La cellula

LA CELLULA
• Rosalba Fazio – Lucio Troise
La cellula
La cellula è l’unità di struttura e di funzione di cui sono
costituiti tutti gli esseri viventi:
ogni loro attività dipende dal funzionamento delle cellule.
Ogni cellula è circondata da una membrana plasmatica,
una sottilissima pellicola che separa la cellula dalle altre o
dall’ambiente circostante, regolando anche l’ingresso e
l’uscita di materiali.
La membrana
plasmatica racchiude
il citoplasma, che
occupa la maggior
parte dello spazio
interno, nel quale si
compie la maggior
parte delle funzioni
cellulari, affidate a
speciali organelli.
Tutte le cellule
presentano un
nucleo che
contiene, nella
molecola di DNA,
tutte le
informazioni
necessarie per la
regolazione delle
attività cellulari e
per la
determinazione
delle
caratteristiche
d’ogni singola
cellula.
DNA
Componenti cellulari
• Membrana plasmatica o cellulare
È la sottile pellicola, di natura lipoproteica, che circonda il citoplasma.
Ha la funzione di regolare il passaggio delle sostanze, dentro e fuori della
cellula, e di trasmettere informazioni dall’ambiente esterno a quello
interno, assicurando stabilità.
Nucleo
È l’organulo che contiene l’informazione genetica, codificata nella
molecola di DNA nucleare.
Svolge la funzione di
impartire istruzioni per il
funzionamento della
cellula.
Ha forma tondeggiante, si
trova quasi sempre al
centro della cellula, è
avvolto da una membrana
nucleare interrotta da
piccoli pori.
Contiene al suo interno la
cromatina, costituita da
DNA, e da piccoli
corpuscoli scuri, detti
nucleoli, che producono
ribosomi.
Reticolo endoplasmico
È costituito da un sistema di canali e compartimenti simili a sacchi,
circondati da membrane collegate tra loro.
Si estende in tutto il citoplasma ed ha la funzione di montare e
trasportare sostanze.
Apparato del Golgi
È costituito da pile di vescicole appiattite e funziona come un centro
d’imballaggio, deposito e smistamento dei prodotti del reticolo
endoplasmico.
Lisosomi
Sono vescicole contenenti
enzimi “distruttivi”, che
vengono per lo più utilizzati
per la digestione delle
sostanze o per
l’eliminazione dei materiali
inutili o dannosi.
Mitocondri
• Sono organuli che presiedono alle reazioni che
producono energia, accumulata sotto forma di
molecole di ATP.
Rappresentano la sede della respirazione cellulare.
Ribosomi
• Sono dei piccoli corpuscoli
costituiti da RNA e proteine.
Svolgono la funzione di
assemblare le proteine,
secondo le istruzioni
provenienti dal nucleo,
contenute nel RNA
messaggero.
Citoscheletro
• È costituito da un’impalcatura di strutture filamentose, di
natura proteica, che servono a mantenere e modificare la
forma delle cellule.
• Flagelli o ciglia
Sono strutture
filamentose sporgenti
dalla superficie cellulare
costituite da tubuli
contrattili che ne
permettono il movimento
oscillatorio.
Citoscheletro
•Nella cellula vegetale sono inoltre presenti:
• Plastidi
Sono organelli cellulari, il più importante è il cloroplasto
che effettua la fotosintesi clorofilliana nelle cellule
vegetali, altri plastidi sono i leucoplasti incolori, che
contengono materiale di riserva (amido), e i cromoplasti
colorati da vari tipi di pigmenti.
• Parete cellulare
Involucro fatto di cellulosa con struttura rigida che
funziona da supporto.
Le membrane cellulari
• Ogni cellula interagisce con l’ambiente che le sta intorno:
Ha bisogno di un continuo apporto d’energia e di materie
prime; l’attività della cellula porta ad un continuo apporto
di sostanze di rifiuto che devono essere eliminate.
Gli scambi avvengono grazie alla membrana plasmatica
che così assicura alla cellula una condizione di stabilità.
Le membrane cellulari
• La membrana è formata da un doppio strato di
fosfolipidi, grassi formati da una lunga catena idrofoba
apolare, detta “coda”, che termina con una “testa”
idrofila polare.
Su questa struttura di base s’inseriscono delle proteine,
alcune sono completamente inserite nello strato
lipidico, altre si trovano solo sulla superficie.
I fosfolipidi che si trovano in acqua, interagiscono con
questa, organizzandosi a formare una struttura in cui le
teste idrofile sono orientate verso il mezzo acquoso e le
code idrofobe sono disposte verso l’interno.
Le membrane cellulari
• Nella membrana le code idrofobe aderiscono tra loro
rivolgendo le teste idrofile verso gli ambienti acquosi,
quello interno alla cellula e quello esterno alla cellula.
Le proteine delle membrane consentono il passaggio
di sostanze che non riescono diffondere liberamente
(trasporto attivo) e a riconoscere e ricevere i segnali
prodotti da messaggeri chimici come, ad esempio gli
ormoni.
ATP
•
Alcune proteine specifiche di alcune membrane (mitocondri e
ribosomi) partecipano alla sintesi dell’ATP.
Movimento dell’acqua e dei soluti
attraverso la membrana plasmatica
Il doppio strato lipidico della membrana plasmatica si comporta
come una membrana semipermeabile.
Una membrana è detta semipermeabile quando lascia passare
liberamente l’acqua ma non le sostanze che vi sono disciolte.
A questo passaggio d’acqua è dato il nome di osmosi.
•
L’OSMOSI
L’osmosi è un fenomeno che si manifesta ogni volta che una
membrana semipermeabile separa due fasi acquose.
Attraverso tale tipo di membrana può passare l’acqua ma non le
altre sostanze che vi sono disciolte, si verifica una diffusione delle
molecole d’acqua, che migrano da una parte all’altra della
membrana: l’acqua passa dalla zona in cui la concentrazione delle
molecole di soluto è minore di quella delle molecole di acqua alla
zona in cui la concentrazione del soluto è maggiore (mentre è
minore quella dell’acqua.).
Tutto ciò è in accordo con la legge della diffusione, che stabilisce
che una sostanza diffonda dall’ambiente dove è più concentrata a
quello dove è meno concentrata.
La diffusione è un processo spontaneo che non richiede energia, per
questo è definito un sistema di trasporto passivo.
•
L’OSMOSI
Il fenomeno dell’osmosi è un particolare tipo di diffusione poiché i
due scomparti separati dalla membrana semipermeabile, non
potendo scambiare liberamente le sostanze disciolte, tendono a
raggiungere l’equilibrio attraverso il passaggio dell’acqua dalla
soluzione in cui è più concentrata a quella in cui è meno
concentrata.
Due soluzioni con la stessa concentrazione di soluto sono dette
isotoniche, se invece hanno concentrazioni diverse, quella a
maggior concentrazione è detta ipertonica e quella a minore
concentrazione ipotonica.
Due soluzioni a diversa concentrazione,
messe a contatto tramite un osmometro,
produrranno un passaggio netto di acqua
dalla soluzione ipotonica a quella
ipertonica.
Tale passaggio può essere impedito
fisicamente applicando una pressione
sulla soluzione ipertonica, l’entità della
pressione misurata corrisponde alla
pressione osmotica.
Le cellule
• Nella cellula, l’acqua e le molecole molto piccole, come
l’ossigeno e l’anidride carbonica, diffondono liberamente
attraverso la membrana plasmatica seguendo il gradiente
di concentrazione.
Le cellule, tuttavia hanno bisogno di scambiare numerose
altre sostanze, come gli ioni inorganici, gli zuccheri ecc.,
che non possono attraversare il doppio strato lipidico.
Per queste sostanze intervengono le proteine di
membrana che permettono di effettuare la diffusione
facilitata ed il trasporto attivo.
•
La diffusione facilitata
Avviene per mezzo delle proteine trasportatrici, specifiche per ogni
sostanza, che si legano a quest’ultima e ne facilitano il trasporto
attraverso la membrana, secondo il gradiente di concentrazione,
senza consumo di energia.
Grazie a questo processo di diffusione facilitata le molecole di
glucosio entrano nei globuli rossi.
Il trasporto attivo
Avviene per mezzo di
particolari pompe
proteiche che
trasportano le sostanze
attraverso la membrana,
contro il gradiente di
concentrazione e quindi
con dispendio di energia.
Un esempio è la pompa
sodio-potassio che serve
a mantenere livelli
precisi di questi due ioni
all’interno ed all’esterno
della cellula.
•
Endocitosi ed esocitosi
Grazie ad un meccanismo di trasporto attivo le cellule dei
reni riescono a ad eliminare molte sostanze tossiche.
Endocitosi ed esocitosi
Le macromolecole ed i materiali di grosse dimensioni sono
trasportati, attraverso le membrane, per mezzo di
meccanismi di esocitosi (complesso del Golgi) e di
endocitosi (fagocitosi e pinocitosi).
Il mitocondrio e la respirazione
cellulare
• Alla base del nutrimento di tutti gli esseri viventi vi è la fotosintesi
clorofilliana operata dalle piante verdi.
La fotosintesi trasforma anidride carbonica ed acqua in zuccheri grazie
alla luce del sole.
Gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi sono utilizzati dalle stesse piante
verdi o sono assimilati dagli organismi animali.
Negli animali e nelle piante
avviene la respirazione
aerobia, in pratica lo zucchero
è ossidato dall’ossigeno in
anidride carbonica e acqua
liberando energia sotto forma
di molecole di ATP.
La respirazione aerobia
comprende le seguenti
trasformazioni:
Il mitocondrio
e la
respirazione
cellulare
Glicolisi
Serie di reazioni chimiche che
avvengono nel citoplasma
delle cellule e che trasformano
una molecola di glucosio in
due molecole di acido piruvico,
con la produzione di due
molecole di ATP
Ciclo di Krebs
•
Alla glicolisi fa seguito
l’attivazione dell’acido
piruvico, che si lega ad
un coenzima (coenzima
A), formando una
molecola che consente di
entrare in un’altra serie
di reazioni, chiamata
ciclo di Krebs.
In questa serie di
reazioni cicliche si
liberano anidride
carbonica, acqua ed
energia sotto forma di
molecole di ATP, NADH e
FADH.
Ciclo di Krebs
•
Fosforilazione
ossidativa
Le molecole di NADH e
FADH entrano in una
catena di trasportatori
di elettroni, che
liberano l’energia dei
due tipi di molecole,
immagazzinandola in
molecole di ATP.
Al termine di tutte
queste trasformazioni si
ottengono acqua,
anidride carbonica ed
energia (sotto forma di
36 molecole di ATP).
Il nucleo e la riproduzione
cellulare
•
Nel nucleo sono presenti
molecole di DNA e proteine
che, insieme, prendono il
nome di cromatina.
È il DNA che contiene le
informazioni per il
funzionamento delle cellule
ed, essendo in grado di
duplicarsi, determina la
riproduzione cellulare.
Quando la cellula si avvia
verso il processo di divisione,
la cromatina si addensa e si
organizza in strutture filiformi
chiamate cromosomi.
•
I cromosomi
I cromosomi sono strutture bastoncellari che, al momento
della divisione cellulare, si evidenziano ed iniziano un
processo che, quando riguarda le cellule del corpo
(somatiche), è definito mitosi.
Tutte le cellule degli organismi pluricellulari sono diploidi,
cioè hanno due serie di cromosomi identici, solamente le
cellule responsabili della riproduzione, i gameti, hanno una
sola serie di cromosomi (aploidi).
I cromosomi
•
Durante la riproduzione ogni cellula madre trasferisce alle cellule figlie il
proprio corredo cromosomico, e quindi, tutte le informazioni contenute
nel proprio DNA.
La mitosi consiste nel seguente processo:
le molecole di DNA, contenute nella cromatina, si duplicano
i cromosomi condensano nel nucleo assumendo l’aspetto di filamenti
spessi
si portano verso il centro della cellula in una zona paragonabile
all’equatore terrestre
i due cromatidi di ogni
cromosoma (il filamento originale
Vedi LA MITOSI
e la copia neo-sintetizzata) si
separano e migrano ai poli della
cellula
i cromosomi dei due nuovi nuclei
si ritrasformano in cromatina
si forma una membrana che
separa le due cellule figlie
Alla fine del processo si avranno
due cellule figlie con gli stessi
cromosomi della cellula madre, e
quindi con le stesse informazioni.
•
I cromosomi
Nel caso delle cellule della riproduzione sessuale, i gameti, uovo e
spermatozoo, la riproduzione prende il nome di meiosi.
Nella meiosi il processo si svolge così:
la cromatina si duplica
i cromosomi si addensano e si dispongono sul piano equatoriale
si separano, migrando ai due poli, i membri delle coppie di
cromosomi (quello di origine paterna e quello di origine materna)
si forma una membrana che separa le due cellule
i cromosomi delle due cellule si dispongono sul piano equatoriale
si separano i cromatidi di ogni cromosoma (l’originale e la copia) e
migrano ai poli opposti della cellula
si formano le membrane che divideranno le quattro cellule figlie
•
I cromosomi
C’è stata una sola duplicazione di DNA e due divisioni meiotiche:
si ottengono così quattro cellule, ognuna con la metà dei cromosomi
della cellula madre.
A seguito della meiosi, l’uovo e lo spermatozoo, diventati maturi, si
possono fondere per formare una cellula diploide, lo zigote, che si
svilupperà in un nuovo individuo.
All’inizio della prima divisione meiotica i cromosomi omologhi (i
membri della coppia) si appaiano, in pratica si uniscono due a due,
avviene un rimescolamento dei cromosomi e si scambiano pezzi di
cromatidi (crossing- over). Ne consegue un rimescolamento dei geni
di origine paterna con quelli di origine materna
I ribosomi e la sintesi delle proteine
•
I ribosomi sono organelli ovali costituiti da due sub-unità, una grande ed
una piccola.
Sono composti di RNA ribosomiale (rRNA) e molecole proteiche.
Rappresentano il luogo ove avviene la sintesi delle proteine.
Le informazioni genetiche sono contenute nella molecola di DNA, la stessa
molecola è in grado di duplicarsi per la riproduzione cellulare.
La molecola di DNA è formata da due
catene di nucleotidi, complementari
tra loro, avvolte ad elica l’una attorno
all’altra.
Le informazioni sono codificate dalla
sequenza delle basi azotate presenti
nella molecola; una certa sequenza di
basi corrisponde ad un gene, ovvero
ad un carattere, questo carattere si
esprime sotto forma di proteine
composte da una serie di
amminoacidi.
•
acido ribonucleico
Nella vita normale della cellula, il DNA presiede alla sintesi delle
molecole proteiche.
Il DNA, pur contenendo le informazioni per la suddetta sintesi, non funge
direttamente da stampo per l’assemblaggio delle proteine, ma crea una
molecola che provvede a trasmettere, e a far applicare, le informazioni
contenute nella sua sequenza di basi azotate..
Tale molecola si chiama acido ribonucleico (RNA).
La molecola dell’RNA
differisce dal DNA per le
seguenti caratteristiche:
è formata da un filamento
unico di nucleotidi;
è molto più breve, spesso
l’informazione che porta si
limita ad un solo gene;
contiene una base azotata
diversa da quelle presenti
nel DNA;
è continuamente formata
e distrutta, a seconda
delle necessità della
cellula.
L’RNA
è composto di un filamento complementare ad uno dei due filamenti
del DNA.
Il messaggio presente nel DNA è trascritto nella molecola di RNA, la
molecola di RNA si trasferisce dal nucleo al citoplasma, dove, un
adeguato “macchinario”, collocato sui ribosomi, lo traduce nel
linguaggio delle proteine, basato sulla sequenza degli amminoacidi.
•DNA
trascrizione
RNA
traduzione
PROTEINE
• Trascrizione:
è un processo simile a quello della duplicazione del DNA, con la sola
differenza che, ad essere copiato, è uno solo dei due filamenti di DNA e che
la copiatura o trascrizione produce una molecola di RNA messaggero
(mRNA) complementare al tratto copiato (quello cioè che codifica la
proteina).
L’RNA messaggero si dirige nel citoplasma, raggiunge una catena di
ribosomi, dove sarà tradotto nel linguaggio delle proteine.
PROTEINE
•
Traduzione:
Per codificare i 20 amminoacidi delle
proteine ci sono solo 4 tipi di basi azotate. Il
codice per tradurre le informazioni consiste
nel “leggere” le basi azotate raggruppate in
triplette.
Per tradurre un messaggio da una lingua
all’altra ci vuole un interprete ed un
dispositivo che scriva le parole nella nuova
lingua; nella sintesi proteica l’interprete è
costituito da piccole molecole di RNA
chiamate RNA di trasferimento (tRNA) che
traducono il linguaggio dei nucleotidi in
quello degli amminoacidi.
In pratica quelle piccole molecole di tRNA
vagano nel citoplasma in cerca
dell’amminoacido corrispondente (esistono
20 tipi diversi di tRNA, uno per ogni
amminoacido), lo catturano e lo trasportano
sui ribosomi dove viene sintetizzata la
proteina.
•
Le diverse parti che prendono parte alla
traduzione-sintesi proteica sono:
l’mRNA che porta codificate le informazioni
per costruire la proteina
il tRNA che decodifica il messaggio da triplette di nucleotidi a
specifici amminoacidi
i ribosomi che, unendosi all’mRNA e al tRNA, consentono la
costruzione della proteina amminoacido dopo amminoacido
I ribosomi sono organelli ovali, formati da due sub-unità, una
grande e una piccola.
Sono costituiti da RNA ribosomiale (rRNA) e molecole proteiche.
Il filamento di mRNA
raggiunge i ribosomi,
si infila fra le due
sub-unità, scorre e
viene “letto”
contemporaneamente
da più ribosomi, ciò
permette di rendere
più veloce la sintesi
proteica.
Dal semplice al complesso
• L’unità fondamentale della materia è l’atomo.
*******
L’unità fondamentale degli esseri viventi è la
cellula.
********
Le cellule si uniscono a formare tessuti, i
tessuti formano organi, gli organi formano i
sistemi o gli apparati.
********
L’insieme dei sistemi e degli apparati
formano gli organismi.
Contenuti
A cura di
Rosalba Fazio
Grafica
Lucio Troise