Scuola d’Arte e dei Mestieri SCUOLA SCIENZA E TECNICA Laboratorio ERBORISTICO NATURALISTICO Corso Base Anno 2012/2013 Fisiologia Umana

LE PRIME CELLULE La maggior parte degli organismi ora viventi discende da pochi batteri primitivi

LE PRIME CELLULE Batteri Metanogeni: Anaerobi, producono gas Metano Batteri Fotosintetici: luce  Energia: Cianobatteri che producono O2 Batteri moderni derivano da una piccola e semplice cellula. Adattabilità

LE PRIME CELLULE Procarioti: mancanza di un nucleo Batteri: cellule procariotiche con forma diversa ma organizzazione simile Parete cellulare: carboidrati; semplice (spessa: Gram +) o più complessa (sottile: Gram -) Organizzazione interna semplice: mancano di compartimenti interni ( o ve ne sono pochissimi), no organuli, citoplasma non ha strutture di supporto

LE PRIME CELLULE Procarioti

EVOLUZIONE Cellule Eucariotiche: 1 miliardo e mezzo di anni fa, struttura più complessa (filamenti, spine, forme geometriche elaborate), nucleo Differenti dalle Cellule Procariotiche Nucleo: cromosomi Compartimenti delimitati da membrane (processi biochimici indipendenti: + efficienti) No parete cellulare: a parte le piante I procarioti non hanno sacche interne (vacuoli) presenti solo nelle cellule vegetali.

TEORIA CELLULARE 1665: Robert Hooke Van Leeuwenhoek 1838: Matthias Schleiden 1839: Theodor Schwann

TEORIA CELLULARE Tutti gli organismi sono composti da una o più cellule, in cui si svolgono i processi del metabolismo e dell’ereditarietà Le cellule sono gli esseri viventi più piccoli, l’unità base di tutti gli organismi Le cellule derivano solamente attraverso la divisione di cellule preesistenti. Nessuna nuova cellula ha avuto origine in tempi recenti, le cellule moderne discendono tutte da cellule primitive

LA STRUTTURA DELLA CELLULA Notevole organizzazione interna: sistema di membrane-compartimenti interni più o meno modificabili (nucleo – lisosomi) Tutti gli organismi sono composti di cellule Il nostro corpo contiene circa 100.000 miliardi di cellule

LA STRUTTURA DELLA CELLULA Membrana Plasmatica

LA STRUTTURA DELLA CELLULA Nucleo

LA STRUTTURA DELLA CELLULA Citoplasma

MEMBRANA PLASMATICA Scambi con l’ambiente Protezione della cellula

MEMBRANA PLASMATICA Struttura fluida: Proteine e Lipidi Fosfolipidi: Glicerolo + Porzione idrofobica: 2 molecole di Acidi Grassi (code) Porzione idofilica: 1 molecola di Alcool Fosforilato (testa) Formano spontaneamente un “doppio strato lipidico” con la porzione di acidi grassi libera di muoversi all’interno di questo doppio strato: le membrane sono fluide

MEMBRANA PLASMATICA

MEMBRANA PLASMATICA Proteine che attraversano la membrana Rete di fibre di supporto: scheletro di proteine che determina la forma della cellula Proteine esterne e glicolipidi: identità della cellula

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Passaggio di molecole dentro e fuori la cellula Diffusione: passaggio da una zona a maggior concentrazione ad una zona a concentrazione minore sino al raggiungimento di un equilibrio uniforme Osmosi: diffusione di Acqua attraverso la Membrana Plasmatica ma non di altre sostanza (zuccheri, aminoacidi, etc: solubili in acqua ma non nei lipidi del doppio strato)

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Passaggio di materiale Endocitosi generalizzata: incorporazione (in una vescicola) di una “particella” esterna alla cellula nel citoplasma. Molto dispendiosa energeticamente, non selettiva

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Fagocitosi: materiale organico Pinocitosi: materiale liquido (con molecole disciolte)

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Esocitosi: processo opposto all’endocitosi. Espulsione di materiale all’esterno della cellula tramite vescicole

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Trasporto selettivo di molecole Meno dispendioso energeticamente rispetto all’endocitosi Selettivo: permesso il passaggio di alcune molecole ma non di altre (canali di membrana alcune molecole possono passare attraverso specifici canali mentre altre non possono)

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Diffusione facilitata: trasporto di molecole attraverso la membrana plasmatica dovuto a canali specifici in direzione della concentrazione più bassa (diffusione)

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Caratteristiche della Diffusione Facilitata: Specifica: passaggio nei canali solo per determinate molecole Passiva: direzione del movimento (interno-esterno) è determinata dalla concentrazione delle molecole da trasportare Può essere saturata: evita l’accumulo (dall’ambiente esterno) di molecole presenti in alta concentrazione all’interno della cellula

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Trasporto Attivo: trasporto di molecole attraverso la membrana plasmatica indipendentemente dalla concentrazione di queste molecole, attraverso il dispendio di energia chimica. Può mantenere le molecole ad una concentrazione interna più alta spendendo energia per pompare dentro le molecole stesse.

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Trasferimenti tra compartimenti cellulari Endocitosi mediata da recettori: vescicole che trasportano molecole da una parte all’altra della cellula.

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Ricezione ed acquisizione delle informazioni sull’ambiente circostante Non c’è passaggio attraverso la membrana come per le molecole Coinvolti i Recettori: proteine che trasmettono l’informazione, a tutto spessore nella membrana. Porzione esposta sulla superficie cellulare che lega ormoni o altre molecole. Porzione all’interno della cellula che si modifica in seguito a questo legame.

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Espressioni dell’Identità Cellulare Necessaria affinchè ogni cellula sia riconosciuta come appartenente ad un determinato tipo di tessuto e non ad un altro. Una cellula componente il tessuto muscolare deve essere riconosciuta come tale, non scambiata per una cellula appartenente al tessuto osseo. Si hanno dei “marcatori di superficie cellulare” (proteine o glicolipidi)

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Connessioni fisiche tra le cellule Come le cellule di un tessuto sono unite tra loro Giunzioni adesive: desmosomi – tengono le cellule strettamente vicine unendo le membrane contrapposte

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Giunzioni occludenti: formano un “sigillo” che impedisce il passaggio di sostanza tra una cellula ed un’altra. Funzione di protezione nei confronti dei tessuti sottostanti

MEMBRANA PLASMATICA Interazioni con l’ambiente Giunzioni di comunicazione: GAP – canali aperti che uniscono due cellule

CITOSOL Sostanza gelatinosa a base acquosa che assieme agli organuli forma il Citoplasma Costituisce il 50% della cellula Enzimi Sostanze di accumulo (glicogeno – carboidrati; trigliceridi – lipidi)

RETICOLO ENDOPLASMATICO Ampia rete di membrane comunicanti tra loro collegato alla porzione esterna della membrana nucleare. E’ l’organello più grande RER - REL

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGUSO Sistema di sacchi appiattiti (cisterne) cui sono associati organuli chiamati Ribosomi Ribosomi:rRNA (acido nucleico) e proteine, prodotti a livello del nucleolo, 2 subunità (maggiore, minore), sintesi di proteine Le proteine passano nel lume del RE, glicosilazione e trasformate in glicoproteine Racchiuse in sacchetti (vescicole), espulse, passano nell’Apparato di Golgi per essere modificate

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGUSO Sintesi di proteine di membrana (REL): fosfolipidi + proteine

RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO Canali interconnessi tra di loro Privo di Ribosomi

RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO Detossificazione: farmaci liposolubili in prodotti idrosolubili eliminati dal rene, etanolo Sintesi di lipidi: membrane (i lipidi si associano con le proteine sintetizzate nel RER) Metabolismo del glicogeno Immagazzinamento di Calcio: contrazione muscolare

RETICOLO ENDOPLASMATICO

APPARATO DEL GOLGI Organulo costituito da sacche appiattite (cisterne) impilate l’una sull’altra Costituisce un’unità dinamica con il RE anche se ne è fisicamente separato Faccia cis: vescicole RE Faccia trans: vescicole secretorie (trasporto)

APPARATO DEL GOLGI

APPARATO DEL GOLGI Completa la maturazione delle proteine sintetizzate nel RE per far loro ottenere una conformazione definitiva tramite modificazione della struttura e dei componenti glicidici Tramite vescicole le proteine vengono espulse verso lo spazio extracellulare o incorporate nella membrana plasmatica o in quella degli organuli

APPARATO DEL GOLGI Vescicole esocitotiche Vescicole secretorie Vescicole lisosomiali

APPARATO DEL GOLGI

LISOSOMI Organuli che si formano nel Golgi Contengono enzimi (idrolasi) Sistema digestivo della cellula: sostanze extracellulare, componenti intracellulari non più utili

LISOSOMI

PEROSSISOMI Organuli specializzati nell’utilizzo dell’Ossigeno Detossificazione di sostanze dannose (fegato, rene) Degradazione degli Acidi Grassi Formazione dei plasmalogeni: lipidi complessi abbondanti nei rivestimenti di mielina degli assoni

PEROSSISOMI

MITOCONDRI Organuli semiautonomi contenenti piccole quantità di DNA circolare che dirige la sintesi di alcune loro proteine Costituiti da un duplice sistema di membrane a doppio strato lipidico Membrana esterna: liscia, protezione, più permeabile Membrana interna: si introflette, forma creste, più selettiva

MITOCONDRI Delimitano uno spazio intermembrana (piccole molecole) ed uno spazio della matrice (enzimi, acqua, molecole, ribosomi…) Demolizione di molecole e creazione di energia tramite reazioni chimiche che utilizzano Ossigeno (1 molecola di glucosio = 36 molecole di ATP) Sintesi di colesterolo

MITOCONDRI Produzione di calore: animali in letargo, cuccioli appena nati (uomo), mammiferi in climi freddi

MITOCONDRI

NUCLEO Si trova solo nelle cellule eucarioti Delimitato dalla membrana nucleare (fosfolipoproteica) in continuità con il RER Esterna: ribosomi Interna Delimitano il “lume” della membrana che è in continuità con il RER Dove le due membrane si incontrano si formano dei passaggi (pori nucleari – passaggio molecole dal citosol)

NUCLEO

NUCLEO Contiene acidi nucleici Duplicazione DNA Trascrizione e maturazione del RNA Contiene Cromatina: DNA avvolto su gruppi di proteine (istoni - nucleosoma) e da altre proteine non istoniche

NUCLEO Nucleolo Struttura fibrosa, rotondeggiante presente in una o più copie Sintesi rRNA Costituito da porzioni di DNA (necessario per produzione di rRNA), filamenti di rRNA nascenti, proteine Probabilmente interviene nel trasferimento del mRNA dal nucleo al citoplasma

NUCLEO

CITOSCHELETRO Mantenimento della forma cellulare Resistenza alla trazione Posizionamento e distribuzione degli organuli cellulari

CITOSCHELETRO

CITOSCHELETRO Microtubuli Microfilamenti Filamenti intermedi

CITOSCHELETRO Microtubuli 13 subunità: protofilamenti Mantenimento della forma cellulare e resistenza alla compressione Movimento cellulare (cilia, flagelli) Movimento cromosomi (divisione cellulare) Movimento organuli

CITOSCHELETRO

CITOSCHELETRO Microfilamenti Actina: fasci paralleli ad altre proteine oppure in forma intrecciata Mantenimento della forma cellulare e resistenza alla tensione Motilità (pseudopodi) Contrazione muscolare Divisione cellulare (animali)

CITOSCHELETRO

CITOSCHELETRO Filamenti intermedi Mantenimento della forma cellulare e resistenza alla tensione Ancoraggio del nucleo e di altri organuli

CITOSCHELETRO