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LA CELLULA
La cellula è la più piccola unità
strutturale e funzionale della materia
vivente capace di esistenza
indipendente
LA CELLULA
FA R M A C I A
Introduzione
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La cellula
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TUTTE LE CELLULE PRESENTANO:
Esistono in
natura cellule
diverse
• una regione nucleare contenente l acido
desossiribonucleico (DNA), molecola in cui sono
immagazzinate tutte le informazioni necessarie alla
crescita e alla riproduzione cellulare
E. coli
• un citoplasma, luogo in cui avviene la sintesi delle
proteine e di tante molecole necessarie ai meccanismi di
crescita e di riproduzione; la conversione dell energia
derivante dal catabolismo delle sostanze trofiche in
energia di legame
Ameba Proteus
Cellula vegetale
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Globulo rosso umano
La cellula
• una membrana cellulare che contiene il protoplasma;
essa racchiude la vita
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La cellula
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La cellula
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Le cellule sono organizzate in tessuti
(gruppi di cellule che adempiono una
medesima funzione).
Diversi tipi di tessuti, uniti strutturalmente
e coordinati nelle loro attività, formano gli
organi.
Il corpo umano è composto da circa 100
mila miliardi di cellule (1014), di oltre 200
tipi diversi, classificate in quattro tipi di
tessuti: 1) epiteliale, 2) connettivo, 3)
muscolare e 4) nervoso.
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La cellula
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Dimensioni delle cellule
Le cellule hanno (quasi tutte) dimensioni molto piccole. Ad es. una
cellula di E.coli ha un volume di 2x10-12 ml. Vi sono anche cellule molto
grandi come ad es. l acetabularia (un alga unicellulare lunga 5 cm!).
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La cellula
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La cellula
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Le cellule batteriche sono lunghe circa 2 µm, mentre
quelle di animali superiori circa 20-30 µm.
Perché le cellule non sono più piccole o
più grandi di come le conosciamo?
La risposta è che non possono essere più piccole
perchè le molecole costitutive che formano la loro
sostanza organica hanno dimensioni ben definite e
determinate dalla grandezza degli atomi di C, H, O, N.
Poiché un certo numero di diverse biomolecole sono
necessarie per la vita, se le cellule fossero più piccole,
esse dovrebbero essere costituite da atomi più piccoli.
Inoltre, esiste un altra ragione: le cellule piccole
possono muoversi senza aiuti meccanici o elettrici.
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La cellula
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La cellula
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Dividendosi periodicamente la cellula
riesce a mantenere abbastanza
COSTANTE il RAPPORTO SUPERFICIE/
VOLUME e di conseguenza il suo tasso
metabolico.
D altra parte le cellule non possono essere più grandi
perchè la velocità del loro metabolismo verrebbe
limitata dalla velocità di diffusione delle molecole di
nutrienti.
Quindi deve esistere un rapporto ottimale tra
superficie e volume della cellula (che è maggiore nei
corpi piccoli rispetto a quelli più grandi di uguale
forma).
In conclusione: Il rapporto
superficie/volume di qualsiasi
corpo solido di forma costante
diminuisce con l aumentare delle
sue dimensioni. Questo principio è
noto come EFFETTO SCALA.
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La cellula
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La cellula
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VIRUS
BATTERIOFAGO
NON SONO CLASSIFICATI TRA I VIVENTI
POICHE :
•
PRESENTANO UNA COMPLETA ASSENZA DI
STRUTTURE CELLULARI
• NON HANNO UN METABOLISMO PROPRIO
Consistono di un acido nucleico circondato da un rivestimento
proteico. Hanno dimensioni di macromolecole biologiche
che variano da 5 a 300 nanometri
• Vengono classificati in base alla presenza di DNA o di RNA
oppure vengono classificati in accordo alla dimensione e alla
forma, alla natura del rivestimento proteico e al numero di
unità strutturali identiche nel loro nucleo.
batteriofagi - virus che infettano i batteri.
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Virus
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I virus si possono replicare solo a
spese della cellula ospite.
Virus
1.
4.
2.
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Prioni
Virus
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CELLULE PROCARIOTICHE
E
CELLULE EUCARIOTICHE
- Probabilmente in seguito a mutazioni nel gene,
essa
modifica la conformazione, diventa insolubile e si accumula
nel tessuto cerebrale di pazienti affetti da encefalopatie
spongiformi trasmissibili come BSE bovina (encefalopatia
spongiforme bovina)
che rappresentano i costituenti di
tutti gli organismi viventi
raggruppati nei 6 Regni (5 secondo
la classificazione di Wittaker).
- A differenza di virus e batteri, i prioni rimangono intatti
anche dopo una cottura a 360 °C per oltre un'ora
Virus
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5.
Esistono due grandi TIPOLOGIE di
cellule:
PRIONI dall'inglese prion (PRoteinaceus Infective ONly particle) sembrano parti di proteine che causano malattie, sempre
fatali, negli animali e negli esseri umani.
- Gli animali posseggono un gene che codifica per un prione,
una proteina che generalmente è innocua.
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3.
Riconoscono cellule specifiche,
il DNA o l RNA virale dettano la sintesi di
nuove molecole,
vengono rilasciati nuovi virus dalla cellula
ospite,
alcuni possono mutare molto rapidamente.
L immunità diventa molto difficile.
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Virus
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Procarioti
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3
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PROCARIOTI
Le cellule eucariote (o
eucariotiche) hanno avuto origine
un miliardo di anni più tardi, sono
molto più grandi e complesse e
mostrano grande varietà. Il
termine procariota (dal greco
Karyon, nocciolo, nucleo), significa
prima del nucleo mentre
eucariota significa con un nucleo
ben formato .
Cellule procariotiche sono le cellule
più semplici e più piccole, nonché le
prime ad essere state originate
nella evoluzione biologica: un
batterio fossile di 3,5 miliardi di
anni fa è stato rinvenuto in
Australia.
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Procarioti
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Procarioti
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Procarioti
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Nei procarioti il materiale genetico
é localizzato nel cosidetto corpo
nucleare o nucleoide, molto
irregolare e non circondato da
membrana.
Gli eucarioti invece posseggono
un nucleo altamente sviluppato e
complesso circondato dal
rivestimento nucleare costituito da
due membrane.
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Procarioti
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STRUTTURA CELLULA PROCARIOTICA
Nucleoide:
regione dove si
trova il DNA
Ribosomi:
Sintesi
polipeptidi
Membrana
plasmatica:
racchiude i
batteri
Citoplasma :
Luogo del
metabolismo
Parete cellulare:
fornisce supporto
e protezione
Pili:
Permettono ai
batteri di aderire
alle superfici e tra
loro
Glicocalice:
rivestimento
esterno gelatinoso
Flagelli:
permettono ai
batteri di muoversi
(a) Un tipico batterio a forma di bastoncello
(b) Una micrografia elettronica di Escherichia coli
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CARATTERISTICHE CELLULARI DEI
PROCARIOTI
PROCARIOTI
I procarioti comprendono piu di
3000 specie di batteri (alcuni dei
quali patogeni) e le alghe blu-verdi
o cianobatteri. Questi organismi si
dividono in due grandi gruppi
(DOMINI): gli archeobatteri e gli
eubatteri.
La parete cellulare impedisce al batterio di
gonfiarsi quando le concentrazioni di metaboliti
al suo interno diventano maggiori di quelle
dell esterno.
Tale squilibrio fa salire la pressione osmotica
anche a 20 atm e la cellula andrebbe incontro a
lisi cellulare senza la parete cellulare.
Gli archeobatteri (scoperti in
ambienti inospitali) possono vivere
fino a temperature di 360°C.
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Procarioti
La parete cellulare è costituita principalmente da
peptidoglicano.
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Procarioti
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Peptidoglicano
Definito anche mucopeptide
COLORAZIONE DI GRAM
batterico o mureina e
struttura rigida di catene
glicaniche di NAM e NAG
Fu messo a punto nel 1884 dal medico
danese Hans Joachim Christian Gram,
e mette in evidenza proprietà fondamentali
della parete cellulare dei microrganismi:
Capacità dei GRAM-POSITIVI di trattenere
il colorante basico data dalla quantità di
peptidoglicano (mureina) contenuto
nella parete cellulare.
I GRAM-NEGATIVI presentano invece
una parete più sottile
ricca di lipopolisaccaridi e lipoproteine.
legate con legami trasversali
medianti ponti tetrapeptidici
• NAM:
Acido
N-acetilmuramico!
• NAG:
Nacetilglucosamina!
Legame Beta (1-6)
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Procarioti
Legame Beta (1-4) scisso
dal lisozima o
muraminidasi prodotto dai
granulociti, macrofagi e
PMNL
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Procarioti
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A seconda del tipo di parete i batteri si distinguono
in Gram-positivi e Gram-negativi
Gram positivi
Gram negativi
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Procarioti
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PARETE CELLULARE
Confronto tra la
GRAM +
parete cellulare
di batteri
gram positivi
(A)
e
gram negativi
(B)
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Procarioti
PARETE CELLULARE
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GRAM -
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Lipopolisaccaride
(LPS)
E presente solo nei batteri
gram negativi:
è l ENDOTOSSINA, fattore di
virulenza che caratterizza l azione
patogena dei gram negativi
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Procarioti
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Procarioti
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LA MEMBRANA CELLULARE
All interno della parete cellulare si trova la membrana
plasmatica (o membrana cellulare) costituita da un doppio
strato lipidico attraversato da proteine che rendono la
membrana selettivamente permeabile per il trasporto delle
sostanze nutritive dall esterno all interno e dei prodotti di
rifiuto dall interno all esterno.
In alcuni batteri procarioti la membrana cellulare contiene
clorofilla per la fotosintesi.
Steroli (colesterolo) assenti sostituiti
da terpenoidi con la stessa funzione di
stabilizzazione e compattamento
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Procarioti
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Procarioti
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LA MEMBRANA CELLULARE
La parte
delimitata da membrana
plasmatica: CITOPLASMA. IL CITOSOL
rappresenta la parte acquosa del citoplasma
nel quale sono sospesi tutti i componenti
cellulari; è un fluido altamente viscoso
perchè è costituito per il 50% da proteine.
Una cellula di E.coli contiene circa 2000
molecole diverse tra amminoacidi, grassi,
In mancanza di organuli, È SEDE DEL TRASPORTO
DI ELETTRONI E PRODUZIONE DI ENERGIA (no
mitocondri). E sede di proteine di trasporto, pompe
nucleotidi, vitamine, sali, carboidrati e
proteine.
ioniche ed enzimi!
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Procarioti
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Inoltre, le cellule
procariotiche
posseggono UN SOLO
CROMOSOMA costituito
da un unica molecola di
DNA circolare a doppio
filamento, fortemente
avvolto su se stesso NEL
NUCLEOIDE.
La riproduzione avviene
esclusivamente per
RIPRODUZIONE
ASESSUATA.
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Procarioti
CROMOSOMA BATTERICO
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PLASMIDI
I PLASMIDI:
- sono da 1/20 a 1/100 della dimensione del cromosoma
- contengono relativamente pochi geni
- si replicano indipendentemente dal cromosoma
- si possono integrare nel cromosoma batterico ( EPISOMI)
-
informazioni plasmidiche non essenziali per la sopravvivenza della cellula
- conferiscono un vantaggio selettivo alle cellule che li possiedono
- possono essere perduti dal batterio
Procarioti
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CITOPLASMA
Struttura fibrillare costituita per l'80% da acqua
MANCANO mitocondri, reticolo endoplasmatico, apparato del
Golgi, cloroplasti, organuli cellulari
Sono presenti proteine analoghe a quelle del citoscheletro delle
cellule eucariotiche; intervengono nella divisione cellulare e
contribuiscono alla forma della cellula
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Procarioti
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INCLUSIONI
Amido e glicogeno: polimeri di unità di glucosio
riserva di carbonio e di energia
Cianoficina: riserva di azoto e di energia in molti cianobatteri
Granuli di zolfo nei solfobatteri: riserva di zolfo ed energia
Clorosomi: sede dell'apparato fotosintetico dei batteri verdi
PRESENTI Ribosomi: complessi macromolecolari di RNA e
proteine coinvolti nella sintesi delle proteine
Può contenere inclusioni di natura organica e inorganica
↓
rappresentano in genere sostanze di riserva
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Il MESOSOMA
SINTESI PROTEICA
Ribosomi, presenti
in circa 15.000,
sono composti da
due subunita che
formano un
complesso di 70S,
si presentano
in grappoli:
POLISOMI
Il MESOSOMA è una porzione della membrana
citoplasmatica invaginata, punto di ancoraggio e
duplicazione del DNA batterico
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Procarioti
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Procarioti
Escherichia coli (E.coli)
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Si può muovere ad una
velocità molto elevata
di 50 µm/sec per cui
essendo lungo solo 2
µm percorrere in un
secondo uno spazio 25
volte superiore alla
sua lunghezza. In
paragone un uomo
alto 2 mt. dovrebbe
correre a 5O metri al
secondo!
E un batterio gram-negativo che si trova nell intestino dell uomo ed è il
più studiato. Ha un diametro di circa 1 µm ed una lunghezza di circa 2 µm.
Può dividersi ogni 20-30 min a 37°C in un terreno di coltura contenente
glucosio, sali ammonici e minerali.
E. coli, come tutte le cellule procariotiche ha una riproduzione asessuata,
cioè quando raggiunge delle dimensioni circa doppie del normale si divide
in due cellule figlie identiche.
Esso possiede oltre ai flagelli anche i pili e le fimbrie: i primi
servono alla coniugazione ed i secondi alle cellule di aderire alla
superficie.
FLAGELLI dei batteri : sono organi di locomozione. Sono costituiti
da una proteina detta Flagellina dotata di potere antigenico
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Procarioti
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Procarioti
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Cellula Eucariotica
Centrosoma:
Luogo dove si
originano i microtubuli
e si trovano i centrioli.
Poro nucleare:
Via di passaggio delle
molecole dal nucleo e
viceversa
Nucleo:
Organizzazione ed
espressione del
materiale genetico
Involucro nucleare:
Doppia membrana
che racchiude il
nucleo
Involucro nucleare:
Doppia membrana
che racchiude il
nucleo
Nucleo:
Organizzazione ed
espressione del
materiale genetico
Poro nucleare:
Via di passaggio delle
molecole dal nucleo e
viceversa
Vacuolo centrale:
deposito e
regolazione del
volume cellulare
RE ruvido:
Sintesi, selezione e
secrezione proteica
Nucleolo:
Luogo di
assemblaggio dei
ribosomi
RE liscio:
Detossificazione e
sintesi lipidica
Lisosoma:
Degradazione di
macromolecole
Perossisoma:
Degradazione del
perossido di idrogeno
e di altre molecole
tossiche
Apparato di Golgi:
Modificazione, selezione
e secrezione di lipidi e
proteine
Citoplasma:
Luogo di molte reazioni
metaboliche; biosintesi
delle proteine
RE ruvido:
Sintesi, selezione e
secrezione proteica
Citoplasma:
Luogo di molte reazioni
metaboliche; biosintesi
delle proteine
Membrana plasmatica:
Movimento di sostanze
dall’interno della cellula e
viceversa; segnalazione
cellulare
Citoscheletro:
Forma e movimento
Nucleolo:
Luogo di
assemblaggio dei
ribosomi
Cromatina:
Complesso di
proteine e DNA
Cromatina:
Complesso di
proteine e DNA
Mitocondrio: Luogo
di sintesi dell’ATP
RE liscio:
Detossificazione e
sintesi lipidica
Membrana plasmatica:
Movimento di sostanze
dall’interno della cellula e
viceversa; segnalazione
cellulare
Mitocondrio:
Luogo di sintesi dell’ATP
Parete cellulare:
Sostegno alla
cellula
Cloroplasto:
Luogo della fotosintesi
Citoscheletro:
Forma e movimento
Apparato di Golgi:
Modificazione, selezione
e secrezione di lipidi e
proteine
Perossisoma:
Degradazione del
perossido di idrogeno
e di altre molecole
tossiche
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Cellula Eucariotica animale e vegetale
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Eucarioti
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Eucarioti
PARETE CELLULARE
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NUCLEO
- Presenti in cellule
batteriche, fungine
e vegetali
- Nei vegetali strati
multipli di cellulosa,
legati ad altre
molecole con legami
crociati
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Eucarioti
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Eucarioti
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RETICOLO ENDOPLASMATICO
RETICOLO ENDOPLASMATICO
◊ È un vasto sistema membranoso (2/3 di tutte le
membrane della cellula) che è organizzato in estesi
sistemi di membrane e sacculi interconnessi fra loro
◊ Lo spazio comune all interno del Reticolo
Endoplasmatico si chiama lume ed occupa fino al
10% del volume totale della cellula
◊ Il Reticolo Endoplasmatico può essere liscio (REL)
o rugoso (RER)
◊ Il Reticolo Endoplasmatico rugoso è caratterizzato
da popolazioni di Ribosomi che sono legati alla
superficie citosolica del reticolo
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Eucarioti
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- Ribosomi
- Sintesi
ed
assembla
ggio
proteine
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- Metabolismo
ac.grassi, fosfolipidi,
steroidi
- Reazioni di
detossificazione
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RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO
• REL è abbondante in alcune cellule specializzate
• Solitamente regioni di RER si alternano con zone di REL
• Vi sono cluster dove questa alternanza è molto evidente:
il Reticolo endoplasmatico di transizione
• E’ stato dimostrato che in corrispondenza di queste zone
di transizione avviene la gemmazione di vescicole che
trasportano le proteine neosintetizzate ed i lipidi verso il
corpo di Golgi
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Eucarioti
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Eucarioti
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CARATTERISTICHE DEL REL
REL E STORAGE DEL CA++
Nel REL avviene la sintesi di colesterolo e degli
Il REL sequestra ioni calcio dal citosol e li rilascia in
ormoni steroidei
seguito a stimoli di signalling (Calcium Reuptake)
A livello degli epatociti avviene la sintesi di:
• Nel lume del REL sono presenti molte proteine che
legano ioni calcio
• Lipoproteine
• Detossificazione (Via Citocromo P-450) delle
• All’interno delle cellule muscolari è presente un tipo
molecole liposolubili e di numerosi composti tossici
particolare di REL: il reticolo sarcoplasmatico che è
dal normale metabolismo cellulare
specializzato nel reuptake degli ioni calcio
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Eucarioti
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APPARATO DI GOLGI
- Costituito da cisterne
membranose separate tra loro
- 3 zone: cis, trans e mediale;
numerose vescicole di trasporto
- elabora, seleziona e modifica
proteine (soprattutto
glicoproteine)
- le rilascia in vescicole
secretorie verso specifiche
destinazioni
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Eucarioti
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CITOSCHELETRO
LISOSOMI
- Vescicole con
enzimi litici e pH
acido presenti nelle
cellule animali
- Degrada
macromolecole
esogene ed
endogene
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2) La doppia membrana
avvolge l’organulo per
formare un autofagosoma
Immagine al microscopio
a fluorescenza confocale
di una cellula in cui i
perossisomi sono
evidenziati in verde, i
mitocondri in rosso e il
nucleo in azzurro.
3) L’autofagosoma si
fonde con un lisosoma
4) Il contenuto è degradato e
riciclato verso il citoplasma
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PEROSSISOMI
Immagine al Microscopio
elettronico di perossisomi
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Rimozione dei radicali liberi e ROS: in collaborazione
con enzimi citoplasmatici i perossisomi provvedono a
rimuovere i radicali liberi e le Specie Reattive dell Ossigeno
(ROS) che si formano durante le normali attività metaboliche
della cellula.
Ossidazione degli acidi grassi: in tutti gli eucarioti,
eccetto i mammiferi, i perossisomi costituiscono il solo sito
in cui avviene l ossidazione degli acidi grassi. Nei
mammiferi, nei perossisomi inizia la degradazione degli acidi
grassi a catena lunga (C16-24) o ramificati fino alla
produzione di acidi grassi a catena corta (C12) o lineari, che
vengono degradati ad acetilcoenzima A nei mitocondri.
Le principali funzioni dei perossisomi sono:
Detossificazione: nei perossisomi vengono degradate
sostanze nocive introdotte negli organismi, quali: alcol
etilico, alcol metilico, fenoli, nitriti, xenobiotici.
Eucarioti
Eucarioti
PEROSSISOMI
I perossisomi sono organelli di forma solitamente
sferica dal diametro di 0,5 -0,7 m. Sono circondati da
una singola membrana e si trovano nel citoplasma di tutte
le cellule eucariotiche in un numero che varia da uno (nei
lieviti) a centinaia, ad esempio nelle cellule renali o
epatiche dei mammiferi.
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PEROSSISOMI
LISOSOMI
1) La membrana inizia a
racchiudere l’organulo
Eucarioti
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Eucarioti
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VACUOLI
PEROSSISOMI
- Come
- Funzione
i mitocondri utilizzano O2
- Vescicole con enzimi perossidativi
(formano H2O2), reazione di
detossificazione importante nel fegato
- H2O2 è degradato in seguito e
trasformato in H2O
- Importanti nel catabolismo dei
grassi. Nei mammiferi, la ßossidazione avviene sia nei mitocondri
che nei prossisomi.
- sintesi fosfolipidi presenti nella
mielina
- Nelle piante si chiamano gliossisomi
(sede del metabolismo per
trasformare grassi in zuccheri)
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Eucarioti
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lisosomiale per
piante, funghi,
protisti
- Presenti anche in
animali
- Nelle piante
cresce in dimensioni
con la crescita
cellulare
accumulando acqua
e prodotti tossici
- Importanti nei
processi
degradativi e nel
mantenimento del
turgore cellulare
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MITOCONDRI
Eucarioti
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CLOROPLASTI
- Sede della respirazione
aerobica
- Dimensioni e numero
variabili (2-4 micrometri)
- Membrane esterna ed
interna, spazio
intermembrana, matrice,
creste mitocondriali
- Selettività delle membrane
- Contengono un proprio
genoma e ribosomi x la
sintesi proteica
- Coinvolti anche in stress
ossidativo e apoptosi
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Eucarioti
- Funzione fotosintetica
- Pigmenti:carotenoidi e clorofille
- Dimensioni e numero variabili (5-10 micrometri)
- Due membrane delimitano lo stroma
- Nello stroma tilacoidi
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Eucarioti
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71
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Eucarioti
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MITOCONDRI E CLOROPLASTI
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Eucarioti
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