STUDIO ASSISTITO DI BIOLOGIA Struttura e funzioni della cellula a cura di Bottiglia F. e Pelliccioni A. Struttura del DNA, duplicazione e traduzione. a cura di Costantini D. e Famà G.

La cellula struttura e funzioni ENTRA

I PUNTI FONDAMENTALI DELLA TEORIA CELLULARE La cellula è l’unità fondamentale di tutti i viventi Tutti gli organismi sono formati da cellule (gli organismi unicellulari sono formati da una sola cellula,gli organismi pluricellulari sono formati dall’unione di più cellule specializzate per compiere diverse funzioni) Ogni cellula deriva da una cellula preesistente (ogni cellula è in grado di produrre cellule uguali a se stessa attraverso la riproduzione) Vai alla mappa

MATERIALE NUCLEARE Nelle cellule procariote il materiale genetico (DNA) non è delimitato da una membrana nucleare, è costituito da un unico filamento situato in una zona chiamata nucleoide. Nelle cellule eucariote il materiale genetico è presente sotto forma di filamenti chiamati cromatina ed è racchiuso da una membrana nucleare provvista di pori. All’interno del nucleo è presente il nucleolo, organulo responsabile della sintesi dell'RNA e sito di costruzione dei ribosomi. Si tratta di una struttura fibrosa e è ben visibile al microscopio elettronico in quanto ha una colorazione scura e appare come insieme di piccoli granuli.

LA STRUTTURA DELLA CELLULA Ritorna a studio assistito

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MITOCONDRIO Il mitocondrio è delimitato da una doppia membrana; quella interna è ripiegata formando creste mitocondriali immerse nella matrice in cui sono presenti i ribosomi e filamenti di DNA. La principale funzione dei mitocondri è quella di produrre energia sotto forma di ATP, dalla demolizione dei carboidrati in ambiente aerobico (respirazione cellulare). Vai alla mappa

RIBOSOMI Il ribosoma è formato da due sub unità di RNA e proteine; partecipa alla sintesi proteica ed è localizzato nel reticolo endoplasmatico rugoso. Vai alla mappa

APPARATO DI GOLGI L’apparato di Golgi è costituito da un’insieme di sacchi appiattiti impilati e connessi tra loro. La principale funzione dell’apparato di Golgi è quella di “impacchettare” (conferire alle proteine una struttura terziaria o quaternaria) e smistare le sostanze prodotte dal reticolo endoplasmatico. I materiali prodotti vengono distribuiti attraverso vescicole di trasporto per mezzo dell’esocitosi. Vai alla mappa

RETICOLO ENDOPLASMATICO Il Reticolo endoplasmatico è costituito da una serie di tubuli o di sacchi all’interno dei quali avviene la produzione di sostanze utili alla cellula. Vi sono due tipi di reticolo, quello liscio e quello rugoso (per la presenza sulla sua superficie di ribosomi) Nel reticolo liscio si svolge la sintesi dei lipidi e metabolismo dei glucidi. Nel reticolo ruvido si svolge la sintesi proteica. Vai alla mappa

LISOSOMI I lisosomi, vescicole prodotte dall’apparato di Golgi come centro di digestione e di riciclaggio di molecole grazie alla presenza nel loro interno di enzimi digestivi. Vai alla mappa

VACUOLO Il vacuolo è specializzato nel regolare la quantità d’acqua presente nella cellula (riserva idrica), garantendo così il turgore (rigonfiamento) che contribuisce al sostegno cellulare. Vai alla mappa

CLOROPLASTO Il cloroplasto è un organulo caratteristico delle cellule vegetali; delimitato da due membrane, presenta all’interno strutture discoidali, i tilacoidi, impilati, chiamati grani, contenenti clorofilla e immersi in una sostanza fluida chiamata stroma. Permettono la fotosintesi clorofilliana. Vai alla mappa

CITOSCHELETRO Il citoscheletro è composto da filamenti e tubuli (microtubuli) che sostengono e assicurano una posizione ai singoli organelli. Conferisce una forma alla cellula. Vai alla mappa

MEMBRANA CELLULARE Vai alla mappa La membrana cellulare riveste, protegge la cellula e regola gli scambi con l’esterno. È formata da un doppio strato di fosfolipidi e proteine di membrana. I fosfolipidi sono molecole formate da una testa idrofila (solubile in acqua) e una coda idrofoba (non solubile in acqua). Le testa sono rivolte verso l’esterno del doppio strato. Le proteine (trans membranali) attraversano il doppio strato. Il modello che rappresenta la membrana è il mosaico fluido. Il colesterolo sulla superficie della membrana assicura la fluidità. Caratteristica fondamentale della membrana cellulare o plasmatica è la permeabilità selettiva. Gli scambi con l’ambiente esterno sono regolati dai processi di diffusione, osmosi, trasporto. Vai alla mappa

PERMEABILITA' DI MEMBRANA Diffusione: passaggio di molecole piccole (Acqua, Ossigeno, Anidride carbonica) seconde gradiente cioè da una maggiore a una minore concentrazione. Osmosi: si verifica in presenza di una membrana semipermeabile che non si lascia attraversare dai soluti. Si osserva il passaggio dell’acqua contro gradiente cioè da un ambiente ipotonico (minor concentrazione) a un ambiente ipertonico (maggior concentrazione) nel tentativo di raggiungere l’equilibrio (soluzioni isotoniche) Trasporto: avviene attraverso le proteine di membrana. Il trasporto può essere attivo o passivo. Si definisci trasporto passivo il passaggio di molecole attraverso la membrana senza spesa di energia, secondo gradiente (da una zona ipertonica ad una ipotonica). Si definisce passaggio attivo il passaggio di molecole attraverso la membrana con la spesa di energia sotto forma di ATP. Vai alla mappa

CITOPLASMA Vai alla mappa Il citoplasma è la sostanza viscosa compresa tra la membrana cellulare e l'involucro nucleare; è formata da acqua, sali minerali e sostanze organiche, si definisce soluzione colloidale (citosol). In esso si trovano degli organuli adibiti alle varie funzioni che la cellula deve svolgere. Vai alla mappa

DNA

INDICE 1. Il DNA: struttura e funzioni 2. Duplicazione del DNA 3. Mutazioni genetiche 4. Trascrizione dell’informazione genetica 5. Sintesi proteica Ritorna a studio assistito

Clicca per l’animazione Il DNA: struttura e funzioni Il DNA, l’acido desossiribonucleico, è un polimero formato da quattro tipi diversi di nucleotidi; esso ha una struttura a doppia elica molto lunga e spiralizzata, frammentata da pioli costituiti dalle complementarità di basi azotate specifiche. Clicca per l’animazione La funzione principale del DNA è trasportare l’informazione genetica attraverso le generazioni seppur con parziali cambiamenti dovuti allo scambio di geni durante il processo di duplicazione delle cellule che lo contengono

Clicca per l’animazione Duplicazione del DNA La duplicazione del DNA, durante la divisione cellulare, inizia da una specifica sequenza di nucleotidi detta punto d’origine della duplicazione sul quale comincia a svolgersi il doppio filamento con lo spezzamento dei legami idrogeno tra le basi azotate grazie ad enzimi come l’elicasi e la topoisomerasi. Si forma una bolla di duplicazione delimitata da strutture ad Y dette forcelle di duplicazione. Su uno dei due filamenti, detto filamento stampo, scorre un ulteriore enzima, la DNA-polimerasi, che sintetizza il nuovo filamento e si occupa di correggere eventuali errori (azione di proofreading). La duplicazione avviene in entrambe le direzioni per questo è detta bidirezionale. Basi azotate appaiate forcelle bolla Punto d’origine Clicca per l’animazione

Clicca per l’animazione Mutazioni Genetiche Cambiamenti nella sequenza o nel numero dei nucleotidi nell’acido nucleico di una cellula o di un organismo sono detti mutazioni genetiche. Esse possono dare origine alla sostituzione di un nucleotide con un altro (mutazione puntiforme), oppure a perdita durante la duplicazione di materiale genetico (delezione) oppure ad aggiunte di nucleotidi. Le sostituzione di nucleotidi possono dar luogo a mutazioni di senso, in cui un amminoacido viene sostituito da un altro, o a mutazioni di non senso, in cui la sintesi proteica termina in un modo prematuro. Le delezioni o le aggiunte di nucleotidi possono provocare spostamenti del sistema di lettura e la produzione di proteine nuove, che sfuggono alla correzione da parte dell’enzima DNA-polimerasi, ma di solito non sono funzionali. Clicca per l’animazione

Trascrizione dell'informazione genetica Processo enzimatico per cui l’informazione genetica contenuta in un filamento di DNA viene utilizzata per specificare una sequenza complementare di basi in una molecola di RNA detta messaggero. L’RNA messaggero viene sintetizzato con lo stesso principio dell’accoppiamento di basi azotate che regola la duplicazione del DNA, ma il filamento è unico e da un’estremità procede verso l’altra in un completamento delle basi azotate rispetto al filamento stampo del DNA RNA messaggero Clicca per l’animazione DNA: filamento stampo

Clicca per l’animazione Sintesi proteica Successivamente alla trascrizione dell’RNA messaggero, questo acido nucleico esce dal nucleo e raggiunge il citoplasma in cui si lega ai ribosomi. Il filamento di RNA per prima cosa si lega alla subunità più piccola del ribosoma ponendo in evidenza il suo primo codone. Poi giunge l’RNA di trasporto che si colloca secondo il criterio “codone-anticodone” portando con sé il primo amminoacido (in genere è la metionina): si è formato il complesso d’inizio (mRNA, tRNA, subunità più piccola). Da qui giungono altri tRNA che trasportano altri amminoacidi che legandosi fra di loro creano una catena polipeptidica complementare all’informazione trasportata dal RNA messaggero. RIBOSOMA Subunità più grande tRNA + ammin. Clicca per l’animazione tRNA + ammin. RNA messaggero tRNA + ammin. Subunità più piccola Leg. peptidico Codone-anticodone

Struttura di un amminoacido Atomo di carbonio Atomo di idrogeno H C COOH COOH N2H COOH N2H Gruppo amminico R H2O H2O Gruppo carbossilico Radicale Legame peptidico

Struttura di un nucleotide Base azotata P I nucleotidi sono le unità che compongono un acido nucleico (RNA o DNA) Zucchero a 5 atomi di C

Base azotata Molecola con proprietà basiche, contenente azoto. E’ una componente dei nucleotidi che formano gli acidi nucleici: può essere una purina o una pirimidina. Una purina presenta una struttura a due anelli; esempi sono l’adenina (A) e la guanina (G). Una pirimidina presenta una struttura ad un solo anello; esempi sono la citosina (C)e la timina (T).

Sequenza lineare di amminoacidi connessi da legami peptidici. Proteine STRUTTURA PRIMARIA Sequenza lineare di amminoacidi connessi da legami peptidici. STRUTTURA SECONDARIA Foglio ripiegato o spirale prodotto dalla tensione degli atomi di CO e NH. STRUTTURA TERZIARIA Struttura tridimensionale prodotta da collegamenti tra i radicali ai lati degli amminoacidi. Vengono creati i siti attivi. Più catene polipeptidiche producono una QUARTA STRUTTURA tridimensionale, grazie alla presenza di tasche, in cui avvengono specifiche reazioni chimiche.

Gli enzimi Molecola proteica globulare che catalizza una specifica reazione chimica accelerandola, abbassandone l’energia minima necessaria affinché avvenga un processo ovvero d’attivazione della reazione. La regione di questa molecola che ha proprietà funzionali si chiama sito attivo, questa porzione aderisce al substrato, ossia la molecola su cui agisce tale enzima. Ogni enzima catalizza una specifica reazione senza modificare il bilancio energetico della reazione stessa, ma solo abbassandolo. Con ciò l’enzima non si consuma Alcuni enzimi sono capaci di assorbire l’energia di una reazione e di donarla in un’altra reazione enzima Reagente (o substrato) Reagente (o substrato)