Dott.ssa Monica Benincasa Ed. Q – Via Giorgieri 5 Tel Testi consigliati: “Elementi di biologia e genetica” (Vol. 1) Sadava D., Heller H.C., Orians G.H., Purves W.K., Hillis D.M. Zanichelli Ed. “Biologia cellulare” – “Genetica e biologia molecolare” Raven P.H., Johnson G.B. Piccin Ed. “Elementi di Biologia e Genetica” Talesa V.N., Giovannini E., Antognelli C. McGraw-Hill Ed.

Biologia Studia gli organismi viventi e i loro rapporti con l’ambiente che li circonda

Che cosa significa “vita”? Capacità di riprodursi Capacità di trasformare la materia (attività metabolica) Capacità di adattarsi Capacità di rispondere a stimoli Capacità di evolvere

La Cellula…… …..e’ l’unita’ fondamentale degli organismi viventi Durante il corso cercheremo di capire alcune cose sulla cellula. Cos’è una cellula vivente? Scopriremo presto che anche la cellula apparentemente più semplice è in realtà una macchina estremamente complessa, che osservata da vicino rivela una stupefacente organizzazione. La natura ha inventato sistemi per consentire alla cellula di nutrirsi, di liberarsi dalle sostanze di scarto, di ricevere messaggi e interagire con l’ambiente circostante, e infine di proliferare.

La teoria cellulare e’ uno dei concetti fondamentali della biologia ed afferma che: La cellula e’ la piu’ piccola forma di vita Tutte le forme di vita sono costituite da una o piu’ cellule Le cellule derivano solo da cellule preesistenti

Tutta la vita cellulare ha le seguenti caratteristiche in comune.  tutte le cellule hanno una membrana cellulare che separa il caos fuori da una cellula da un alto grado di organizzazione all’interno di essa.  tutta la vita cellulare contiene DNA come materiale genetico. Tutte le cellule contengono alcune varietà di molecole di RNA e proteine, molte delle quali sono enzimi.  tutte le cellule sono composte della stessa chimica di base: carboidrati, proteine, acidi nucleici, minerali, lipidi e vitamine.

 Tutte le cellule regolano il flusso di nutrienti e cataboliti che entrano e lasciano la cellula.  Tutte le cellule si riproducono e sono il risultato della riproduzione.  Tutte le cellule richiedono un supplemento di energia.  Tutte le cellule sono regolate da un elaborato sistema sensoriale che le consente di essere consapevoli di ogni reazione che avviene all’interno e attorno ad esse.

Principali costituenti chimici della cellula carboidrati lipidi ioni proteine acidi nucleici

proteine le proteine sono costituite da catene di amminoacidi (polipeptidi)

amminoacidi

in condizioni fisiologiche, le proteine assumono complesse conformazioni tridimensionali

La forma tridimensionale della proteina è determinante per la sua funzione

Acidi nucleici

Carboidrati: monosaccaridi glucosio galattosio fruttosio

Carboidrati: disaccaridi glucosiogalattosio fruttosio glucosio lattosio saccarosio

Carboidrati: polisaccaridi glicogeno

lipidi

LE FORME DI VITA ATTUALI

Tutti gli organismi viventi hanno un’organizzazione cellulare, che è di due tipi fondamentali: Procarioti: organismi unicellulari; le cellule non hanno compartimenti interni Eucarioti: organismi unicellulari e pluricellulari; le cellule sono compartimentalizzate Virus e batteriofagi: forme di vita non cellulari composti unicamente da un acido nucleico e un capside proteico

Dimensioni e diversità cellulari

Importanza del rapporto superficie/volume cellulare Oltre un determinato volume cellulare: 1. Apporto di metaboliti non sufficientemente rapido. 2. Difficoltà di trasporto interno. 3. Difficoltà di trasporto verso l’esterno dei materiali di rifiuto.

Le cellule procariotiche sono molto meno complesse delle eucariotiche non presentano nucleo sono di dimensioni inferiori spesso presentano flagelli e parete cellulare i ribosomi sono di dimensioni ridotte

Cellule procariotiche ed eucariotiche

Una cellula eucariotica animale

Una cellula eucariotica vegetale

Esistono degli organismi “viventi” che non sono cellule: i VIRUS Essi tuttavia per rispondere alle caratteristiche che abbiamo assegnato alla “vita” hanno bisogno di cellule.

Una particella virale (HIV)

Le cellule sono tutte uguali???

cellule del tessuto connettivo (fibroblasti)

cellule muscolari lisce

cellula dell’osso (condrociti)

cellule ematiche

cellule epiteliali di rivestimento 100 µm

Cellula nervosa del cervelletto 100 µm

Adipocita 100 µm

Cellula uovo e spermatozoo 100 µm

Cellula nervosa del midollo spinale 100 µm

Cellula muscolare scheletrica 100 µm

Posizione del nucleo Variabilema caratteristicadiogni tipo cellulare. peresempio: –Celluleembrionali nucleocentrale –Cellulesecernenti nucleoeccentrico

Posizione In questo neurone, il nucleo si trova in posizione centrale rispetto al corpo cellulare Il citoscheletro forma un’impalcatura che mantiene stabile laposizionedelnucleo Lagoccia lipidica spinge il nucleodell’adipocita verso laperiferia

la fabbrica

Le macchine e la stanza di controllo

la stanza di controllo: i manuali e la fotocopiatrice

46 non tutte le pagine dei 46 manuali sono accessibili: molte sembrano essere “incollate” fra loro.

TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGC TAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTG CGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGA TCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCG AGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGAT TCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGC GCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATC GAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGC TGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGAC TGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACT GCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACC GTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTA TCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTA GCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTA GCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGAT CGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATC ATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTC GGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTA TCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGAT AGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCA TGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGAC TGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCGCAT TACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTAT TCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCG CGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATA TAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGG CTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATT ACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAG GACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGC ATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACT GCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGG ACTCGCA

pagine “non incollate” dei libri vengono fotocopiate; le copie escono dalla stanza di controllo attraverso una delle finestre.

la fotocopia viene trasferita dalla stanza di controllo al resto del capannone attraverso una delle finestre

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cellula nucleo cromosomi TTAGCACTACCGTATTTGCGCA TTACCAGATTAGAGAAATGCTA GTCGATCTATCGATCGGCTATT CGCAAAGCTGCGCGACTGCGA TGCGCTAGCATGCGATTCGCG ATCGCCGAGCGCTCGCGAGCG CGCTAGCGGAATACTATATAGC GCGGATCAGTCTAGATCTATGA GATCGATAGCGATCTAGAGATA GGATCGAGATCGAGGCGAGAT CATATGAGCGCGGCTATTTAGG CTTAGAGGATTCGGAGATTCG GAGCTTAGGATTACAGAGAGC TTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCT ATCGA acidi nucleici (DNA-RNA) ribosomi proteine

di tanto in tanto l’intero set di manuali viene copiato, pagina per pagina, in modo da poter controllare il lavoro di due capannoni anziché di uno...

DNA proteine DNA proteine controllo cellulare ereditarietà il nucleo svolge un ruolo cruciale nel controllo della vita della cellula e nel processo di divisione cellulare

Nucleocellulare Componenteessenzialedellacellula (strutturaassenteneiprocarioti) Contieneilmaterialegenetico(DNA) Sedediprocessiindispensabili allariproduzionecellulareealla sintesiproteica

All'interno del nucleo sono conservati i cromosomi, strutture filamentose composte da DNA e proteine e solitamente presenti in coppie, in un numero variabile e caratteristico di ciascuna specie. All'interno del nucleo si trova una regione specializzata, detta nucleolo, che è deputata all'assemblaggio di particelle chiamate ribosomi, che contengono RNA e proteine e che, una volta sintetizzate, migrano nel citoplasma, dove presiedono alla sintesi proteica. Il nucleo controlla la sintesi proteica inviando nel citoplasma diverse molecole con funzione di messaggeri. Il nucleo è delimitato da una doppia membrana, dotata di pori che consentono le comunicazioni tra il nucleo e il resto della cellula (citoplasma).

Le membrane cellulari Tutte le cellule sono circondate da una membrana detta membrana plasmatica, che separa il citoplasma (interno) e gli organuli cellulari in esso contenuti dall'ambiente esterno. Oltre alla membrana plasmatica le cellule sono fornite di altre membrane dette membrane interne o membrane endocellulari, che circondano gli organuli cellulari (mitocondri, nucleo, lisosomi, vacuoli ecc.).

Le membrane cellulari Dal punto di vista morfologico le membrane cellulari sono pressoché identiche. La loro struttura molecolare invece e' varia pur mantenendo una certa similitudine.

Il fine principale delle membrane cellulari e' quello di isolare l'ambiente interno da quello esterno. In tal modo, le reazioni metaboliche avvengono in compartimenti cellulari perfettamente isolati, non solo dall'ambiente extracellulare, ma anche dall'ambiente intracellulare. Si parla in questi casi di compartimentalizzazione. La cellula eucariota è divisa in compartimenti

Organuli cellulari I vari organuli cellulari come il citoplasma, il nucleo, il nucleolo, il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l'apparato del Golgi, i ribosomi, i mitocondri, i lisosomi ecc., possiedono una struttura ed una funzione ben definita e sono presenti sia nelle cellule animali che vegetali.

RER e REL hanno ruolo diverso:la loro quantità relativa dipende dalla funzione della cellula (es. in cellule secernenti RER esteso, cellule che producono lipidi REL esteso)

Malattie da accumulo lisosomiale (es. Tay-Sachs con accumulo di glicolipide nelle cellule nervose)