Base cellulare
della vita
Prof.ssa Flavia Frabetti
2 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE
pro-Káryon, quindi
senza una carioteca
o nucleo
Teoria cellulare (Schleiden e Schwann 1839; Virchow 1859):
• tutti i viventi sono costituiti di cellule
• le cellule sono unità in cui avvengono i processi vitali
• ogni cellula deriva da un’altra cellula, capacità riproduttiva
La cellula come UNITA’ CONCETTUALE dei viventi
come l’atomo lo è della materia
Caratteristica
CELLULA
PROCARIOTA
La cellula è l’unità strutturale e funzionale degli organismi viventi.
Struttura minima in grado di compiere tutte le attività minime della vita.
EUCARIOTA
eu- Káryon, quindi
con una carioteca
o nucleo ben organizzato
delimitato dalla membrana
nucleare
Procariote
Eucariote
assente
presente
Diametro cell.
1 µm
10-100 µm
Citoscheletro
assente
presente
Organelli
citoplasmatici
Contenuto in
DNA (bp)
Cromosomi
assenti
presenti
1x106 – 5x106
1,5 x107 – 5x109
Nucleo
Unica molecola
Molecole
di DNA
multiple di DNA
circolare
lineare
CELLULA EUCARIOTA
CELLULA PROCARIOTE
nucleo
modello semplificato
mesosomi
DNA
flagello
ribosomi
inclusioni
fimbrie
parete cellulare
membrana
reticolo endoplasmatico
liscio
Caratteri condivisi:
• membrana plasmatica
• nucleoide (DNA)
• citosol con ribosomi
Strutture specializzate:
• parete cellulare (peptidoglicano)
• membrana esterna alla parete
• capsula o glicocalice
• mesosomi
• flagelli (movimento)
• pili (accoppiamento)
Le CELLULE EUCARIOTICHE sono circondate dalla membrana
plasmatica o plasmalemma
mitocondrio
..
reticolo endoplasmatico rugoso
membrana plasmatica
apparato del Golgi
ribosomi
Le forme cellulari sono le più varie:
• nucleo organulo più grande (5µm): sede del DNA
duplicazione del DNA
sintesi di RNA
Il resto della cellula è costituito di citoplasma con diversi organelli
• citoscheletro: dà forma e movimento alla cellula
• mitocondri e cloroplasti: metabolismo energetico, i primi sede
della fosforilazione ossidativa con produzione di ATP, i secondi sede
della fotosintesi
• lisosomi e perissosomi: digestione e reazioni ossidative
• reticolo endoplasmatico e apparato del Golgi:
smistamento e trasporto di proteine, modificazione delle proteine,
sintesi dei lipidi
Quanto più una cellula è specializzata, tanto più è diversa
dal modello tipo!
Organuli o particelle che intervengono
nella trasmissione delle informazioni
nucleo = coordina tutte le attività cellulari
attraverso il controllo della sintesi delle proteine,
contiene l’informazione o programma genetico
INVOLUCRO NUCLEARE
1. doppia membrana
2. la m. interna dà aggancio ad
una lamina nucleare, fitta rete di proteine
dette lamìne
3. i pori nucleari sono delle porte/barriere
attraverso cui passano sostanze nei 2 sensi
ribosomi = siti in cui avviene la
sintesi proteica
TRASPORTO SELETTIVO
Membrana nucleare ext
Spazio perinucleare
Membrana nucleare int.
Reticolo
endoplasmatico
Lamina nucleare
NUCLEO
Complesso del poro
Diffusione passiva
RNAs/RNPs
non è un semplice “contenitore” di cromatina, RNA, proteine,
ma organizza il materiale genetico
nucleo interfasico
nuclei in divisione
CITOPLASMA
Ioni, piccole molecole
Proteine, snRNPs
NUCLEO
Trasporto mediato
energia dipendente
Reticolo fibroso di proteine
Sulla sup. interna del nucleo
(lamìne nucleari)
la cromatina
si condensa
in cromosomi
durante la mitosi
Nucleolo:
sito di trascrizione dell’rRNA e di assemblaggio dei ribosomi.
(NB: Una cellula in crescita attiva riesce a produrre
10.000 ribosomi al min)
Cosa è la cromatina?
La cromatina è un complesso tra DNA eucariotico e proteine.
Le proteine principali sono gli istoni, piccole proteine basiche.
5 tipi di istoni: H1, H2A, H2B, H3 ed H4.
Il grado di condensazione varia durante il ciclo vitale della cellula,
nucleo interfasico:
Eucromatina = (“vera cromatina”) dispersa, debolmente colorata,
attivamente espressa cioè trascrivibile.
Eterocromatina = (“cromatina diversa”) colorata marcatamente,
molto compattata ed inattiva cioè non trascrivibile.
Può essere però di 2 tipi:
eterocromatina costitutiva
sequenze mai trascritte
eterocromatina facoltativa
sequenze non trascritte in alcune
cellule, varia secondo l’attività
trascrizionale del tipo cellulare.
Eucromatina
Eterocromatina
Quanto è lungo il DNA?
Come si organizza nel
nucleo di una cellula?
nucleo
46 cromosomi = 2 metri
100.000 miliardi di cellule
l'estensione complessiva in
lunghezza è sufficiente a coprire
circa 1.000 volte la distanza
Terra-Sole.
cromosoma
telomero
centromero
riavvolgimento
ulteriore
telomero
domini ad ansa
legati ad un supporto
proteico
proteine acide
istoni
DNA
cromosoma
in metafase
fibre di cromatina
di 30 nm:
nucleosomi
impaccati
scaffold
proteico
core = ottamero
istonico
cromatina a
“collana di
perle”
breve regione
di DNA
nucleosoma
RIBOSOMI
ruolo chiave nella
SINTESI delle PROTEINE
Particelle costituite da:
rRNA
proteine
Organuli coinvolti nelle trasformazioni energetiche
mitocondri = coinvolti nelle trasformazioni energetiche
con ruolo cruciale nella generazione di energia metabolica.
Energia derivata dalla
demolizione di
carboidrati e acidi grassi
convertita in ATP
funzione catalitica
aumentano la funzionalità
degli rRNA
Liberi nel citoplasma (polisomi) o
associati alla m. nucleare esterna
o al RE (RER)
MITOCONDRI
MITOCONDRI
organuli semi-autonomi
In tutte le cellule eucariotiche
Struttura:
Doppia membrana, l’interna sollevata in
creste
Funzione:
Produce Energia (ATP)
Caratteristiche:
- DNA circolare (mtDNA) con codice proprio
- ribosomi propri
Produzione di alcune proteine
! capaci di riprodursi all’interno della cellula
! capaci di sintesi autonoma di alcune proteine
ipotesi di una origine ENDO-SIMBIONTICA
FUNZIONE
siti della RESPIRAZIONE CELLULARE
complesso di reazioni chimiche che realizzano il
completo catabolismo di zuccheri e lipidi ad opera dell’O2
con produzione di energia, ATP.
P
P
ADENINA
5’
P
4’
1’
RIBOSIO
3’
2’
RETICOLO
ENDOPLASMATICO
FUNZIONI
RER
APPARATO DEL GOLGI
cisterne appiattite
o sacculi impilati
posti in comunicazione
da vescicole
REL
sintesi delle proteine
di secrezione
o di membrana
detossificazione di farmaci
e veleni
aggiunta di oligosaccaridi a
proteine con formazione di
glicoproteine
metabolismo dei carboidrati
sintesi di fosfolipidi
sintesi di lipidi
RICEZIONE (dal RE)
MODIFICHE
SMISTAMENTO
SPEDIZIONE (segnali)
alla parte
oligosaccaridica di molte
Glicoproteine
+ SINTESI
POLISACCARIDI
MP
LISOSOMI
ESTERNO
sintesi di nuova membrana
Schema: rapporti tra RE Golgi e secrezione
LISOSOMI
vescicole contenenti enzimi idrolitici, “sistema digestivo” della
cellula che elimina:
1) materiale assunto dall’esterno
2) componenti cellulari obsoleti
Nucleo
REL
RNA
FUNZIONE
RER
Proteine
Apparato
Golgi
Citoplasma
Membrana
cellulare
nota: esistono almeno
30 diverse malattie
genetiche da accumulo
lisosomale dovute ad
alterazione dei geni che
specificano per gli E
