La Cellula
PAS : Classe di insegnamento A60
Biologia e scienze
A.A . 2013/2014
21/03/2014
Docente: Giuseppina Covello
La Cellula
Comunicazione tra cellula ed ambiente
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Le cellule sono le unità Strutturali e Funzionali
fondamentali degli organismi viventi
Si calcola che in ognuno di noi ne esistano circa 100 mila
miliardi.
La teoria cellulare si basa su tre affermazioni:
La cellula è l’unità di base dei viventi;
Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule
(essi possono essere unicellulari o pluricellulari);
Nuove cellule possono derivare soltanto da cellule
preesistenti.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le cellule hanno piccole dimensioni
Il volume della cellula può variare da 1 μm3 a 1000 μm3.
Lo strumento che ci consente di osservare le cellule più
piccole di 0,1 mm è il microscopio.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Il microscopio ci permette di osservare le singole
cellule
Il microscopio ottico composto
(LM) si avvale della luce e di un sistema
di lenti per ingrandire le immagini.
Il limite di risoluzione è di 0,2 μm.
Nel microscopio elettronico a
trasmissione (TEM), il campione è
investito da un fascio di elettroni
(lunghezza d’onda minore della luce). Le
immagini sono quindi a risoluzione più
fine: il TEM più potente arriva a 0,1 nm.
Il
microscopio
elettronico
a
scansione (SEM) raccoglie e mette a
fuoco gli elettroni che sono dispersi dalla
superficie del campione, generando
un’immagine tridimensionale.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le cellule possono essere procariotiche o eucariotiche
Cellula procariotica
Nucleoide
•la membrana plasmatica
•il citoplasma
Nucleo
Le cellule procariotiche sono molto più
piccole di quelle eucariotiche e hanno una
struttura di base più semplice.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Cellula eucariotica Organuli
Colorizzata TEM 15 000
Le cellule procariotiche ed eucariotiche
possiedono due strutture comuni:
Le cellule procariotiche
Le cellule procariotiche (da pro,
prima e karyon, nucleo) sono
prive di un nucleo racchiuso
da una membrana.
Gli
organismi
unicellulari
costituiti
da
cellule
procariotiche, i procarioti,
sono classificati in due domini:
•Archaea (archei);
•Bacteria (batteri).
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Caratteristiche di un procariote
Parete cellulare e capsula
Membrane interne
Flagelli e pili
Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
Le cellule eucariotiche
Le cellule eucariotiche (da eu,
buono, e karyon, nucleo) hanno
un nucleo delimitato da una
membrana ben distinta, che
racchiude il DNA.
Gli organismi eucariotici, ossia
protisti,
funghi,
piante e
animali,
fanno tutti parte del dominio
degli Eukarya (eucarioti).
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Caratteristiche di una cellula eucariotica
Cellula animale
•
Cellula vegetale
La membrana plasmatica costituisce e delimita la superficie esterna della
cellula: separa l’interno dall’esterno.
•
Il citoplasma è contenuto fra la membrana citoplasmatica e il nucleo. La
porzione fluida è detta citosol: al suo interno sono presenti vari tipi di
organuli.
•
Il nucleo è l’organulo più grande della cellula e agisce da centro di controllo.
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Organuli per la sintesi e l’assemblaggio
Nucleo
Sintesi: acidi nucleici
Assemblaggio: ribosomi
Reticolo endoplasmatico ruvido e liscio
Sintesi: proteine; lipidi
Apparato di Golgi
Modifica delle proteine
Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
Organuli per la demolizione
Lisosoma
Perossisoma
Vacuolo
Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
Organuli che trasformano l’energia
Mitocondrio
Cloroplasto
Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
Strutture di sostegno
Lo scheletro delle cellule è costituito da microtubuli,
microfilamenti e filamenti intermedi
Il citoscheletro è costituito da una rete di fibre proteiche di
sostegno.
Subunità di tubulina
Subunità di actina
Subunità fibrosa
25 nm
7 nm
Microfilamento
10 nm
Filamento intermedio
Microtubulo
Ogni cellula comunica con le cellule adiacenti
Le cellule animali sono connesse tra
loro tramite tre tipi di giunzioni:
•giunzioni di ancoraggio, o
desmosomi;
•giunzioni occludenti, o
serrate;(canali che lasciano passare
ioni piccole molecole ed ATP)
•giunzioni comunicanti, o
giunzioni gap.
Le cellule vegetali sono connesse
tra loro tramite sottili canali, i
plasmodesmi.
Essi consentono lo scambio di
materiali tra cellule adiacenti e, di
conseguenza, tra tutte le cellule
della pianta.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’esterno della cellula
Matrice extracellulare
Parete cellulare
Le strutture extracellulari sono responsabili della
protezione, del sostegno e del fissaggio delle cellule.
Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
La membrana plasmatica è una struttura dinamica
La membrana plasmatica «modello a mosaico fluido». è
una barriera flessibile ma robusta costituita da un doppio strato
fosfolipidico in cui sono parzialmente o interamente inserite delle
proteine.
È caratterizzata da permeabilità selettiva, meccanismo che
consente il passaggio solo a determinate sostanze mentre lo
impedisce ad altre.
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Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
Gran parte dell’organismo è costituita da fluidi distinguibili in due
compartimenti:
Fluido intracellulare
Rappresenta i due terzi dei
fluidi totali. È contenuto
all’interno delle cellule (citosol).
Fluido extracellulare
È presente negli spazi
microscopici fra cellule
adiacenti per cui viene detto
anche fluido interstiziale.
I fluidi cellulari sono soluzioni acquose di gas, nutrienti, ioni e
altre sostanze utili alla vita.
Tortora, Derrickson Conosciamo il corpo
umano © Zanichelli editore 2009
Le sostanze attraversano le membrane
cellulari tramite:
Trasporti attivi: l’energia cellulare, sotto forma di
ATP, viene utilizzata per spingere la sostanza
attraverso la membrana contro il gradiente di
concentrazione.
Trasporti passivi: la sostanza attraversa la
membrana secondo il gradiente di concentrazione,
utilizzando solo la propria energia di movimento.
Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite processi
ATTIVI:
Trasporto attivo: Una certa
sostanza attraversa la
membrana plasmatica contro
il suo gradiente di
concentrazione.
Il trasporto è mediato da una
proteina di trasporto o pompa.
Richiede energia (ATP).
Tortora, Derrickson Conosciamo il corpo
umano © Zanichelli editore 2009
Trasporto con vescicole: le
vescicole formatesi per
gemmazione dalla membrana
plasmatica, raccolgono sostanze
dal fluido intracellulare e lo
liberano all’esterno (esocitosi) o
viceversa (endocitosi).
Diffusione facilitata di molecole
La molecola si muove per diffusione.
Le proteine di membrana sono
selettive per il trasportato e si aprono
quando si instaura il legame con il
trasportato.
Trasporto attivo indiretto
Il trasporto attivo indiretto sfrutta il
flusso di ioni per trasportare altre
molecole nella stessa (SINPORTO) o
in direzione diversa (ANTIPORTO).
Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite processi
PASSIVI
Per diffusione: passaggio di sostanze da zone a maggiore
a zone a minore concentrazione fino a raggiungere
l’equilibrio.
Diffusione semplice:
Le sostanze diffondo attraverso
le membrane senza che le
cellule compiano alcun lavoro:
le particelle si spostano
spontaneamente da una zona
dove sono più concentrate a
una dove sono meno
concentrate.
IONI, molecole lipidiche, H2O,
CO2, O2…….
PASSIVI
Diffusione facilitata
Molte tipi di molecole non
diffondono liberamente
attraverso le membrane.
Queste molecole attraversano le
membrane con l’aiuto di proteine
di trasporto che forniscono un
passaggio attraverso le membrane
in un processo chiamato
diffusione facilitata.
PASSIVI
Maggiore
concentrazione
di soluto
Minore
concentrazione
di soluto
Molecola
di soluto
Uguale
concentrazione
di soluto
H2O
Membrana
selettivamente
permeabile
Molecole
d’acqua
Molecola di soluto
circondata da molecole d’acqua
Movimento netto dell’acqua
Per osmosi: passaggio
passivo di acqua attraverso
una membrana a
permeabilità selettiva da
un’area a bassa
concentrazione di soluto a
un’area ad alta
concentrazione di soluto.
La membrana è tale per cui
solo le molecole dell’acqua
possono liberamente
diffondere, mentre la
diffusione del soluto è
impedita.
Comportamento delle cellule poste in soluzioni con diversa
concentrazione:
Le soluzioni
isotoniche hanno la
stessa concentrazione
di soluto della
soluzione di controllo.
Le soluzioni
ipotoniche quelle
povere di soluto, rispetto
ad una soluzione di
controllo.
Le soluzioni
ipertoniche sono
quelle ricche di soluto,
rispetto ad una
soluzione di controllo
Le emazie perdono acqua per osmosi quando immerse in soluzione ipertonica
al contrario assumono acqua se immerse in soluzione ipotonica (fino a lisare).
Tutto ciò accade per diffusione passiva.
Le cellule vegetali poiché
possiedono la parete cellulare
oltre alla membrana plasmatica,
non lisano se immerse in
soluzione ipotonica e
mantengono la forma di origine
anche se immerse in soluzione
ipertonica
La cellula può attivamente controllare la sua pressione
osmotica
Per gli organismi è molto importante un equilibrio idrico tra
le cellule e l’ambiente circostante
Il Paramecio e altri protozoi possono controllare la loro
pressione osmotica. Essi sono in genere iperosmotici
rispetto all’ambiente extracellulare
Le condizioni ideali per una cellula animale e una vegetale
sono, rispettivamente, una soluzione isotonica e una
soluzione ipotonica.
Il controllo dell’equilibrio idrico in una cellula si chiama
OSMOREGOLAZIONE.
Osmoregolazione negli animali
AMBIENTE INTERNO STABILE
- trattenuta adeguata quantità di
acqua
- appropriata concentrazione di
sali e molecole
- escrezione dei rifiuti tossici
ORGANI ESCRETORI :
animali terrestri :reni
animali acquatici : reni, branchie, pelle
I pesci di acqua dolce devono
limitare l’ingresso di acqua e la
perdita di sali.
I pesci marini devono limitare la
perdita di acqua e l’ingresso di sali
