CELLULA EUCARIOTA

STRUTTURA E ORGANIZZAZIONE

Organismi eucarioti

protisti

funghi

animali

piante

PROTISTI

Organismi unicellulari

amebe

ciliati

eliozoi

flagellati

N.B.

Si definiscono protisti

pluricellulari quelli

organismi vegetali che

non presentano

l’organizzazione dei

tessuti tipica delle piante

(alghe brune, rosse e

verdi).

Cellula eucariota “eu – káryon” = nucleo ben fatto

I mitocondri

sono le centrali

elettriche della

cellula.

Un citoscheletro

composto da microtubuli,

filamenti intermedi e

microfilamenti sostiene la

cellula e ed è coinvolto

nel movimento della

cellula e dei suoi organelli Mitocondrio Citoscheletro

Nucleolo Nucleo

Nucleolo

Reticolo

endoplasmatico

rugoso

Il nucleo è il luogo

dove si trova la

maggior parte del

DNA cellulare che,

con le proteine

associate,

costituisce la

cromatina.

Ribosomi liberi

Perossisomi

Centrioli Ribosomi

(legati all’ER rugoso)

Ribosomi Apparato

di Golgi

Membrana

citoplasmatica

Cellula animale

Reticolo

endoplasmatico

liscio

Il reticolo

endoplasmatico

rugoso è il sito della

maggior parte della

sintesi proteica.

esterno della cellula

La membrana citoplasmatica

separa la cellula dall’ambiente e

regola il traffico di materiali

dentro e fuori di essa.

interno della cellula I centrioli sono

coinvolti nella

divisione nucleare

Membrana cellulare anche detta membrana (cito)plasmatica o plasmalemma

Racchiude il contenuto della cellula, separando l’ambiente interno da quello esterno;

Regola selettivamente il passaggio delle sostanze in entrata ed in uscita grazie alla sua funzione di filtro capace di mantenere concentrazioni di ioni diverse fra interno ed esterno e di lasciar entrare le sostanze nutritive facendo uscire quelle di rifiuto. Ciò consente alla cellula di mantenersi nelle condizioni ottimali in cui possono svolgersi le normali attività metaboliche.

Partecipa alla comunicazione tra cellule

Determina le proprietà antigeniche

Involucro dello spessore di circa7-8 nm che delimita la cellula

STRUTTURA Modello a Mosaico Fluido

I carboidrati possono essere

legati alla superficie esterna

delle proteine (formando

glicoproteine) o dei lipidi

(formando glicolipidi)

Ambiente

extracellulare

Doppio strato

fosfolipidico

Alcune proteine

integrali attraversano

completamente il doppio

strato fosfolipidico; altre

vi sono inserite solo

parzialmente.

Alcune proteine di

membrana interagiscono

con il citoscheletro

della cellula.

Le molecole di colesterolo

disperse nel bilayer, fra le

code idrofobe dei fosfolipidi,

condizionano la fluidità degli

acidi grassi della membrana.

Ambiente

intracellulare

Nelle cellule animali,

alcune proteine di

membrana sono

associate a filamenti

della matrice

extracellulare.

Alcune proteine

permettono

alle cellule di aderire

l’una all’altra.

Le proteine

periferiche di

membrana non

sono inserite nel

doppio strato

Fosfolipidico.

Il modello a mosaico fluido. La struttura generale delle membrane biologiche consiste in un doppio strato fosfolipidico

(bilayer), nel quale sono inserite molecole proteiche (i nastri di colore viola rappresentano elementi strutturali della matrice

intra- ed extracellulare).

Ambiente acquoso

Le “code” non polari e idrofobe degli acidi

grassi Interagiscono reciprocamente.

Le “teste” idrofile e dotate di carica

(o polari) interagiscono con le molecole

d’acqua, anch’esse polari.

Ambiente acquoso

LIPIDI

Fosfolipidi si dispongono in doppio strato a

causa della polarità della molecola

Colesterolo

Conferisce alla membrana stabilità,

resistenza e minore fluidità

Glicolipidi

Detreminano le proprietà antigeniche

La code idrofobiche rendono la membrana fluida (stessa

consistenza dell’olio)

I fosfolipidi possono spostarsi orizzontalmente

‘testa’

idrofilica

‘coda’

idrofobica

teste idrofile

polari

catene degli

acidi grassi

PROTEINE

Proteine periferiche

(estrinseche)

sono sulla superficie o

inserite solo in uno dei due

strati

Proteine integrali

(intrinseche)

sono completamente immerse

nel doppio strato

Regolano il movimento delle molecole idrosolubili

attraverso la membrana

Sono libere di scorrere orizzontalmente nel doppio

strato

CARBOIDRATI

Si trovano legati sia alle proteine che ai lipidi

Glicolipidi Glicoproteine

Si trovano soprattutto nello strato esterno in quanto regolano la

comunicazione tra cellule e l’attività antigenica

glicoproteina

glicoproteina

glucidi

Citoplasma

citosol

membrane interne

organelli

tutto il contenuto della cellula

ad esclusione del nucleo

Citosol Il citosol è una sostanza viscosa e fluida nella quale si svolge

gran parte del metabolismo cellulare.

Costituisce il 50% del volume di una cellula.

Composizione

• acqua (75-85% del peso totale della cellula)

• sostanze inorganiche (potassio, sodio, calcio, magnesio)

• sostanze organiche tra cui proteine enzimatiche che

catalizzano varie reazioni biochimiche (es. glicolisi, sintesi

degli zuccheri, delle proteine, dei grassi, dei nucleotidi)

In esso si accumulano le sostanze di deposito ad es. il

glicogeno (forma di immagazzinamento dei carboidrati) e i

trigliceridi (forma di accumulo dei lipidi).

Membrane interne Un’insieme di membrane interne ripiegate in modi

complicati così da formare tubuli, sacchi, canali e

cavità appiattite accatastate l’una sull’altra.

Lo spazio compreso tra le membrane ripiegate può

essere usato per immagazzinare o trasferire molecole

da un punto all’altro della cellula

Non sono strutture statiche, ma dinamiche in quanto

variano in ogni istante a seconda dell’attività

metabolica della cellula

Reticolo endoplasmatico Apparato di Golgi

Reticolo Endoplasmatico

LISCIO RUGOSO

(ruvido o granulare) Rete tridimensionale di

tubuli attraverso i quali le

sostanze possono passare

Sintesi dei LIPIDI

di membrana e trasporto

di sostanze dal RER

all’Apparato di Golgi

Sintesi e trasporto

fuori della cellula

delle PROTEINE

+ glicosilazione

glicoproteine

Rete di sacculi

appiattiti detti cisterne

+ ribosomi

Struttura dinamica, la cui quantità aumenta o

diminuisce a seconda dell’attività cellulare

Fegato

Testicoli

Cellule muscolari

Cellule

ghiandolari

del pancreas

Il reticolo endoplasmatico

rugoso è costellato di

ribosomi che sono i siti

della sintesi proteica.

Essi sono responsabili

del suo aspetto rugoso.

Nel reticolo endoplasmatico

liscio avvengono la sintesi

dei lipidi e alcune

modificazioni chimiche

delle proteine.

nucleo

ribosomi

lume

Interno della cellula

lume

Ribosomi

Organelli la cui funzione è

quella di presiedere alla sintesi

delle proteine

Sono costituiti da due subunità

di dimensioni diseguali formate

da rRNA e proteine

Si trovano

Liberi nel citoplasma Associati al reticolo endoplasmatico

(RER)

Sintesi di proteine che

restano nella cellula

Sintesi di proteine da

secernere all’esterno

(enzimi, ormoni)

e di proteine di membrana

Apparato di Golgi L’apparato di Golgi. L’apparato di Golgi modifica le proteine provenienti dall’ER e le “indirizza” alla localizzazione

all’interno o all’esterno della cellula.

L’apparato di Golgi

elabora e impacchetta le

proteine.

Le vescicole contenenti proteine provenienti

dal reticolo endoplasmatico trasferiscono le

sostanze alla regione cis dell’apparato di Golgi.

interno della cellula

1

2 L’apparato di Golgi modifica

chimicamente le proteine

nel suo lume…

3 … e le “indirizza”

alle corrette

destinazioni

nucleo

reticolo

endoplasmatico

rugoso

regione

cis

regione

mediale regione

trans

Proteine per uso

interno alla cellula Proteine per uso

esterno alla cellula

Reticolo

Endoplasmatico

liscio

Membrana citoplasmatica

esterno della cellula

formato da tubuli appiattiti al centro e rigonfi all’estremità (cisterne),

impilati l’uno sull’altro e terminanti a fondo cieco situati vicino al nucleo

interagisce con il reticolo endoplasmatico nella sintesi e nella

secrezione di vari prodotti cellulari

all’interno dei tubuli vengono modificate e accumulate varie molecole

(ormoni, proteine, lipidi)

dalle estremità delle sacche si staccano delle vescicole che migrano

o verso una destinazione interna alla cellula o verso la membrana

plasmatica con la quale si fondono per riversare il loro contenuto

all’esterno della cellula.

Riassumendo il percorso di una proteina

all’interno della cellula …

viene sintetizzata a livello dei ribosomi collegati al RER e passa

all’interno del lume del reticolo dove le vengono legate le catene di

carboidrati (glicosilazione)

passa al REL dove può subire modificazioni chimiche e mediante

vescicole che si generano dal reticolo stesso viene trasferita

all’apparato di Golgi

le vescicole si fondono con le cisterne del Golgi e la proteina che si

trova nel lume di questo apparato subisce ulteriori modificazioni

della struttura e dei componenti glucidici fino ad arrivare alla

struttura definitiva

Tramite vescicole viene allontanata in modo selettivo e raggiunge

la corretta destinazione dove poter svolgere la propria funzione o

diventando parte della membrana cellulare o degli organelli o

venendo secreta negli spazi extracellulari.

Lisosomi Vescicole che derivano

dall’apparato di Golgi e

contengono enzimi

idrolitici (idrolasi

acide),capaci di

demolire proteine,

glucidi, lipidi e ac. nucleici

riducendole ai loro

monomeri.

La cellula usa i lisosomi

per demolire le molecole

degli alimenti e delle

sostanze estranee

assunte dalla cellula o per

riciclare parti usurate di

organuli o per “digerire”

un’intera cellula.

Organelli simili ai lisosomi sono i perossisomi che contengono

catalasi cioè enzimi specializzati nelle reazioni ossidative importanti

per neutralizzare la tossicità di molte molecole come ad es. gli

alcoli che beviamo (fegato).

mitocondrio lisosomi secondari

lisosoma

secondario

generico

endocitosi

vescicola di

endocitosi

vacuolo

derivante

dalla fusione

di più

vescicole

vacuolo

digestivo

apparato

del Golgi

lisosoma primario

lisosomi nucle

o

batterio

fagocisti

Mitocondri Organuli tondeggianti ed ovoidali delimitati da

una doppia membrana selettivamente

permeabile; quella interna è ripiegata su se

stessa in modo da formare dei setti (creste)

aumentando di molto la superficie.

Hanno la capacità di autoreplicarsi

(contengono DNA e ribosomi).

Sede della RESPIRAZIONE CELLULARE,

mediante la quale le sostanze nutritive

contenute negli alimenti vengono

completamente demolite ad CO2 e H2O con

liberazione di energia (centrali energetiche

della cellula).

L’energia ricavata viene immagazzinata sotto

forma di ATP ed è resa disponibile per

numerose funzioni cellulari (movimento,

trasporto di sostanze, etc…)

Sono numerosi nelle cellule con elevato

metabolismo come le c. muscolari e renali.

Il loro compito è quello di ultimare la

demolizione delle molecole ingerite.

Spazio

intermembrana

Matrice Creste Membrana

interna

Membrana

esterna

Le creste contengono molecole

cruciali per la produzione di ATP

a partire da altre molecole.

La matrice contiene ribosomi, DNA

e diversi enzimi che partecipano

alla respirazione cellulare.

La membrana interna è la

barriera principale tra il citosol

e gli enzimi mitocondriali.

Un mitocondrio converte in ATP l’energia proveniente

dalle sostanze combustibili La microfotografia elettronica

è una sezione bidimensionale di un organello tridimensionale.

Come è evidente nel disegno, le creste sono estensioni

della membrana mitocondriale interna.

• Un’importante caratteristica del mitocondrio è che rappresenta

l’unico organulo della c. animale, oltre al nucleo, che contiene

materiale genetico (anche se in quantità inferiore al nucleo) la cui

trascrizione dà luogo alla sintesi di proteine che sono esclusive del

mitocondrio e non vengono mai rilasciate nel citosol.

• La straordinaria somiglianza strutturale e fisiologica del mitocondrio

con alcuni tipi di batteri ha fatto supporre che questi organelli

fossero batteri che abbiano stabilito rapporti di endosimbiosi

con primitivi organismi unicellulari e che siano stati inglobati e

mantenuti all’interno della cellula perché favorivano la

sopravvivenza di entrambi gli organismi: cellula e batterio.

Nucleo Contiene il materiale

genetico, dunque è il sito

della duplicazione del DNA

e della sintesi dell’RNA.

É il centro di controllo che

programma e coordina le

varie attività della cellula,

facendo si ad esempio che

una proteina codificata da un

tratto di DNA, venga prodotta

esclusivamente nei tempi e

nelle quantità richieste dalla

fisiologia della cellula.

Di regola ne è presente uno

per cellula, ma esistono

eccezioni: i globuli rossi ne

sono privi, le c. ossee ne

posseggono molti.

reticolo

endoplasmatico

granulare

membrana

nucleare

interna

membrana

nucleare

esterna

nucleolo

cromatina

cromatina

ribosomi

spazio perinucleare poro nucleare

lamina

nucleare

rete di filamenti proteici che

mantiene la forma del nucleo nucleoplasma

Involucro nucleare Formata da due membrane (1 interna ed 1 esterna) a doppio strato

lipidico, separate da uno spazio perinucleare e perforate da sottili pori

che regolano selettivamente il passaggio di grosse molecole (proteine,

RNA e ribosomi) tra il nucleo ed il citoplasma. Ioni e piccole molecole

con PM inferiore a 10.000 Da diffondono liberamente attraverso i pori.

La m. esterna è in continuità con le m. del RER e come queste è

cosparsa di ribosomi.

Citoplasma nucleare Materia liquida interna al nucleo contenente acqua, enzimi, ioni,

prodotti intermedi la sintesi di DNA e RNA.

Cromatina Sostanza granulosa composta da lunghe molecole di DNA associate a

proteine; durante la divisione cellulare la cromatina si addensa e forma

strutture compatte bastoncellari dette cromosomi.

Nucleolo Corpuscolo tondeggiante, non delimitato da membrana, preposto alla

sintesi di RNA ribosomiale. In esso avviene l’assemblaggio dei ribosomi

a partire da RNA e proteine specifiche. Scompare durante la divisione

cellulare quando c’è un rallentamento della sintesi dei ribosomi.

Può essere presente in più copie in un singolo nucleo.

Citoscheletro Matrice di proteine fibrose che si estende dal nucleo fino alla superficie

interna della membrana citoplasmatica.

Filamenti

intermedi

Membrana

Cellulare

Reticolo

Endoplasmatico

Ribosoma

Filamenti

intermedi

Microfilamenti

Microtubuli

Mitocondrio

componenti Costituiscono l’orletto a

spazzola nelle c. dove è

necessaria una grande

superficie di scambio come

nell’intestino

Funzione strutturale:

abbondano nelle cellule che

necessitano di una buona

resistenza meccanica alla

tensione.

Lo scorrimento dei microtubuli

l’ uno sull’altro consente il

movimento di ciglia e

flagelli, sottili appendici

filiformi in grado di muoversi

presenti sulla superficie di

alcune cellule; le prime più

numerose, corte e sottili si

muovono come il braccio di un

nuotatore, i secondi meno

numerosi, più lunghi e grossi si

muovono con un movimento

ondulatorio che ricorda quello

di un serpente.

FUNZIONI DEL CITOSCHELETRO Contribuisce a definire la forma della cellula

Controlla il movimento degli organelli cellulari

Partecipa al metabolismo dirigendo il “traffico”

vescicolare

Determina il movimento cellulare

Svolge un ruolo chiave nella divisione della cellula

Non è una struttura rigida e permanente (le fibre che lo

costituiscono vengono continuamente assemblate e

smontate)

CELLULA VEGETALE

Possiede strutture esclusive rispetto alle cellule animali

Parete cellulare

Plastidi

Vacuoli

(cloroplasti, cromoplasti e amiloplasti)

struttura

I perossisomi

decompongono

i perossidi tossici

Perossisomi

Parete cellulare

Nucleolo

Nucleo

Ribosomi

liberi

La parete cellulare

sostiene la cellula vegetale.

Sui ribosomi vengono

Sintetizzate le proteine.

Vacuolo

Reticolo

endoplasmatico

rugoso

Mitocondrio

Apparato

di Golgi

Plasmodesmi

Cloroplasti

Membrana

citoplasmatica

Reticolo

endoplasmatico

liscio

Proteine e altre molecole

vengono modificate

chimicamente nel

reticolo

endoplasmatico liscio.

I cloroplasti raccolgono l’energia

solare per produrre zuccheri

L’apparato di Golgi elabora

e impacchetta le proteine.

PARETE CELLULARE

Cellulosa Emicellulosa Pectine Lignina Cutina Suberina

componenti

Sostegno meccanico Resistenza meccanica Impermeabilizzazione Isolamento e barriera vs i patogeni

funzioni

Appoggiata alla faccia esterna della membrana plasmatica,

sottile e flessibile nelle c. giovani, grossa e rigida in quelle adulte.

VACUOLO Occupa gran parte del volume

cellulare.

Regolando il suo contenuto d’acqua

determina l’aspetto più o meno gonfio

della cellula. Il rigonfiamento del

vacuolo è contrastato dalla rigidità

della parete che fornisce alla c. il

turgore che aiuta a sostenere la

pianta.

Regola il contenuto idrico della cellula difendendola dal congelamento

durante l’inverno: assorbe acqua dal citoplasma e lo rende più concentrato

impedendo il congelamento della soluzione.

Immagazzina sostanze di riserva, pigmenti (blu e rosa) che attirano gli

impollinatori (riproduzione), enzimi idrolitici (per la germinazione del

seme).

Deposito di sostanze nocive o repellenti che agiscono come deterrenti

per gli animali che volessero nutrirsi delle piante che li contengono (forma

di difesa della pianta).

PLASTIDI CLOROPLASTI

Organelli delimitati da doppia membrana,

contengono il pigmento verde CLOROFILLA

sono responsabili della fase luminosa della fotosintesi

Nella fotosintesi

l’energia luminosa

viene convertita in

energia chimica di

legame. Le molecole

prodotte durante

questo processo

costituiscono il

nutrimento per gli

organismi

fotosintetici e per gli

organismi che di

questi si nutrono.

Dunque la

fotosintesi,

direttamente o

indirettamente

rappresenta la

fonte di energia per

la maggior parte

degli organismi

viventi.

L’ATP viene usato per convertire CO

In glucosio nello stroma, la regione

All’esterno delle membrane tilacoidi.

2

Membrana interna

Membrana esterna Tilacoide Stroma Granum

(pila di tilacoidi) Le membrane tilacoidi sono

i siti dove l’energia luminosa

viene raccolta dal pigmento

verde clorofilla e convertiti

in ATP.

I cloroplasti nutrono il mondo Questa microfotografia elettronica mostra un

cloroplasto di una foglia di mais. I cloroplasti sono grandi in confronto ai

mitocondri e contengono una rete estesa di membrane tilacoidali fotosintetiche.

La clorofilla è associata alle membrane dei tilacoidi, sacculi appiattiti che se

impilati insieme vanno a formare i grana. Tali pigmenti captano l’en. luminosa che

viene utilizzata per produrre glucosio a partire da CO2 e H2O.

Tilacoidi e grana sono immersi in una matrice detta stroma che contiene DNA e

ribosomi per la sintesi di alcune proteine necessarie alle attività del cloroplasto.

AMILOPLASTI

Depositi di stoccaggio di amido

(tuberi, semi e radici)

CROMOPLASTI Contengono pigmenti rossi

arancioni o gialli

(fiori e frutti)