lezione 3: la cellula

15/11/2011
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI
CASSINO
FACOLTA’ DI SCIENZE MOTORIE
CORSO INTEGRATO DI BIOCHIMICA,
BIOLOGIA & GENETICA MEDIA
MODULO DI BIOLOGIA & GENETICA
MEDICA
AA 2011-2012
Dott.ssa Veronica Papa
Citologia
– Studio della struttura della cellula e delle sue parti
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CARATTERISTICHE
DEGLI ORGANISMI VIVENTI
Sono composti da cellule
Crescono e si sviluppano
Si riproducono
Rispondono agli stimoli
Si muovono
Regolano i propri processi metabolici
Evolvono e si adattano all’ambiente
TEORIA CELLULARE
Le cellule sono gli elementi costitutivi di ogni essere vivente sia
animale che vegetale e si ottengono dalla divisione di cellule
preesistenti.
Ogni cellula funziona come un’unità individuale rispondendo ad
una gran varietà di stimoli ambientali.
La cellula può essere quindi definita come l’unità morfofunzionale
della vita, ossia la più piccola unità capace di vita autonoma.
Possiede infatti tutte le proprietà che definiscono la vita:
1. Riproduzione
2. Accrescimento
3. Capacità di sintesi proteica
4. Reattività agli stimoli
5. Movimento
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IL MICROSCOPIO
Il microscopio è uno strumento che permette di osservare
oggetti di dimensioni tali da non essere osservabili ad
occhio nudo.
Il principio generale di funzionamento è semplice: si
illumina l’oggetto con una radiazione (luce visibile o altra
appropriata) e si studia la radiazione che l’oggetto
diffonde.
Nella pratica usuale si hanno due tipi principali di
microscopi:
- Microscopio ottico
- Microscopio elettronico
Si distinguono due tipi di microscopi che, differiscono nella
risoluzione e nell’ingrandimento disponibile:
1. Il microscopio ottico: utilizza un fascio di luce e permette di
distinguere i tipi cellulari e le strutture più voluminose.
2. Il microscopio elettronico che, invece, utilizzando un fascio di epresenta un maggiore ingrandimento e consente di studiare
l’ultra struttura cellulare.
I microscopi elettronici possono dare immagini bidimenzionali o
3D a seconda che siano a trasmissione o a scansione:
1. Il TEM osserva sezioni ultrasottili che vengono attraversati da un
fascio di e-. L’ immagine trasmessa viene quindi impressa su una
lastra fotografica.
2. Il SEM ha una minore risoluzione del TEM, ma permette la
formazione di un’immagine 3D in quanto gli e- non attraversano
ma rimbalzano sulla superficie del campione.
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INGRANDIMENTO
Corrisponde al valore del rapporto tra le dimensioni
dell’immagine vista al microscopio e le dimensioni effettive
dell’oggetto.
POTERE DI RISOLUZIONE
E’ la capacità di uno strumento ottico di mostrare in modo
distinto due punti tra loro separati; indica , quindi, la
distanza minima alla quale questi possono essere distinti
l’uno dall’altro invece di apparire come unica massa e
determina il massimo livello di dettaglio che si può
ottenere nell’immagine.
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ORGANIZZAZIONE DELLA MATERIA
VIVENTE
Si definisce PROTOPLASMA la sostanza vivente che nel suo
insieme forma la cellula (composti inorganici: acqua e ioni e
composti organici: zuccheri, grassi proteine ed acidi nucleici).
Tutte le cellule derivano dalla divisione di cellule preesistenti la
cui capacità di dividersi è alla base di tutti i processi riproduttivi,
di crescita e di riparazione negli organismi pluricellulari
Anche la materia vivente si struttura in diversi livelli di
organizzazione:
Virus, viroidi (molecole di
proteiche) (??????)
RNA) e prioni (molecole
Distinguiamo, organismi più semplici o procarioti
(esclusivamente unicellulari) dagli eucarioti (unicellulari o
pluricellulari, organismi strutturalmente più complessi.
UNA DISTINZIONE IMPORTANTE
Eucarioti
– Tutte le cellule degli organismi pluricellulari animali e
vegetali, nonché alcuni organismi monocellulari
(protozoi)
Procarioti
– Cellule ma prive di membrana nucleare e del sistema
endomembranoso interno
Virus: Forme di vita non cellulari
– Composti unicamente da un acido nucleico
e un capside proteico)
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PROCARIOTI VS EUCARIOTI
I batteri o procarioti rappresentano
il livello più elementare di
organizzazione cellulare.
A differenza dei virus che sono
parassiti obbligati, i batteri sono veri
e propri organismi unicellulari in
quanto posseggono tutte le strutture
necessarie e sufficienti per condurre
una vita autonoma.
Sono caratterizzati dalla presenza di una membrana cellulare e
di una parete con funzione di protezione e sostegno, ma
differiscono dalla cellula eucariotica poiché mancano di
compartimentalizzazione cellulare. La membrana nucleare è
assente ed il materiale genetico (DNA) è libero nel protoplasma.
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Gli eucarioti possono
essere organismi sia
unicellulari
che
pluricellulari.
Sono caratterizzati da
una
complessa
struttura interna e
dalla suddivisione ad
opera della membrana
nucleare
del
protoplasma in due
compartimenti
distinti:
Il nucleo, generalmente in posizione centrale, al cui interno è
contenuto il materiale genetico (esclusivamente DNA).
2. Una porzione periferica denominata citoplasma di consistenza
gelatinosa che avvolge il nucleo ed è a sua volta delimitata dalla
membrana plasmatica e al cui interno sono contenuti gli organelli
necessari allo svolgimento delle funzioni cellulari.
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SISTEMA ENDOMEMBRANOSO
-
E’ costituito da:
Membrana plasmatica
Reticolo endoplasmatico
Complesso di Golgi
Lisosomi
Vacuoli
Involucro nucleare
Ognuno avente una differente funzione e
struttura.
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IL RETICOLO ENDOPLASMATICO
Si distingue in rugoso
(RER) e liscio (REL) a
seconda che sia o meno
associato a ribosomi.
E’ un sistema di
membrane appiattite che
formano tubuli, canalicoli e
sacculi, cisterne, vescicole.
Ha 4 funzioni principali:
1. Sintesi: le membrane del RE contengono gli enzimi necessari alla
sintesi di lipidi e carboidrati o nel caso del RER su cui sono presenti i
ribosomi, delle proteine.
2. Deposito delle sostanze neo sintetizzate.
3. Trasporto attraverso la cellula o verso l’apparato di Golgi
4. Detossificazione: le tossine cellulari possono essere eliminate tramite
enzimi litici presenti sulle membrane del RE.
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Il
RER è ricco di ribosomi che conferiscono un aspetto ruvido e
granulare.
I polisomi (gruppi di ribosomi) associati al RER sintetizzano
proteine che verrano immesse ed utilizzate all’ esterno della
cellula.
Dal RER si staccano delle vescicole che raggiungono l’
apparato del Golgi.
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Funzioni del RER
- Sintesi proteica (in collaborazione coi ribosomi)
- Attacco della componente carboidratica alle proteine di
secrezione (glicoproteine)
-Trasferimento all’apparato di Golgi
Funzioni del REL
- Sintesi di fosfolipidi e colesterolo di membrana
- Sintesi di ormoni steroidei ormoni sessuali: testosterone
ed estrogeni
- Sintesi e immagazzinamento di gliceridi: fegato, adipociti
- Detossificazioni di scorie e sostanze nocive (alcool,
farmaci,droghe) fegato, reni
- Sintesi e accumulo di glicogeno: Muscolo striato, fegato
- Rimozione e accumulo di ioni calcio: contrazione
muscolare
COMPLESSO DEL GOLGI
Presente nel citoplasma di
tutte le cellule esclusi i batteri.
Come
il
reticolo
endoplasmatico è formato da
una
serie di membrane
appiattite
lisce
che non
presentano associazione con il
ribosomi.
Si riconoscono
cellulari:
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elementi
1. I sacculi impilati
2. Le vescicole
3. I vacuoli
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Descritto per la prima volta da C. Golgi (Nobel per
la biologia e medicina 1904)
dischi membranosi appiattiti chiamati sacculi o
cisterne
5-6 sacculi formano un dittiosoma
elabora, smista e spedisce i vari prodotti cellulari
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GOLGI: MATURAZIONE &
TRASPORTO
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Faccia trans o versante di maturazione
Faccia cis o versante di formazione
La localizzazione e l’estensione del Golgi variano in rapporto al
tipo e allo stato funzionale della cellula.
Stazione temporanea e intermedia dei prodotti di secrezione che
verranno secrete per esocitosi
Sintesi di polisaccaridi.
Modificazioni post-traduzionali delle proteine (glicosilazione).
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LISOSOMI
Vescicole delimitate da membrana contenenti enzimi
litici
Gli enzimi sono:
- attivi a pH intorno a 5
- in grado di scindere proteine, polisaccaridi, acidi
nucleici
La membrana impedisce la fuoriuscita degli enzimi
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VACUOLI
Strutture endocellulari cave delimitate da membrana:
- Vacuoli alimentari (es. amebe e protisti)
- Vacuoli contrattili per espellere acqua (es. protisti
acquatici)
- Vacuolo delle cellule vegetali
Vacuolo delle cellule vegetali
- Si forma per coalescenza di piccoli vacuoli derivati dal
RE e dal Golgi
- È delimitato da una membrana (tonoplasto)
- Può contenere proteine, sostanze di riserva, pigmenti,
sostanze tossiche
IL MITOCONDRIO
I mitocondri sono gli organuli cellulari
cavi deputati alla produzione di energia.
Variano considerevolmente di forma,
dimensioni e numero a seconda del tipo
cellulare. Generalmente hanno una
forma allungata.
Sono organuli citoplasmatici insoliti in
quanto dotati di una doppia membrana
Ciascun mitocondrio consiste infatti di 3 compartimenti:
1. Membrana esterna, separata tramite lo spazio intermembranoso,
dalla
2. Membrana interna che, più sottile di quella interna, è ripiegata i
estroflessioni dette creste mitocondriali che ne aumentano la
superficie.
3. Matrice mitocondriale che occupa la cavità dell’organulo. Sulla
membrana interna e nella matrice mitocondriale avviene il processo
di respirazione aerobica che porta alla produzione di energia sotto
forma di ATP.
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Variabilità di
dimensione, forma e
numero:
– Da nessuno (globulo
rosso)…
– Al 20% del volume
cellulare (epatocita)
Storia evolutiva
– Contenuto in DNA,
RNA, enzimi per la sintesi
proteica
– Capacità di riprodursi
(body builders)
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(a)Mitocondri di epatociti
che contengono granuli
della matrice (artefatti di
fissazione dovuti alla
precipitazione del Calcio
immagazzinato
nei
mitocondri.
(b) Mitocondri
del
miocardio, il tessuto
muscolare cardiaco.
I PEROSSISOMI
Contengono enzimi per
trasferire idrogeno all’ossigeno
formando perossido di
idrogeno.
L’H2O2 formato essendo tossico
viene convertito in H2O da
enzimi contenuti anch’essi nei
perossisomi.
Scindono gli acidi grassi in
molecole più piccole utilizzate
dai mitocondri durante la
respirazione cellulare .
Sono presenti negli epatociti
hanno azione
detossificante nei confronti
dell’alcool.
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IL CLOROPLASTO
Fa parte di un gruppo di organelli detti plastidi
strutture tipiche della cellula vegetale.
Sono caratterizzate da una doppia membrana, come i
mitocondri
La membrana esterna delimita il plastidio e ha una
forma regolare, mentre quella interna è variamente
ripiegata, generalmente forma delle lamelle dette
tilacoidi.
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IL CITOSCHELETRO
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3.
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Il citoscheletro è una complessa impalcatura in grado di fornire resistenza e
supporto strutturale alla cellula.
Provvede ai vari tipi di movimento cellulare (es la contrazione delle cellule
muscolari.
Ha 4 componenti principali:
Microfliamenti
Filamenti intermedi
Filamenti spessi
Microtubuli
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I MICROTUBULI
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Sono strutture a forma di tubo cavo
formate dall’aggregazione di diverse
molecole di tubulina.
Si trovano a livello del centrosoma, la
regione di citoplasma vicino al nucleo
a partire dal quale i microtubuli di
irradiano verso la periferia.
Hanno diverse funzioni:
Sono i costituenti
principali del
citoscheletro e aumentano la stabilità
della cellula
Durante il processo di divisione
cellulare formano l’apparato del fuso
che permette la divisione dei
cromosomi tra le cellule figlie.
Si aggregano a formare ciglia e
flagelli.
Strutture cilindriche cave di
lunghezza 0.2nm-25µ e diametro
25nm
La loro parete è costituita da 2 tipi
di proteine:
- α-tubulina e
- β-tubulina unite a formare un
dimero
Conferiscono sostegno e forma
alle cellule e consentono il
movimento degli organuli
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I microtubuli in molte cellule derivano dal centrosoma
all’interno del quale è presente 1 coppia di centrioli
ognuno costituito da 9
triplette di microtubuli disposti a cerchio
La divisione cellulare è preceduta dalla divisione dei
centrioli
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CIGLIA E FLAGELLI
Si proiettano entrambi dalla superficie cellulare e
determinano il movimento
- Flagelli se l’ estroflessione è una o comunque in numero
limitato e se la struttura di tale estroflessione è lunga e
sottile (200 µ).
- Ciglia se le estroflessioni sono numerose e di dimensioni
più ridotte (2-10 µ); sono strutture molto comuni negli
organismi unicellulari o pluricellulari di piccole
dimensioni
Negli animali: coda degli spermatozoi (flagelli) vie aeree
(ciglia)
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CIGLIA E FLAGELLI
I
microtubuli
possono
associarsi fra loro a formare
strutture complesse:
1. Le ciglia: sono costituite da
9+2 coppie di microtubuli e
sono ancorate ad un corpo
basale; sono più corte dei
flagelli ma più numerose. Si
muovono in modo sincrono. Il
loro movimento coordinato
sposta i liquidi e le secrezioni
presenti sulla superficie.
2. I flagelli: sono simili alle ciglia
ma molto più lunghi. I flagelli
spostano le cellule all’interno
di un mezzo liquido. Le
uniche cellule umane dotate di
flagelli sono gli spermatozoi.
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MICROFILAMENTI
Sono strutture cilindriche aventi un diamentro di circa 7
nm costituiti da molecole globulari di actina avvolte a
doppia catena
Sono presenti in tutte le cellule eucariotiche
Contribuiscono al mantenimento della forma delle cellule
Formano la porzione centrale dei microvilli
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I MICROFILAMENTI
Sono formati da polimeri di actina
che si intrecciano a formare i
filamenti.
Hanno 3 funzioni:
1. Legandosi alle proteine di membrana
aumentano la resistenza meccanica
della cellula.
2. Sono coinvolti in associazione con la
miosina (che costituisce i filamenti
spessi), nei fenomeni di movimento
della cellula come la contrazione
muscolare.
3. Costituiscono i microvilli.
I MICROVILLI
Estroflessioni della
membrana cellulare
formate
da
microfilamenti.
Si
trovano
principalmente
in
quelle cellule la cui
funzione è quella di
assorbire
materiale
dal
liquido
extracellulare come l’
intestino tenue e rene,
dove formano una
struttura
specializzata
nell’assorbimento,
visibile
al
MO
chiamata orletto a
spazzola.
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I FILAMENTI INTERMEDI
Si trovano solo negli organismi
pluricellulari.
La loro composizione varia a
seconda del tipo cellulare.
Hanno le seguenti fuzioni:
1. Forniscono resistenza
2. Stabilizzano la posizione degli
organuli
3. Trasportano
citoplasma.
materiale
nel
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IL NUCLEO
Il nucleo
è il centro di controllo di tutte le
operazioni cellulari e svolge un ruolo cruciale nel
controllo della vita della cellula e nel processo di
divisione cellulare.
Le
cellule sono, nella maggior parte dei casi, mononucleate;
possono essere in alcuni casi binucleate (epatiche, cartilaginee),
plurinucleate (fibre muscolari scheletriche, osteoclasti) o anucleate
(globuli rossi).
E’ delimitato da un involucro nucleare discontinuo (per la
presenza dei pori nucleari) che lo separa dal citosol.
Attraverso i pori nucleari passano le informazioni dal citoplasma
al nucleo e viceversa.
Contiene il materiale genetico (DNA) ed è la sede di meccanismi
indispensabili alla riproduzione cellulare e alla sintesi proteica
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Involucro nucleare
Complesso del poro:
Struttura proteica che
regola il passaggio di
macromolecole e particelle
Lamina nucleare:
Struttura costituita da
proteine filamentose che
contribuiscono a mantenere
la forma del nucleo.
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Eucromatina:DNA funzionalmente attivo; eterocromatina: domini
di DNA funzionalmente inattivo.
Nucleolo: Sede della sintesi dei ribosomi
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Cromatina:
DNA complessato a proteine istoniche
e non istoniche, RNA.
Eucromatina: DNA trascrivente
Eterocromatina: DNA non trascrivente
Facoltativa – in certe condizioni
diventa eucromatina
Costitutiva – DNA non trascrive
in nessuna occasione
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NUCLEOLO
E’ una struttura localizzata nel nucleo osservabile solo
durante l’interfase.
Le cellule di solito contengono 2 o 3 nucleoli.
Il numero e le dimensioni dei nucleoli possono variare
in funzione dell’attività sintetica della cellula.
Sintetizza Rna ribosomiali (rRNA)
Le sue dimensioni variano a
seconda dell’attività sintetica della
cellula
Ricco di RNA e proteine basiche
Non è rivestito da membrane
Si suddivide in parte granulare e
parte fibrillare
La parte granulare è la più
abbondante ed è ricca di ribosomi
La parte fibrillare è un intreccio di
fibrille contenenti DNA, RNA e
proteine.
Scompare durante la divisione
cellulare per ricomparire alla fine
del processo.
Funzione: sintesi del rRNA
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RIBOSOMI
Descritti nel 1950 da Palade (nobel per la biologia e
medicina nel 1974)
Organuli costituiti da rRNA e proteine
Formati da 2 subunità
Funzione Sintesi proteica
Possono essere sia liberi nel citoplasma che legati alla
membrana esterna dell’involucro nucleare o del Reticolo
Endoplasmatico
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I ribosomi sono organuli piccoli e
densi di forma globose.
Sono formati da due subunità :60s la
più grande, e 40s la più piccola.
Sono costituiti da RNA ribosomale e
decine di tipi diversi di proteine.
Sono fabbriche di proteine che
vengono
sintetizzate
utilizzando
l’informazione fornita dal DNA,
trascritta in m RNA e dai ribosomi
tradotta in proteina.
I ribosomi si associano a formare i
poliribosomi =Ribosomi tenuti assieme
da RNA messaggero dove vengono
sintetizzate le proteine.
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