PROCARIOTI I PROCARIOTI (batteri ed alghe verdi) sono gli organismi più diffusi sulla Terra La cellula procariota non presenta il nucleo circoscritto all’interno di una membrana

STRUTTURA DELLA CELLULA Presenza di una MEMBRANA PLASMATICA (8 nm) che racchiude il citosol ed è costituita da un doppio strato lipidico contenente proteine CROMOSOMI consistono di una singola molecola circolare di DNA che è condensato a formare un corpo definito NUCLEOIDE PARETE CELLULARE (3-25 nm) è presente in molti organismi per la protezione dal danno meccanico e dalla pressione osmotica

EUCARIOTI Gli organismi EUCARIOTI presentano la membrana cellulare, il nucleo ed altri organelli cellulari ben delimitati dal citosol.

PARETE CELLULARE E’ costituita per il 90% da carboidrati (CELLULOSA) ed il resto da proteine (GLICOPROTEINE) Le cellule adiacenti sono connesse tra loro dai PLASMODESMATI (da 1000 a 10.000) che permettono il passaggio di molecole di massa di circa 900 Da Queste strutture legano le varie cellule vegetali a formare un compartimento nel quale i metaboliti possono circolare per diffusione (SIMPLASTO) Lo spazio delimitato tra le cellule è chiamato spazio extracellulare o APOPLASTO

All’interno della cellula sono presenti vari organelli con funzioni diverse: --------------------------------------------------------------------------- VACUOLO 79% turgore cellulare, magazzino CLOROPLASTO 16% fotosintesi, sintesi amido e lipidi CITOSOL 3% diversi processi metabolici sintesi saccarosio MITOCONDRIO 0,5% respirazione cellulare NUCLEO 0,3% genoma cellulare PEROSSISOMI sito in cui si formano intermedi tossici RETICOLO ENDOPLASMATICO OLEOSOMI CORPI DEL GOLGI

NUCLEO presenta una membrana esterna ed una interna che si fondono insieme al livello dei pori nucleari attraverso i quali le molecole (mRNA, proteine, ribosomi) possono muoversi. La membrana esterna spesso è associata con il reticolo endoplasmatico (RER) Nel nucleo il DNA è avvolto attorno alle proteine istoniche ed organizzato nei cromosomi Presenza del nucleolo (sintesi RNA).

RETICOLO ENDOPLASMATICO è presente il ER rugoso (sintesi proteine) e liscio (sintesi fosfolipidi e reazioni di detossificazione). E’ costituito da un rete tridimensionale di tubuli continui e sacculi appiattiti che giacciono sotto la membrana, attraversano il citosol e si connettono con la membrana nucleare APPARATO DEL GOLGI sistema di vescicole dove confluiscono proteine e lipidi

MITOCONDRIO presenta due membrane tra le quali c’e lo spazio intermembrana. La membrana esterna è permeabile a molecole con dimensioni superiori a 10 kDa, Quella interna (- permeabile) presenta le creste ed è il luogo dove avviene la fosforilazione ossidativa ed il trasporto di elettroni che coinvolge la sintesi di ATP La matrice è il luogo dove avvengono le reazioni del ciclo TCA e l’ossidazione dei grassi Nella matrice è presente DNA mitocondriale per la sintesi di alcune proteine

CLOROPLASTO presenta due membrane ed un sistema di membrane interne che costituiscono i tilacoidi, impilati talvolta a formare i grana. Nei tilacoidi ci sono I pigmenti clorofille ed i complessi deputati alla cattura dell’energia luminosa e la sua conversione in energia chimica (ATP e NADPH). Lo stroma è lo spazio tra i tilacoidi, dove avviene il ciclo di Calvin. Anche nei cloroplasti è presente DNA per la sintesi di alcune proteine

LISOSOMI presenti solo nelle cellule animali LISOSOMI presenti solo nelle cellule animali. Presentano un singolo strato della membrana. Il pH interno di questi organelli oscilla tra 4 e 5 che è il pH ottimale di molte idrolasi qui contenute, come le proteasi, le lipasi, le fosfatasi.

PEROSSISOMI anch’essi hanno una singola membrana e contengo enzimi per la degradazione degli acidi grassi e degli amminoacidi. Uno dei prodotti delle diverse reazioni è il perossido di idrogeno, composto estremamente tossico per la cellula Nei perossisomi è presente in grande quantità un enzima, la catalasi che rapidamente converte questa sostanza in acqua e ossigeno 2H2O2  H2O + O2

CITOSOL è la parte del citoplasma che non include alcun organello cellulare ed è il principale sito del metabolismo cellulare. Contiene molti enzimi e proteine PARETE CELLULARE attorno alla membrana cellulare ed impartisce rigidità alla cellula ed è costituita principalmente da cellulosa. Nelle piante legnose è presente un altro composto, la lignina, che impartisce ulteriore rigidità alla parete. La lignina è un polimero fenolico insolubile in acqua

VACUOLO le cellule vegetali contengono uno o più vacuoli, che vengono utilizzati per immagazzinare nutrienti (saccarosio, acqua, ioni e prodotti di scarto). Come i lisosomi nelle cellule animali, questo organello ha un pH interno acido mantenuto attraverso una pompa H+ nella membrana e contiene diversi enzimi degradativi

MEMBRANE CELLULARI Tutte le membrane biologiche contengono come componenti principali i LIPIDI Le molecole che svolgono un ruolo predominante nelle membrane hanno teste altamente polari e, nella maggior parte dei casi, solo due code idrocarburiche Questo perchè se la testa polare fosse legata ad una sola catena, la molecola tenderebbe a formare micelle sferiche

La doppia catena idrocarburica rende invece la molecola simile ad un cilindro che permette una distribuzione parallela ad altre molecole, originando gli estesi foglietti delle membrane a STRATI BIMOLECOLARI con le teste idrofiliche rivolte all’esterno cioè verso lo strato acquoso

Le tre principali classi di lipidi presenti nelle membrane hanno questo particolare tipo di struttura molecolare e sono: glicerofosfolipidi sfingolipidi glicosfingolipidi

STRUTTURA E PROPRIETA’ DELLE MEMBRANE: MODELLO A MOSAICO FLUIDO Le membrane rappresentano una struttura molecolare capace di assolvere a diverse funzioni Nel doppio strato lipidico, fluido ed asimmetrico, si trovano molti tipi di proteine: PROTEINE PERIFERICHE DI MEMBRANA PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANA

Le proteine sono spesso coinvolte nel trasporto di sostanze specifiche e nella trasmissione di segnali chimici attraverso la membrana

Le membrane svolgono numerose funzioni: Permeabilità selettiva Separazione di compartimenti che hanno composizione chimica, pH e potenziale elettrico diverso Trasporto di ioni o piccole molecole. Questo trasporto consuma energia e quindi può essere considerato un trasporto ATTIVO che è distinto da quello PASSIVO che avviene solo in direzione del gradiente di concentrazione La diversa composizione delle membrane determina differenze anche nella funzionalità. Le membrane tilacoidali e del mitocondrio sono coinvolte anche in processi di produzione di energia

TRASPORTO ATTIVO E’ il movimento attivo delle molecole attraverso la membrana che è guidato dall’energia Questo tipo di trasporto normalmente richiede energia ed è condotto da specifiche proteine di trasporto. In questo modo anche grosse molecole possono attraversare la membrana

Il trasporto attivo può avvenire solo se le membrane sono integre Come risultato del trasporto attivo ioni e metaboliti possono essere concentrati all’interno di un certo compartimento Gli ioni, soprattutto potassio, calcio, magnesio e fosfato giocano un ruolo importante nella regolazione del metabolismo La direzione del trasporto è termodinamicamente determinata dall’accoppiamento del trasporto con un gradiente, normalmente elettrico

In conseguenza della catena respiratoria e del processo fotosintetico i protoni sono incanalati rispettivamente all’interno delle membrane tilacoidali e nella matrice mitocondriale. Questo flusso di protoni determina una traslocazione contemporanea di carica elettrica che genera un gradiente protonico ed un potenziale elettrico La tendenza dei protoni (H+) a tornare nell’altro compartimento cellulare è definita FORZA PROTONICA (MITCHELL 1966, 1974) L’energia liberata dal ritorno dei protoni secondo gradiente viene utilizzata per la sintesi di ATP attraverso la catalisi operata dall’enzima ATP sintasi