La cellula… La cellula (dal latino, piccola camera) è l'unità fondamentale di tutti gli organismi viventi, la più piccola struttura ad essere classificabile come vivente. La cellula… Il termine cellula è legato all'analogia che Robert Hooke immaginò tra le microstrutture osservate nel legno di sughero, utilizzando un microscopio di sua invenzione, e le piccole camere che caratterizzano molti monasteri. Il suo libro Micrographia del 1665, in cui descrive la morfologia delle cavità lasciate vuote dalle cellule del sughero, ormai morte, è dunque il primo testo in cui tale termine viene usato in riferimento ad un'unità biologica. La cellula… • Soltanto due secoli più tardi furono gettate le basi della moderna teoria cellulare. Nel 1831 il botanico scozzese Robert Brown descrisse ad un congresso il primo organulo ad esser stato individuato: il nucleo. Successivamente sarebbe anche stato proposto l'uso del termine citoplasma per indicare lo spazio cellulare interno compreso tra la membrana plasmatica e il nucleo. La cellula… Alla fine del decennio, Matthias Jakob Scheiden e Theodor Schwann misero a punto le idee originarie della teoria cellulare, secondo cui tutti gli organismi sono composti da una o più cellule. Secondo tale teoria, tutte le funzioni vitali di base di un organismo si svolgono all'interno delle cellule, che possiedono l‘informazione genetica necessaria per regolare le funzioni cellulari e per trasmettere l'informazione alla generazione successiva. In particolare, secondo i successivi assunti di Rudolph Virchow (1885), ogni cellula può provenire solo da cellule preesistenti (omnis cellula ex cellula). Le cellule… … sono le unità costitutive delle piante e degli animali … sono prodotte dalla suddivisione di preesistenti cellule … sono le più piccole unità che svolgono tutte le funzioni fisiologiche vitali (unità di misura: micron 1/1000 di mm) … mantengono la propria omeostasi tendenza dei sistemi fisiologici a stabilizzare le condizioni interne DIMENSIONI E FORME DELLE CELLULE Sono molto variabili; l’unità di misura viene chiamata micrometro o micron (millesimo di millimetro) Organismi uni e pluricellulari • Gli organismi costituiti da una sola cellula sono detti unicellulari, mentre gli organismi più complessi, costituiti da molte cellule, si dicono pluricellulari. • Gli organismi unicellulari, probabilmente le prime cellule formatesi sulla terra, si chiamano procarioti (batteri) • Tutte le cellule degli organismi pluricellulari, nonché alcuni organismi unicellulari (protozoi) sono eucarioti o superiori. Cellula procariote Le principali strutture che caratterizzano la cellula procariote sono tre: • La presenza di una o più appendici chiamate flagelli e/o pili • Un contenitore cellulare costituito da parete cellulare e/o da capsula, barriere supplementari nei confronti dell'esterno. • Una regione citoplasmatica priva di nucleo e/o organelli, che contiene principalmente il genoma ed i ribosomi. Un cromosoma procariote è solitamente una molecola circolare. Anche senza un vero nucleo, il DNA è condensato in un nucleoide Cellula procariote Esempi di organizzazione batterica La cellula vegetale Cellula eucariotica • Una tipica cellula eucariotica presenta solitamente una dimensione circa 10 volte maggiore rispetto ad una tipica cellula procariotica, con un volume cellulare complessivo che può essere anche 1000 volte maggiore. • La principale caratteristica delle cellule eucariote, che le distingue da quelle procariote, è la presenza di una notevole compartimentalizzazione interna, costituita dalla presenza di vescicole ed invaginazioni racchiuse da membrane fosfolipidiche nelle quali hanno luogo specifiche attività metaboliche La cellula eucariotica Differenze A livello strutturale, le cellule eucariote presentano differenze rilevanti dai procarioti in tre regioni: • La membrana plasmatica è del tutto simile a quella procariotica nella struttura e nella funzione. • La parete cellulare non è invece presente, se non nella cellula vegetale (che presenta tuttavia una composizione profondamente diversa). • Il DNA eucariotico è organizzato in molecole lineari chiamate cromosomi. • Gli eucarioti possono utilizzare ciglia e flagelli per muoversi. Una cellula eucariote “tipica” possiede: - membrana cellulare - citoplasma - organelli - nucleo Principali costituenti chimici della cellula carboidrati lipidi ACQUA proteine acidi nucleici sali minerali Tutte le cellule sono così composte ma: Le cellule sono tutte uguali? Tessuto epiteliale • Gli epiteli svolgono l'importante funzione di isolare l'ambiente corporeo interno dalla disidratazione o dall'invasione microbica. • Gli epiteli sono costituiti da cellule a mutuo contatto che poggiano su una membrana basale ancorata al tessuto connettivo sottostante e non sono vascolarizzati (la nutrizione avviene per scambio indiretto attraverso la membrana basale). • Il tessuto epiteliale può venire classificato in base alla funzione, in base alla forma delle cellule oppure in base al numero di strati di cellule. Avremo quindi un tessuto epiteliale di rivestimento o ghiandolare; un tessuto epiteliale pavimentoso, cubico o cilindrico; o ancora un tessuto monostratificato, pluristratificato o pseudostratificato. Tessuto epiteliale cellule epiteliali di rivestimento 100 µm Tessuto epiteliale pseudostraficato Tessuto epiteliale pseudostraficato con ciglia Tessuto epiteliale ghiandolare Tessuto connettivo • Il tessuto connettivo più comune viene definito tessuto connettivo propriamente detto. Esso è un particolare tipo di tessuto delle forme viventi superiori che provvede al collegamento, sostegno e nutrimento dei tessuti dei vari organi. • Istologicamente, può essere suddiviso in diversi sottotipi, a seconda delle loro prerogative morfologiche e funzionali, tutti caratterizzati dal fatto di essere costituiti da cellule non addossate le une alle altre, ma disperse in una più o meno abbondante sostanza intercellulare o matrice extracellulare costituita da una componente amorfa e da una componente fibrosa. cellule del tessuto connettivo Tessuto osseo • Il tessuto osseo è un tessuto caratterizzato da una notevole durezza e resistenza. Istologicamente, è un tipo particolare di tessuto connettivo di sostegno, costituito da cellule disperse in una abbondante matrice extracellulare • Le cellule fondamentali del tessuto osseo, responsabili della sintesi dei componenti della matrice, sono gli osteoblasti: si tratta di cellule di forma tondeggiante che derivano dalla differenziazione delle cellule osteoprogenitrici • Una volta completata la sintesi della matrice, ed una volta avvenuta la sua calcificazione, gli osteoblasti si sistemano in cavità ellissoidali non mineralizzate scavate nella matrice stessa definite lacune ossee Tessuto osseo cellula dell’osso Matrice non mineralizzata Tessuto adiposo • Il tessuto adiposo, che più propriamente andrebbe chiamato organo adiposo, è un particolare tipo di tessuto connettivo. Ha un colorito giallo ed una consistenza molliccia, ed è costituito da cellule adipose, dette adipociti, che possono essere singole o riunite in gruppi nel contesto del tessuto connettivo fibrillare ed hanno la funzione di deposito di lipidi. Differenziamento cellulare Adipocita 100 µm Tessuto muscolare • Il tessuto muscolare è un tipo particolare di tessuto responsabile dei movimenti volontari ed involontari del corpo. I tre tipi di muscoli derivano dal mesoderma. • È distinto in tre tipi, diversi per struttura, funzione e localizzazione. Questi sono: • il tessuto muscolare striato o scheletrico, di tipo volontario, • il tessuto muscolare liscio, di tipo involontario, • il tessuto muscolare cardiaco, anch'esso striato ma di tipo involontario. Tessuto muscolare striato • Il tessuto muscolare striato o scheletrico è formato da elementi cellulari lunghi e sottili, polinucleati, detti fibre muscolari striate o fibrocellule, con una lunghezza variabile da 1 mm ad un massimo di 12 cm nel muscolo sartorio. • La fibra muscolare scheletrica ha forma vagamente cilindrica, in essa si rilevano numerosi nuclei (anche centinaia) posti a ridosso del sarcolemma (si denomina così la membrana cellulare delle cellule muscolari) e, soprattutto, caratteristica della fibrocellula scheletrica, sono la striatura trasversale, ben evidente al microscopio ottico, e striatura longitudinale. Differenziamento cellulare Cellula muscolare scheletrica 100 µm Tessuto muscolare striato Tessuto muscolare liscio • La fibrocellula liscia ha forma allungata, fusata, con la parte centrale, contenente il nucleo, più larga rispetto alle estremità che appaiono rastremate. Le fibrocellule si organizzano in fasci. • Questo tipo di tessuto è presente, nei vasi sanguigni, nello stomaco, nell'intestino, nella vescica, nell'utero ed in altri organi interni. cellule muscolari lisce Tessuto muscolare cardiaco • Il tessuto muscolare cardiaco è composto da particolari elementi cellulari detti cardiomiociti, i cardiomiociti non sono sincizi come nel caso delle fibre muscolari striate ma elementi cellulari più piccoli e generalmente mononucleati con nucleo disposto centralmente ma striatura analoga alle fibrocellule scheletriche. • La caratteristica è la presenza di complessi giunzione tra le cellule, dischi intercalari. • Nei cardiomiociti la contrazione non è volontaria ma spontanea, legata alla modulazione della frequenza della contrazione che è trasmessa da una particolare formazione detta nodo seno-atriale ed è trasmessa all'intero miocardio dal sistema di conduzione del cuore. Cellula muscolare cardiaca Tessuto nervoso • Il tessuto nervoso svolge l'importante funzione di comunicazione tra le varie parti di un organismo vivente. • Esso è costituito da una rete comunicante di milioni di cellule particolari, chiamate neuroni, connessi tra loro attraverso giunzioni intercellulari specializzate (sinapsi) e da cellule non nervose, dette cellule del glia, assai ramificate che forniscono sostegno meccanico e metabolico. • Ogni neurone è formato da un corpo cellulare contenente il nucleo della cellula nervosa e da due tipi di prolungamenti: uno singolo, detto assone (trasferisce l’informazione dalla periferia al nucleo), ed uno o più dendriti (trasferiscono dal nucleo alla periferia). Differenziamento cellulare Cellula nervosa del midollo spinale 100 µm Differenziamento cellulare 100 µm Cellula nervosa del cervelletto Tessuto nervoso cellule ematiche Cellule ematiche • Globuli rossi o emazie • Granulociti: neutrofili, basofili, eosinofili • Linfociti Ma allora, le cellule sono tutte completamente diverse fra loro? Sì e no… STRUTTURA DELLA CELLULA STRUTTURA FUNZIONI membrana cellulare Protezione e passaggio selettivo di sostanze citoplasma Sede attività metaboliche della cellula organelli membrana nucleare nucleo Mitocondri: produzione energia e respirazione cellulare. Ribosomi: produzione delle proteine Apparato di golgi: rielaborazione e secrezione delle sostanze prodotte Lisosomi: spazzini cellulari Reticolo endoplasmatico: trasporto macromolecole Microtubuli e microfilamenti: citoscheletro Centrioli: riproduzione cellulare Avvolge e protegge il nucleo Dirige e controlla ogni attività cellulare, compresa la sua riproduzione. Contiene: - cromosomi (DNA) - nucleoli (RNA) nucleo citoplasma organelli la membrana cellulare o membrana plasmatica o plasmalemma globuli rossi I globuli rossi rappresentano un sistema ideale per lo studio della membrana plasmatica Plasmalemma di globulo rosso Membrana plasmatica: Generalità Costituisce il limite esterno della cellula e svolge funzioni di: • Isolamento fisico • Regolazione degli scambi • Sensibilità • Supporto strutturale Membrana cellulare: Struttura Composta principalmente di Fosfolipidi Proteine Colesterolo Precisa organizzazione strutturale Doppio strato fosfolipidico Proteine Membrana cellulare • Numerose molecole proteiche e glicoproteiche (oltre al colesterolo e a diversi glicolipidi) sono inserite all'interno della struttura lipidica della membrana. • Tali macromolecole, che possono spostarsi liberamente all'interno della membrana, possono agire come canali o pompe che trasportano le molecole all'interno o all'esterno della cellula. Struttura della membrana Liquido extracellulare Canale proteine proteine Doppio strato fosfolipidico citoplasma Il doppio strato fosfolipidico “testa” (idrofila) …acqua… …acqua… “sigillo” impermeabile “coda” (idrofoba) Intra-extra • la membrana plasmatica separa l’interno della cellula dallo spazio extracellulare • il fluido che riempie la cellula (citoplasma) ha una composizione diversa dal fluido extracellulare liquido extracellulare Citoplasma alcune componenti si trovano in concentrazioni maggiori all’interno della cellula lipidi carboidrati altre sono più concentrate nello spazio extracellulare proteine e aminoacidi K+ Na+ consistenza simile ad uno “sciroppo” o ad una gelatina in che modo vengono generate e mantenute le differenti concentrazioni di sostanze fra liquido extracellulare e citoplasma? Le “vie” di passaggio Fluido extracellulare Liquido extracellulare la diffusione attraverso la membrana può avvenire attraverso il doppio strato fosfolipidico... ... oppure attraverso i canali proteici Citoplasma Citoplasma le “vie” di passaggio attraverso la membrana plasmatica processo di trasporto passivo • diffusione e osmosi non implicano un consumo di energia TRASPORTO PASSIVO se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia… …e il passaggio dall’una all’altra è libero... …i bagnanti tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale nelle due spiagge Processo di trasporto attivo • Richiede molta energia, ma consente di spostare sostanze contro un gradiente di concentrazione Ricordando le varietà morfologiche già passate in rassegna... Come fa la cellula ad assumere e conservare un particolare assetto strutturale? Citoscheletro Filamenti intermedi Membrana cellulare Reticolo endoplasmatico Microfilamenti Microtubuli Mitocondrio Citoscheletro • Esso ha in primo luogo la funzione di organizzare e mantenere la forma della cellula e di trasporto. • Il citoscheletro eucariotico è composto dai microfilamenti (composti essenzialmente di actina), dai filamenti intermedi e dai microtubuli Citoscheletro della cellula eucariote nucleo organuli citoplasma Membrana cellulare Mitocondri • Sono formazioni allungate, costituite da una doppia membrana, quella esterna liscia e quella interna ripiegata in creste; sono le centrali energetiche della cellula, grazie ai processi metabolici che avvengono nel loro interno: in particolare la degradazione dei carboidrati in presenza di ossigeno (glicolisi aerobica) con produzione di grandi quantità di energia. Mitocondrio Mitocondri La cellula eucariota contiene il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso • Il reticolo endoplasmatico (RE) è costituito da una serie di membrane ripiegate l'una sull'altra a formare tubuli e sacchetti che hanno il compito di raccogliere le proteine sintetizzate dai ribosomi, di trasportarle e smistarle. • Parte di questo reticolo canalicolare è rivestito all’esterno da piccole strutture granulari (rugoso), i ribosomi. • La parte sprovvista di tali strutture (liscio) è deputato alla sintesi dei grassi. La cellula eucariota contiene il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso Ribosoma RNA MESSAGGERO proteina Ribosomi • Sono piccoli granuli, in parte liberi, in parte adesi alla membrana del reticolo endoplasmatico rugoso. • Rappresentano la sede della sintesi delle proteine, come assemblaggio di molecole più semplici, che sono gli aminoacidi. Le proteine le proteine sono costituite da catene di aminoacidi questi sono i 20 aminoacidi che si trovano nell’organismo umano e che costituiscono le proteine Proteina: conformazione La forma tridimensionale della proteina è determinante per la sua funzione Anticorpi Gli anticorpi, per esempio, sono proteine che possiedono una porzione di forma complementare a quella di un antigene (il bersaglio dell’anticorpo) batterio La cellula eucariota…e l’apparato del Golgi L’apparato del Golgi • L'apparato di Golgi è adibito a rifinire e rendere fruibili le proteine prodotte dal RE. E’ costituito da cisterne delimitate da pareti membranose, appiattite e sovrapposte. Tra le funzioni che svolge figurano la modificazione di proteine e lipidi, la sintesi di carboidrati e l'impacchettamento delle molecole destinate alla secrezione all'esterno della cellula. La cellula eucariota… e i lisosomi I lisosomi • Sono piccole vescicole delimitate da membrane proprie e contenenti sostanze (enzimi) in grado di sciogliere sostanze estranee penetrate nella cellula o la stessa cellula dopo la sua morte. • Le funzioni tessutali, di organo, di apparato e di organismo.. riflettono • le azioni coordinate di molte cellule Il ciclo cellulare • Quando le cellule si riproducono attraverso il processo di divisione cellulare, l’intero genoma produce una copia di se stesso tramite la replicazione del DNA • in modo da ottenere nuove cellule con nucleo identico il nucleo svolge un ruolo cruciale nel controllo della vita della cellula e nel processo di divisione cellulare entrambe le funzioni dipendono strettamente dall’acido desossiribonucleico (DNA) contenuto nel nucleo Il nucleo e la divisione cellulare Il nucleo • Il nucleo è l'organello più complesso presente all'interno delle cellule eucariotiche e può essere considerato il centro di comando da cui partono tutti gli ordini che regolano la vita della cellula, presso cui è conservato il DNA sotto forma di cromatina ed hanno luogo la replicazione del DNA nucleare e la sua trascrizione ad RNA. Nucleo della cellula eucariote Il nucleolo • All'interno del nucleo, il nucleolo è la regione responsabile della sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA). Si tratta di una struttura fibrosa e granulare presente in una o più copie, soprattutto nelle cellule che presentano una attiva sintesi proteica. Al microscopio ottico appare come un granulo rotondeggiante, non delimitato da membrana e circondato da uno strato di cromatina condensata. rappresentazione schematica della sezione di una cellula in cui sono evidenziate alcune componenti cellulari fondamentali il nucleo, qui rappresentato dall’area blu, occupa la parte centrale della cellula il nucleo nucleo di neurone il complesso del poro regola il transito di molecole fra nucleo e citoplasma… …consentendo il passaggio di alcuni elementi (per es. RNA verso il citoplasma, enzimi nucleari e istoni verso il nucleo) ed impedendo il passaggio di altri (per es. DNA) involucro e pori Posizione - centrale: in questo neurone, il nucleo si trova in posizione centrale rispetto al corpo cellulare il citoscheletro forma un’impalcatura che mantiene stabile la posizione del nucleo - eccentrica: la gocciola lipidica spinge il nucleo dell’adipocita verso la periferia Funzione del nucleo: la fabbrichetta Le macchine e la stanza di controllo la stanza di controllo: i manuali e la fotocopiatrice 46 i manuali sono 46 e le loro pagine possono essere fotocopiate, ma non strappate o portate via !!! 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 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 le pagine dei libri vengono fotocopiate; le copie escono dalla stanza di controllo attraverso una delle finestre. la fotocopia viene trasferita dalla stanza di controllo al resto del capannone attraverso una delle finestre TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCT GCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATC GCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATAT AGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGA TCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATG AGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCG GAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCG GTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAG CTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAG CTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGT ACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGA CGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCG CATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAG AAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAG CTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGAT CGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTAT ATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGC GATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATA TGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGAAG GATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTT CTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAA ATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGAC TAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAG CATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGAT CGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGC ATATGACGGACTCGCA uno degli operai, seguendo alla lettera la fotocopia, produce un nuovo macchinario o un pezzo di ricambio DNA …il segreto del DNA risiede nella sua struttura… • Zucchero (desossiribosio) • Gruppo fosfato • Basi azotate Le 4 basi azotate del DNA • Adenina • Timina • Citosina • Guanina La doppia elica Il messaggio cifrato l’eccezionalmente lunga sequenza di basi azotate nel TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA DNA costituisce il TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGC messaggio cifrato contenuto GCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC nei “manuali” (cromosomi) GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC conservati nel “locale di GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA controllo” (nucleo) della GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG fabbrica cellulare CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCAT GATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCA TAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTG CATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCA Replicazione del DNA • Svolgimento delle due catene • Separazione per rottura dei legami deboli fra basi • Sintesi di due nuove catene di DNA Due catene figlie identiche la mitosi la mitosi La mitosi • La mitosi è la riproduzione per divisione equazionale della cellula eucariotica. Il termine viene spesso utilizzato anche per la riproduzione delle cellule procariote (un processo molto più semplice e più correttamente chiamato scissione binaria o amitosi). • Il termine mitosi deriva dal greco mìtos, "filo"; nome dovuto all'aspetto filiforme dei cromosomi durante la metafase. La mitosi • La mitosi, nell'uomo, riguarda le cellule somatiche dell'organismo, cioè tutte le cellule fuorché quelle che hanno funzione riproduttiva: i gametociti primari, i quali vanno incontro alla meiosi) e le cellule germinali ancora indifferenziate. La replicazione cellulare negli eucarioti • La replicazione delle cellule somatiche comprende due fasi: – la mitosi, la divisione del nucleo – la citodieresi, la divisione del citoplasma • La mitosi è sempre preceduta dalla duplicazione del DNA • Il risultato della mitosi è la formazione di due cellule somatiche identiche tra loro e alla cellula madre da cui hanno avuto origine Il ciclo cellulare • Il ciclo cellulare si suddivide in tre fasi: l’ interfase, in cui la cellula si prepara alla divisione; la mitosi, periodo di gran lunga più breve in cui la cellula si divide; il periodo G2 - più o meno definitivo -, nel quale la cellula si specializza nella sua funzione. In quest'ultimo periodo, la cellula non è in grado di riprodursi. Ciclo cellulare Mitosi Interfase Profase Metafase Anafase Telofase Il ciclo cellulare: interfase • Prima della mitosi avviene l‘interfase, momento molto importante nella vita della cellula. In questa fase gli organelli della cellula aumentano e ne permettono la duplicazione. • L'interfase si suddivide in tre sottofasi: la fase G1, in cui la cellula si accresce; la fase S, nella quale la cellula replica il materiale nucleare e il DNA; la fase G2, durante la quale la cellula si prepara a dividersi. Il ciclo cellulare:interfase Ciclo cellulare di una cellula eucariote interfase Profase • I filamenti di cromatina, spiralizzandosi e ripiegandosi, si accorciano progressivamente diventando visibili microscopicamente • Ogni cromosoma è costituito da due cromatidi identici uniti all’altezza del centromero • Contemporaneamente si organizza l’apparato mitotico • Alla fine della profase scompare l’involucro nucleare profase profase La metafase • Due centrosomi si portano ai poli opposti della cellula ed agiscono come centri di organizzazione microtubulare, catalizzando l'allungamento ed assicurando il corretto orientamento dei microtubuli che andranno a breve a legarsi al centromero di uno dei due cromatidi gemelli. In questa fase si possono verificare degli errori e due microtubuli si possono agganciare allo stesso cromatidio dando poi una cellula figlia mutilata e non vitale. • Le ventitré coppie di cromatidi vengono portate nella parte mediana della cellula, formando la piastra equatoriale, in cui un piano immaginario, passante per i centromeri, divide le coppie di DNA metafase metafase Anafase • I due cromatidi fratelli di ciascun cromosoma si separano migrando verso i poli • La separazione dei due cromatidi avviene in modo improvviso e sincrono in tutti i cromosomi anafase anafase anafase Telofase • I processi procedono in senso “inverso” a quelli della profase • I cromosomi si despiralizzano e si dispiegano • Si forma infine l’involucro nucleare telofase Citodieresi • Comparsa del solco equatoriale che si restringe progressivamente finché la cellula si divide in due cellule figlie • I componenti citoplasmatici vengono distribuiti più o meno ugualmente nelle due cellule figlie Citodieresi La meiosi la mitosi La meiosi • La meiosi è una particolare divisione cellulare tipica delle cellule germinali degli organismi eucariotici a riproduzione sessuale. La funzione della meiosi è la produzione di cellule aploidi (con numero dimezzato di cromosomi) a partire da cellule diploidi. • Da una cellula madre si formano 4 cellule figlie, tutte diverse tra loro e con la metà del patrimonio genetico della cellula madre. • Le cellule prodotte dalla meiosi sono geneticamente diverse tra loro. Gametociti Cellula uovo e spermatozoo 100 µm La meiosi • La meiosi interessa unicamente le cellule destinate alla riproduzione. La meiosi è formata da 2 divisioni cellulari successive, senza che tra le due avvenga la duplicazione del DNA: la prima è detta riduzionale, perché riduce il numero di cromosomi della cellula da 2n (diploide) a n (aploide), e la seconda equazionale, perché lascia inalterato il numero di cromosomi. Meiosi La meiosi • La meiosi ha un ruolo centrale nella gametogenesi: infatti, siccome nella riproduzione sessuata avviene la fusione tra il gamete maschile e quello femminile, è necessario che i gameti abbiano la metà del corredo cromosomico di una cellula somatica, di modo che, fondendosi, formino uno zigote con il patrimonio genetico completo (n+n=2n), di cui la metà di origine paterna e l’altra materna. Gametogenesi E’ il processo che porta alla formazione dei gameti, le cellule germinali mature • ovogenesi – formazione dell’ovocito nelle ovaie • spermatogenesi – formazione dello spermatozoo nel testicolo La riproduzione sessuale: meiosi e fecondazione