PROCARIOTI
I PROCARIOTI (batteri ed alghe verdi) sono gli
organismi più diffusi sulla Terra
La cellula procariota non presenta il nucleo circoscritto
all’interno di una membrana
STRUTTURA DELLA CELLULA
Presenza di una MEMBRANA PLASMATICA (8 nm) che
racchiude il citosol ed è costituita da un doppio strato
lipidico contenente proteine
CROMOSOMI consistono di una singola molecola
circolare di DNA che è condensato a formare un corpo
definito NUCLEOIDE
PARETE CELLULARE (3-25 nm) è presente in molti
organismi per la protezione dal danno meccanico e
dalla pressione osmotica
EUCARIOTI
Gli organismi EUCARIOTI presentano la membrana
cellulare, il nucleo ed altri organelli cellulari ben delimitati
dal citosol.
PARETE CELLULARE
E’ costituita per il 90% da carboidrati (CELLULOSA)
ed il resto da proteine (GLICOPROTEINE)
Le cellule adiacenti sono connesse tra loro dai
PLASMODESMATI (da 1000 a 10.000) che
permettono il passaggio di molecole di massa di
circa 900 Da
Queste strutture legano le varie cellule vegetali a
formare un compartimento nel quale i metaboliti
possono circolare per diffusione (SIMPLASTO)
Lo spazio delimitato tra le cellule è chiamato spazio
extracellulare o APOPLASTO
All’interno della cellula sono presenti vari organelli
con funzioni diverse:
--------------------------------------------------------------------------VACUOLO
79% turgore cellulare,
magazzino
CLOROPLASTO 16% fotosintesi, sintesi amido e
lipidi
CITOSOL
3%
diversi processi metabolici
sintesi saccarosio
MITOCONDRIO
0,5% respirazione cellulare
NUCLEO
0,3% genoma cellulare
PEROSSISOMI
sito in cui si formano
intermedi tossici
RETICOLO ENDOPLASMATICO
OLEOSOMI
CORPI DEL GOLGI
NUCLEO presenta una membrana esterna ed una interna
che si fondono insieme al livello dei pori nucleari
attraverso i quali le molecole (mRNA, proteine, ribosomi)
possono muoversi. La membrana esterna spesso è
associata con il reticolo endoplasmatico (RER)
Nel nucleo il DNA è avvolto attorno alle proteine
istoniche ed organizzato nei cromosomi
Presenza del nucleolo
(sintesi RNA).
RETICOLO ENDOPLASMATICO è presente il ER rugoso
(sintesi proteine) e liscio (sintesi fosfolipidi e reazioni di
detossificazione). E’ costituito da un rete tridimensionale
di tubuli continui e sacculi appiattiti
che giacciono sotto la membrana,
attraversano il citosol e si connettono
con la membrana nucleare
APPARATO DEL GOLGI sistema di
vescicole dove confluiscono proteine
e lipidi
MITOCONDRIO presenta due membrane tra le quali c’e lo
spazio intermembrana. La membrana esterna è
permeabile a molecole con
dimensioni superiori a 10 kDa,
Quella interna (- permeabile)
presenta le creste ed è il luogo
dove avviene la fosforilazione
ossidativa ed il trasporto di
elettroni che coinvolge la
sintesi di ATP
La matrice è il luogo dove
avvengono le reazioni del
ciclo TCA e l’ossidazione
dei grassi
Nella matrice è presente DNA
mitocondriale per la sintesi di
alcune proteine
CLOROPLASTO presenta due membrane ed un sistema
di membrane interne che
costituiscono i tilacoidi,
impilati talvolta a formare i
grana. Nei tilacoidi ci sono
I pigmenti clorofille ed i
complessi deputati alla
cattura dell’energia
luminosa e la sua
conversione in energia
chimica (ATP e NADPH).
Lo stroma è lo spazio tra i
tilacoidi, dove avviene il
ciclo di Calvin. Anche nei
cloroplasti è presente DNA
per la sintesi di alcune proteine
LISOSOMI presenti solo nelle cellule animali. Presentano
un singolo strato della membrana. Il pH interno di questi
organelli oscilla tra 4 e 5 che è il pH ottimale di molte
idrolasi qui contenute, come le proteasi, le lipasi, le
fosfatasi.
PEROSSISOMI anch’essi hanno una singola membrana e
contengo enzimi per la degradazione degli acidi grassi e
degli amminoacidi. Uno dei prodotti delle diverse
reazioni è il perossido di idrogeno, composto
estremamente tossico per la cellula
Nei perossisomi è presente in grande quantità un
enzima, la catalasi che rapidamente converte questa
sostanza in acqua e ossigeno
2H2O2 H2O + O2
CITOSOL è la parte del citoplasma che non include alcun
organello cellulare ed è il principale sito del metabolismo
cellulare. Contiene molti enzimi e proteine
PARETE CELLULARE attorno alla membrana cellulare
ed impartisce rigidità alla cellula ed è costituita
principalmente da cellulosa. Nelle piante legnose è
presente un altro composto, la lignina, che impartisce
ulteriore rigidità alla parete. La lignina è un polimero
fenolico insolubile in acqua
VACUOLO le cellule vegetali contengono uno o più
vacuoli, che vengono utilizzati per immagazzinare
nutrienti (saccarosio, acqua, ioni e prodotti di scarto).
Come i lisosomi nelle cellule animali, questo organello
ha un pH interno acido mantenuto attraverso una pompa
H+ nella membrana e contiene diversi enzimi degradativi
MEMBRANE CELLULARI
Tutte le membrane biologiche contengono come
componenti principali i LIPIDI
Le molecole che svolgono un ruolo predominante
nelle membrane hanno teste altamente polari e, nella
maggior parte dei casi, solo due code
idrocarburiche
Questo perchè se la testa polare fosse legata ad una
sola catena, la molecola tenderebbe a formare
micelle sferiche
La doppia catena idrocarburica rende invece la
molecola simile ad un cilindro che permette una
distribuzione parallela ad altre molecole, originando
gli estesi foglietti delle membrane a STRATI
BIMOLECOLARI con le teste idrofiliche rivolte
all’esterno cioè verso lo strato acquoso
Le tre principali classi di lipidi presenti nelle
membrane hanno questo particolare tipo di struttura
molecolare e sono:
- glicerofosfolipidi
- sfingolipidi
- glicosfingolipidi
STRUTTURA E PROPRIETA’ DELLE MEMBRANE:
MODELLO A MOSAICO FLUIDO
Le
membrane
rappresentano
una
struttura
molecolare capace di assolvere a diverse funzioni
Nel doppio strato lipidico, fluido ed asimmetrico, si
trovano molti tipi di proteine:
- PROTEINE PERIFERICHE DI MEMBRANA
- PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANA
Le proteine sono spesso coinvolte nel trasporto di
sostanze specifiche e nella trasmissione di segnali
chimici attraverso la membrana
Le membrane svolgono numerose funzioni:
a. Permeabilità selettiva
b. Separazione di compartimenti che hanno
composizione chimica, pH e potenziale elettrico
diverso
c. Trasporto di ioni o piccole molecole. Questo
trasporto consuma energia e quindi può essere
considerato un trasporto ATTIVO che è distinto
da quello PASSIVO che avviene solo in direzione
del gradiente di concentrazione
d. La diversa composizione delle membrane
determina differenze anche nella funzionalità. Le
membrane tilacoidali e del mitocondrio sono
coinvolte anche in processi di produzione di
energia
TRASPORTO ATTIVO
E’ il movimento attivo delle molecole attraverso la
membrana che è guidato dall’energia
Questo tipo di trasporto normalmente richiede
energia ed è condotto da specifiche proteine di
trasporto. In questo modo anche grosse molecole
possono attraversare la membrana
Il trasporto attivo può avvenire solo se le membrane
sono integre
Come risultato del trasporto attivo ioni e metaboliti
possono essere concentrati all’interno di un certo
compartimento
Gli ioni, soprattutto potassio, calcio, magnesio e
fosfato giocano un ruolo importante nella
regolazione del metabolismo
La direzione del trasporto è termodinamicamente
determinata dall’accoppiamento del trasporto con
un gradiente, normalmente elettrico
In conseguenza della catena respiratoria e del
processo fotosintetico i protoni sono incanalati
rispettivamente
all’interno
delle
membrane
tilacoidali e nella matrice mitocondriale. Questo
flusso di protoni determina una traslocazione
contemporanea di carica elettrica che genera un
gradiente protonico ed un potenziale elettrico
La tendenza dei protoni (H+) a tornare nell’altro
compartimento
cellulare
è
definita
FORZA
PROTONICA (MITCHELL 1966, 1974)
L’energia liberata dal ritorno dei protoni secondo
gradiente viene utilizzata per la sintesi di ATP
attraverso la catalisi operata dall’enzima ATP sintasi
