cenni di biologia cellulare

Una cellula
“tipica”
tutte le cellule
possiedono una
membrana e un
corredo di
organelli
sostanzialmente
comune a tutti i
tipi cellulari
nucle
o
RER
RE
L
Golg
i
citoso
l
principali costituenti
chimici della cellula
principali costituenti chimici della cellula
carboidrati
ioni
lipidi
proteine
acidi nucleici
proteine
le proteine
sono costituite
da catene di
aminoacidi
(polipeptidi)
aminoacidi
questi sono i 20
aminoacidi che si
trovano nell’organismo umano e
che costituiscono
le proteine
Proteina:
conformazione
in condizioni fisiologiche,
le proteine assumono
complesse conformazioni
tridimensionali
Proteina:
conformazione
La forma
tridimensionale
della proteina è
determinante per
la sua funzione
Il sito ad alta affinità di legame degli anticorpi
Gli anticorpi, per esempio,
sono proteine che
possiedono una porzione di
forma complementare a
quella di un antigene (il
bersaglio dell’anticorpo)
batterio
le proteine sono certamente le
molecole più versatili della cellula;
ma c’è una cosa importante che le
proteine non sanno fare:
replicare se stesse
Acidi nucleici
I geni
risiedono nella
doppia elica
del DNA
Coppie
di basi
Scheletro
zuccherofosfato
Carboidrati: monosaccaridi
glucosio
galattosio
fruttosio
Carboidrati: disaccaridi
lattosio
saccarosio
galattosio
glucosio
glucosio
fruttosio
Carboidrati: polisaccaridi
glicogeno
lipidi
la cellula…
...è l’unità fondamentale
della materia vivente
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
…mantengono la propria omeostasi
La tendenza dei sistemi
fisiologici a stabilizzare
le condizioni interne
Le funzioni tessutali,
di organo, di apparato
e di organismo
riflettono
le azioni coordinate
di molte cellule
Una
cellula
“tipica”
la fabbrichètta
Le macchine e la stanza di controllo
la stanza di controllo:
i manuali e la fotocopiatrice
46
non tutte le pagine dei 46
manuali sono accessibili:
molte sembrano essere
“incollate” fra loro.
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
spesso, pagine “non
incollate” 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
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
proteine
cellula
nucleo
cromosomi
TTAGCACTACCGTATTTGCGCA
TTACCAGATTAGAGAAATGCTA
GTCGATCTATCGATCGGCTATT
CGCAAAGCTGCGCGACTGCGA
TGCGCTAGCATGCGATTCGCG
ATCGCCGAGCGCTCGCGAGCG
CGCTAGCGGAATACTATATAGC
GCGGATCAGTCTAGATCTATGA
GATCGATAGCGATCTAGAGATA
GGATCGAGATCGAGGCGAGAT
CATATGAGCGCGGCTATTTAGG
CTTAGAGGATTCGGAGATTCG
GAGCTTAGGATTACAGAGAGC
TTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG
CTCCCATCCCATATTAAAATCT
ATCGA
ribosomi
acidi nucleici
(DNA-RNA)
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...
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 desosiribonucleico
(DNA) contenuto nel nucleo
Filosofia della vita cellulare
Geni
proteine
Geni
proteine
Geni
proteine
Acidi nucleici
Il duplice ruolo del DNA
DNA
controllo
cellulare
proteine
ereditarietà
proteine
DNA
DNA
proteine
I geni
risiedono nella
doppia elica
del DNA
Coppie
di basi
Scheletro
zuccherofosfato
Acido desossiribonucleico
Il segreto del
DNA risiede
nella sua
struttura…
DNA
3’
S
P
N
nucleotide
S
N
P
S
Zucchero (desossiribosio)
P
Gruppo fosfato
N
Base azotata
S
N
P
S
N
P
5’
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 messaggio
TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGC
cifrato contenuto nei
GCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC
“manuali” (cromosomi)
GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC
conservati nel “locale di
GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA
controllo” (nucleo) della
GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG
fabbrica cellulare
CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT
TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG
CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA
ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCAT
GATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCA
TAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTG
CATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCA
tRNA mRNA
DNA
Dall’anticodon alla catena peptidica
A T G T T T G T T G C C T A A
T A C A A A C A A C G G A T T
A U G U U U G U U G C C U A A
U A C A A A C A A C G G A U U
Met
Phe
peptide
Val
Ala
Stop
il ciclo cellulare
• le cellule si riproducono attraverso
un processo detto mitosi
• prima della mitosi, l’intero genoma
produce una copia di se stesso
tramite la replicazione del DNA
replicazione DNA e
la mitosi
mitosi
Tutte le cellule
fanno questo
(e altro)
ma:
Le cellule sono
tutte uguali?
cellule del
tessuto connettivo
cellule muscolari lisce
cellula dell’osso
cellule
ematiche
cellule epiteliali di rivestimento
100 µm
differenziamento cellulare
100 µm
Cellula nervosa del cervelletto
differenziamento cellulare
Adipocita
100 µm
differenziamento cellulare
100 µm
Cellula uovo e spermatozoo
differenziamento cellulare
100 µm
Cellula nervosa del midollo spinale
differenziamento cellulare
100 µm
Cellula muscolare scheletrica
Ma allora,
le cellule sono tutte
completamente
diverse fra loro?
Sì e no…
nucleo
citosol
organelli
membranosi
Una distinzione importante
• Eucarioti o cellule superiori
– Tutte le cellule degli organismi pluricellulari,
nonché alcuni organismi monocellulari (protozoi)
• Procarioti o batteri
– Cellule “vere” ma prive di membrana nucleare e
di organuli citoplasmatici
• Virus e batteriofagi
– Forme di vita non cellulari
– Composti unicamente da un acido nucleico e un
capside proteico