CI BMC
IV settimana
4. Organizzazione generale delle cellule. Le membrane biologiche. Struttura delle
membrane e trasporto attraverso la membrana plasmatica. (BIO13)
-l'organizzazione generale di una cellula procariotica e di una cellula eucariotica;
-le proprietà chimico-fisiche delle membrane in relazione alla loro composizione lipidica;
-proteine intrinseche ed estrinseche di membrana e l'organizzazione topologica delle
proteine nel bilayer lipidico;
-gli esperimenti che dimostrano la fluidità di membrana;
-le principali funzioni delle proteine di membrana; il concetto di recettore;
-le modalità di trasporto di piccole molecole attraverso la membrana plasmatica per
diffusione semplice, diffusione facilitata, trasporto attivo; pompe di membrana e canali
ionici.
-il ruolo della Na+/K+-ATPasi nella generazione e mantenimento del gradiente
elettrochimico.
Prof. Donatella Tramontano
Ordinario di Biologia Applicata
Ed 19 A II piano
Tel. 0817463058-4552
CI BMC
Lezione n° 1
La Cellula
L’unità base della vita
Prof. Donatella Tramontano
Ordinario di Biologia Applicata
Ed 19 A II piano
Tel. 0817463058-4552
La storia
1665 - Lo scienziato inglese Robert Hooke
Usa un microscopio per osservare
un pezzo di sughero
e chiama quello che vede “Celle”
1833: Robert Brown Scopre il nucleo.
1838: Matthias Schleiden Botanico tedesco
“Tutte le piante sono composte di “Celle” o “Cellule
1838: Theodor Schwann
“Tutti gli animali sono composti da “Celle” o “Cellule”
1855 Rudolf Virchow, medico tedesco
" Ogni cellula deriva da un’altra cellula “
“La Teoria della Generazione Spontanea degli
organismi è definitivamente archiviata ”
La teoria cellulare
L'insieme degli studi al microscopio e le osservazioni di
numerosi ricercatori permisero di arrivare alla
moderna definizione della “teoria cellulare”:
1) tutti i viventi sono formati da una o più
cellule;
2) le cellule sono l’unità fondamentale degli
organismi viventi;
3) tutte le cellule derivano da altre cellule.
1655
Il sughero di Hooke
2005
Cellule epiteliali al confocale
Diversità
Cellule dello stesso organismo mostrano
enormi differenze di:
Dimensione
Forma
Organizzazione interna
1. Dimensione
La cellula uovo- è la più grande del
corpo umano e può essere osservata
senza l’ausiolio del microscopio;
La maggior parte delle cellule, invece, è
visibile solo al microscopio.
Le cellule sono piccole per due motivi:
1: Il rapporto tra superficie esterna e volume ne limita la
dimensione.
Per un dato volume di citoplasma una cellula piccola ha
maggiore superficie esterna rispetto ad una grande
2: il nucleo (il cervello) può controllare solo una certa
quantità di citoplasma attivo.
Le dimensioni
Non solo quanto sono grandi
le cellule ma anche quanto
sono grandi le strutture che
le compongono
Esempio di cellula procariote
La cellula procariotica
Strutturalmente e funzionalmente
semplice
Piccola
Parete cellulare involucro che dà la forma e
protegge dall’ambiente esterno
Membrana plasmatica
indispensabile al mantenimento dell’ambiente
interno filtro per le molecole che entrano ed
escono dalla cellula
La cellula procariotica
Citoplasma
soluzione acquosa in cui sono immersi tutti
i costituenti cellulari
vi hanno luogo tutte le reazioni metaboliche
per il mantenimento e la riproduzione della
cellula
Il materiale genetico è immerso
nel citoplasma
La grande svolta
La compartimentalizzazione
Funzioni specifiche svolte da strutture dedicate
Evoluzione delle Cellule Eukaryotic
L’ipotesi endosimbiontica.
Gli Eukaryoti derivano dalla relazione simbiontica
tra vari procarioti.
MECCANISMI DI TIPO ENDOCITICO SONO
VEROSIMILMENTE ALL’ORIGINE DELLE MEMBRANE DEL
RER E DEL NUCLEO
EI batteri eterotrofi sono diventati mitocondri
Cyanobatteri sono divenuti cloroplasti.
PERCHE’ SI SONO FORMATI I COMPARTIMENTI?
Organizzazione degli spazi
Open space
Tradizionale
Organizzazione degli spazi
=
• divisione degli spazi
separazione delle
funzioni
Migliore possibilità
di regolazione
Molte reazioni chimiche che avvengono nella
cellula sono o sarebbero tra loro
incompatibili se avvenissero nello stesso
spazio ad esempio: sintesi proteica e
degradazione lisosomiale.
Strategia vincente
SEPARARE
Le cellule eucariotiche
-
-
-
-il loro asse maggiore è compreso fra i 10 e i
50 µm;
-il DNA è racchiuso da una membrana
(nucleo).
-possiedono organuli immersi nel citoplasma,
ognuno deputato a svolgere una particolare
funzione.
-costituiscono tutti gli altri organismi viventi
che per questo vengono detti eucarioti.
Organizzazione interna
Membrana
Citoplasma
Cellula Procariotica
Membrana
Citoplasma
Cellula Eucariotica
Nucleo
Organelli
Similitudini e Differenze
Procarioti
Membrane
DNA
Ribosomi
Citoplasma
Eucarioti
Nucleo
Reticolo Endoplasmico
Apparato di Golgi
Lisosomi
Vacuoli
Mitocondri
Citoscheletro
Procarioti
Eucarioti
Dimensioni cellulari comprese Dimensioni cellulari comprese
tra 1-10 micron
tra 10-100 micron
Assenza della membrana
nucleare
Presenza della membrana
nucleare
Assenza di nucleolo
Presenza di uno o più nucleoli
DNA non associato a proteine
istoniche nei cromosomi
Istoni legati al DNA nei
cromosomi
Contenuto di DNA compreso
tra le 750 000 e le 5x106 paia
di basi
Contenuto di DNA compreso
tra le 1,5x107 e le 1,5x1011
paia di basi
Assenza di introni nei geni
Presenza di introni in quasi
tutti i geni
Un solo cromosoma presente
Due o più cromosomi presenti
Assenza di organuli
intracellulari a parte le
membrane fotosintetiche in
alcuni batteri
Presenza di estesi sistemi di
membrane ed organuli
intracellulari, come
mitocondri, cloroplasti,
apparato del Golgi, lisosomi e
reticolo endoplasmatico
Assenza di microtubuli,
microfilamenti e filamenti
intermedi
Presenza di microtubuli,
microfilamenti e filamenti
intermedi
Divisione cellulare diretta, per
gemmazione o mediante altre
modalità. Mitosi assente
Divisione cellulare esplicata
con modalità diverse
associate con la mitosi
Se esiste, sistema sessuale
operante per trasferimento
unidirezionale di geni dal
donatore all'accettore
Sistema sessuale operante
per fusione nucleare completa
dei genomi uguali dei gameti
che hanno subito la meiosi
Se presenti, strutture di
movimento costituite da
semplici flagelli nei batteri
Se presenti, strutture di
movimento costituite da cilia
o flagelli complessi
Nutrizione fondamentalmente
per assorbimento; alcuni
procarioti sono fotosintetici
Nutrizione per assorbimento,
per ingestione o mediante
fotosintesi
Assenza di steroli nella
membrana citoplasmatica
Presenza di steroli (es.
colesterolo) nella membrana
citoplasmatica
CIASCUN COMPARTIMENTO INTRACELLULARE HA LA SUA
FUNZIONE E LA SUA DIMENSIONE
COMPARTIMENTO
FUNZIONE
Nucleo
nucleolo
sede del DNA
biogenesi ribosomi
Citoplasma
citosol
mitocondri
reticolo rugoso
reticolo liscio +
apparato di Golgi
lisosomi
perossisomi
endosomi +
altre vescicole
VOLUME SUPERFICIE N°
%
%
6
0,2*
<1
1
94
54
2**
-
conversioni di energia
sintesi proteine secretorie
detossificazione
modificazione proteine
idrolisi enzimatiche
reazioni ossidative
22
9
6
1
1
39
35
16
6,5
0,4
0,4
traffico
1
0,5
metabolismo
* Solo la membrana interna dell’involucro nucleare
**Membrana plasmatica
1
1
1700
1
1
1
300
600
REM - EPATOCITA<
DI COSA E’ FATTO CIASCUN ORGANELLO?
MEMBRANA
BILAYER LIPIDICO + PROTEINE
CONTENUTO
PROTEINE ED ALTRE MOLECOLE
COME VIENE ‘ASSEMBLATO’ CIASCUN ORGANELLO?
LE MOLECOLE CHE LO COMPONGONO DEVONO ESSERE
TRASPORTATE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI
DESTINAZIONE!
TRAFFICO DI PROTEINE
(E DI LIPIDI!!)
Gli Organelli cellulari
La membrana plasmatica
Il confine della cellula.
Il collegamento della cellula
con il mondo esterno
E’ composta di due strati di
Lipidi in cui sono immerse
proteine zuccheri etc.
etc.
Il Nucleo
Il cervello della cellula
Delimitato da una
membrana con pori:
l’involucro nucleare.
Contiene fibre di DNA
associato a proteine, la
cromatina
Contiene il “Nucleolo”una
struttura deputata alla
produzione di RNA ribosomale.
Endoplasmic Reticulum
1.
2.
Complex network of
transport channels.
Two types:
Smooth- ribosome
free and functions in
poison detoxification.
Rough - contains
ribosomes and
releases newly made
protein from the cell.
Golgi
A series of flattened
sacs that modifies,
packages, stores,
and transports
materials out of the
cell.
Works with the
ribosomes and
Endoplasmic
Reticulum.
Ribosomes
Small non-membrane
bound organelles.
Contain two sub units
Site of protein synthesis.
Protein factory of the cell
Either free floating or
attached to the
Endoplasmic Reticulum.
Lysosomes
Recycling Center
Recycle cellular debris
Membrane bound
organelle containing a
variety of enzymes.
Internal pH is 5.
Help digest food
particles inside or out
side the cell.
Centrioli
Found only in animal cells
Paired organelles found
together near the nucleus,
at right angles to each
other.
Role in building cilia and
flagella
Play a role in cellular
reproduction
Cytoskeleton
Cell membrane
Endoplasmic
reticulum
Microtubule
Microfilament
Ribosomes
Mitochondrion
Framework of the
cell
Contains small
microfilaments and
larger microtubules.
They support the
cell, giving it its
shape and help with
the movement of its
organelles.
Mitochondrion
Double Membranous
It’s the size of a bacterium
Contains its own DNA;
mDNA
Produces high energy
compound ATP
I Vacuoli
Sacs that help in
food digestion or
helping the cell
maintain its water
balance.
Found mostly in
plants and protists.
3. La forma
Diversità di forma reflette
diversità di funzione.
La forma di una cellula
dipende dalla sua
funzione.
… poi ci sono i virus
un virus è un complesso macromolecolare
formato da acido nucleico: il genoma del virus,
racchiuso in un involucro proteico: capside
Cosa sono i virus?
dal punto di vista della cellula e
dell’organismo
“particelle nucleoproteiche” che
infettano le cellule
si moltiplicano come parassiti
intracellulari obbligati
Il comportamento da parassita obbligato, questo è
dovuto al fatto che i virus non dispongono di tutte le
strutture biochimiche e biosintetiche necessarie per la
loro replicazione. Tali strutture vengono reperite nella
cellula ospite in cui il virus penetra, utilizzandole per
riprodursi in numerose copie. La riproduzione del virus
spesso procede fino alla morte della cellula ospite, da cui
poi dipartono le copie del virus formatesi.
