La cellula

La diversità delle cellule Globuli rossi Batteri Amoeba proteus Fonte: immagine liberamente disponibile Fonte: Alan Cuming, Alamy, National Geographic Fonte: Wjm van Egmond Cellule progenitrici di muscoli Cellule Nervose Cellula uovo Fonte: Francesco Saverio Tedesco Fonte: immagine liberamente disponibile Fonte: immagine liberamente disponibile

Dimensioni cellulari 1 micrometro (mm): 1/1.000 mm 1 nanometro (nm): 1/1.000.000 mm

Sadava et al., Biologia © Zanichelli editore 2012

La generazione spontanea e la Biogenesi [1] Dal 400 a.C., con Aristotele, e fino alla metà dell’Ottocento la maggior parte dei biologi riteneva che gli esseri viventi potessero originarsi spontaneamente dalla polvere e/o dal fango (1668) Francesco Redi: dimostra che dalla carne in putrefazione non potevano svilupparsi vermi se, con opportune coperture, si impediva alle mosche di posarvisi sopra Fonte: Il sussidario.net, SCIENZA@SCUOLA

La generazione spontanea e la Biogenesi [1] Circa un secolo dopo gli esperimenti di F. Redi, un altro scienziato italiano, Lazzaro Spallanzani dimostrò che liquidi isolati e bolliti rimanevano sterili Tuttavia, ancora per molti anni, si continuò a credere che le forme di vita più semplici, quali vermi e insetti potessero nascere spontaneamente da materia organica in decomposizione (1860) Louis Pasteur: confuta definitivamente la teoria della generazione spontanea

Sadava et al., Biologia © Zanichelli editore 2012

Il microscopio: caratteristiche generali

Il microscopio ottico e elettronico Curtis et al., Introduzione alla biologia © Zanichelli editore 2015

La Teoria cellulare Quattro sono i capisaldi dell’attuale teoria cellulare: La cellula è l'unità strutturale e funzionale dei viventi Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule (in questo contesto si distinguono unicellulari e pluricellulari) Le cellule hanno origine dalla divisione di una cellula preesistente “omnis cellula e cellula”, R. Virchow (1868) Il nucleo è il depositario dell’informazione ereditaria

Quanti tipi di cellule conosciamo? CELLULA PROCARIOTICA Eubatteri Cianobatteri Archea EUCARIOTICA CELLULA ANIMALE CELLULA VEGETALE PROTOZOI LIEVITI

Procarioti vs. Eucarioti CELLULA EUCARIOTA CELLULA PROCARIOTA

La cellula procariotica: caratteristiche generali I procarioti sono le forme di vita più semplici Le dimensioni di una cellula batterica variano tra 0,2 e 30 micrometri o micron (m) La cellula procariotica presenta una MEMBRANA PLASMATICA (plasmalemma o membrana citoplasmatica) che consente di individuare una regione intracellulare e un ambiente extracellulare La struttura e l’organizzazione della membrana sono le stesse tra i procarioti e gli eucarioti La regione intracellulare è chiamata CITOPLASMA Il materiale genetico, solitamente una singola molecola di DNA circolare, NON è racchiuso da una membrana nucleare (come avviene negli eucarioti) La regione in cui è presente il DNA si chiama NUCLEOIDE Manca un sistema di ENDOMEMBRANE Le cellule batteriche possiedono rivestimenti protettivi aggiuntivi: la PARETE e la CAPSULA

La cellula batterica

Il DNA extracromosomale: i plasmidi I batteri, in aggiunta al cromosoma circolare, contengono altre molecole di DNA note come PLASMIDI I plasmidi forniscono al batterio funzioni accessorie: resistenza agli antibiotici, sintesi di tossine DNA batterico PLASMIDI

La cellula batterica: diversità di forme COCCHI BACILLI ALTRI

I batteri: FRIENDS and FOE

I Probiotici Secondo la definizione ufficiale di FAO e OMS, i probiotici sono “organismi vivi che, somministrati in quantità adeguata, apportano un beneficio alla salute dell'ospite” Sono contenuti in molti alimenti (yogurt, formaggi) Svolgono diverse funzioni: competono e ostacolano la colonizzazione da parte dei batteri patogeni, modulano l’attività del sistema immunitario, producono molecole antibatteriche BATTERI AMICI: Lattobacilli, Bifidobatteri BATTERI NEMICI: Campylobacter, Clostridi

La cellula eucariotica: la cellula animale Le dimensioni di una cellula batterica variano tra 30 e 100 micrometri o micron (m) La cellula eucariotica presenta una MEMBRANA PLASMATICA (plasmalemma o membrana citoplasmatica) che consente di individuare una regione intracellulare e un ambiente extracellulare La regione intracellulare è chiamata CITOPLASMA Il materiale genetico, il DNA, è racchiuso da una membrana nucleare. Questa regione prende il nome di NUCLEO Quando la cellula NON è in fase di divisione, il DNA è presente sottoforma di una massa di filamenti sottili non distinguibili al microscopio ottico: la CROMATINA Durante la divisione cellulare la cromatina si compatta e si spiralizza a formare i CROMOSOMI Presenta un sistema di ENDOMEMBRANE Il citoplasma contiene organuli cellulari: ribosomi, mitocondri, reticolo endoplasmatico, citoscheletro, apparato di Golgi, lisosomi, perossisomi

La cellula animale

Il CITOSCHELETRO Rappresenta l’ossatura e la muscolatura della cellula Il citoscheletro è formato da tre tipi di fibre: Microfilamenti, Microtubuli e Filamenti Intermedi Da forma e sostegno alla cellula Consente il posizionamento degli organuli cellulari Permette l’adesione e il movimento cellulare Partecipa ai fenomeni di fagocitosi Filamenti di actina: MICROFILAMENTI Filamenti di tubulina: MICROTUBULI Filamenti intermedi Membrana cellulare

Il RETICOLO ENDOPLASMATICO È un sistema di cisterne, tubuli e membrane interconnessi Il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) presenta numerosi ribosomi agganciati come bottoncini alla superficie esterna. È la sede della sintesi proteica. È in continuità con la membrana nucleare esterna Il reticolo endoplasmatica liscio (REL) è privo di ribosomi. È un organulo citoplasmatico che partecipa al metabolismo dei lipidi Ribosomi Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico rugoso Nucleo Membrana nucleare

L’apparato del Golgi È un sistema di sacchi appiattiti, chiamati CISTERNE, disposti in pile Le cisterne sono formate da membrane e sono circondate da tubuli e vescicole Partecipa attivamente alle modifiche POST traduzionali delle proteine (maturazione) Attraverso le vescicole, di derivazione Golgiana, le proteine vengono indirizzate e smistate

I Ribosomi Sono piccoli organelli citoplasmatici costituiti da due subunità: subunità minore e subunità maggiore Sono delle particelle RIBONUCLEOPROTEICHE: una porzione di natura proteica e una porzione di RNA, (rRNA) Svolgono l’importante funzione di partecipare alla SINTESI PROTEICA Subunità minore Subunità maggiore mRNA Proteina nacente

I Mitocondri [1] Sono organelli citoplasmatici dotati di doppia membrana: la membrana mitocondriale esterna e la membrana mitocondriale interna La membrana interna forma una serie di invaginazioni note come CRESTE MITOCONDRIALI Contengono DNA (di origine materna) e ribosomi ribosomi MEMBRANA MITOCONDRIALE ESTERNA MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA Spazio intermembrana matrice CRESTE MITOCONDRIALI DNA Porzione F0 Porzione F1

I Mitocondri [2] La membrana esterna è permeabile alla maggior parte delle molecole di piccole dimensioni La regione intermembrana possiede una composizione simile a quella del citosol La membrana interna permette il passaggio solo di determinate molecole, quali l’acido piruvico, ATP e ADP, mentre limita il passaggio di altre molecole e ioni come l’H+ Rappresentano le vere e proprie fabbriche energetiche delle cellule A livello mitocondriale si svolge la RESPIRAZIONE CELLULARE La respirazione cellulare consente di ricavare energia sottoforma di molecole di ATP

I Lisosomi e i Perossisomi Lisosomi e perossisomi sono organuli delimitati da membrana contenenti enzimi Lisosomi: enzimi digestivi (più di 50 tipi). Rompono le macromolecole (proteine, carboidrati) nei monomeri costitutivi, permettendone il loro riutilizzo Nelle cellule del sistema immunitario (globuli bianchi, macrofagi) i lisosomi partecipano attivamente all’uccisione dei microrganismi patogeni Perossisomi: enzimi ossidativi I perossisomi svolgono diverse funzioni, quali sintesi del colesterolo, metabolismo degli aminoacidi e delle basi azotate, degradazione degli acidi grassi LISOSOMI PEROSSISOMI

I Centrioli Sono organelli presenti esclusivamente nelle cellule animali, NON nelle vegetali Sono costituiti da microtubuli Guidano il movimento e la separazione dei cromosomi durante la divisione cellulare CENTROSOMA centrioli microtubuli

La cellula vegetale

La cellula vegetale Rispetto alla cellula animale si differenzia per la presenza di tre strutture citoplasmatiche: PLASTIDI PARETE CELLULARE VACUOLO I plastidi tipicamente si suddividono in: CLOROPLASTI, CROMOPLASTI e AMILOPLASTI (leucoplasti) I cloroplasti contengono un pigmento verde, la clorofilla e sono la sede della fotosintesi clorofilliana I cromoplasti contengono pigmenti gialli o arancio, detti carotenoidi e hanno funzione vessillifera I leucoplasti, presenti nelle cellule non-verdi hanno funzione di riserva di energia (amido)

Cloroplasti

Parete cellulare È lo strato più esterno della cellula vegetale Il componente della parete cellulare è un polisaccaride, la CELLULOSA La parte conferisce alla cellula forma, rigidità e robustezza

Vacuolo Sono regioni del citoplasma circondate da membrana Sono presenti esclusivamente nelle cellule vegetali Rappresentano le riserve nutritive e idriche delle cellule

La teoria endosimbiontica Lynn Margulis anni ’70 La teoria endosimbiontica postula che cloroplasti e mitocondri fossero stati in passato dei batteri Cloroplasti: batteri fototrofi, in grado cioè di operare la fotosintesi clorofilliana Mitocondri: batteri chemiotrofi, in grado di ottenere energia da fonti inorganiche