(da www.jpub.com/Botanylynks)

Pietre miliari della Biologia

• 1626 Redi postula che gli organismi viventi non hanno una origine spontanea

• 1655 Hooke descrive le cellule del sughero• 1674 Leeuwenhoek scopre i protozoi e 9 anni

dopo i batteri• 1833 Brown descrive il nucleo nelle cellule di

orchidee• 1838 Schleiden e Schwann propongono la

teoria cellulare

Pietre miliari della Biologia

• 1855 Virchow postula che le nuove cellule si originano da cellule presistenti

• 1857 Kolliker descrive i mitocondri• 1869 Miescher isola la nucleina (definita in

seguito acido nucleico) ‏• 1879 Flemming descrive il comportamento dei

cromosoni durante la mitosi• 1883 Le cellule germinali (gameti) sono aploidi,

teoria cromosomica dell'ereditarietà

Pietre miliari della Biologia

• 1898 Golgi descrive l'apparato del Golgi• 1926 Svedberg sviluppa la prima ultracentrifuga

analitica• 1938 Behrens usa la centrifugazione

differenziale per separare gli organuli cellulari• 1939 Siemens produce il microscopio

elettronico a trasmissione (TEM) ‏

Milestones in Cell Biology

• 1952 Gey e colaboratori ottengono una linea cellulare umana in coltura

• 1953 Crick, Wilkins, e Watson propongono la struttura a doppia elica del DNA

• 1965 la Cambridge Instruments produce il primo microscopio elettronico a scansione (SEM) ‏

• 1981 Sono prodotti topi e moscerini transgenici• 2001 il genoma umano è completamente

sequenziato

• La teoria cellulare

•Tutte le forme di vita sono fatte da una o più cellule

•Le cellule si originano da altre cellule preesistenti

•La cellula è la più piccola forma di vita

I regni dei viventi

procarioti

Eucarioti monocellulari

Eucariotipluricellulari

La cellula

IntroduzioneLe cellule sono le unità strutturali di base di tutte gli esseri viventi (con le eccezioni di virus e prioni).

Le cellule dei Procarioti sono semplici in struttura e mancano di un nucleo definito e di organelli delimitati da membrana.

Le cellule degli Eucarioti si sono specializzate, hanno organelli definiti e un nucleo delimitato da membrana dove si trova il materiale genetico.

I costituenti chimici delle cellule• Le molecole organiche si aggregano a

formare le MACROMOLECOLE BIOLOGICHE :– CARBOIDRATI: forniscono energia; sono fatti di

C, H e O– LIPIDI : basi degli ormoni, riserva di energia

reserve; sono fatti di C, H, and O, ma in rapporto differente rispetto ai carboidrati

– PROTEINE: strutturali, connettive, enzimatiche ecc.

– ACIDI NUCLEICI: DNA; RNA, portatori di informazione genetica

La cellula procariota• I batteri sono microrganismi unicellulari, procarioti

(in precedenza chiamati anche schizomiceti) di dimensioni di solito dell'ordine di pochi micrometri, ma che possono variare da circa 0,2 µm dei micoplasmi fino a 30 µm di alcune spirochete. Secondo il sistema tassonomico proposto daRobert Whittaker nel 1969 insieme alle cosiddette "alghe azzurre" o "cianoficee" (oggi piùcorrettamente chiamate cianobatteri) costituiscono il regno delle monere. La più recente classificazione (1990) proposta da Cral Woesericonosce tre domini : Bacteria, Archaea ed Eukarya (comprendente tutti gli eucarioti, sia uni-che multi-cellulari).

• I procarioti si distinguono in due gruppi principali: archeobatteri ed eubatteri. I primi vivono spesso in situazioni di temperatura e pH molto inospitali, ma hanno caratteristiche (metaboliche, genetiche, strutturali) simili agli eucarioti. Gli eubatteri comprendono la maggior parte dei restanti batteri; alcuni gruppi sono i micoplasmi, gli attinomiceti, le spirochete, le pseudomonadi, e gli azotofissatori

Archeobattere

• EUBATTERE

• Fra loro si distinguono per forma in• Bacilli: a bastoncino • Cocchi: a sfera; se si dispongono a

coppia si chiamano diplococchi, a catena si chiamano streptococchi, a grappolo si chiamano stafilococchi.

• Spirilli: a spirale • Vibrioni: a virgola • Spirochete: con più curve

• I batteri hanno in comune una struttura di base, che comprende una parete cellulare, che è una struttura caratteristica della cellula procariote, e, al di sotto della parete, una membrana cellulare: su di essa si trovano quasi tutti gli enzimi che svolgono le reazioni metaboliche, poiché i batteri sono privi di organuli intracellulari, tranne i ribosomi 70S e i mesosomi. Manca una membrana nucleare, poiché il materiale genetico è a contatto col citoplasma e che costituisce il cromosoma batterico; alcuni batteri hanno la presenza di materiale genetico esterno al cromosoma, il plasmidio. Nel citoplasma sono presenti granuli di riserva. Possibile presenza di fimbrie o di uno o più flagelli,atti al movimento. La parete cellulare può essere rivestita esternamente da una capsula, formata di regola da polisaccaridi secreti dai batteri.La presenza di capsula conferisce alle colonie batteriche un aspetto "liscio" o "mucide", mentre quelle prive di capsula manifestano un aspetto "rugoso". La funzione della capsula è di proteggere la cellula procariote dalla fagocitosi e dai virus.

Immagine al microscopio elettronicoa scansione (SEM) ‏

Immagine al microscopio elettronicoa trasmissione (TEM) ‏

Struttura cellulare

• La membrana cellulare ha una struttura a mosaico fluido come quella degli eucarioti, tuttavia è priva di steroli. Fanno eccezione i micoplasmi, che incorporano gli steroli nella membrana quando si sviluppano in terreni che li contengono. Le principali funzioni della membrana sono: barriera semipermeabile, piattaforma di supporto per enzimi della catena respiratoria e delle biosintesidi fosfolipidi di membrana, di polimeri della parete e del DNA.

• Le membrane cellulari batteriche formano introflessioni o mesosomi, di cui se ne distinguono due tipi: mesosomi settali, che intervengono nella formazione del setto durante la divisione cellulare; mesosomi laterali, che costituiscono una piattaforma sulla quale si associano proteine cellulari, quali DNA ed enzimi della catena respiratoria (svolgendo una funzione analoga a quella dei mitocondri).

• Nei batteri fotosintetici, i pigmenti fotosintetici sono posti in lamelle, che sono formate dalle introflessioni della membrana cellulare e si trovano subito sotto di essa, talora avvolgendosi a formare particelle distinte, dette cromatofori.

Flagello

Struttura di una cellula batterica

• La parete cellulare presenta una struttura formata daun polimero il proteoglicano (detto anche mucopeptideo mureina, è composto da aminoglucidi). La struttura ènotevolmente diversa a seconda che si tratti di batteri gram-positivi o gram-negativi, anche se il peptidoglicano costituisce la sostanza universalmente presente nella parete cellulare dei batteri.

• Nei batteri gram-negativi lo strato di peptidoglicano èpiuttosto sottile, con uno spessore di circa 50-100 Åed è esterno. La maggioranza dei batteri gram-positivi ha invece una parete cellulare relativamente spessa (circa 200-800 Å), in cui il peptidoglicano si trova tra due membrane. Infatti esternamente al peptidoglicano i batteri gram-negativi hanno una membrana esterna di spessore di circa 75-100 Å.

struttura della parete cellulare di batteri

GRAM-positivi

GRAM-negativi

• La membrana plasmatica di tutti i batteri contiene proteine di trasporto che utilizzano il gradiente di ioni H+ o Na+ per trasportare una varietà di nutrienti nella cellula. Altre proteine di trasporto utilizzano l'energia liberata dall'idrolisi di adenosintrifosfato (ATP) per trasportare zuccheri, aminoacidi, vitamine e piccoli peptidi. Le proteine di trasporto sono dette transporters o permeasi e sono responsabili della diffusione facilitata e del trsporto attivo di molecole atraverso lòa membrana

Il cromosoma batterico è costituito da una unica molecola circolare diDNA a doppia elica. In esso sono contenuti I geni per produrre le molecole proteine necessarie al metabolismo del battere. Quindi il

battere è un organismo geneticamente autonomo. Estreno al cromosomavi è molto spesso la presenza di una molecola di DNA più piccola,

sempre circolare, che prende il nome di plasmide

modello tridimesionale di un battere

la divisione battericaLa fissione binaria (divisione binaria), caratteristica

di protozoi e batteri, è la più semplice forma di riproduzione asessuata e consiste nella divisione di un individuo (cellula) in due, identici tra loro e

alla cellula che li ha prodotti

• Nelle cellule batteriche il materiale genetico si duplica e si distribuisce ai due poli della cellula batterica, la quale si allunga e alla fine si divide in due cellule figlie identiche alla cellula madre. Alcuni batteri si riproducono ogni 20-40 minuti. In condizioni favorevoli, con una divisione ogni 30 minuti, da una sola cellula dopo 15 ore si possono ottenere circa un miliardo di nuove cellule, che formano una colonia spesso visibile a occhio nudo.

Gli organismi acellulari: i virus

Cosa sono i virus?Sono elementi genetici extracellulari e in questa forma la particella virale è detta virione.

Da un punto di vista metabolico sono inerti perchénon esplicano funzioni respiratorie e biosintetiche. Sono quindi parassiti intracellulari obbligati.

Da cosa sono composti?Sono composti principalmente da proteine e acido nucleico. Una sola forma di acido nucleico però può essere presente (o RNA o DNA) in un singolo virione, mai entrambi.

Tutti i virus sono coperti da un capside proteico. Le proteine che lo compongono appartengono a uno o pochi tipi. Queste proteine sono identiche e sono detti capsomerie sono fatte in modo tale che possano auto-assemblarsi assieme in un modo predeterminato.

Che forma hanno?

Possono essere presenti in tre forme: bastoncellaresferoidaleuna forma particolare è il batteriofago (D) ‏Alla forma bastoncellare corrisponde una simmetria elicoidale (B).Alla forma sferoidale corrisponde una simmetria icosaedrica.

La struttura fondamentale dei virus è formata da un filamento di acido nucleico racchiuso in un capside proteico. Vi sono poi altri elementi, come una coda proteica o un involucro di natura lipidica.

Ad esempio, il fago T4 è un virus parassita dei batteri costituito da cinque proteine, ciascuna corrispondente a una parte anatomica diversa (testa, coda, collo, piastra basale e fibre della coda).

• l virus dell'influenza invece ha una struttura molto piùsemplice: un involucro lipidico avvolge il capside proteico che, come nel batteriofago, circonda il materiale genetico arrotolato. Dall’involucro sporgono due strutture proteiche, emagglutinina e neuraminidasi, che determinano le proprietàinfettive del virus. Queste ultime mutano continuamente, determinando ogni volta un tipo di influenza diversa a cui le cellule del sistema immunitario devono adeguarsi.