Lezione - Scuola di Scienze della Salute Umana
annuncio pubblicitario
C ll l Cellule Francesco Bemporad Francesco Bemporad Scoperta delle cellule • Invenzione di rudimentali microscopi i i • Robert Hooke (1665): osserva il sughero. Describe piccole g p cellette (da cui il termine “cellula”). ) Scoperta p di cellule vive • Anton van Leeuwenhoek (1675): 1. per primo osserva cellule vive; Teoria cellulare • Alcune pietre miliari – Matthias Schleiden (1838): Conclude che tutte le piante sono fatte da cellule – Theodor Schwann (1839): Conclude ( ) che tutti gli animali sono fatti da cellule – Rudolph Virchow (1855): Determina che le cellule si le cellule si originano solo da solo da altre cellule Teoria cellulare Teoria cellulare • Elementi cardine della teoria cellulare 1. Tutti gli organismi sono composti da una o piu’ cellule. cellule 2. Le cellule sono le unita’ morfologiche e f funzionali l della d ll vita. 3. Le cellule si originano g SOLO da cellule. Diversita’ cellulare • Dimensioni • Forma • Organizzazione interna Dimensioni cellulari 9 Le cellule piu’ piccole Diversita’ cellulare ‐ dimensioni Le cellule piu’ grandi: Le cellule piu grandi: Per lunghezza: Per volume O i h Ostrich Egg Rapporto Area di superficie/volume SA = 6lw V = lwh SA = 6 mm2 V = 1 mm3 SA/V = 6:1 SA = 24 mm2 V = 8 mm3 SA/V = 3:1 V increases faster than SA SA = 96 mm2 3 V = 64 mm V 64 SA/V = 1.5:1 12 Diversita’ cellulare – organizzazione g interna • Nucleo: contiene il DNA e conseguentemente dirige l’attivita’ biolgica della cellula • Organello: componente Organello: componente cellulare che svolge una specifica attivita’ • Eucarioti: contengono un nucleo l e organelli ll che h interagiscono con la membrana • Procarioti: privi di nucleo e organelli che interagiscono con la membrana con la membrana Alcuni concetti • Fototrofi fi = ottengono l’energia l’ i necessaria i dalla luce • Chemiotrofi = ottengono l’energia necessaria p ; attraverso l’ossidazione di composti; • Autotrofi = Sintetizzano le molecole organiche a partire da composti a partire da composti inorganici quali CO2 e e H2O • Eterotrofi Et t fi = Per essi P i le sostanze l t organiche i h sono nutrienti; Andamento temporale della classificazione in domini Alcuni concetti • Protisti (organismi con organizzazione piuttosto semplice che non possono essere classificati come animali, piante o funghi) 1 Protozoi, protisti simili ad animali (Mastigophora, Sarcodina, 1. P t i ti ti i ili d i li (M ti h S di Sporozoa, Ciliata) 2 Alghe, i protisti simili a piante 2. Alghe i protisti simili a piante (Chlorophyta, rhodophyta, (Chlorophyta rhodophyta etc.) 3 Protisti simili a funghi (mixomiceti: producono spore e 3. Protisti simili a funghi (mixomiceti: producono spore e possono unire le loro cellule formando una cellula unica con molti nucleo detta plurinucleata) Woese (1990) Archaea • 1. 2. 3. 4. Nell 1977, 9 Carl C l Woese e George G Fox dell'università d ll' i i à dell'Illinois d ll' lli i condussero d un'analisi ' li i filogenetica comparativa, basata sulle sequenze del DNA e dell'RNA della piccola subunità ribosomiale (subunità 16S), che permise la distinzione dei procarioti in d due di diversi i domini: d i i Eubacteria E b t i e Archaebacteria, A h b t i modificati difi ti poii nell 1990 in i Bacteria e Archaea. Alofili: Alofili vivono in ambienti ad alta salinita’ (fino a 6 M) Termofili: Termofili vivono ad alte temperature (fino a 100 gradi) Psicrofili: Psicrofili vivono a basse temperature (‐10 gradi) Acidofili: Acidofili vivono a valori di p pH molto bassi. VIRUS VIRUS = piccola particella infettiva visibile solo al microscopio elettroonico. Contiene: • Un tipo U i di acido di id nucleico l i (DNA o RNA); (DNA RNA) • Una struttura prteica denominata capside • Un involucro membranoso denominato pericapside; pericapside VIRUS VIRUS = parassita endocellulare obbligato. Al di fuori della cellula i in cui si i i riproduce, un virus viene i d i i chiamato virione. VIRUS CICLO LITICO: CICLO LITICO: Il DNA virale viene espresso dal macchinario del batterio fino alla lisi. CICLO LISOGENO: Il DNA virale si integra nel DNA del batterio, dando un profago che viene riprodotto indefinitamente. VIRUS VIRUS DELL’AIDS (HIV): VIRUS DELL’AIDS (HIV): due molecole a singolo filamento di DNA identiche + trascrittasi inversa; Infetta le cellule del sistema immunitario, risultando in immunodeficienza (che porta a morte). MEMBRANA PLASMATICA MEMBRANA PLASMATICA • • • • Isolamento Regolazione degli scambi con l con l’ambiente ambiente Trasduzione del segnale Supporto strutturale 23 Il 42% della massa della membrana e’ fatta da fosfolipidi; Altri costituenti sono di natura proteica, piu’ il gli sfingolipidi g p colesterolo e g I fosfolipidi sono molecole anfipatiche fatte da una testa idrofilica e due code idrofobiche. 24 25 CARATTERISTICHE DELLA MEMBRANA - Fluida Fl id (catene ( t l t li insature); laterali i t ) - Selettivamente permeablie (permette il passaggio di piccole molecole idrofobiche) - Il colesterolo serve a mantenere la fluidita’ della membrana 26 CARBOIDRATI DELLA MEMBRANA CARBOIDRATI DELLA MEMBRANA CARBOIDRATI DELLA • 3‐5 % della membrana • Proteoglicani, glicoproteine Proteoglicani, glicoproteine e glicolipidi e glicolipidi • Glicocalice – Lubrication and protection – Anchoring and locomotion g – Specificity in binding – Recognition 27 MODELLO A MOSAICO FLUIDO (Singer, Nicholson)) Le proteine galleggiano come iceberg in un mare di fosfolipidi, che possono diffondere e roteare t Le proteine possono essere integrali (canali canali,, trasportatori) trasportatori p )op periferiche (recettori recettori,, enzimi,, proteine di identita enzimi identita’’ cellulare cellulare). ). 28 29 Membrane proteins Membrane proteins • • • • • • Anchoring proteins Recognition proteins Recognition proteins Enzymes Receptor proteins Carrier proteins Carrier proteins Channels 30 Giunzioni intercellulari Tight junctions g j – membranes of adjacent cells j bound together by occludins and claudins forming an impermeable junction forming an impermeable junction. • Desmosomes are protein “spot welds” in skin and cardiac muscle: – plaques, linker protein filaments, and filaments across inside of cell filaments across inside of cell thicker 31 Intercellular junctions • Gap junctions are tubular channels (conne ons) that connect the c toplasm of (connexons) that connect the cytoplasm of one cell with that of another. – Ions, simple sugars and other small molecules • Cellular Adhesion Molecules Cellular Adhesion Molecules help cells form help cells form • temporary attachments to other cells. CAMs 32 33 34 Membrane proteins • • • • Anchoring proteins Recognition proteins Recognition proteins Enzymes Receptor proteins – Ligands bind g • Carrier proteins – allows establishment of electrochemical gradient allows establishment of electrochemical gradient • Channels • Rafts –lipid rafts – tails saturated; more cholesterol 35 Membrane Physiology Membrane Physiology • Cell membrane function: Cell membrane function: – Cellular communication – Establish an electrochemical gradient – Are selectively permeable • • • • Lipids Size Electrical charge Presence of channels and transporters p 36 MOVIMENTO DI MATERIALE MOVIMENTO DI MATERIALE • Processi passivi: – Dipendono p dalla concentrazione – Non richiede energia – Muove sostanze secondo gradiente secondo gradiente di di concentrazione; 37 DIFFUSIONE • Dipende da: – Temperatura; p ; – Gradiente; – Distanza ; – Dimensione molecolare; – Forze elettriche; • Raggiunge un equilibrio un equilibrio o • Lo stato stato stazionario 38 39 40 DUE TIPOLOGIE • DIFFUSIONE SEMPLICE • DIFFUSIONE FACILITATA DIFFUSIONE FACILITATA Limitata dal numero di canali a disposizione 41 OSMOSI • Movimento d’acqua attraverso una membrana p semipermeabile • Si muove secondo gradiente di concentrazione d acqua d’acqua • Genera una pressione (osmotica) 42 43 TONICITA TONICITA’ • Cconcentrazione di una soluzione rispetto ad un’altra • ISOTONICO = stessa pressione osmotica – 0.9 % NaCl 0 9 % N Cl or 5% glucosio. 5% l i • IPOTONICO = inferiore pressione osmotica • IPERTONICO = maggiore pressione osmotica 44 45 46 Cellula in soluzione ipertonica crenazione 47 Cellula in soluzione i t i ipotonica 48 OSMOSI • Elimina le differenze di concentrazione piu’ velocemente della diffusione del soluto • Aquaporine – canali per l’acqua 49 DIFFUSIONE FACILITATA DIFFUSIONE FACILITATA • • • • Usa trasportatori di membrana Secondo gradiente Secondo gradiente Specifica Limiti di saturazione 50 51 FILTRAZIONE Tipo po d di d diffusione us o e in cu cui il movimento d’acqua e soluto avviene attraverso una membrana g grazie alla g gravita’ o alla pressione idrostatica 52 53 54 TRASPORTO ATTIVO TRASPORTO ATTIVO • Dipende dall’energia(ATP) • Genera gradienti Genera gradienti • Spesso vengono chiamate pompe – Na+ / K+ pump ‐ Na/K ATPase – Others carry Ca y ++, Mgg++, I‐, Cl‐ and Fe++ 55 TRASPORTO ATTIVO TRASPORTO ATTIVO • Controtrasporto – Pompe p di scambio • Cotrasporto o simporto – Muove M d due sostanze nella ll stessa direzione di i – Una va secondo gradiente – Usa energia per ripompare indietro una delle due sostanze 56 57 TRASPORTO VESCICOLARE TRASPORTO VESCICOLARE Exocytosis – spostare sostanze fuori Endocytosis y – spostare p sostanze dentro Pinocitosi – “cell drinking” Fagocitosi – “cell eating” Endocitosi mediata da recettori 59 60 61 Receptor mediated endocytosis Receptor mediated endocytosis 62 63 Exocytosis 64 IlIl ciclo ciclo cellulare ee la divisione la divisione cellulare Fasi del ciclo del ciclo cellulare • Due fasi principali – Interfase: normale f l attivita’ cellulare ’ ll l – MITOSI: divisione cellulare INTERPHASE Growth G1 (DNA synthesis) Growth G2 DNA • Informazione genetica contenuta nel DNA • Cromosoma: piccolo corpo di forma e struttura costanti costituito nelle cellule eucariotiche cellule eucariotiche da da DNA e proteine (prevalentemente istoni) Figure 12.3 50 µm CROMOSOMI • Un eucariote ha circa 1000 volte il DNA di un p procariote • L’organizzazione del cromosoma eucariote e’ molto piu’ complessa molto piu complessa di quanto di quanto osservato nei procarioti Organizzazione del DNA nei del DNA nei procarioti O Organizzazione i i d l DNA del DNA negli li eucarioti i i O Organizzazione i i d l DNA del DNA negli li eucarioti i i ¾ Ogni duecento basi, il DNA si arrotola intorno ad un “rocchetto” fatto da 8 istoni, formando un nucleosoma CROMOSOMI • L’informazione genetica e’ contenuta nei cromosomi. – La maggior parte delle cellule eucariote ha tra 10 e 50 cromosomi. e 50 cromosomi. – Nell’uomo ci sono 46 cromosomi, divisi in 23 coppie. coppie • • • Cariotipo Corredo cromosomico di un individuo; Si fotografano I cromosomi quando sono condensati (cioe’ durante la divisione) e li si dispongono in ordine in ordine In un individuo sano ci sono 46 cromosomi (sindrome di Down: trisomia 21; 47,XXY or XXY, sindrome di Klinefelter) Coppia di cromosomi omologhi Centromere Sister chromatids 5 µm CROMOSOMI • IIn una cellula ll l diploide, I cromosomi di l id I i occorrono in i coppie di cromosomi omologhi • Comosomi non omologhi non omologhi – Appaiono diversi – Controllano tratti diversi • Cromosomi sessuali – Sono rappresentati come X e Y come X e Y – Determinano il sesso (XX femmina; XY maschio) DETERMINAZIONE DEL SESSO DETERMINAZIONE DEL SESSO CROMOSOMI • • • Una cellula diploide ha due copie di ciascun cromosoma Un uomo ha 46 cromosomi h 6 i (2n = 46) (2 6) Dopo la fase S (sintesi DNA) tutti I cromosomi sono duplicati e consistono in due cromatidi identici Maternal set of chromosomes (n = 3) 2n = 6 Paternal set of chromosomes (n = 3) Two sister chromatids off one replicated li t d chromosome Centromere Two nonsister chromatids in a homologous pair Pair of homologous chromosomes (one from each set) CROMOSOMI • Cromosomi omologhi: • Appaiono identici • Controllano gli stessi tratti (ma potrebbero codificare per forme differenti dello stesso tratto) • Hanno origine diversa (uno da ciascun genitore) CROMOSOMI • Prima della mitosi, I cromosomi sono replicati e poi condensano • Ciascun cromosoma duplicato ha due cromatidi ha due cromatidi che si separano durante la mitosi. la mitosi 0.5 µm A eukaryotic cell has multiple chromosomes, h one off which hi h iis represented here. Before duplication, each chromosome has a single DNA molecule. Once duplicated, a chromosome consists of two sister chromatids connected at the centromere. Each chromatid contains a copy of the DNA molecule. Mechanical processes separate the sister chromatids into two chromosomes and distribute them to two daughter cells. Chromosome duplication (including DNA synthesis) Centromere Separation of sister chromatids Centrometers Sister chromatids Sister chromatids CROMOSOMI • I cromatidi I idi sono uniti i i da un centromero d centromero. centromero • I due cromatidi sono identici (a meno di mutazioni): Non-sister chromatids Centromere Duplication Sister chromatids Two unduplicated chromosomes Sister chromatids Two duplicated chromosomes Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. CROMOSOMI – Diploide – Due copie di ciascun cromosoma (cellule del corpo). • Cromosomi omologhi fatti da due cromatidi uniti al centromero. – Aploide – Una sola copia di ciascun cromosoma (cellule sessuali). • • CROMOSOMI Il centromero contiene una sequenza di DNA specifica alla quale sono legati due dischi di proteine, il cinetocore cinetocore. Il i t Il cinetocore f funge per punto t di attacco di tt d i microtubuli dei i t b li lungo l I I quali li sii avra’ la ’l divisione dei cormatid.: Metaphase chromosome Centromere region of chromosome Kinetochore Kinetochore microtubules Sister Chromatids Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. FASI DEL CICLO FASI DEL CICLO • • • Interfase f – G1 ‐ crescita – S ‐ sintesi – G2 ‐ crescita M ‐ mitosi C ‐ citochinesi INTERFASE • G1 ‐ Crescita • S – replicazione dei cromosomi (sintesi sintesi) a produrre I I sintesi) a produrre cromatidi: cromatidi: – Uniti al centromero al centromero – Con siti di aggancio (ilil cinetocore) cinetocore • G2 – Condensazione dei cromosomi – Assemblaggio p del macchinario per la divisione MITOSI ¾ Ciascuna cellula figlia riceve una copia dei cromosomi presenti nella cellula madre. madre ¾ Produce due cellule identiche a quella di partenza. replicazione li i Mit i Mitosi Cellula diploide Mitotic Division of an Animal Cell G2 OF INTERPHASE Centrosomes (with centriole pairs) Nucleolus Chromatin Ch ti (duplicated) Nuclear Plasma envelope membrane PROPHASE Early mitotic spindle Aster Centromere Chromosome, consisting of two sister chromatids PROMETAPHASE g Fragments of nuclear envelope Kinetochore Nonkinetochore microtubules Kinetochore Ki t h microtubule Mitotic Division of an Animal Cell Mitotic Division of an Animal Cell METAPHASE ANAPHASE Metaphase plate Spindle Centrosome at Daughter one spindle pole chromosomes TELOPHASE AND CYTOKINESIS Cleavage furrow Nuclear envelope forming Nucleolus forming G2 dell’interfase • Un rivestimento nucleare lega il nucleo. nucleo • Presenza di uno o piu’ nucleoli. • Si formano due centrosomi da replicazione di un singolo centrosoma. • Nelle N ll cellule ll l animali i li ciascun i centrosoma t h ha due centrioli. • I cromosomi non sono ancora condensati. G2 OF INTERPHASE Centrosomes ((with centriole pairs) p ) Nucleolus Chromatin (duplicated) Nuclear Plasma envelope membrane Profase • Le fibre di cromatina cominciano ad essere di ti distinguibili. ibili • I nucleoli scompaiono. • Ciascun cromosoma appare come coppia di cromatidi. cromatidi • Si forma il fuso mitotico fatto da centrioli e microtubuli. • Spinti p dai microtbuli I centrosomi si allontanano gli uni dagli altri. PROPHASE Early y mitotic spindle Aster Centromere Chromosome, consisting Chromosome of two sister chromatids Metafase • La parte piu’ lunga, dura ca. 20 minuti. • I centrosomi sono ormai agli g estremi opposti. •I centromeri si allineano lungola piastra metafasica.. • Il cinetocore si attacca ai microtubuli. METAPHASE Metaphase plate Spindle Centrosome at one spindle pole FUSO MITOTICO FUSO MITOTICO • Insieme di centrosomi e microtubuli • Controlla il movimento dei cromosomi • I due centrosomi si dividono a partire da un centrosoma singlo • L’assemblaggio dei microtubuli comincia proprio dai centrosomi • I microtubuli partono come raggi dal centrosoma. ANAFASE • Il passaggio piu’ corto: dura solo pochi minuti. • Inizia nel momento in cui I cromatidi si separano. • I microtubuli si accorciano richiamando I cromatidi (a ca ca. 1 µm/min). µm/min) • La cellula si allunga (altri microtubuli si allungano). • Alla a fine, e, a ai due es estremi e ssi trovano o a o due insiemi di cromosomi identici. ANAPHASE Daughter chromosomes h TELOFASE • Si formano due nuclei. •II cromosomi si decondensano. • La mitosi e’ completae. TELOPHASE AND CYTOKINESIS Cleavage g furrow Nuclear envelope forming g Nucleolus forming MITOSI IN TIME LAPSE MITOSI IN TIME LAPSE CITOCHINESI • Cleavage of cell into two h l halves – Animal cells Constriction belt of actin filaments – Plant cells Cell plate – Fungi and protists Mitosis occurs within the nucleus citochinesi 100 µm Cleavage furrow Contractile ring of microfilaments Vesicles forming cell plate Wall of patent cell 1 µm Cell plate New cell wall Daughter cells D Daughter ht cells ll (a) Cleavage of an animal cell (SEM) (b) Cell plate formation in a plant cell (SEM)
