La Cellula Biologia e scienze A.A . 2013/2014 21/03/2014 PAS : Classe di insegnamento A60 Biologia e scienze A.A . 2013/2014 21/03/2014 Docente: Giuseppina Covello

La Cellula Comunicazione tra cellula ed ambiente 17/08/12 27/11/11 2 2

La teoria cellulare si basa su tre affermazioni: Le cellule sono le unità Strutturali e Funzionali fondamentali degli organismi viventi Si calcola che in ognuno di noi ne esistano circa 100 mila miliardi. La teoria cellulare si basa su tre affermazioni: La cellula è l’unità di base dei viventi; Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule (essi possono essere unicellulari o pluricellulari); Nuove cellule possono derivare soltanto da cellule preesistenti. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le cellule hanno piccole dimensioni Il volume della cellula può variare da 1 μm3 a 1000 μm3. Il più piccolo oggetto che l’occhio umano riesce a distinguere misura 0,2 mm, cioè 200 μm, per andare oltre bisogna usare i microscopi Lo strumento che ci consente di osservare le cellule più piccole di 0,1 mm è il microscopio. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il microscopio ci permette di osservare le singole cellule Il microscopio ottico composto (LM) si avvale della luce e di un sistema di lenti per ingrandire le immagini. Il limite di risoluzione è di 0,2 μm. Nel microscopio elettronico a trasmissione (TEM), il campione è investito da un fascio di elettroni (lunghezza d’onda minore della luce). Le immagini sono quindi a risoluzione più fine: il TEM più potente arriva a 0,1 nm. Il microscopio elettronico a scansione (SEM) raccoglie e mette a fuoco gli elettroni che sono dispersi dalla superficie del campione, generando un’immagine tridimensionale. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le cellule possono essere procariotiche o eucariotiche Le cellule procariotiche ed eucariotiche possiedono due strutture comuni: la membrana plasmatica il citoplasma Le cellule procariotiche sono molto più piccole di quelle eucariotiche e hanno una struttura di base più semplice. Cellula procariotica Nucleoide Nucleo Cellula eucariotica Organuli Colorizzata TEM 15 000  Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le cellule procariotiche Le cellule procariotiche (da pro, prima e karyon, nucleo) sono prive di un nucleo racchiuso da una membrana. Gli organismi unicellulari costituiti da cellule procariotiche, i procarioti, sono classificati in due domini: Archaea (archei); Bacteria (batteri). Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Caratteristiche di un procariote Parete cellulare e capsula Membrane interne Flagelli e pili Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 8

Le cellule eucariotiche Le cellule eucariotiche (da eu, buono, e karyon, nucleo) hanno un nucleo delimitato da una membrana ben distinta, che racchiude il DNA. Gli organismi eucariotici, ossia protisti, funghi, piante e animali, fanno tutti parte del dominio degli Eukarya (eucarioti). Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Caratteristiche di una cellula eucariotica 17/08/12 27/11/11 Caratteristiche di una cellula eucariotica Cellula animale Cellula vegetale La membrana plasmatica costituisce e delimita la superficie esterna della cellula: separa l’interno dall’esterno. Il citoplasma è contenuto fra la membrana citoplasmatica e il nucleo. La porzione fluida è detta citosol: al suo interno sono presenti vari tipi di organuli. Il nucleo è l’organulo più grande della cellula e agisce da centro di controllo. 10 10 10 10

Organuli per la sintesi e l’assemblaggio Nucleo Sintesi: acidi nucleici Assemblaggio: ribosomi Reticolo endoplasmatico ruvido e liscio Sintesi: proteine; lipidi Apparato di Golgi Modifica delle proteine Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 11

Organuli per la demolizione Lisosoma Perossisoma Vacuolo Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 12

Organuli che trasformano l’energia Mitocondrio Cloroplasto Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 13

Strutture di sostegno Lo scheletro delle cellule è costituito da microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi Il citoscheletro è costituito da una rete di fibre proteiche di sostegno. Subunità di actina Microfilamento 7 nm Subunità fibrosa 10 nm Filamento intermedio Microtubulo 25 nm Subunità di tubulina

Ogni cellula comunica con le cellule adiacenti Le cellule animali sono connesse tra loro tramite tre tipi di giunzioni: giunzioni di ancoraggio, o desmosomi; giunzioni occludenti, o serrate;(canali che lasciano passare ioni piccole molecole ed ATP) giunzioni comunicanti, o giunzioni gap. Le cellule vegetali sono connesse tra loro tramite sottili canali, i plasmodesmi. Essi consentono lo scambio di materiali tra cellule adiacenti e, di conseguenza, tra tutte le cellule della pianta. L’organizzazione delle cellule in tessuti è resa possibile grazie alla presenza delle giunzioni cellulari che regolano il riconoscimento e l’adesione cellulari Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’esterno della cellula Matrice extracellulare Parete cellulare Le strutture extracellulari sono responsabili della protezione, del sostegno e del fissaggio delle cellule. Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 16

La membrana plasmatica è una struttura dinamica 17/08/12 27/11/11 La membrana plasmatica «modello a mosaico fluido». è una barriera flessibile ma robusta costituita da un doppio strato fosfolipidico in cui sono parzialmente o interamente inserite delle proteine. È caratterizzata da permeabilità selettiva, meccanismo che consente il passaggio solo a determinate sostanze mentre lo impedisce ad altre. Agiscono da barriere semipermeabili per la maggior parte delle molecole. Questa selezione nel passaggio di sostanza rappresenta uno dei passi evolutivi più importanti per le cellule 17 17 17 17

Fluido intracellulare Fluido extracellulare Il trasporto attraverso la membrana plasmatica Gran parte dell’organismo è costituita da fluidi distinguibili in due compartimenti: Fluido intracellulare Rappresenta i due terzi dei fluidi totali. È contenuto all’interno delle cellule (citosol). Fluido extracellulare È presente negli spazi microscopici fra cellule adiacenti per cui viene detto anche fluido interstiziale. Questa selezione nel passaggio di sostanze rappresenta uno dei passi evolutivi più importanti per le cellule I fluidi cellulari sono soluzioni acquose di gas, nutrienti, ioni e altre sostanze utili alla vita. Tortora, Derrickson Conosciamo il corpo umano © Zanichelli editore 2009

Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite: Trasporti attivi: l’energia cellulare, sotto forma di ATP, viene utilizzata per spingere la sostanza attraverso la membrana contro il gradiente di concentrazione. Trasporti passivi: la sostanza attraversa la membrana secondo il gradiente di concentrazione, utilizzando solo la propria energia di movimento.

Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite processi ATTIVI: Trasporto con vescicole: le vescicole formatesi per gemmazione dalla membrana plasmatica, raccolgono sostanze dal fluido intracellulare e lo liberano all’esterno (esocitosi) o viceversa (endocitosi). Trasporto attivo: Una certa sostanza attraversa la membrana plasmatica contro il suo gradiente di concentrazione. Il trasporto è mediato da una proteina di trasporto o pompa. Richiede energia (ATP). Tortora, Derrickson Conosciamo il corpo umano © Zanichelli editore 2009

Diffusione facilitata di molecole Trasporto attivo indiretto La molecola si muove per diffusione. Le proteine di membrana sono selettive per il trasportato e si aprono quando si instaura il legame con il trasportato. Il trasporto attivo indiretto sfrutta il flusso di ioni per trasportare altre molecole nella stessa (SINPORTO) o in direzione diversa (ANTIPORTO).

Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite processi PASSIVI Per diffusione: passaggio di sostanze da zone a maggiore a zone a minore concentrazione fino a raggiungere l’equilibrio. Diffusione semplice: Le sostanze diffondo attraverso le membrane senza che le cellule compiano alcun lavoro: le particelle si spostano spontaneamente da una zona dove sono più concentrate a una dove sono meno concentrate. IONI, molecole lipidiche, H2O, CO2, O2…….

Diffusione facilitata Molte tipi di molecole non diffondono liberamente attraverso le membrane. PASSIVI Diffusione facilitata Queste molecole attraversano le membrane con l’aiuto di proteine di trasporto che forniscono un passaggio attraverso le membrane in un processo chiamato diffusione facilitata.

PASSIVI Per osmosi: passaggio passivo di acqua attraverso una membrana a permeabilità selettiva da un’area a bassa concentrazione di soluto a un’area ad alta concentrazione di soluto. La membrana è tale per cui solo le molecole dell’acqua possono liberamente diffondere, mentre la diffusione del soluto è impedita. Minore concentrazione di soluto Maggiore Uguale H2O Molecola Membrana selettivamente permeabile Molecole d’acqua Molecola di soluto circondata da molecole d’acqua Movimento netto dell’acqua

Comportamento delle cellule poste in soluzioni con diversa concentrazione: Le soluzioni isotoniche hanno la stessa concentrazione di soluto della soluzione di controllo. Le soluzioni ipotoniche quelle povere di soluto, rispetto ad una soluzione di controllo. Le soluzioni ipertoniche sono quelle ricche di soluto, rispetto ad una soluzione di controllo Il confronto viene fatto fra l’ambiente intracellulare e quello extracellulare

Le emazie perdono acqua per osmosi quando immerse in soluzione ipertonica al contrario assumono acqua se immerse in soluzione ipotonica (fino a lisare). Tutto ciò accade per diffusione passiva.

Le cellule vegetali poiché possiedono la parete cellulare oltre alla membrana plasmatica, non lisano se immerse in soluzione ipotonica e mantengono la forma di origine anche se immerse in soluzione ipertonica

La cellula può attivamente controllare la sua pressione osmotica Per gli organismi è molto importante un equilibrio idrico tra le cellule e l’ambiente circostante Il Paramecio e altri protozoi possono controllare la loro pressione osmotica. Essi sono in genere iperosmotici rispetto all’ambiente extracellulare Le condizioni ideali per una cellula animale e una vegetale sono, rispettivamente, una soluzione isotonica e una soluzione ipotonica. Il controllo dell’equilibrio idrico in una cellula si chiama OSMOREGOLAZIONE.

Osmoregolazione negli animali AMBIENTE INTERNO STABILE - trattenuta adeguata quantità di acqua - appropriata concentrazione di sali e molecole - escrezione dei rifiuti tossici ORGANI ESCRETORI : animali terrestri :reni animali acquatici : reni, branchie, pelle

I pesci di acqua dolce devono limitare l’ingresso di acqua e la perdita di sali. I pesci marini devono limitare la perdita di acqua e l’ingresso di sali