Iª Lezione

(da www.jpub.com/Botanylynks)
Pietre miliari della Biologia
• 1626 Redi postula che gli organismi viventi non
hanno una origine spontanea
• 1655 Hooke descrive le cellule del sughero
• 1674 Leeuwenhoek scopre i protozoi e 9 anni
dopo i batteri
• 1833 Brown descrive il nucleo nelle cellule di
orchidee
• 1838 Schleiden e Schwann propongono la
teoria cellulare
Pietre miliari della Biologia
• 1855 Virchow postula che le nuove cellule si
originano da cellule presistenti
• 1857 Kolliker descrive i mitocondri
• 1869 Miescher isola la nucleina (definita in
seguito acido nucleico)‫‏‬
• 1879 Flemming descrive il comportamento dei
cromosoni durante la mitosi
• 1883 Le cellule germinali (gameti) sono aploidi,
teoria cromosomica dell'ereditarietà
Pietre miliari della Biologia
• 1898 Golgi descrive l'apparato del Golgi
• 1926 Svedberg sviluppa la prima ultracentrifuga
analitica
• 1938 Behrens usa la centrifugazione
differenziale per separare gli organuli cellulari
• 1939 Siemens produce il microscopio
elettronico a trasmissione (TEM)‫‏‬
Milestones in Cell Biology
• 1952 Gey e colaboratori ottengono una linea
cellulare umana in coltura
• 1953 Crick, Wilkins, e Watson propongono la
struttura a doppia elica del DNA
• 1965 la Cambridge Instruments produce il primo
microscopio elettronico a scansione (SEM)‫‏‬
• 1981 Sono prodotti topi e moscerini transgenici
• 2001 il genoma umano è completamente
sequenziato
• La teoria cellulare
•Tutte le forme di vita sono fatte da una o più cellule
•Le cellule si originano da altre cellule preesistenti
•La cellula è la più piccola forma di vita
I regni dei viventi
Eucarioti
pluricellulari
Eucarioti
monocellulari
procarioti
La cellula
Introduzione
Le cellule sono le unità strutturali di base di tutte
gli esseri viventi (con le eccezioni di virus e
prioni).
Le cellule dei Procarioti sono semplici in struttura
e mancano di un nucleo definito e di organelli
delimitati da membrana.
Le cellule degli Eucarioti si sono specializzate,
hanno organelli definiti e un nucleo delimitato da
membrana dove si trova il materiale genetico.
I costituenti chimici delle cellule
• Le molecole organiche si aggregano a
formare le MACROMOLECOLE
BIOLOGICHE :
– CARBOIDRATI: forniscono energia; sono fatti di
C, H e O
– LIPIDI : basi degli ormoni, riserva di energia
reserve; sono fatti di C, H, and O, ma in rapporto
differente rispetto ai carboidrati
– PROTEINE: strutturali, connettive, enzimatiche
ecc.
– ACIDI NUCLEICI: DNA; RNA, portatori di
informazione genetica
La cellula procariota
• I batteri sono microrganismi unicellulari, procarioti
(in precedenza chiamati anche schizomiceti) di
dimensioni di solito dell'ordine di pochi micrometri,
ma che possono variare da circa 0,2 µm dei
micoplasmi fino a 30 µm di alcune spirochete.
Secondo il sistema tassonomico proposto da
Robert Whittaker nel 1969 insieme alle cosiddette
"alghe azzurre" o "cianoficee" (oggi più
correttamente chiamate cianobatteri) costituiscono
il regno delle monere. La più recente
classificazione (1990) proposta da Cral Woese
riconosce tre domini : Bacteria, Archaea ed
Eukarya (comprendente tutti gli eucarioti, sia uniche multi-cellulari).
• I procarioti si distinguono in due gruppi
principali: archeobatteri ed eubatteri. I
primi vivono spesso in situazioni di
temperatura e pH molto inospitali, ma
hanno
caratteristiche
(metaboliche,
genetiche, strutturali) simili agli eucarioti.
Gli eubatteri comprendono la maggior
parte dei restanti batteri; alcuni gruppi
sono i micoplasmi, gli attinomiceti, le
spirochete, le pseudomonadi, e gli
azotofissatori
Archeobattere
• EUBATTERE
• Fra loro si distinguono per forma in
• Bacilli: a bastoncino
• Cocchi: a sfera; se si dispongono a
coppia si chiamano diplococchi, a
catena si chiamano streptococchi, a
grappolo si chiamano stafilococchi.
• Spirilli: a spirale
• Vibrioni: a virgola
• Spirochete: con più curve
• I batteri hanno in comune una struttura di base, che comprende
una parete cellulare, che è una struttura caratteristica della
cellula procariote, e, al di sotto della parete, una membrana
cellulare: su di essa si trovano quasi tutti gli enzimi che svolgono
le reazioni metaboliche, poiché i batteri sono privi di organuli
intracellulari, tranne i ribosomi 70S e i mesosomi. Manca una
membrana nucleare, poiché il materiale genetico è a contatto col
citoplasma e che costituisce il cromosoma batterico; alcuni
batteri hanno la presenza di materiale genetico esterno al
cromosoma, il plasmidio. Nel citoplasma sono presenti granuli
di riserva. Possibile presenza di fimbrie o di uno o più flagelli,
atti al movimento. La parete cellulare può essere rivestita
esternamente da una capsula, formata di regola da polisaccaridi
secreti dai batteri.La presenza di capsula conferisce alle colonie
batteriche un aspetto "liscio" o "mucide", mentre quelle prive di
capsula manifestano un aspetto "rugoso". La funzione della
capsula è di proteggere la cellula procariote dalla fagocitosi e dai
virus.
Struttura cellulare
Immagine al microscopio elettronico
a scansione (SEM)‫‏‬
Immagine al microscopio elettronico
a trasmissione (TEM)‫‏‬
• La membrana cellulare ha una struttura a mosaico fluido come
quella degli eucarioti, tuttavia è priva di steroli. Fanno eccezione
i micoplasmi, che incorporano gli steroli nella membrana quando
si sviluppano in terreni che li contengono. Le principali funzioni
della membrana sono: barriera semipermeabile, piattaforma di
supporto per enzimi della catena respiratoria e delle biosintesi
di fosfolipidi di membrana, di polimeri della parete e del DNA.
• Le membrane cellulari batteriche formano introflessioni o
mesosomi, di cui se ne distinguono due tipi: mesosomi settali,
che intervengono nella formazione del setto durante la
divisione cellulare; mesosomi laterali, che costituiscono una
piattaforma sulla quale si associano proteine cellulari, quali
DNA ed enzimi della catena respiratoria (svolgendo una
funzione analoga a quella dei mitocondri).
• Nei batteri fotosintetici, i pigmenti fotosintetici sono posti in
lamelle, che sono formate dalle introflessioni della membrana
cellulare e si trovano subito sotto di essa, talora avvolgendosi a
formare particelle distinte, dette cromatofori.
Struttura di una cellula batterica
Flagello
• La parete cellulare presenta una struttura formata da
un polimero il proteoglicano (detto anche mucopeptide
o mureina, è composto da aminoglucidi). La struttura è
notevolmente diversa a seconda che si tratti di batteri
gram-positivi o gram-negativi, anche se il
peptidoglicano costituisce la sostanza universalmente
presente nella parete cellulare dei batteri.
• Nei batteri gram-negativi lo strato di peptidoglicano è
piuttosto sottile, con uno spessore di circa 50-100 Å
ed è esterno. La maggioranza dei batteri grampositivi ha invece una parete cellulare relativamente
spessa (circa 200-800 Å), in cui il peptidoglicano si
trova tra due membrane. Infatti esternamente al
peptidoglicano i batteri gram-negativi hanno una
membrana esterna di spessore di circa 75-100 Å.
struttura della parete cellulare di batteri
GRAM-positivi
GRAM-negativi
• La membrana plasmatica di tutti i batteri contiene
proteine di trasporto che utilizzano il gradiente di ioni
H+ o Na+ per trasportare una varietà di nutrienti nella
cellula. Altre proteine di trasporto utilizzano l'energia
liberata dall'idrolisi di adenosintrifosfato (ATP) per
trasportare zuccheri, aminoacidi, vitamine e piccoli
peptidi. Le proteine di trasporto sono dette
transporters o permeasi e sono responsabili della
diffusione facilitata e del trsporto attivo di molecole
atraverso lòa membrana
Il cromosoma batterico è costituito da una unica molecola circolare di
DNA a doppia elica. In esso sono contenuti I geni per produrre le
molecole proteine necessarie al metabolismo del battere. Quindi il
battere è un organismo geneticamente autonomo. Estreno al cromosoma
vi è molto spesso la presenza di una molecola di DNA più piccola,
sempre circolare, che prende il nome di plasmide
modello tridimesionale di un battere
la divisione batterica
La fissione binaria (divisione binaria), caratteristica
di protozoi e batteri, è la più semplice forma di
riproduzione asessuata e consiste nella divisione
di un individuo (cellula) in due, identici tra loro e
alla cellula che li ha prodotti
• Nelle cellule batteriche il
materiale genetico si duplica
e si distribuisce ai due poli
della cellula batterica, la
quale si allunga e alla fine si
divide in due cellule figlie
identiche alla cellula madre.
Alcuni batteri si riproducono
ogni 20-40 minuti. In
condizioni favorevoli, con
una divisione ogni 30 minuti,
da una sola cellula dopo 15
ore si possono ottenere circa
un miliardo di nuove cellule,
che formano una colonia
spesso visibile a occhio
nudo.
Gli organismi acellulari: i virus
Cosa sono i virus?
Sono elementi genetici extracellulari e in questa
forma la particella virale è detta virione.
Da un punto di vista metabolico sono inerti perché
non esplicano funzioni respiratorie e biosintetiche.
Sono quindi parassiti intracellulari obbligati.
Da cosa sono composti?
Sono composti principalmente da proteine e acido
nucleico. Una sola forma di acido nucleico però
può essere presente (o RNA o DNA) in un singolo
virione, mai entrambi.
Tutti i virus sono coperti da un capside
proteico. Le proteine che lo compongono
appartengono a uno o pochi tipi. Queste
proteine sono identiche e sono detti capsomeri
e sono fatte in modo tale che possano autoassemblarsi
assieme
in
un
modo
predeterminato.
Che forma
hanno?
Possono essere presenti in
tre forme:
bastoncellare
sferoidale
una forma particolare è il
batteriofago (D)‫‏‬
Alla forma bastoncellare
corrisponde
una
simmetria elicoidale (B).
Alla forma sferoidale
corrisponde una
simmetria icosaedrica.
La struttura fondamentale dei virus è formata da un filamento di acido nucleico racchiuso in
un capside proteico. Vi sono poi altri elementi, come una coda proteica o un involucro di
natura lipidica.
Ad esempio, il
fago T4 è un
virus
parassita
dei
batteri
costituito
da
cinque proteine,
ciascuna
corrispondente a
una
parte
anatomica
diversa
(testa,
coda,
collo,
piastra basale e
fibre della coda).
•
l virus dell'influenza invece
ha una struttura molto più
semplice: un involucro
lipidico avvolge il capside
proteico che, come nel
batteriofago, circonda il
materiale genetico
arrotolato. Dall’involucro
sporgono due strutture
proteiche, emagglutinina e
neuraminidasi, che
determinano le proprietà
infettive del virus. Queste
ultime mutano
continuamente,
determinando ogni volta un
tipo di influenza diversa a
cui le cellule del sistema
immunitario devono
adeguarsi.