Dott.ssa Monica Benincasa Ed. Q – Via Giorgieri 5 Tel. 040 5588703 Testi consigliati: “Elementi di biologia e genetica” (Vol. 1) Sadava.

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1 Dott.ssa Monica Benincasa Ed. Q – Via Giorgieri 5 mbenincasa@units.it Tel. 040 5588703 Testi consigliati: “Elementi di biologia e genetica” (Vol. 1) Sadava D., Heller H.C., Orians G.H., Purves W.K., Hillis D.M. Zanichelli Ed. “Biologia cellulare” – “Genetica e biologia molecolare” Raven P.H., Johnson G.B. Piccin Ed. “Elementi di Biologia e Genetica” Talesa V.N., Giovannini E., Antognelli C. McGraw-Hill Ed.

2 Biologia Studia gli organismi viventi e i loro rapporti con l’ambiente che li circonda

3 Che cosa significa “vita”? Capacità di riprodursi Capacità di trasformare la materia (attività metabolica) Capacità di adattarsi Capacità di rispondere a stimoli Capacità di evolvere

4 La Cellula…… …..e’ l’unita’ fondamentale degli organismi viventi Durante il corso cercheremo di capire alcune cose sulla cellula. Cos’è una cellula vivente? Scopriremo presto che anche la cellula apparentemente più semplice è in realtà una macchina estremamente complessa, che osservata da vicino rivela una stupefacente organizzazione. La natura ha inventato sistemi per consentire alla cellula di nutrirsi, di liberarsi dalle sostanze di scarto, di ricevere messaggi e interagire con l’ambiente circostante, e infine di proliferare.

5 La teoria cellulare e’ uno dei concetti fondamentali della biologia ed afferma che: La cellula e’ la piu’ piccola forma di vita Tutte le forme di vita sono costituite da una o piu’ cellule Le cellule derivano solo da cellule preesistenti

6 Tutta la vita cellulare ha le seguenti caratteristiche in comune.  tutte le cellule hanno una membrana cellulare che separa il caos fuori da una cellula da un alto grado di organizzazione all’interno di essa.  tutta la vita cellulare contiene DNA come materiale genetico. Tutte le cellule contengono alcune varietà di molecole di RNA e proteine, molte delle quali sono enzimi.  tutte le cellule sono composte della stessa chimica di base: carboidrati, proteine, acidi nucleici, minerali, lipidi e vitamine.

7  Tutte le cellule regolano il flusso di nutrienti e cataboliti che entrano e lasciano la cellula.  Tutte le cellule si riproducono e sono il risultato della riproduzione.  Tutte le cellule richiedono un supplemento di energia.  Tutte le cellule sono regolate da un elaborato sistema sensoriale che le consente di essere consapevoli di ogni reazione che avviene all’interno e attorno ad esse.

8 Principali costituenti chimici della cellula carboidrati lipidi ioni proteine acidi nucleici

9 proteine le proteine sono costituite da catene di amminoacidi (polipeptidi)

10 amminoacidi

11 in condizioni fisiologiche, le proteine assumono complesse conformazioni tridimensionali

12 La forma tridimensionale della proteina è determinante per la sua funzione

13 Acidi nucleici

14 Carboidrati: monosaccaridi glucosio galattosio fruttosio

15 Carboidrati: disaccaridi glucosiogalattosio fruttosio glucosio lattosio saccarosio

16 Carboidrati: polisaccaridi glicogeno

17 lipidi

18 LE FORME DI VITA ATTUALI

19 Tutti gli organismi viventi hanno un’organizzazione cellulare, che è di due tipi fondamentali: Procarioti: organismi unicellulari; le cellule non hanno compartimenti interni Eucarioti: organismi unicellulari e pluricellulari; le cellule sono compartimentalizzate Virus e batteriofagi: forme di vita non cellulari composti unicamente da un acido nucleico e un capside proteico

20 Dimensioni e diversità cellulari

21 Importanza del rapporto superficie/volume cellulare Oltre un determinato volume cellulare: 1. Apporto di metaboliti non sufficientemente rapido. 2. Difficoltà di trasporto interno. 3. Difficoltà di trasporto verso l’esterno dei materiali di rifiuto.

22 Le cellule procariotiche sono molto meno complesse delle eucariotiche non presentano nucleo sono di dimensioni inferiori spesso presentano flagelli e parete cellulare i ribosomi sono di dimensioni ridotte

23 Cellule procariotiche ed eucariotiche

24 Una cellula eucariotica animale

25 Una cellula eucariotica vegetale

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27 Esistono degli organismi “viventi” che non sono cellule: i VIRUS Essi tuttavia per rispondere alle caratteristiche che abbiamo assegnato alla “vita” hanno bisogno di cellule.

28 Una particella virale (HIV)

29 Le cellule sono tutte uguali???

30 cellule del tessuto connettivo (fibroblasti)

31 cellule muscolari lisce

32 cellula dell’osso (condrociti)

33 cellule ematiche

34 cellule epiteliali di rivestimento 100 µm

35 Cellula nervosa del cervelletto 100 µm

36 Adipocita 100 µm

37 Cellula uovo e spermatozoo 100 µm

38 Cellula nervosa del midollo spinale 100 µm

39 Cellula muscolare scheletrica 100 µm

40 Posizione del nucleo Variabilema caratteristicadiogni tipo cellulare. peresempio: –Celluleembrionali nucleocentrale –Cellulesecernenti nucleoeccentrico

41 Posizione In questo neurone, il nucleo si trova in posizione centrale rispetto al corpo cellulare Il citoscheletro forma un’impalcatura che mantiene stabile laposizionedelnucleo Lagoccia lipidica spinge il nucleodell’adipocita verso laperiferia

42 la fabbrica

43 Le macchine e la stanza di controllo

44 la stanza di controllo: i manuali e la fotocopiatrice

45 46 non tutte le pagine dei 46 manuali sono accessibili: molte sembrano essere “incollate” fra loro.

46 TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGC TAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTG CGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGA TCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCG AGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGAT TCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGC GCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATC GAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGC TGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGAC TGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACT GCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACC GTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTA TCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTA GCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTA GCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGAT CGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATC ATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTC GGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTA TCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGAT AGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCA TGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGAC TGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCGCAT TACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTAT TCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCG CGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATA TAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGG CTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATT ACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAG GACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGC ATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACT GCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGG ACTCGCA

47 pagine “non incollate” dei libri vengono fotocopiate; le copie escono dalla stanza di controllo attraverso una delle finestre.

48 la fotocopia viene trasferita dalla stanza di controllo al resto del capannone attraverso una delle finestre

49 TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCT GCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATC GCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATA TAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCG ATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATAT GAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTC GGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCC GGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGA GCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTA GCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATG TACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATG ACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTC GCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGA GAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAA GCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCG ATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACT ATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATA GCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATC ATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAG AAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAG CTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATT AAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAG GACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGAT GAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACT GATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGAC TGCATATGACGGACTCGCA uno degli operai, seguendo alla lettera la fotocopia, produce un nuovo macchinario o un pezzo di ricambio

50 cellula nucleo cromosomi TTAGCACTACCGTATTTGCGCA TTACCAGATTAGAGAAATGCTA GTCGATCTATCGATCGGCTATT CGCAAAGCTGCGCGACTGCGA TGCGCTAGCATGCGATTCGCG ATCGCCGAGCGCTCGCGAGCG CGCTAGCGGAATACTATATAGC GCGGATCAGTCTAGATCTATGA GATCGATAGCGATCTAGAGATA GGATCGAGATCGAGGCGAGAT CATATGAGCGCGGCTATTTAGG CTTAGAGGATTCGGAGATTCG GAGCTTAGGATTACAGAGAGC TTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCT ATCGA acidi nucleici (DNA-RNA) ribosomi proteine

51 di tanto in tanto l’intero set di manuali viene copiato, pagina per pagina, in modo da poter controllare il lavoro di due capannoni anziché di uno...

52 DNA proteine DNA proteine controllo cellulare ereditarietà il nucleo svolge un ruolo cruciale nel controllo della vita della cellula e nel processo di divisione cellulare

53 Nucleocellulare Componenteessenzialedellacellula (strutturaassenteneiprocarioti) Contieneilmaterialegenetico(DNA) Sedediprocessiindispensabili allariproduzionecellulareealla sintesiproteica

54 All'interno del nucleo sono conservati i cromosomi, strutture filamentose composte da DNA e proteine e solitamente presenti in coppie, in un numero variabile e caratteristico di ciascuna specie. All'interno del nucleo si trova una regione specializzata, detta nucleolo, che è deputata all'assemblaggio di particelle chiamate ribosomi, che contengono RNA e proteine e che, una volta sintetizzate, migrano nel citoplasma, dove presiedono alla sintesi proteica. Il nucleo controlla la sintesi proteica inviando nel citoplasma diverse molecole con funzione di messaggeri. Il nucleo è delimitato da una doppia membrana, dotata di pori che consentono le comunicazioni tra il nucleo e il resto della cellula (citoplasma).

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58 Le membrane cellulari Tutte le cellule sono circondate da una membrana detta membrana plasmatica, che separa il citoplasma (interno) e gli organuli cellulari in esso contenuti dall'ambiente esterno. Oltre alla membrana plasmatica le cellule sono fornite di altre membrane dette membrane interne o membrane endocellulari, che circondano gli organuli cellulari (mitocondri, nucleo, lisosomi, vacuoli ecc.).

59 Le membrane cellulari Dal punto di vista morfologico le membrane cellulari sono pressoché identiche. La loro struttura molecolare invece e' varia pur mantenendo una certa similitudine.

60 Il fine principale delle membrane cellulari e' quello di isolare l'ambiente interno da quello esterno. In tal modo, le reazioni metaboliche avvengono in compartimenti cellulari perfettamente isolati, non solo dall'ambiente extracellulare, ma anche dall'ambiente intracellulare. Si parla in questi casi di compartimentalizzazione. La cellula eucariota è divisa in compartimenti

61 Organuli cellulari I vari organuli cellulari come il citoplasma, il nucleo, il nucleolo, il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l'apparato del Golgi, i ribosomi, i mitocondri, i lisosomi ecc., possiedono una struttura ed una funzione ben definita e sono presenti sia nelle cellule animali che vegetali.

62 RER e REL hanno ruolo diverso:la loro quantità relativa dipende dalla funzione della cellula (es. in cellule secernenti RER esteso, cellule che producono lipidi REL esteso)

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66 Malattie da accumulo lisosomiale (es. Tay-Sachs con accumulo di glicolipide nelle cellule nervose)

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