membrane

cellula
citologia
Citologia (dal greco κύτος , Kytos , "un
vuoto", e -λογία , -logia ”studio”).
Significa "lo studio delle cellule".
Quanto è piccola una cellula
Il volume della cellula può variare da 1 μm3 a 1 mm3.
3
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Le dimensioni cellulari sono limitate dalla
necessità di avere un’area superficiale
abbastanza estesa da permettere scambi
efficaci con l’ambiente esterno, come
l’assunzione delle sostanze nutritive e
l’eliminazione delle sostanze di rifiuto.
Le dimensioni microscopiche della maggior
parte delle cellule assicurano quest’area
superficiale.
Una cellula piccola ha un rapporto
superficie/volume maggiore di una cellula
grande della stessa forma.
10 m
30 m
30 m
Area superficiale di
un grosso cubo
 5,400 m2
10 m
Area superficiale
complessiva di piccoli
cubi  16,200 m2
Tanto piccola da usare il microscopio
Il più piccolo oggetto che
l’occhio umano riesce a
distinguere misura 0,2
mm, cioè 200 μm; per
andare oltre bisogna
usare i microscopi.
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Robert Hooke
e la micrographia, 1665
microscopio
Etimologia:
(μικρόν micron "piccolo“; σκοπεῖν skopein "guardare").
• Consente di ingrandire oggetti di piccole dimensioni per
permetterne l'osservazione.
• Può essere ottico, e quindi basato sull'osservazione
nell'ambito dello spettro elettromagnetico della luce in
senso lato, elettronico basato sull'osservazione tramite
fasci di elettroni, o di altro tipo.
microscopio
• I primi strumenti efficaci vennero prodotti in Olanda alla
fine del XVI secolo, ma l'invenzione vera e propria è
tuttora controversa. Galileo ne inviò uno di sua
costruzione al principe Federico Cesi, fondatore
dell'Accademia dei Lincei per mostrargliene il
funzionamento. Galileo definiva lo strumento un
"occhialino per vedere le cose minime". Tra i primi
scienziati ad utilizzare, diffondere e migliorare l'uso di
questo potente strumento, a partire dal XVII secolo, si
ricordano Anton van Leeuwenhoek, e Robert Hooke.
Antoni van Leeuwenhoek, 1676
Antoni van Leeuwenhoek
Naturalista olandese autodidatta, è
soprattutto conosciuto per avere posto le
basi della biologia cellulare e
della microbiologia, scoprendo
i protozoi nel 1674 e, nel 1676, grazie
al microscopio scopre l'esistenza dei
batteri.
I microscopi costruiti da Leeuwenhoek
presentavano una capacità di
ingrandimento di circa 250 volte.
Escherichia coli
Escherichia coli
Studiare le cellule:
• Le cellule possono essere studiate dal punto di
vista morfologico, biochimico e funzionale.
• L'analisi morfologica studia l'organizzazione
strutturale delle cellule e si avvale del
microscopio.
• L'analisi biochimica e funzionale ha lo scopo di
studiare la natura chimica e le modalità di
funzionamento delle cellule, e delle loro parti.
Esistono due tipi di cellule:
– procariotiche
Cellula procariotica
Nucleoide
Nucleo
Cellula eucariotica Organuli
Colorizzata TEM 15 000 
– eucariotiche
procariota
Flagelli
batterici
Ribosomi
Capsula
Parete cellulare
Membrana
cellulare
Nucleoide (DNA)
Pili
La cellula procariotica e le sue
caratteristiche.
La cellula procariotica ha dimensioni tra 1 e 10 μm, ha una
struttura relativamente semplice, che non presenta nucleo
delimitato da una membrana.
I batteri (regno: Monere) sono gli organismi unicellulari formati
dalle cellule procariotiche.
18
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• Le cellule procariotiche sono, come tutte le
cellule, delimitate da una membrana
citoplasmatica che divide l’interno dall’esterno
della cellula. Con poche eccezioni (cianobatteri) nei procarioti
le membrane biologiche non formano compartimenti interni.
• Le cellule procariotiche internamente
presentano, come tutte le cellule, il citoplasma,
un materiale semifluido in cui avvengono le
reazioni biochimiche.
• Il citoplasma è composto dal citosol (acqua, ioni,
molecole e biomolecole) e dai ribosomi.
• Nella cellula procariotica è presente un solo
lungo cromosoma di DNA circolare. Non è
presente un nucleo, la zone del citoplasma ove si
osserva il cromosoma è detta nucleoide.
• Sono presenti nel citoplasma i ribosomi, le
“fabbriche” delle proteine.
parete cellulare
membrana citoplasmatica
La maggior parte dei procarioti presenta,
esternamente alla membrana plasmatica, una
parete cellulare che da forma e protezione.
• Alcuni batteri presentano una ulteriore barriera
esterna alla parete, la capsula, con diverse
funzioni, principalmente protettive.
• Alcuni procarioti
presentano strutture
motorie dette flagelli.
• Possono essere
presenti anche
strutture dette pili, che
permettono l’adesione
ad altre cellule o lo
scambio di materiale
genetico.
eucariota
La cellula eucariotica
La cellula eucariotica ha dimensioni comprese tra 10 e 100
μm.
Protisti, vegetali, funghi e animali sono organismi formati
da cellule eucariotiche.
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• Le cellule eucariotiche sono suddivise in
compartimenti che svolgono funzioni diverse
– Le cellule eucariotiche sono contraddistinte
dalla presenza di un vero e proprio nucleo.
– Nelle cellule eucariotiche esiste un sistema di
membrane interne che suddivide il citoplasma
in zone diverse con funzioni differenti,
facilitando l’insieme delle attività chimiche
indicate come metabolismo cellulare.
Gli organuli cellulari
I compartimenti interni
delimitati da membrane
formano determinate strutture
con determinate funzioni, gli
organuli.
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citoplasma
nucleolo
centrioli
nucleo
vacuolo
lisosoma
ribosoma
mitocondri
vescicola
RER
Apparato di Golgi
citoscheletro
REL
organuli avvolti da membrane
•
•
•
•
•
•
•
•
Nucleo
Reticolo endoplasmatico rugoso
Reticolo endoplasmatico liscio
Apparato del Golgi
Mitocondri
Cloroplasti
Vacuoli
Ciglia e flagelli
cellula eucariotica animale
Reticolo
endoplasmatico liscio
Nucleo
Reticolo
endoplasmatico
ruvido
Flagello
Assenti nella
maggior parte
delle cellule
vegetali
Lisosoma
Perossisoma
Microtubulo
Citoscheletro
Ribosomi
Centriolo
Filamento
intermedio
Microfilamento
Apparato
di Golgi
Membrana plasmatica
Mitocondrio
cellula eucariotica vegetale
Reticolo
endoplasmatico
ruvido
Nucleo
Ribosomi
Reticolo
endoplasmatico
liscio
Apparato
di Golgi
Assenti
nelle cellule
animali
Microtubulo
Vacuolo
centrale
Cloroplasto
Filamento
intermedio
Microfilamento
Citoscheletro
Parete
cellulare
Mitocondrio
Perossisoma
Membrana plasmatica
•
Una cellula vegetale ha alcune strutture
che sono assenti in a una cellula animale,
come i cloroplasti e una parete cellulare
rigida.
Organuli per la sintesi e l’assemblaggio
Nucleo
Sintesi: acidi nucleici
Assemblaggio: ribosomi
Reticolo endoplasmatico ruvido e liscio
Sintesi: proteine; lipidi
Apparato di Golgi
Modifica delle proteine
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nucleo
Cromatina
Nucleo
Nucleolo
Membrana nucleare
a doppio strato
Nucleoporo
Reticolo
endoplasmatico
ruvido
Ribosomi
Il nucleo è il “centro di controllo genetico” della
cellula, ove sono contenuti i cromosomi.
• Il nucleo è rivestito dalla membrana
nucleare, una doppia membrana
contenente 3500 nucleopori per
comunicare con il citoplasma.
• La cromatina è un complesso fibroso
formato da cromosomi, filamenti di DNA e
proteine molto lunghi, che diventano visibili
solo durante la divisione cellulare, quando si
compattano.
Il nucleolo si trova nel nucleo ed è la sede
della sintesi dell'RNA ribosomiale e
dell'assemblaggio dei ribosomi.
ribosomi
Formati da RNA e proteine, sono i siti ove
avviene la sintesi delle proteine.
sistema di membrane interne
Molti organuli cellulari sono in
comunicazione tra di loro, tramite un
sistema di membrane interne.
Quindi gli organuli circondati da membrane
lavorano insieme nel sintetizzare,
immagazzinare e distribuire i prodotti cellulari
(molecole importanti quali, per esempio, lipidi e
proteine).
Il sistema di membrane interne è in connesione
anche con la membrana citoplasmatica esterna.
I vari organuli del sistema di membrane interne sono interconnessi
strutturalmente e funzionalmente.
Vescicola di trasporto proveniente
dal reticolo endoplasmatico
Reticolo endoplasmatico
ruvido
Vescicola di trasporto proveniente
dall’apparato di Golgi
Membrana plasmatica
Nucleo
Vacuolo
Lisososma
Reticolo endoplasmatico liscio
Membrana nucleare
Apparato di Golgi
reticolo endoplasmatico
Il reticolo
endoplasmatico è
costituito da
membrane, ripiegate
a formare tubuli e
sacchetti
interconnessi. Il
reticolo può
occupare sino al
10% della cellula.
L’interno del reticolo
prende il nome di
lume.
RER
reticolo endoplasmatico ruvido
La membrana del reticolo endoplasmatico ruvido è
ricca di ribosomi.
Il reticolo endoplasmatico ruvido dà origine a nuova
membrana (ampliando il sistema) e (grazie ai
ribosomi) proteine (soprattutto proteine destinate alla
secrezione).
La presenza del reticolo permette di tenere
separate le proteine, inoltre nel reticolo le proteine
maturano e subiscono delle modifiche.
Quando le proteina sono pronte vendono raccolte
in vescicole di trasporto.
Vescicola di trasporto
4
che si stacca
Ribosoma
Vescicola di trasporto
con all’interno una
glicoproteina
3
Catena
glucidica
1
2
Glicoproteina
Polipeptide
Reticolo
endoplasmatico
vescicole membranose
REL
reticolo endoplasmatico liscio
Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) non
contiene ribosomi e svolge molteplici funzioni:
• sintetizza i lipidi (acidi
grassi, fosfolipidi,
steroidi);
• demolisce le tossine e i
farmaci nelle cellule del
fegato;
• immagazzina e rilascia
ioni calcio nelle cellule
muscolari.
apparato del Golgi
Il complesso del
Golgi è costituito da
una serie di sacche
membranose
appiattite ed
impilate.
Il Golgi riceve le
proteine dal RER.
L’apparato di Golgi seleziona, rielabora
ulteriormente, concentra e invia alla destinazione
finale le proteine.
Inoltre il Golgi sintetizza i polisaccaridi per la parete
delle cellule vegetali.
Lato «d’ingresso»
dell’apparato di Golgi
Apparato di Golgi
Apparato
di Golgi
Nuova vescicola
in formazione
Lato «di uscita»
dell’apparato
di Golgi
Vescicola
di trasporto
prodotta
dall’apparato di Golgi
TEM 130 000
Vescicola di trasporto
proveniente dal reticolo
Il trasporto da e verso il Golgi avviene
tramite le vescicole di trasporto, in grado
di fondersi o gemmare dalle membrane
del Golgi.
Organuli per la demolizione
Perossisoma
Lisosoma
Vacuolo
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lisosomi
I lisosomi sono costituiti da enzimi digestivi (idrolitici)
chiusi in un sacchetto circondato da membrane.
Gli enzimi lisosomiali sono stati prodotti nel RER e poi
rifiniti nel Golgi.
Attraverso il processo di fagocitosi, la formazione di
una tasca della membrana citoplasmatica, è possibile
introdurre all’interno della cellula nutrienti (vacuolo
alimentare).
Reticolo ruvido
Il vacuolo
alimentare ed il
lisosoma si
fondono formando
un lisosoma
secondario in cui
avviene la
digestione.
1 Vescicola di trasporto
(contenente enzimi
idrolitici inattivi)
Apparato di Golgi
Membrana
plasmatica
Sostanze
nutritive
Introduzione
delle particelle
Il lisosoma
ingloba l’organulo
danneggiato
2
Lisosomi
3
Vacuolo
alimentare
5
4
Digestione
• I lisosomi digeriscono le sostanze alimentari e di
rifiuto delle cellule. Nei globuli bianchi i lisosomi
distruggono i batteri nocivi che sono stati ingeriti.
Lisosoma
TEM 8500
Nucleo
• I lisosomi sono anche il centro di riciclaggio
degli organuli danneggiati (autofagia).
Frammento di mitocondrio
Frammento di perossisoma
TEM 42 500
Due organuli danneggiati
all’interno del lisosoma
Vacuoli
• Sono vescicole membranose piene di acqua.
• Le cellule vegetali contengono un grande
vacuolo centrale che ha funzioni di
sostegno, di accumulo, lisosomiali e di
riserva (i pigmenti antocianine)
Nucleo
Cloroplasto
Vacuolo
centrale
•Alcuni protisti hanno vacuoli contrattili che
pompano all’esterno l’acqua in eccesso.
Vacuoli
contrattili
LM 650
Nucleo
Organuli che trasformano l’energia
Mitocondrio
Cloroplasto
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I mitocondri e i cloroplasti rendono disponibile
l’energia per il lavoro cellulare
• All’interno dei Mitocondri avviene la
respirazione cellulare.
• All’interno dei Cloroplasti avviene la
fotosintesi. I cloroplasti sono presenti in tutte le
piante e nei protisti fotosintetici.
mitocondri
mitocondri
I mitocondri sono organuli rivestiti da
doppia membrana, dove quella interna,
che contiene una sostanza detta matrice,
si ripiega formando creste.
I mitocondri durante la respirazione
cellulare consumano ossigeno usando
l’energia immagazzinata nel glucosio per
produrre ATP.
I mitocondri quindi convertono l’energia
chimica presente negli alimenti in energia
utilizzabile dalla cellula.
Mitocondrio
Membrana
esterna
Spazio
intermembrana
Membrana
interna
Creste
Matrice
TEM 44 880
L’energia chimica
ricavata dal processo di
respirazione viene
conservata in molecole
del nucleotide ATP, la
principali fonte di energia
per il lavoro cellulare.
ATP (adenosin trifosfato)
cloroplasti
I cloroplasti sono strutture rivestite da
doppia membrana, di cui la più interna si
ripiega in modo complesso, formando dei
dischetti detti tilacoidi, che si organizzano
per formare pile di dischi piatti dette grani,
immersi in una sostanza detta stroma.
Sono presenti sono nelle cellule eucaritote
Autotrofe.
I cloroplasti svolgono la fotosintesi utilizzando
l’energia solare per sintetizzare glucosio e
ossigeno a partire da diossido di carbonio e acqua.
Cloroplasto
Stroma
Grano
Spazio tra le membrane
I cloroplasti trasformano quindi l’energia solare in
energia chimica, immagazzinandola negli zuccheri.
TEM 9750
Membrana interna
ed esterna
citoscheletro.
Lo scheletro delle cellule è costituito da alune
proteine che formano microtubuli, microfilamenti e
filamenti intermedi. Queste fibre sono responsabili
anche del movimento.
Subunità di tubulina
Subunità di actina
Subunità fibrosa
25 nm
7 nm
Microfilamento
10 nm
Filamento intermedio
Microtubulo
I microfilamenti
I microfilamenti di actina permettono alle cellule
di cambiare e mantenere una forma, e di
muoversi. I microfilamenti hanno un diametro di 7
nm e sono formati da unità della proteina actina
che possono essere disassemblati e riassemblati
rapidamente.
Sono presenti in tutta la cellula, ma in modo
particola re in prossimità delle membrane
citoplasmatiche, di cui organizzano i movimenti.
I microtubuli
I microtubuli, di diametro di 25
nm, sono cilindri cavi formati
da subunità proteiche di
tubulina. Conferiscono rigidità
alla cellula e svolgono
funzione di ancoraggio per gli
organuli e di guida per i loro
movimenti.
• I filamenti intermedi sono costituiti da tipi diversi di
proteine, rinforzano la cellula e tengono bloccati
alcuni organuli.
Gli organuli del movimento
Organuli a forma di frusta (ciglia e flagelli) sono
responsabili del movimento della cellula nel suo ambiente.
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Ciglia e Flagelli
• Ciglia e flagelli sono organuli atti al
movimento della cellula, formati da
microtubuli stabilizzati in maniera
permanente ed avvolti da membrana
• Le ciglia generalmente sono numerose
sulla superficie cellulare e più piccole dei
flagelli.
LM 600
Colorizzata SEM 4100
Le ciglia e i flagelli sono appendici
locomotorie di alcune cellula eucariotiche.
Nelle ciglia e nei flagelli, gruppi di microtubuli (9
coppie + 2) hanno funzione di sostegno e
flettendosi consentono il movimento
ondeggiante tipico di questi organuli.
Flagello
Fotografie
al microscopio elettronico
di sezioni trasversali
Coppia
di microtubuli
esterni
TEM 206 500
Microtubuli
centrali
Braccia radiali
Braccia
di dineina
Flagello
Corpo basale
(strutturalmente
identico al
centriolo)
TEM 206 500
Membrana
plasmatica
Corpo dorsale
L’esterno della cellula
Matrice extracellulare
Parete cellulare
Le strutture extracellulari sono responsabili della protezione,
del sostegno e del fissaggio delle cellule.
95
Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011
Parete cellulare.
• Non tutte le cellule eucariotiche
posseggono la parete cellulare, le cellule
degli Animali e di moltissimi Protisti se
sono infatti privi.
• La parete fornisce sostegno e protezione
alla cellula.
• La parete cellulare delle piante, formata da
cellulosa, provvede a formare i tessuti
vegetali e dare forma alla pianta.
Il citoplasma delle cellule vegetali adiacenti è in
connessione attraverso canali rivestiti di
membrana plasmatica che attraversano la
parete, i plasmodesmi, ovvero giunzioni
cellulari che formano un sistema di
comunicazione all’interno dei tessuti vegetali.
Pareti
di due cellule
vegetali adiacenti
Vacuolo
Plasmodesmi
Strati di una parete
di cellula vegetale
Citoplasma
Membrana
plasmatica
La comunicazione cellulare nelle
cellule dei tessuti animali:
Gli animali sono organismi pluricellulari, in
cui le cellule si devono coordinare per
costituire un unico organismo.
Le cellule animali interagiscono tra di loro e
con il loro ambiente attraverso la loro
superficie (membrana plasmatica) e per
rafforzare le adesioni utilizzano le
giunzioni cellulari.
La maggior parte delle cellule animali secerne uno
strato appiccicoso di glicoproteine, la matrice
extracellulare.
La matrice tiene unite le cellule nei tessuti.
giunzioni occludenti (tight junction)
Sono il risultato del
legame tra specifiche
proteine delle membrane
citoplasmatiche.
Impediscono il movimento
delle sostanze nello
spazio tra le cellule.
103
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desmosomi (adherens junction)
Sono strutture proteiche
che connettono le
membrane di cellule
diverse tenendole
fermamente unite.
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giunzioni serrate (gap junction)
Sono strutture proteiche
che connettono
membrane di cellule
diverse facilitando anche
la comunicazione,
formando dei canali in cui
avviene lo scambio di
sostanze.
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Giunzione occludente
Desmosoma
Giunzione comunicante
Matrice extracellulare
Spazio fra le membrane cellulari
Membrane cellulari di cellule adiacenti