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
Rate limited by number of suitable channels
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
58
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
65
