La cellula eucariotica - Web server per gli utenti dell`Università degli

Prof. Angelo Poletti
Istituto di Endocrinologia
Centro di Eccellenza sulle Malattie Neurodegenerative
dell’Universita’ degli Studi di Milano
Via Balzaretti 9 – 20133 Milano
Tel 02-5031.8215 - E-mail: [email protected]
Sito web: http://users.unimi.it/poletti
Biologia (CFU = 5)
Scopo del corso
FORNIRE AGLI STUDENTI ISCRITTI AL PRIMO ANNO
UN'ADEGUATA INFORMAZIONE SULLA
MORFOLOGIA E FISIOLOGIA CELLULARE IN
CAMPO ANIMALE, SUI RAPPORTI
INTERCELLULARI E SUI MECCANISMI CHE
CONTROLLANO L'ESPRESSIONE GENICA E LA
GENETICA MOLECOLARE.
PROGRAMMA
DALLE MOLECOLE ALLE PRIME CELLULE
DAI PROCARIOTI AGLI EUCARIOTI.
MOLECOLE E MACROMOLECOLE BIOLOGICHE
ZUCCHERI E LIPIDI
PROTEINE : STRUTTURA E FUNZIONI
GLI ACIDI NUCLEICI
ORDINE ED ENERGIA: GLI ENZIMI.
IL FLUSSO DELL'ENERGIA NEI SISTEMI VIVENTI
METABOLISMO CELLULARE:
GLICOLISI E RESPIRAZIONE
I MITOCONDRI
LISOSOMI E PEROSSISOMI
LE MEMBRANE BIOLOGICHE
COMPOSIZIONE E ULTRASTRUTTURA
I PASSAGGI DI SOSTANZE ATTRAVERSO LE MEMBRANE
RECETTORI DI MEMBRANA E SECONDI MESSAGGERI
I MICROVILLI E LE GIUNZIONI INTERCELLULARI
………… PROGRAMMA
IL SISTEMA DI MEMBRANE INTERNE:
INVOLUCRO NUCLEARE
ENDO ED ESOCITOSI
CITOSCHELETRO
RETICOLO ENDOPLASMATICO ED APPARA
MOVIMENTI CELLULARI
IL FLUSSO INFORMAZIONALE DEI SISTEMI BIOLOGICI.
LA SINTESI PROTEICA ED IL CODICE GENETICO
I CROMOSOMI INTERFA
FUNZIONE DELLE PROTEIN
IL CICLO CELLULARE E L’APOPTOSI
DIVISIONE CELLULARE E SUA REGOLAZIONE
LA RIPRODUZIONE DI OR
MEIOSI, GAMETOGENESI E FECONDAZIONE
FATTORI DI CRESCITA ED ONCOGENI, LA CELLULA NEOPLASTICA
………… PROGRAMMA
LE LEGGI DI MENDEL
DOMINANZA COMPLETA ED INCOMPLETA
ALLELI MULTIPLI
GRUPPI DI ASSOCIAZIONE DI GENI. MAPPE CROM
EREDITA' DI CARATTERI QUANTITATIVI MUTAZIONI PUNTIFORMI E RIAR
DALLE CELLULE AGLI ORGANISMI PLURICELLULARI
INTERAZIONI CELLULA-CELLULA E CELLULA-MATRICE
----------------------------------------------------------------------------------------------Alcuni approfondimentidelle lezioni e 200 domande di autovalutazione sul sito
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(menu a sinistra APPROFONDIMENTI)
Biologia
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LA CELLULA: Un approccio molecolare
Cooper GM, Hausman RE
III edizione, PICCIN editore
L' ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA
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II edizione - Zanichelli editore
BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLARE
Karp G.
III edizione; EdiSES
BIOLOGIA CELLULARE
Pollard TD, Earnshaw WC
II Edizione – Elsevier/Masson editori
Biologia
ESAMI
ESAMI ORALI con APPELLI:
- DUE appelli nel mese di Febbraio (salto di appello)
- UN appello nella settimana successiva alle vacanze di Pasqua
- TRE appelli nei mesi di Giugno/Luglio
- UN appello a Settembre
- UN appello la prima settimana di Novembre
- UN appello la settimana successiva alle vacanze di Natale
Origine della vita
Due classi di cellule
Distinte in base alla presenza
del nucleo
PROCARIOTICHE
CELLULE
EUCARIOTICHE
Origine della vita
Come si sono originate le
cellule procariotiche e quelle
eucariotiche
???
Come ha avuto origine la vita
sulla terra
???
Origine della vita
Le cellule sono composte da
MACROMOLECOLE
Come si sono formate le
MACROMOLECOLE
???
Origine della vita
Esiste la possibilità di ottenere
spontaneamente delle
macromolecole sottoponendo a
scarica elettrica una miscela di
composti di base
Origine della vita
Scarica elettrica in una
miscela di:
- Acqua (H2O)
- Metano (CH4 )
- Ammoniaca (NH3 )
Esperimento di
Miller:
H 2 + NO + CO2
+ H 2O + NH 3+ CH
4
Origine della vita
Nell’esperimento di Miller
la scarica elettrica ha portato alla
formazione di AMINOACIDI
capaci di condensare a PROTEINE.
BRODO
PROMORDIALE
Origine della vita
Origine della vita:
Necessità di AUTOREPLICARE le
macromolecole per non perdere
le strutture già ottenute
Origine della vita
Formazione acidi nucleici
Formazione proteine
Formazione dei lipidi
Formazione dei polisaccaridi
Origine della vita
Probabilmente il primo
passaggio e’ stato quello della:
Formazione acidi nucleici
-° - ° DNA: acido desossiribonucleico
RNA: acido ribonucleico
Origine della vita
Origine della vita
DNA: acido desossiribonucleico
RNA: acido ribonucleico
Sono composti da nucleotidi che
si possono accoppiare
selettivamente tra di loro
G-C
A-T(U)
Origine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA
sono capaci di autoduplicarsi
Origine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA
sono capaci di autoduplicarsi
Origine della vita
Prima il DNA o l’RNA ??
Probabilmente RNA !
- meno stabile ma con
- funzioni catalitiche
Origine della vita
successivamente DNA
Per deposito di informazioni
Doppia elica --> PIU’ stabile
anche x anni
Origine della vita
Origine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA
sono capaci di autoduplicarsi
DNA --> RNA --> PROTEINE
Processo di
Trascrizione/Traduzione
Origine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA
sono capaci di autoduplicarsi
Le PROTEINE codificate dal DNA
controllano
la duplicazione e la
trascrizione
del DNA
Origine della vita
La formazione degli acidi nucleici consente:
La loro
REPLICAZIONE
per trasmettere
l’informazione
genetica
La loro
TRASCRIZIONE
TRADUZIONE
conversione a
proteine
Necessità di confinare il processo in un
microambiente per non perdere le informazioni
già acquisite
Origine della vita
FOSFOLIPIDI
Composti base delle
membrane biologiche
MOLECOLE
ANFIPATICHE
- Porzione solubile
in acqua (IDROFILICA)
- Porzione NON solubile
in acqua (IDROFOBICA)
Origine della vita
FOSFOLIPIDI
I FOSFOLIPIDI in acqua
si aggregano spontaneamente
formando il
DOPPIO STRATO
FOSFOLIPIDICO
BARRIERA STABILE
Origine della vita
AUTOREPLICARE/PRODURRE le
macromolecole e CONFINARLE
IN UN AMBIENTE CHIUSO
per non perdere le strutture
già ottenute
Origine della vita
i VIRUS
sono
simili
alle
prime
cellule
Evoluzione
Evoluzione
PROCARIOTI
archebatteri
Rari – vivono in
condizioni estreme:
sorgenti solforose
80°C pH 2
eubatteri
Sono i batteri comuni
Evoluzione
PROCARIOTI
i batteri hanno:
- una parete cellulare rigida e porosa composta da polisaccaridi
e peptidi
- una membrana plasmatica impermeabile
- il DNA disperso nel citoplasma
- non posseggono membrana nucleare
- hanno i ribosomi dispersi nel citoplasma
Evoluzione
EUCARIOTI
CELLULA EUCARIOTICA SEPARA I PROCESSI DI
NUCLEO
REPLICAZIONE DI DNA
SINTESI DI RNA
CITOPLASMA
TRADUZIONE DI RNA IN PROTEINE
MATURAZIONE DELLE PROTEINE
La cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO
- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA
-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)
- complesso del Golgi (smistamento proteine)
- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)
- citoscheletro
- mitocondri (metabolismo energetico)
- cloroplasti (cellule vegetali)
- vacuoli
La cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO
- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA
-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)
- complesso del Golgi (smistamento proteine)
- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)
- citoscheletro
- mitocondri (metabolismo energetico)
- cloroplasti (cellule vegetali)
- vacuoli
La cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO
- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA
-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)
- complesso del Golgi (smistamento proteine)
- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)
- citoscheletro
- mitocondri (metabolismo energetico)
- cloroplasti (cellule vegetali)
- vacuoli
La cellula eucariotica
RETICOLO ENDOPLASMATICO E
COMPLESSO DEL GOLGI
Il reticolo endoplasmatico è composto da membrane
intracellulari che iniziano dalla membrana nucleare
estendendosi nel citoplasma:
- maturazione delle proteine
- trasporto delle proteine
- sintesi dei lipidi
Nel reticolo le proteine vengono inserite in vescicole che
passano poi all’apparato del Golgi:
- ulteriore processamento delle proteine
- invio delle vescicole alla destinazione finale
- sintesi dei lipidi
- sintesi dei polisaccaridi
Evoluzione
Acquisizione della
capacita’ di
migrare
La cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO
- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA
-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)
- complesso del Golgi (smistamento proteine)
- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)
- citoscheletro
- mitocondri (metabolismo energetico)
- cloroplasti (cellule vegetali)
- vacuoli
La cellula eucariotica
CITOSCHELETRO
Composto da
MICROTUBULI
FIBRE DI ACTINA
FILAMENTI INTERMEDI
Il citoscheletro fornisce:
IMPALCATURA STRUTTURALE DELLA CELLULA
- determina la forma della cellula
- è responsabile dei movimenti cellulari
- è sede del trasporto mediato da proteine
- è responsabile dei movimenti dei cromosomi
- ecc…….
GFP-tubulina durante la
MITOSI
La cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO
- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA
-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)
- complesso del Golgi (smistamento proteine)
- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)
- citoscheletro
- mitocondri (metabolismo energetico)
- cloroplasti (cellule vegetali)
- vacuoli
La cellula eucariotica
Per la SOPRAVVIVENZA CELLULARE vi è la
NECESSITA’ DI GENERARE ED UTILIZZARE
ENERGIA METABOLICA
Questa energia serve per tutti i
PROCESSI BIOSINTETICI nelle cellule
Nelle cellule la FONTE DI ENERGIA METABOLICA
è: l’ ADENOSINA 5’ – TRIFOSFATO
ATP
+ ENERGIA
La cellula eucariotica
LIBERAZIONE DI
ENERGIA
SINTESI DI ATP
RICHIESTA DI
ENERGIA
DEGRADAZIONE DI ATP
Evoluzione
ENDOSIMBIOSI
Mitocondri
Hanno dimensioni
Cloroplasti
simili ai batteri
-°-°-°Il processo dell’endosimbiosi ipotizza
che Cellule Eucariotiche Ancestrali si
siano
evolute
grazie
ad
una
associazione simbiotica con cellule di
Procarioti aventi migliori capacità
nell’utilizzo dei substrati metabolici
Evoluzione nelle piante
SOLE
E*
FOTOSINTESI
Produzione di
MACROMOLECOLE
E* Come ATP
Degradazione di
MACROMOLECOLE
Evoluzione
Mitocondri e Cloroplasti
- possono duplicarsi autonomamente
- posseggono DNA proprio (circolare)
- posseggono ribosomi
- sistema distinto dal Genoma cellulare
- posseggono doppia membrana
- presentano dimensioni simili a quelle dei
batteri
EUCARIOTI UNICELLULARI
EUCARIOTI UNICELLULARI
ad es.: i LIEVITI
Saccaromyces Cerevisiae
-°-°-°-°Importanza dei lieviti in Biologia:
- modelli di studio (es Ciclo cellulare, ecc)
- sistemi per esprimere proteine eterologhe
- produzione di farmaci proteici ricombinanti
- sistemi di screening dell’attivita’ di farmaci
- ecc….
ORGANISMI MULTICELLULARI
EUCARIOTI PLURICELLULARI
. Sistemi complessi in grado di interagire
ed influenzarsi a vicenda
.
Costituiti
da
cellule
differenziate e specializzate
altamente
. Le cellule sono organizzate in
ORGANI FUNZIONALI
ORGANISMI MULTICELLULARI
EUCARIOTI PLURICELLULARI
. Nell’uomo esistono piu’ di 200 tipi diversi
di cellule specializzate.
TUTTE POSSEGGONO LE STESSE
INFORMAZIONI
GENOMA
Evoluzione
Charles Robert Darwin
(Shrewsbury, 12 febbraio 1809 – Londra, 19 aprile 1882)
è stato un naturalista, geologo e agronomo
britannico, celebre per aver formulato, assieme ad
Alfred Russel Wallace, la teoria dell'evoluzione delle
specie animali e vegetali per selezione naturale di
mutazioni casuali congenite ereditarie (origine delle
specie), e per aver teorizzato la discendenza di tutti i
primati (uomo compreso) da un antenato comune
(origine dell'uomo).
Pubblicò la sua teoria sull'evoluzione delle specie nel
libro L'origine delle specie (1859), che è rimasto il
suo lavoro più noto. Raccolse molti dei dati su cui
basò la sua teoria durante un viaggio intorno al
mondo sulla nave HMS Beagle, e in particolare
durante la sua sosta alle Isole Galápagos.
Evoluzione
Corriere della sera del 07 ottobre 2008