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1 LA CELLULA. 2 1590 Hooke 1665 1670 van Leeuwenhoek TEORIA CELLULARE MODERNA Tutti gli organismi viventi sono composti da una o più cellule Tutte le.

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Presentazione sul tema: "1 LA CELLULA. 2 1590 Hooke 1665 1670 van Leeuwenhoek TEORIA CELLULARE MODERNA Tutti gli organismi viventi sono composti da una o più cellule Tutte le."— Transcript della presentazione:

1 1 LA CELLULA

2 Hooke van Leeuwenhoek TEORIA CELLULARE MODERNA Tutti gli organismi viventi sono composti da una o più cellule Tutte le reazioni chimiche in un organismo vivente avvengono nelle cellule Le cellule si originano da altre cellule Le cellule contengono linformazione genetica degli organismi a cui appartengono e le trasmettono alle cellule figlie 1838 Schleiden Schwann Virchow Cajal

3 3 70% H 2 O 30% Ioni, piccole molecole 4% Fosfolipidi 2% DNA 1% RNA 6% Proteine 15% Polisaccaridi 2% Composizione percentuale di una cellula animale o batterica

4 4 Può essere interpretata quindi come un sistema per conservare ed elaborare informazioni La singola cellula è il veicolo della informazione ereditaria che definisce la specie Per 3 miliardi di anni i meccanismi e la modalità per archiviare, gestire e utilizzare le informazioni necessarie alla vita cellulare sono state vagliate dal setaccio paziente della selezione naturale. Hardware e software così ottimizzati sono diventati patrimonio comune di ogni cellula (batterica, vegetale, animale): per questo, noi viventi su questo pianeta possiamo definirci sul serio una comunità.

5 5 La vita dipende dalla capacità delle cellule di CONSERVARE, ESTRARRE e TRADURRE le informazioni genetiche richieste per creare e mantenere un organismo vivente. Le molecole che la selezione naturale ha identificato come più adatte allo scopo sono il DNA e lRNA. DNA per conservare linformazione genetica RNA per esprimere linformazione genetica

6 6 Le cellule viventi – sopravvivendo, crescendo, riproducendosi - generano ordine. La generazione e il mantenimento di questordine ha un costo: la cellula deve prendere energia dallambiente. La cellula sarà vitale solo per quellintervallo di tempo in cui riuscirà a pagare questo costo e a scambiare materia ed energia con lambiente.

7 7 La MEMBRANA PLASMATICA è essenziale nel mantenere questordine vitale per la cellula E CONFINE APERTO : definisce lambiente cellulare rispetto al mondo esterno mantiene differenze chimiche fondamentali tra lambiente cellulare e il mondo esterno permette il passaggio di molecole e ioni dallinterno allesterno della cellula e viceversa rende possibile lelaborazione di segnali (cosa necessaria alla comunicazione cellulare)

8 8 molecola anfipatica IL DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO 5 nm di spessore I fosfolipidi costituiscono il 50 % della massa della membrana La membrana plasmatica è un sottile film di molecole lipidiche e proteiche

9 9 E la natura anfipatica che conferisce alle molecole lipidiche la capacità di formare SPONTANEAMENTE doppi strati in ambienti acquosi Un processo simile è avvenuto probabilmente negli oceani della Terra primordiale: la tappa iniziale della autoorganizzazione di molecole che ha portato alla formazione della prima cellula

10 10 LA MEMBRANA PLASMATICA: IL MODELLO A MOSAICO FLUIDO Quanto fluido questo mosaico? Un fosfolipide si scambia di posto con il suo vicino 10 7 volte al secondo….

11 11 La membrana plasmatica contiene anche due altri tipi di biomolecole: le proteine e i carboidrati ( glicolipidi ). Sorvolare la membrana plasmatica dal lato che dà verso lesterno potrebbe regalarci queste sensazioni….

12 12 IL TRASPORTO DI MEMBRANA: LE REGOLE DEL GIOCO La membrana plasmatica, oltre a costituire il confine della cellula, deve permettere il passaggio di sostanze: quali fattori si devono tenere presenti quando si vogliono studiarne le modalità? La natura polare o non polare delle molecole che devono attraversare la membrana: potranno farlo liberamente soltanto le molecole apolari ( eccezione è la molecola dacqua) Passano quindi lipidi e molecole come O 2, CO 2

13 13 La concentrazione che la sostanza in esame assume allinterno e allesterno della cellula: le molecole passeranno spontaneamente dalla parte in cui sono più concentrate a quella in cui lo sono meno. E il principio della diffusione. Le molecole si muovono secondo il loro gradiente di concentrazione Questo tipo di trasporto è a costo zero per la cellula. Si parla di DIFFUSIONE SEMPLICE Abbiamo capito come si muovono le molecole apolari ( e di dimensioni non eccessive ) attraverso la cellula e possiamo prevedere il senso del loro movimento. Ma queste modalità di trasporto sono sufficienti per soddisfare tutte le esigenze di una cellula?

14 14 Le cellule hanno evoluto nel corso della loro storia la capacità di trasportare dentro e fuori la cellula persino molecole fortemente polari contro il loro gradiente di concentrazione. A svolgere questo delicatissimo lavoro sono delle proteine inserite allinterno della membrana plasmatica.

15 15 Le molecole dacqua sono polari e hanno una bassa affinità con la membrana plasmatica: vuol dire che passano con notevole difficoltà attraverso di essa. Il modo migliore che ha una molecola dacqua di passare attraverso la membrana è quello di usare un canale, fornito da proteine di membrana chiamate acquaporine. A valere è ancora la legge della diffusione e le molecole dacqua si muovono attraverso la membrana dalla parte in cui sono più numerose a quella in cui lo sono meno. Altre proteine canale, come le acquaporine, trasportano ioni da una parte allaltra della membrana, seguendo sempre la legge del gradiente di concentrazione

16 16 In altri casi le molecole entrano ( o escono ) dalla cellula seguendo sempre un gradiente di concentrazione ma utilizzando delle proteine di trasporto, differenti dai canali che sono sempre aperti: queste proteine sono altamente specifiche per un particolare tipo di molecola e si attivano soltanto quando entrano in contatto con essa. Le immagini qui a fianco illustrano i due casi. SONO TUTTI ESEMPI DI DIFFUSIONE FACILITATA

17 17 La cellula ha lesigenza di trasportare attraverso la membrana sostanze contro il loro gradiente di concentrazione: utilizza in questi casi le modalità del TRASPORTO ATTIVO attraverso proteine particolari. Con il termine trasporto attivo si intende sottolineare il fatto che tali trasferimenti di materia hanno per la cellula un costo effettivo. Nellillustrazione qui a lato i protoni si muovono contro il loro gradiente di concentrazione. Lenergia necessaria al trasferimento è fornita dalla cellula, sotto forma di ATP. Molti fondamentali processi cellulari avvengono secondo questa modalità.

18 18 Quando le molecole che devono passare attraverso la membrana plasmatica sono troppo grandi ( e non riuscirebbero a passare attraverso le proteine di membrana ) la cellula ricorre ad altra modalità di trasferimento: lesocitosi e lendocitosi. In entrambe la struttura della membrana plasmatica si modifica profondamente:si hanno i due processi della endocitosi e della esocitosi. Anche questo di trasporto ha un costo energetico per la cellula. esocitosi endocitosi

19 19 Per ricapitolare

20 20 Ora affronteremo due casi di studio: come O 2 e il glucosio C 6 H 12 O 6 entrano nelle cellule del nostro corpo, usando la diffusione semplice ( il primo ) e la diffusione facilitata ( il secondo ). Perché queste due storie, tra le tante? Perché queste due molecole sono alla base della reazione fondamentale per la vita della stragrande maggioranza delle cellule che costituiscono su questo pianeta la comunità dei viventi.

21 21 LA RESPIRAZIONE è linsieme dei processi che effettuano il continuo movimento passivo di O 2 dallatmosfera ai tessuti, per sostenere il metabolismo, nonché il movimento della CO 2 prodotta metabolicamente dai tessuti allatmosfera Distinguiamo tra una respirazione interna o cellulare, una serie di reazioni allinterno della cellula mediante le quali si produce energia, e una respirazione esterna, con la quale indichiamo lintera sequenza di eventi nello scambio di O 2 e CO 2 tra lambiente esterno e le cellule del corpo. CASO 1

22 22 IL SISTEMA RESPIRATORIO Area della superficie totale deputata agli scambi: 75m 2 Cavità in cui vengono effettuati gli scambi gassosi

23 23 P(O 2 ) alv = 100 mmHg P(CO 2 ) alv = 40 mmHg P(O 2 ) cap = 40 mmHg P(CO 2 )cap= 46 mmHg I gas si muovono secondo il loro gradiente di concentrazione. O 2 : alveolo capillare polmonare CO 2 : capillare polmonare alveolo Quindi:

24 24 O 2 e CO 2 si muovono tra i capillari sistemici e le cellule tissutali per diffusione semplice, secondo il loro gradiente di concentrazione. O 2 : capillare sistemico cellula P = 100 mmHg P=40 mmHg CO 2 : cellula capillare sistemico P= 46mmHg P_40 mmHg

25 25 COSA PUO COMPROMETTERE QUESTO MECCANISMO? La riduzione dellarea degli scambi Enfisema polmonare: si distruggono le pareti alveolari e si formano camere alveolari più grandi ma meno numerose Collasso del polmone: pneumotorace Asportazione chirurgica in caso di tumore La modificazione della barriera attraverso cui avvengono gli scambi Edema polmonare: il liquido interstiziale in eccesso rende più spessa la barriera Fibrosi polmonare: il tessuto delicato del polmone si ispessisce per esposizione a sostanze irritanti o tossiche Polmonite: si ha accumulo di liquido infiammatorio tra gli alveoli ( cause: batteri o virus, aspirazione di agenti chimici )

26 26 COSA SUCCEDE QUANDO SI COMPIE ATTIVITA FISICA? Normalmente un certo numero di capillari polmonari sono chiusi ( la pressione del sangue nella circolazione polmonare non è abbastanza elevata per tenerli tutti aperti). Durante lattività fisica la pressione sanguigna polmonare cresce per effetto dellaumentata gittata cardiaca: i capillari chiusi allora si aprono. La respirazione è inoltre più profonda e le pareti degli alveoli si stirano di più nellatto respiratorio. La superficie di scambio quindi aumenta per vari motivi: perché si aprono nuovi capillari e perché le pareti si tendono mentre diminuisce contemporaneamente lo spessore della membrana.

27 27 Allinterno di ogni alveolo ci sono i macrofagi Sono agenti del sistema immunitario e il loro ruolo, allinterno dellalveolo, è quello di eliminare microrganismi estranei potenzialmente dannosi. Rispondono anche alla presenza di sostanze chimiche e particelle inorganiche e nella loro azione immunitaria rilasciano anche forti ossidanti, proteasi e citochine. Queste sono vere e proprie armi chimiche che alla lunga si ritorcono contro le cellule dellalveolo e vi inducono disfunzioni e processi infiammatori cronici. I PM 2,5 e i residui carboniosi nel fumo di sigaretta inducono purtroppo facilmente queste reazioni nei nostri macrofagi alveolari QUALCOSA DI INATTESO…

28 28 LAPPARATO DIGERENTE La funzione primaria dellapparato digerente consiste nel trasferire nutrienti, acqua ed elettroliti dagli alimenti ingeriti allambiente interno dellorganismo. Il cibo deve essere pertanto prima digerito, cioè degradato biochimicamente in molecole semplici, piccole per essere assorbite e poi immesse nel sistema circolatorio e distribuite alle cellule: i polisaccaridi devono essere ridotti in monosaccaridi, le proteine in amminoacidi e così via. La storia che segue è quella del glucosio… CASO 2

29 29 Lassorbimento avviene prevalentemente nellintestino tenue la cui mucosa ha 1) una superficie molto grande ( villi e microvilli) 2) cellule epiteliali che possiedono vari meccanismi di trasporto specializzati. Su questi ci concentreremo.

30 30 1. Nel lume intestinale è alta la concentrazione di Na + mentre è bassa quella del glucosio 2. Il trasportatore secondario ha due siti: uno per il Na + che si muove secondo il suo gradiente. Nellaltro sito si attacca il glucosio, che sfrutta un passaggio, muovendosi contro il suo gradiente Allinterno della cellula epiteliale il glucosio è molto concentrato, mentre Na + ha una bassa concentrazione Il glucosio esce dalla cellula tramite diffusione facilitata, mentre Na + deve farlo tramite trasporto attivo 4.

31 31 Cotrasportatore sodio-glucosio: il video

32 32 COTRASPORTATORI DEL GLUCOSIO E ATTIVITA FISICA In risposta allesercizio fisico le cellule muscolari possono inserire nelle loro membrane un certo numero di cotrasportatori addizionali: il glucosio così viene più facilmente eliminato dal circolo sanguigno Inoltre in conseguenza dello sforzo fisico ( aerobico ) aumenta la sensibilità delle cellule allinsulina che quindi viene prodotta in minori quantità dal pancreas ( un pancreas stressato porta a patologie serie come il diabete di tipo 2 ).


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