LA CELLULA
La cellula è l'unità fondamentale di ogni organismo
vivente
Le sue principali caratteristiche sono di essere in grado
di vivere autonomamente e soprattutto di riprodursi
Durante l'evoluzione della vita, l'associazione e la
cooperazione fra cellule è risultata vantaggiosa, dando
origine a organismi a più cellule
Da qui la necessità per le cellule di differenziarsi per
svolgere funzioni diverse di vista biochimico
Per questo motivo all'interno dello stesso organismo
troviamo quindi cellule molto diverse fra loro come
struttura, dimensioni e forma a seconda delle funzioni
che svolgono
Tutte queste cellule sono però riferibili al modello
generale della cellula eucariote
Da sottolineare che, dagli organismi unicellulari ai
pluricellulari, tutte le cellule hanno delle caratteristiche
fondamentali apprezzabili proprio da un punto di vista
biochimico
La maggiore differenza tra le cellule dei PROCARIOTI
rispetto a agli EUCARIOTI, sta nel fatto che i procarioti
presentano il materiale genetico libero nel citoplasma,
mentre negli eucarioti esso si trova segregato
all’interno di un nucleo circondato da membrana
Questa differenza strutturale comporta anche piccole
variazioni nei processi di trascrizione e traduzione
Negli eucarioti, infatti, la trascrizione del DNA in mRNA
avviene nel nucleo; poi le molecole di mRNA vengono
traslocate nel citosol, dove ha luogo la sintesi delle
proteine
PROCARIOTI
I PROCARIOTI (batteri ed alghe verdi) sono gli
organismi più diffusi sulla Terra
Le cellule procariote, oltre ad essere normalmente
assai più piccole di quelle eucariote (con un diametro
generalmente compreso fra 1 e 5 µm), hanno una
struttura interna alquanto semplice
Il loro DNA si trova concentrato in una regione del
citoplasma, senza essere delimitato da alcuna
membrana
Sono prive di organuli, a eccezione dei ribosomi,
preposti alla sintesi delle proteine
Le funzioni cellulari sono comunque effettuate da
complessi enzimatici analoghi a quelli delle cellule
eucariote
STRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTA
Presenza di una MEMBRANA PLASMATICA (8 nm) che
è costituita da un doppio strato lipidico contenente
proteine. Ha la funzione di impedire il passaggio di ioni
inorganici e molecole cariche o polari
Il contenuto interno racchiuso dalla membrana è
definito CITOPLASMA, composto dalla soluzione
acquosa (CITOSOL) e molte particelle con funzioni
diverse
CROMOSOMI consistono di una singola molecola
circolare di DNA che è condensato a formare un corpo
definito NUCLEOIDE
PARETE CELLULARE (3-25 nm) è presente in molti
organismi per la protezione dal danno meccanico e
dalla pressione osmotica
EUCARIOTI
La cellula degli organismi EUCARIOTI ha un volume molto
più grande di quella dei procarioti (da migliaia fino ad un
milione di volte superiore) ma il carattere distintivo è la
presenza della membrana cellulare, del nucleo e di altri
organelli cellulari ben delimitati dal citosol
PARETE CELLULARE
E’ costituita per il 90% da carboidrati (CELLULOSA)
ed il resto da proteine (GLICOPROTEINE)
Le cellule adiacenti sono connesse tra loro dai
PLASMODESMATI (da 1000 a 10.000) che
permettono il passaggio di molecole di massa di
circa 900 Da
Queste strutture legano le varie cellule vegetali a
formare un compartimento nel quale i metaboliti
possono circolare per diffusione (SIMPLASTO)
Lo spazio delimitato tra le cellule è chiamato spazio
extracellulare o APOPLASTO
MEMBRANA PLASMATICA
La membrana plasmatica, che avvolge ogni cellula,
oltre a definirne l'entità, ha il ruolo principale di
separare ciò che sta al suo interno da ciò che sta
all'esterno
La membrana plasmatica non costituisce solo una
barriera passiva, ma è in grado di regolare il
passaggio di sostanze che la attraversano
La sua funzione è quindi anche quella di filtro
selettivo capace di mantenere concentrazioni di ioni
diverse fra interno ed esterno e di lasciare entrare le
sostanze nutritive, facendo uscire i rifiuti: ciò
permette di mantenere le condizioni in cui possono
svolgersi le attività metaboliche
MEMBRANA PLASMATICA
Analogamente, le membrane interne che delimitano
gli organelli (i mitocondri, il nucleo ecc.) controllano
il passaggio di sostanze differenti tra i comparti
cellulari, regolando così l'ambiente interno
Il controllo di questi scambi dipende dalle proprietà
chimico-fisiche delle membrane e delle molecole
che le attraversano
Tutte le membrane di una cellula (membrana
plasmatica, membrana nucleare, e quelle che
delimitano gli organelli interni) hanno una identica
struttura
MEMBRANA PLASMATICA
Sono infatti composte da un doppio strato di lipidi,
la cui componente maggiore è rappresentata da
fosfolipidi, ma sono presenti anche steroidi e
glicolipidi, che si dispongono spontaneamente, per
le proprietà dei lipidi, con le estremità idrofobiche
rivolte verso l'interno
Il doppio strato ha la proprietà di autosigillarsi e
formare un involucro chiuso dotato di una
considerevole
resistenza
meccanica.
Questa
struttura funge da barriera per la maggior parte delle
molecole biologiche solubili in acqua (aminoacidi,
zuccheri, proteine e acidi nucleici) e per gli ioni
inorganici
CITOSOL
Il citosol è la sostanza gelatinosa che, assieme agli
organelli, costituisce il citoplasma, cioè la porzione
interna della cellula
Nel citosol si svolge gran parte del metabolismo
cellulare. Esso costituisce il 50% del volume di una
cellula e contiene proteine enzimatiche che
catalizzano varie reazioni: dalla demolizione degli
zuccheri alla sintesi dei grassi, dei nucleotidi, degli
zuccheri e delle proteine
All’interno della cellula sono presenti vari organelli
con funzioni diverse:
--------------------------------------------------------------------------VACUOLO
79% turgore cellulare,
magazzino
CLOROPLASTO 16% fotosintesi, sintesi amido e
lipidi
CITOSOL
3%
diversi processi metabolici
sintesi saccarosio
MITOCONDRIO
0,5% respirazione cellulare
NUCLEO
0,3% genoma cellulare
PEROSSISOMI
sito in cui si formano
intermedi tossici
RETICOLO ENDOPLASMATICO
OLEOSOMI
CORPI DEL GOLGI
NUCLEO
Il nucleo è un grosso organulo, il più delle volte sferico,
delimitato da un involucro nucleare costituito da due
membrane, ognuna delle quali è un doppio strato
fosfolipidico.
Di regola in ogni cellula è presente un solo nucleo, ma
esistono eccezioni (come i globuli rossi che ne sono
privi, o certe cellule ossee che ne posseggono molti)
Il nucleo è l'organulo che racchiude il materiale genetico,
cioè quello che è in grado di conservare l'informazione
biologica
NUCLEO
L'involucro nucleare fa da barriera tra i processi genetici
fondamentali della duplicazione del DNA e della sintesi
dell'RNA. All'interno del nucleo il DNA si trova
organizzato, a seconda della fase in cui si trova la
cellula, in strutture dette cromosomi o in una forma
meno organizzata, detta cromatina
La doppia membrana si fondono insieme al livello dei
pori nucleari attraverso i quali le molecole (mRNA,
proteine, ribosomi) possono muoversi
La membrana esterna spesso è associata con il reticolo
endoplasmatico (RER)
Nel nucleo il DNA è avvolto attorno alle proteine
istoniche ed organizzato nei cromosomi
NUCLEO
L'involucro nucleare racchiude un'altra struttura a
elevato grado di organizzazione, il nucleolo, nel quale
avviene l'assemblaggio di tutti i ribosomi della cellula
A differenza di altri organuli, il nucleolo non è delimitato
da membrane e può essere presente in più copie in un
singolo nucleo.
Oltre alla duplicazione del DNA e alla sintesi dell'RNA,
nel nucleo avvengono vari fenomeni di regolazione e
attivazione dei geni, mediati da proteine
RETICOLO ENDOPLASMATICO
Nelle cellule si possono distinguere due regioni
funzionalmente e strutturalmente diverse: il reticolo
endoplasmatico ruvido (o granulare), al quale, sul lato
citoplasmatico della membrana, sono attaccati i ribosomi
(questo tipo di reticolo è interessato sia alla sintesi sia al
trasporto fuori dalla cellula delle proteine) ed il reticolo
endoplasmatico liscio, che fisicamente è una porzione
dello stesso reticolo endoplasmatico ruvido, ma è privo
di ribosomi
RETICOLO ENDOPLASMATICO
Il reticolo endoplasmatico liscio è importante nella
sintesi dei lipidi e nel trasporto di sostanze dal reticolo
endoplasmatico ruvido all'apparato del Golgi
Mentre il reticolo endoplasmatico ruvido è organizzato
esclusivamente a cisterne, quello liscio è una rete
tridimensionale di tubuli
I ribosomi legati al reticolo endoplasmatico ruvido, che
sintetizzano le proteine, si trovano normalmente liberi
nel citosol e si attaccano sulla membrana esterna del
reticolo dopo aver riconosciuto una proteina che serve
da segnale e recettore
APPARATO DEL GOLGI
L'apparato del Golgi si trova in genere vicino al nucleo
ed è formato da numerosi gruppi di cisterne appiattite,
delimitate da membrane, impilate una sull'altra e
circondate da tubuli e vescicole
Esso ha due facce distinte: una di formazione, o cis, che
è strutturalmente associata con la porzione liscia del
reticolo endoplasmatico; e una di maturazione, o trans,
che è quella rivolta verso la membrana cellulare dalla
quale gemmano grosse vescicole di secrezione.
APPARATO DEL GOLGI
La funzione dell'apparato del Golgi è di indirizzare il
traffico delle molecole appena sintetizzate verso le giuste
destinazioni, dopo aver operato le modificazioni
necessarie a ottenere la conformazione definitiva delle
varie molecole
In particolare, le catene di zuccheri precedentemente
legate alle proteine nel reticolo endoplasmatico vengono
ampiamente modificate con l'aggiunta o l'asportazione di
determinati residui di carboidrati
MITOCONDRIO
I mitocondri sono le "centrali energetiche" della cellula;
producono l'energia necessaria per molte funzioni
cellulari, quali il movimento, il trasporto di sostanze ecc.
Essi contengono gli enzimi necessari per far avvenire le
reazioni chimiche che recuperano l'energia contenuta
nelle molecole organiche e l'accumulano in speciali
molecole di adenosintrifosfato (ATP), nelle quali si
conserva concentrata e pronta all'uso
I mitocondri sono organuli generalmente a bastoncello,
ma possono avere anche forma granulare o filamentosa.
MITOCONDRIO
Il mitocondrio è delimitato da due membrane a doppio
strato lipidico, selettivamente permeabili
La membrana esterna è liscia; quella interna forma
numerose pieghe, dette creste, perpendicolari alla parete
e più o meno lunghe
Le due membrane racchiudono e definiscono due spazi:
lo spazio intermembrana, che si trova tra le due
membrane, e lo spazio della matrice, dove è presente del
materiale omogeneo contenente enzimi, coenzimi, acqua,
fosfati e altre molecole
MITOCONDRIO
La membrana esterna è molto più permeabile di quella
interna: contiene infatti molte copie di una proteina, che
nel suo spessore dà origine a grandi canali, permettendo
il passaggio non selettivo di tutte le piccole molecole
presenti nel citosol, le quali vanno a riempire lo spazio
tra le due membrane
La membrana interna, viceversa, ha una permeabilità
molto selettiva: tramite proteine di trasporto, vi passano
solo le piccole molecole che devono essere
metabolizzate nello spazio della matrice
MITOCONDRIO
La membrana interna, lungo le sue creste, contiene
inoltre una serie di proteine enzimatiche che funzionano
in modo sequenziale, vale a dire che il prodotto di una
reazione catalizzata da una proteina servirà da substrato
per l'enzima successivo
Queste sono le proteine
della catena di trasporto
degli elettroni,
essenziali per la
produzione di
molecole "ad alta
energia
Nella matrice è presente
DNA mitocondriale per la sintesi di alcune proteine
CLOROPLASTO
Organello delimitato da un involucro a doppia membrana
lipoproteica che racchiude una matrice amorfa o
STROMA, fortemente idrofila e ricca di proteine
enzimatiche
Lo stroma è attraversato da un sistema di lamelle dette
TILACOIDI, che vengono distinte in:
- Tilacoidi stomatici
- - tilacoidi dei grana
Ogni grana è composto
da compartimenti
circolari piatti simili a
sacchetti comunicanti
tra loro che contengono
la clorofilla e altri
pigmenti in grado di
catturare la luce
CLOROPLASTO
I cloroplasti sono la sede della fotosintesi
Infatti i cloroplasti contengono la clorofilla, un pigmento
responsabile della colorazione verde delle piante che
riesce a ricavare energia in modo selettivo
LISOSOMI
I lisosomi sono vescicole che si formano nell'apparato
del Golgi, e sono essenzialmente sacchetti membranosi
(delimitati da una membrana a doppio strato lipidico) che
racchiudono enzimi idrolitici, in grado, nella digestione
intracellulare, di tagliare in maniera specifica e
controllata grosse molecole
Gli enzimi idrolitici dei lisosomi sono detti idrolasi acide
e comprendono proteasi, nucleasi, glicosidasi, lipasi ecc.
Se i lisosomi si rompono, la cellula stessa viene
distrutta, poiché gli enzimi che essi contengono sono
capaci di scindere tutti i composti principali presenti
nella cellula
LISOSOMI
Sono presenti solo nelle cellule animali.
PEROSSISOMI
I perossisomi sono organelli che contengono le catalasi,
enzimi specializzati per effettuare reazioni ossidative,
che impiegano l'ossigeno molecolare
Il perossisoma, con il mitocondrio, è il principale sito di
utilizzazione dell'ossigeno nella cellula
Grossi perossisomi delle cellule del fegato e del rene
sono importanti nel neutralizzare la tossicità di
numerose molecole, ossidandole (per esempio, quasi la
metà dell'alcol che beviamo viene neutralizzata nei
perossisomi).
PEROSSISOMI
Hanno una singola membrana e contengo enzimi per la
degradazione degli acidi grassi e degli amminoacidi
Uno dei prodotti delle diverse reazioni è il perossido di
idrogeno, composto estremamente tossico per la cellula
Nei perossisomi è presente in grande quantità un
enzima, la catalasi che rapidamente converte questa
sostanza in acqua e ossigeno
2H2O2 H2O + O2
PARETE CELLULARE attorno alla membrana cellulare
ed impartisce rigidità alla cellula ed è costituita
principalmente da cellulosa. Nelle piante legnose è
presente un altro composto, la lignina, che impartisce
ulteriore rigidità alla parete. La lignina è un polimero
fenolico insolubile in acqua
VACUOLO le cellule vegetali contengono uno o più
vacuoli, che vengono utilizzati per immagazzinare
nutrienti (saccarosio, acqua, ioni e prodotti di scarto).
Come i lisosomi nelle cellule animali, questo organello
ha un pH interno acido mantenuto attraverso una pompa
H+ nella membrana e contiene diversi enzimi degradativi
Le cellule contengono una vasta gamma
macromolecole con dimensioni molto diverse
di
La cellula risolve il problema di sintetizzare
macromolecole, procedendo in percorsi che portano alla
sintesi di piccoli monomeri (monosaccaridi, aminoacidi,
nucleotidi) uniti da legami covalenti in strutture superiori
(polisaccaridi, proteine, acidi nucleici)
Queste macromolecole sono poi tenute insieme in
strutture sopramolecolari da legami molto più deboli
come i legami idrogeno, le interazioni ioniche, le
interazioni idrofobiche e le forze di van der Waals
La cellula è un sistema isotermico che estrae energia e
materiali grezzi dal suo ambiente
Essa realizza reazioni chimiche con enzimi da lei
sintetizzati secondo principi di massima economia
Si mantiene in uno stato stazionario dinamico lontano
dall’equilibrio
Conserva una informazione genetica codificata da DNA e
RNA , specifica per le sequenze di a.a. nelle proteine
La struttura tridimensionale delle
stabilizzata da molte interazioni deboli
biomolecole
è
