CI BMC IV settimana Prof. Donatella Tramontano Ordinario di Biologia Applicata Ed 19 A II piano Tel Organizzazione generale delle cellule. Le membrane biologiche. Struttura delle membrane e trasporto attraverso la membrana plasmatica. (BIO13) -l'organizzazione generale di una cellula procariotica e di una cellula eucariotica; -le proprietà chimico-fisiche delle membrane in relazione alla loro composizione lipidica; -proteine intrinseche ed estrinseche di membrana e l'organizzazione topologica delle proteine nel bilayer lipidico; -gli esperimenti che dimostrano la fluidità di membrana; -le principali funzioni delle proteine di membrana; il concetto di recettore; -le modalità di trasporto di piccole molecole attraverso la membrana plasmatica per diffusione semplice, diffusione facilitata, trasporto attivo; pompe di membrana e canali ionici. -il ruolo della Na+/K+-ATPasi nella generazione e mantenimento del gradiente elettrochimico.

La Cellula L’unità base della vita CI BMC Lezione n° 1 Prof. Donatella Tramontano Ordinario di Biologia Applicata Ed 19 A II piano Tel

La storia Lo scienziato inglese Robert Hooke e chiama quello che vede “Celle” Usa un microscopio per osservare un pezzo di sughero

1833: Robert Brown Scopre il nucleo. 1838: Matthias Schleiden Botanico tedesco “Tutte le piante sono composte di “Celle” o “Cellule 1838: Theodor Schwann “Tutti gli animali sono composti da “Celle” o “Cellule” 1855 Rudolf Virchow, medico tedesco " Ogni cellula deriva da un’altra cellula “ “ La Teoria della Generazione Spontanea degli organismi è definitivamente archiviata ”

La teoria cellulare L'insieme degli studi al microscopio e le osservazioni di numerosi ricercatori permisero di arrivare alla moderna definizione della “teoria cellulare”: 1) tutti i viventi sono formati da una o più cellule; 2) le cellule sono l’unità fondamentale degli organismi viventi; 3) tutte le cellule derivano da altre cellule.

2005 Cellule epiteliali al confocale 1655 Il sughero di Hooke

Diversità Cellule dello stesso organismo mostrano enormi differenze di: Dimensione Forma Organizzazione interna

1. Dimensione La cellula uovo- è la più grande del corpo umano e può essere osservata senza l’ausiolio del microscopio; La maggior parte delle cellule, invece, è visibile solo al microscopio.

Le cellule sono piccole per due motivi: 1: Il rapporto tra superficie esterna e volume ne limita la dimensione. Per un dato volume di citoplasma una cellula piccola ha maggiore superficie esterna rispetto ad una grande 2: il nucleo (il cervello) può controllare solo una certa quantità di citoplasma attivo.

Le dimensioni Non solo quanto sono grandi le cellule ma anche quanto sono grandi le strutture che le compongono

Esempio di cellula procariote

La cellula procariotica Strutturalmente e funzionalmente semplice Piccola Parete cellulare involucro che dà la forma e protegge dall’ambiente esterno Membrana plasmatica indispensabile al mantenimento dell’ambiente interno filtro per le molecole che entrano ed escono dalla cellula

La cellula procariotica Citoplasma soluzione acquosa in cui sono immersi tutti i costituenti cellulari vi hanno luogo tutte le reazioni metaboliche per il mantenimento e la riproduzione della cellula Il materiale genetico è immerso nel citoplasma

La grande svolta La compartimentalizzazione Funzioni specifiche svolte da strutture dedicate

Evoluzione delle Cellule Eukaryotic L’ipotesi endosimbiontica. Gli Eukaryoti derivano dalla relazione simbiontica tra vari procarioti.

MECCANISMI DI TIPO ENDOCITICO SONO VEROSIMILMENTE ALL’ORIGINE DELLE MEMBRANE DEL RER E DEL NUCLEO

EI batteri eterotrofi sono diventati mitocondri Cyanobatteri sono divenuti cloroplasti.

PERCHE’ SI SONO FORMATI I COMPARTIMENTI?

Open space Tradizionale Organizzazione degli spazi

separazione delle funzioni = Migliore possibilità di regolazione divisione degli spazi

Molte reazioni chimiche che avvengono nella cellula sono o sarebbero tra loro incompatibili se avvenissero nello stesso spazio ad esempio: sintesi proteica e degradazione lisosomiale. Strategia vincente SEPARARE

Le cellule eucariotiche -il loro asse maggiore è compreso fra i 10 e i 50 µm; - -il DNA è racchiuso da una membrana (nucleo). - -possiedono organuli immersi nel citoplasma, ognuno deputato a svolgere una particolare funzione. - -costituiscono tutti gli altri organismi viventi che per questo vengono detti eucarioti.

Cellula Procariotica Membrana Citoplasma Nucleo Organelli Cellula Eucariotica Organizzazione interna

ProcariotiEucarioti Membrane DNA Ribosomi Citoplasma Nucleo Reticolo Endoplasmico Apparato di Golgi Lisosomi Vacuoli Mitocondri Citoscheletro Similitudini e Differenze

Presenza di estesi sistemi di membrane ed organuli intracellulari, come mitocondri, cloroplasti, apparato del Golgi, lisosomi e reticolo endoplasmatico Assenza di organuli intracellulari a parte le membrane fotosintetiche in alcuni batteri Due o più cromosomi presentiUn solo cromosoma presente Presenza di introni in quasi tutti i geni Assenza di introni nei geni Contenuto di DNA compreso tra le 1,5x10 7 e le 1,5x10 11 paia di basi Contenuto di DNA compreso tra le e le 5x10 6 paia di basi Istoni legati al DNA nei cromosomi DNA non associato a proteine istoniche nei cromosomi Presenza di uno o più nucleoliAssenza di nucleolo Presenza della membrana nucleare Assenza della membrana nucleare Dimensioni cellulari comprese tra micron Dimensioni cellulari comprese tra 1-10 micron Eucarioti Procarioti

Presenza di steroli (es. colesterolo) nella membrana citoplasmatica Assenza di steroli nella membrana citoplasmatica Nutrizione per assorbimento, per ingestione o mediante fotosintesi Nutrizione fondamentalmente per assorbimento; alcuni procarioti sono fotosintetici Se presenti, strutture di movimento costituite da cilia o flagelli complessi Se presenti, strutture di movimento costituite da semplici flagelli nei batteri Sistema sessuale operante per fusione nucleare completa dei genomi uguali dei gameti che hanno subito la meiosi Se esiste, sistema sessuale operante per trasferimento unidirezionale di geni dal donatore all'accettore Divisione cellulare esplicata con modalità diverse associate con la mitosi Divisione cellulare diretta, per gemmazione o mediante altre modalità. Mitosi assente Presenza di microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi Assenza di microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi

CIASCUN COMPARTIMENTO INTRACELLULARE HA LA SUA FUNZIONE E LA SUA DIMENSIONE COMPARTIMENTOFUNZIONE VOLUME SUPERFICIE N° % % Nucleosede del DNA6 0,2* nucleolobiogenesi ribosomi<1 - 1 Citoplasma94 2** 1 citosolmetabolismo mitocondriconversioni di energia reticolo rugososintesi proteine secretorie935 1 reticolo liscio +detossificazione616 1 apparato di Golgimodificazione proteine 6,5 1 lisosomiidrolisi enzimatiche1 0,4 300 perossisomireazioni ossidative1 0,4 endosomi altre vescicole traffico 1 0,5 * Solo la membrana interna dell’involucro nucleare **Membrana plasmatica REM - EPATOCITA<

COME VIENE ‘ASSEMBLATO’ CIASCUN ORGANELLO? DI COSA E’ FATTO CIASCUN ORGANELLO? MEMBRANABILAYER LIPIDICO + PROTEINE CONTENUTOPROTEINE ED ALTRE MOLECOLE LE MOLECOLE CHE LO COMPONGONO DEVONO ESSERE TRASPORTATE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE! TRAFFICO DI PROTEINE (E DI LIPIDI!!)

Gli Organelli cellulari La membrana plasmatica Il confine della cellula. Il collegamento della cellula con il mondo esterno E’ composta di due strati di Lipidi in cui sono immerse proteine zuccheri etc. etc.

Il Nucleo Il cervello della cellula Delimitato da una membrana con pori: l’involucro nucleare. Contiene fibre di DNA associato a proteine, la cromatina Contiene il “Nucleolo”una struttura deputata alla produzione di RNA ribosomale.

Endoplasmic Reticulum Complex network of transport channels. Two types: 1. Smooth- ribosome free and functions in poison detoxification. 2. Rough - contains ribosomes and releases newly made protein from the cell.

Golgi A series of flattened sacs that modifies, packages, stores, and transports materials out of the cell. Works with the ribosomes and Endoplasmic Reticulum.

Ribosomes Small non-membrane bound organelles. Contain two sub units Site of protein synthesis. Protein factory of the cell Either free floating or attached to the Endoplasmic Reticulum.

Lysosomes Recycling Center Recycle cellular debris Membrane bound organelle containing a variety of enzymes. Internal pH is 5. Help digest food particles inside or out side the cell.

Centrioli Found only in animal cells Paired organelles found together near the nucleus, at right angles to each other. Role in building cilia and flagella Play a role in cellular reproduction

Cell membrane Endoplasmic reticulum Microtubule Microfilament Ribosomes Mitochondrion Cytoskeleton Framework of the cell Contains small microfilaments and larger microtubules. They support the cell, giving it its shape and help with the movement of its organelles.

Mitochondrion Double Membranous It’s the size of a bacterium Contains its own DNA; mDNA Produces high energy compound ATP

I Vacuoli Sacs that help in food digestion or helping the cell maintain its water balance. Found mostly in plants and protists.

3. La forma Diversità di forma reflette diversità di funzione. La forma di una cellula dipende dalla sua funzione.

… poi ci sono i virus un virus è un complesso macromolecolare formato da acido nucleico: il genoma del virus, racchiuso in un involucro proteico: capside

Cosa sono i virus? dal punto di vista della cellula e dell’organismo “particelle nucleoproteiche” che infettano le cellule si moltiplicano come parassiti intracellulari obbligati

Il comportamento da parassita obbligato, questo è dovuto al fatto che i virus non dispongono di tutte le strutture biochimiche e biosintetiche necessarie per la loro replicazione. Tali strutture vengono reperite nella cellula ospite in cui il virus penetra, utilizzandole per riprodursi in numerose copie. La riproduzione del virus spesso procede fino alla morte della cellula ospite, da cui poi dipartono le copie del virus formatesi.parassita obbligato