Introduzione alla Biologia della Cellula

Introduzione alla Biologia della
Cellula
Lezione 1
L’ unità base degli organismi
viventi: la cellula
Teoria cellulare
• TUTTI gli organismi sono composti da
una o più CELLULE
(unicellulari/pluricellulari)
• La cellula è la fondamentale unità
organizzativa della vita
• Tutte le cellule esistenti originano da
cellule PREESISTENTI
Definizione
La cellula è l’unità MORFOLOGICA e
FUNZIONALE di tutti gli organismi viventi
Deve contenere strutture e
materiali per una vita
indipendente
• Membrana di separazione dall’ambiente
esterno
• Materiale genetico per la sua
riproduzione (DNA/RNA)
• Dispositivi per la sopravvivenza
Esistono due grandi famiglie
di cellule
PROCARIOTE
(batteri, cianofite)
• Prive di membrana
nucleare
• Sono sempre cellule
singole (organismi
unicellulari)
EUCARIOTE
(animali, vegetali)
• Hanno una membrana
nucleare
• Hanno altre strutture
delimitate da membrana
• Possono essere singole
o multiple (organismi
unicellulari/pluricellulari)
I virus NON SONO cellule.
• Sono entità biologiche con caratteristiche di
parassita obbligato.
• La singola unità virale viene denominata
virione.
• Possono essere responsabili di malattie in
organismi appartenenti a tutti i regni biologici:
esistono infatti virus che attaccano batteri (i
batteriofagi), funghi, piante e animali.
Le caratteristiche che
definiscono i vari tipi di cellule
sono:
• Il numero
• La forma
• Le dimensioni
Numero
ORGANISMI
UNICELLULARI
(procarioti, eucarioti)
•Sono costituiti da
un’unica cellula, che
svolge tutte le funzioni
ORGANISMI
PLURICELLULARI
(animali, vegetali)
•Cellule deputate ad un
certo tipo di funzione si
aggregano in tessuti
•Diversi tipi di tessuti
formano un aggregato con
una certa funzione
(organo)
•Diversi organi formano un
apparato
•Più apparati formano un
organismo
Forma
• E’ variabile, anche negli organismi
unicellulari
• La FORMA è legata alla FUNZIONE (ad
esempio gli eritrociti hanno una forma
tondeggiante)
Dimensioni
• Variabili (la cellula più grande è la
cellula uovo)
• Unità di misura: micron o micrometro
(µm)
• 1 µm = 1x10-3mm
Rapporto superficie/volume
• Più una cellula è piccola, più elevato è il
rapporto tra superficie e volume
• La superficie cellulare è il distretto
deputato all’interazione con le cellule
adiacenti e/o con l’ambiente
• Le dimensioni ridotte tendono a
massimizzare la superficie rispetto al
volume.
Esempio
• Una sfera con il raggio pari a 0.5mm avrà una
superficie (S=4πr2)pari a 3.14mm2, un
volume (V=4/3πr3) pari a 0.52mm3. Il rapporto
S/V sarà pari a 6/mm
• r=1
S = 12.56mm2 V = 4.19mm3
S/V = 3
• r=2
S = 50.24mm2 V = 33.49mm3
S/V = 1.5
Quindi le cellule sono piccole
perché:
• Devono mantenere un rapporto ottimale con
l’ambiente, da cui traggono nutrimento
• Quando una cellula si accresce, il suo volume
aumenta più rapidamente della sua superficie
(il rapporto S/V diminuisce rapidamente
all’aumentare del raggio)
• Se la superficie non riesce più a garantire
scambi con l’ambiente adeguati alla massa
cellulare, le sostanze nutritive non diffondono
con sufficiente velocità ed efficacia dalla
superficie verso l’interno, e lo stesso accade
per l’allontanamento delle sostanze di rifiuto
Mantenimento delle
dimensioni
• DIVISIONE CELLULARE: raggiunta la
dimensione massima una cellula non si
accresce più; muore oppure si divide
• Cellule labili (si possono riprodurre
frequentemente)
• Cellule stabili (mantengono la capacità
di riprodursi in caso di lesione)
• Cellule perenni (non vengono sostituite)
Tessuti a elementi labili
• Costituiti da cellule indifferenziate, dalla
vita breve (da pochi giorni a qualche
settimana), sono caratterizzati dalla
capacità di rinnovare continuamente gli
elementi cellulari morti
• Epiteli di rivestimento e sangue
Tessuti perenni
• Sono costituiti da cellule che si
differenziano precocemente, durante lo
sviluppo embrionale, crescendo poi
soltanto di volume, ma non più di
numero, nelle successive fasi dello
sviluppo corporeo (incapaci quindi di
sostituire gli elementi cellulari distrutti o
danneggiati)
• Tessuto nervoso, tessuto muscolare
striato
Tessuti stabili
• Tessuti connettivi, il tessuto muscolare
liscio, taluni epiteli ghiandolari
• Sono costituiti da cellule che, raggiunta
la differenziazione al termine
dell'accrescimento, cessano di
moltiplicarsi, tendendo a conservarsi
stabilmente; in caso di lesioni possono
riacquistare però la capacità di
riprodursi per riparare o sostituire la
parte di tessuto morto
• Dal punto di vista del rifornimento del
materiale energetico gli esseri viventi si
dividono in AUTOTROFI ED
ETEROTROFI
Organismi autotrofi
• (dal greco "autos" = da se stesso e "trophos" =
alimentazione): organismi capaci di nutrirsi
utilizzando solamente semplici sostanze
inorganiche, come avviene per le piante, che
necessitano solo di anidride carbonica ricavata
dall'aria, di luce e acqua e sali minerali assorbiti
dal terreno. Sono quindi capaci di produrre
autonomamente riserve alimentari (zuccheri ed
altre sostanze organiche) utilizzando l’energia
solare.
• Le piante sono foto-autotrofe perché utilizzano
il Sole (l’energia luminosa) come fonte di
energia;
Organismi eterotrofi
• (dal gerco "héteros" = altro, differente) si
nutrono di sostanze organiche prodotte
dagli organismi autotrofi: gli animali si
alimentano direttamente (erbivori) o
indirettamente (carnivori) di vegetali.
• Un caso importante di eterotrofismo è
quello dei decompositori capaci di nutrirsi di
detriti organici di animali e piante presenti
nel terreno.