatozoi sono cellule sessuali che si originano attraverso una particolare forma di divisione cellulare chiamata meiosi. Negli organismi pluricellulari il ciclo cellulare è in genere una parte del ciclo vitale (quello relativo alla crescita corporea, che si compie appunto attraverso ripetute divisioni cellulari). La maggior parte degli organismi pluricellulari completa infatti il proprio ciclo vitale attraverso la riproduzione sessuale, che comporta la fecondazione di una cellula uovo da parte di uno spermatozoo. Cellule uovo e spermatozoi sono cellule sessuali che si originano attraverso una particolare forma di divisione cellulare chiamata meiosi.meiosi

63 63 Al termine di un ciclo cellulare si formano due cellule figlie identiche alla cellula madre dalla quale derivano. Questa identità è garantita dalla duplicazione dell'informazione genetica completa della cellula madre nei nuclei delle due nuove cellule. Il materiale genetico è rappresentato dal DNA, che normalmente è disperso in tutto il nucleo come una massa confusa (cromatina ). Durante la divisione cellulare, il DNA si spiralizza formando i cromosomi ("corpi colorati"; v. fig. 6.1), costituiti da due bracci (cromatidi) uniti tra loro in corrispondenza di una regione particolare (centromero). Al termine di un ciclo cellulare si formano due cellule figlie identiche alla cellula madre dalla quale derivano. Questa identità è garantita dalla duplicazione dell'informazione genetica completa della cellula madre nei nuclei delle due nuove cellule. Il materiale genetico è rappresentato dal DNA, che normalmente è disperso in tutto il nucleo come una massa confusa (cromatina ). Durante la divisione cellulare, il DNA si spiralizza formando i cromosomi ("corpi colorati"; v. fig. 6.1), costituiti da due bracci (cromatidi) uniti tra loro in corrispondenza di una regione particolare (centromero).cromatina Nella maggior parte delle cellule (cellule somatiche) si trovano coppie di cromosomi (ciascun membro della coppia è detto cromosoma omologo) con la stessa forma, la stessa lunghezza e un'informazione genetica molto simile: uno di origine paterna e uno di origine materna. Nella maggior parte delle cellule (cellule somatiche) si trovano coppie di cromosomi (ciascun membro della coppia è detto cromosoma omologo) con la stessa forma, la stessa lunghezza e un'informazione genetica molto simile: uno di origine paterna e uno di origine materna. Si definisce diploide la cellula che possiede coppie di cromosomi omologhi. Il numero dei cromosomi nelle cellule diploidi è caratteristico di ogni specie (nell'uomo è 46). Si definisce diploide la cellula che possiede coppie di cromosomi omologhi. Il numero dei cromosomi nelle cellule diploidi è caratteristico di ogni specie (nell'uomo è 46).

64 64 La mitosi La mitosi è un processo biologico in cui si verifica una divisione di una cellula madre in due cellule figlie che risulteranno geneticamente uguali alla madre. La mitosi è un fenomeno molto diffuso a tutti i livelli di organizzazione. E’ difatti utilizzato dai più semplici batteri per riprodursi in colonie e dagli organismi più evoluti per processi di accrescimento. Dopo la fecondazione, ad esclusione della gametogenesi dove i fenomeni iniziali sono di tipo meiotico, la stragrande maggioranza dei processi di divisione è di tipo mitotico. La mitosi nelle cellule eucariotiche, poiché possiedono un corredo cromosomico non uniforme ma disperso nel citoplasma, prende il nome di scissione binaria. Le fasi della mitosi sono cinque: - Profase e prometafase La mitosi è un processo biologico in cui si verifica una divisione di una cellula madre in due cellule figlie che risulteranno geneticamente uguali alla madre. La mitosi è un fenomeno molto diffuso a tutti i livelli di organizzazione. E’ difatti utilizzato dai più semplici batteri per riprodursi in colonie e dagli organismi più evoluti per processi di accrescimento. Dopo la fecondazione, ad esclusione della gametogenesi dove i fenomeni iniziali sono di tipo meiotico, la stragrande maggioranza dei processi di divisione è di tipo mitotico. La mitosi nelle cellule eucariotiche, poiché possiedono un corredo cromosomico non uniforme ma disperso nel citoplasma, prende il nome di scissione binaria. Le fasi della mitosi sono cinque: - Profase e prometafase - Metafase - Anafase - Telofase - Citodieresi

65 65 INFORMAZIONE GENETICA INFORMAZIONE GENETICA GENI, CROMOSOMI, GENOMI GENI, CROMOSOMI, GENOMI Un GENE è un tratto di DNA che contiene l’informazione per produrre: Un GENE è un tratto di DNA che contiene l’informazione per produrre: a) una specifica proteina; a) una specifica proteina; b) uno specifico rRNA, tRNA, o altro RNA non tradotto; b) uno specifico rRNA, tRNA, o altro RNA non tradotto; l’insieme dei geni di un organismo si chiama GENOMA l’insieme dei geni di un organismo si chiama GENOMA il genoma è organizzato fisicamente in CROMOSOMI il genoma è organizzato fisicamente in CROMOSOMI

66 66 Un cromosoma: prima di duplicarsi, è costituito da un cromatidio. Dopo la replicazione del DNA è formato da due cromatidi “fratelli”, che appaiono uniti nella regione del centromero. Quando i due cromatidi si separano, si avranno due nuovi cromosomi uguali (ciascuno costituito da un cromatidio)

67 67 LA PROFASE: la cromatina si addensa a formare i cromosomi; i centrioli, precedentemente duplicati, cominciano ad allontanarsi tra loro. LA PROFASE: la cromatina si addensa a formare i cromosomi; i centrioli, precedentemente duplicati, cominciano ad allontanarsi tra loro. i centrioli i centrioli

68 68 LA PROMETAFASE: i centrioli si posizionano ai poli della cellula creando un fuso mitotico; la membrana nucleare si rompe e i cromosomi vengono legati dai microtubuli che compongono il fuso. LA PROMETAFASE: i centrioli si posizionano ai poli della cellula creando un fuso mitotico; la membrana nucleare si rompe e i cromosomi vengono legati dai microtubuli che compongono il fuso. fuso mitotico fuso mitotico

69 69 LA METAFASE: i cromosomi si dispongono all'equatore della cellula in modo che siano tutti allineati

70 70 L'ANAFASE: il centromero di ogni cromosoma si divide; in questo modo i cromatidi fratelli migrano ai poli opposti della cellula grazie ai microtubuli che si accorciano trascinandoli

71 71 LA TELOFASE e LA CITOCHINESI: i cromatidi fratelli sono giunti ai due poli e attorno a loro cominciano a formarsi due membrane nucleari; questo fa in modo che si formino due nuclei distinti. Dopo la formazione dei due nuclei avviene la Citochinesi ovvero la divisione del citoplasma della cellula. Alla fine di questo processo si ottengono due cellule distinte, le cellule figlie. c ell ule dis tin te, le cel lul e fig lie. c ell ule dis tin te, le cel lul e fig lie.

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74 74 CICLO DI KREBS Il ciclo di Krebs (anche detto ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico) è un ciclo metabolico di importanza fondamentale in tutte le cellule che utilizzano ossigeno nel processo della respirazione cellulare. In questi organismi aerobici, il ciclo di Krebs è l'anello di congiunzione delle vie metaboliche responsabili della degradazione (catabolismo) dei carboidrati, dei grassi e delle proteine in anidride carbonica e acqua con la formazione di energia chimica. Il ciclo di Krebs (anche detto ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico) è un ciclo metabolico di importanza fondamentale in tutte le cellule che utilizzano ossigeno nel processo della respirazione cellulare. In questi organismi aerobici, il ciclo di Krebs è l'anello di congiunzione delle vie metaboliche responsabili della degradazione (catabolismo) dei carboidrati, dei grassi e delle proteine in anidride carbonica e acqua con la formazione di energia chimica.acido citricociclo metabolicocelluleossigenorespirazione cellulareorganismi aerobicivie metabolichecatabolismocarboidratigrassiproteine anidride carbonicaacquaacido citricociclo metabolicocelluleossigenorespirazione cellulareorganismi aerobicivie metabolichecatabolismocarboidratigrassiproteine anidride carbonicaacqua Il ciclo di Krebs è una via metabolica anfibolica, poiché partecipa sia a processi catabolici che anabolici. Il ciclo fornisce infatti anche molti precursori per la produzione di alcuni amminoacidi (ad esempio l'α-chetoglutarato e l'ossalacetato) e di altre molecole fondamentali per la cellula. Il ciclo di Krebs è una via metabolica anfibolica, poiché partecipa sia a processi catabolici che anabolici. Il ciclo fornisce infatti anche molti precursori per la produzione di alcuni amminoacidi (ad esempio l'α-chetoglutarato e l'ossalacetato) e di altre molecole fondamentali per la cellula.anfibolica catabolicianaboliciamminoacidichetoglutaratoossalacetatomolecolecellulaanfibolica catabolicianaboliciamminoacidichetoglutaratoossalacetatomolecolecellula Il ciclo è così denominato in onore dello scienziato anglo-tedesco Sir Hans Adolf Krebs, che propose nel 1937 gli elementi chiave della via metabolica. Per questa scoperta ricevette nel 1953 il Premio Nobel per la medicina. Il ciclo è così denominato in onore dello scienziato anglo-tedesco Sir Hans Adolf Krebs, che propose nel 1937 gli elementi chiave della via metabolica. Per questa scoperta ricevette nel 1953 il Premio Nobel per la medicina.Hans Adolf Krebs Premio Nobel per la medicinaHans Adolf Krebs Premio Nobel per la medicina Il ciclo di Krebs avviene nei mitocondri delle cellule eucariote e nel citoplasma delle cellule procariote. Il ciclo di Krebs avviene nei mitocondri delle cellule eucariote e nel citoplasma delle cellule procariote.mitocondrieucariotecitoplasmaprocariotemitocondrieucariotecitoplasmaprocariote

75 75 I catabolismi glucidico e lipidico (attraverso la glicolisi e la beta ossidazione), producono acetil-CoA, un gruppo acetile legato al coenzima A. L'acetil-CoA costituisce il principale substrato del ciclo. Il suo ingresso consiste in una condensazione con ossalacetato, a generare citrato. Al termine del ciclo stesso, i due atomi di carbonio immessi dall'acetil-CoA verranno ossidati in due molecole di CO2, rigenerando nuovamente ossalacetato in grado di condensare con acetil-CoA. La produzione rilevante dal punto di vista energetico, tuttavia, è quella di una molecola di GTP (immediatamente utilizzata per rigenerare una molecola di ATP), di tre molecole di NADH ed una di FADH2. I catabolismi glucidico e lipidico (attraverso la glicolisi e la beta ossidazione), producono acetil-CoA, un gruppo acetile legato al coenzima A. L'acetil-CoA costituisce il principale substrato del ciclo. Il suo ingresso consiste in una condensazione con ossalacetato, a generare citrato. Al termine del ciclo stesso, i due atomi di carbonio immessi dall'acetil-CoA verranno ossidati in due molecole di CO2, rigenerando nuovamente ossalacetato in grado di condensare con acetil-CoA. La produzione rilevante dal punto di vista energetico, tuttavia, è quella di una molecola di GTP (immediatamente utilizzata per rigenerare una molecola di ATP), di tre molecole di NADH ed una di FADH2.catabolismiglucidicolipidicoglicolisibeta ossidazioneacetil-CoAacetilecoenzima Asubstrato ossalacetatocitratoossidatiGTPATP NADHFADHcatabolismiglucidicolipidicoglicolisibeta ossidazioneacetil-CoAacetilecoenzima Asubstrato ossalacetatocitratoossidatiGTPATP NADHFADH I cofattori ridotti (NADH e FADH2), si comportano come intermedi ossido/riduttivi. Quando ridotti, essi sono in grado di trasportare elettroni ad energia relativamente alta (sottratti ai substrati ossidati ad esempio nella glicolisi o nello stesso ciclo di Krebs) fino alla catena respiratoria mitocondriale. Presso tale catena, essi vengono riossidati (a NAD+ e FAD) e cedono gli elettroni alla catena stessa, che sarà così in grado di rigenerare molecole di ATP da ADP. I cofattori ridotti (NADH e FADH2), si comportano come intermedi ossido/riduttivi. Quando ridotti, essi sono in grado di trasportare elettroni ad energia relativamente alta (sottratti ai substrati ossidati ad esempio nella glicolisi o nello stesso ciclo di Krebs) fino alla catena respiratoria mitocondriale. Presso tale catena, essi vengono riossidati (a NAD+ e FAD) e cedono gli elettroni alla catena stessa, che sarà così in grado di rigenerare molecole di ATP da ADP.cofattoriridottielettroniglicolisicatena respiratoriaATPADPcofattoriridottielettroniglicolisicatena respiratoriaATPADP L'energia che si ricava dalla completa demolizione di una molecola di glucosio attraverso i tre diversi stadi della respirazione cellulare (glicolisi, ciclo di Krebs e catena di trasporto di elettroni), è idealmente di 36 molecole di ATP. In realtà sono 38 le molecole nette di ATP ad essere prodotte, ma 2 di esse vengono consumate per trasportare (tramite trasporto attivo) dal citoplasma alla matrice mitocondriale le 2 molecole di acetil-CoA prodotte nella glicolisi. L'energia che si ricava dalla completa demolizione di una molecola di glucosio attraverso i tre diversi stadi della respirazione cellulare (glicolisi, ciclo di Krebs e catena di trasporto di elettroni), è idealmente di 36 molecole di ATP. In realtà sono 38 le molecole nette di ATP ad essere prodotte, ma 2 di esse vengono consumate per trasportare (tramite trasporto attivo) dal citoplasma alla matrice mitocondriale le 2 molecole di acetil-CoA prodotte nella glicolisi.trasporto attivocitoplasmamatrice mitocondrialeacetil-CoAtrasporto attivocitoplasmamatrice mitocondrialeacetil-CoA


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