La cellula eucariota

Cellule si originano da un progenitore o cellula staminale e si specializzano per una o piùfunzioni distinte. Questo processo è stato chiamato differenziazione cellulare. Variazioni strutturale (morfologiche) i sono accompagnate da modifiche biochimiche, come nelle cellule rosse del sangue, dove la differenziazione porta alla degenerazione del nucleo e alla produzione di emoglobina

Cellule staminali umane

Componenti cellulari

Membrana cellulare o plasmaticacitoplasmaOrganelli cellularicitoscheletroNucleo

La membrana cellulare

E’ un doppio strato di fosfolipidi cheavvolge the la matrice citoplasmatica checontiene gli organelliÈ spessa tra 7.5 e 10 nmContiene proteine, colesterolo, oligosaccarideFunziona come una barriera selettiva chefa entrare e uscire deteminate sostanze

La membrana cellulare al TEM

citoplasma

extracellulare

La membrana plasmatica

E’ un doppio strato di fosfolipidiLe porzioni idrofiliche di ogni molecola difosfolipidi sono orientate verso il latoesterno o interno della cellulaLe porzioni idrofobiche di ogni molecola difosfolipide sono orientate nella parte interna della membrana plasmatica

Il doppio strato fosfolipidicheporzione idrofilica

porzione idrofobica

Alla membrana sono associate delle proteine che si distinguono in

intrinseche: se prendono intimo contatto con la regione idrofoba della membrana

estrinseche : se prendono contatto

solo con la porzioni idrofilica

Modello tridimensionale delle membrana plasmatica

Meccanismi di trasporto

La membrana cellulare non è una membrana semipermeabile ideale, in quanto essa risulta impermeabile ad alcuni, ma non a tutti, i soluti presenti. La permeabilità o meno della membrana ai soluti non dipende esclusivamente dalle sue caratteristiche chimico fisiche strutturali, ma in gran parte da fenomeni intimamente legati al metabolismo cellulare.

Le cellule, in relazione al loro comportamento relativo alla pressione osmotica e alla pressione ambientale, si distinguono in: poichilosmotiche che presentano una pressione osmotica uguale o quasi a quella del loro ambienteOmiosmotiche sono in grado di mantenere una

pressione osmotica compresa entro una vasta ampiezza di valori, molto diversi da quelli ambientali.

Infine, si può affermare che, il passaggio delle varie sostanze attraverso la membrana plasmatica può avvenire per diffusione semplice, facilitata, o per trasporto attivo.

Citoplasma

E’ un componente liquido non strutturatoIl citosol è circa il 50% del volume cellulareContiene tutte le sostenze necessarie al metabolismo cellulareContiene numerosi enzimi

Organelli cellulari

mitocondri

ribosomi

Reticoloendoplasmico

Complesso del Golgi

lisosomi

perossisomi

Vescicole secretorie

citoscheletro

mitocondri

Centrale energetica della cellulaContiene un macchinario’ per la conversionedell’energia dalla degradazione del glucosio in ATPATP (adenosina trifosfato) è la molecolaenergetica cellulareI mitocondri sono composti per lo più daproteine, lipidi e acidi nucleiciSono generalmente sferici o avoidali

Modello 3D di mitocondrio

Schema di un mitocondrio

1 Membrana interna

2 Membrana esterna

3 Cresta

4 Matrice

La matrice mitocondriale ha consistenza gelatinosa a causa della concentrazione elevata di proteine idrosolubili(circa 500 mg/ml). Essa contiene, infatti, numerosi enzimi, ribosomi 70 S (più piccoli di quelli presenti nel resto della cellula) e molecole di DNA circolare a doppio filamento.

Nella matrice sono presenti gli enzimi del Ciclo di Krebs che riducono il piruvato in AcetilCoA che viene poi avviato alla ossiduriduzione sulle creste mitocondriali

Il genoma mitocondriale possiede 37 genicodificanti per due RNA ribosomiali(rRNA), 22 RNA di trasporto (tRNA) e 13 proteine che fanno parte dei complessi enzimatici deputati alla fosforilazione ossidativa. È da notare, comunque, che il numero di geni presenti sul DNA mitocondriale è variabile a seconda delle specie.In ogni mitocondrio si trovano da due a dieci copie del genoma.Il resto delle proteine presenti nel mitocondrio deriva da geni nucleari i cui prodotti vengono appositamente trasportati

Il mitocondrio è in grado di svolgere molteplici funzioni. La più importante tra esse consiste nell'estrarre energia dai substrati organici che gli arrivano per produrre adenosintrifosfato (ATP). Gli altri processi in cui il mitocondrio interviene sono:l'apoptosi e la morte neuronale da tossicitàda glutammato , regolazione del ciclo cellulare, regolazione dello stato redox della cellula, sintesi dell'eme, sintesi del colesterolo, produzione di calore.

Le membrane del mitocondrioLe due membrane mitocondriali presentano differenti proprietà a causa della loro diversa composizione.La membrana esterna è composta per il 50% di lipidi e per il resto presenta svariati enzimidalle molteplici attività tra cui: l'ossidazionedell'adrenalina , l'allungamento degli acidi grassi e la degradazione del triptofano. Essa, inoltre, contiene porine : canali proteicitransmembrana, non selettivi. Ciò fa sì che la membrana esterna sia assai permeabile e permetta il passaggio di molecole di massa fino a 1000 Da

La membrana interna ha un maggior contenuto di proteine enzimatiche (citocromo, ferredossina, e forma delle estese estroflessioni. Questi proteine costituiscono gli enzimi della catena respiratoria, in grado di operare reazioni di ossido riduzione di un substrato organico di ridurlo in CO2 e H2O con consumo di O2. L’energia ricavata dalla demolizione del piruvato è convertita in ATP nel processo che viene definito fosforilazione ossidativa

Un mitocondrio di cellula di cuore umano

Ribosomi

Sono piccoli organelli composti da rRNA e dacirca 80 proteinerRNA è sintetizzato nel nucleolo e le unitàribosomali sono assemblate quiSpono gli organelli coinvolti nella sintesi proteicaAlcuni sono liberi nel citoplasma e altri sonoassociati sulla membrana del reticoloendoplasmicoSono organuli semiautonomi e si dividonoindipendentemente dalla cellula

Ribosomi di fegato umano

Il ribosoma è una struttura costituita da due subunità (80 S) e presente in tutte le cellule nel citoplasma; partecipa alla costruzione dei polipeptidi tramite la sintesi prtoteica. Presenta nella subunitàpiccola (30 S) il sito di legame per l'mRNAe nella subunità grande (50 S) i siti per i tRNA

Endoplasmic Reticulum

A three-dimensional maze of connecting and branching channels made by a continuous membraneThere are two types:

Rough ER has embedded ribosomes on the cytosolic sideSmooth ER has no ribosomes

Rough ER is prominent in cells that make a lot of proteins (enzymes, myosin, etc.)

Endoplasmic Reticulum

Main function of rough ER is the segregation of proteins destined for export or for intracellular useProteins are modified within the ER by the addition of a carbohydrate, removal of a signal sequence, etc.Phospholipid synthesis and assembly of multi-chain proteins also occurs hereSmooth ER is necessary for steroid synthesis, metabolism and detoxification of substances in the liver, and phospholipid synthesis.

Rough ER in a Human Liver Cell

Golgi Complex

Also called Golgi body or Golgi apparatusThis is a curved membrane stack, resembling a stack of pancakesIt packages proteins for export from the cellIt also adds directions for the destination of the protein packageProteins only enter one side of the stack (cis face), and exit on the other side (transface)

Golgi Complex

Proteins made within the ER bud off in vesicles (membrane-bound sacs) and are transported to the GolgiThese vesicles fuse with the Golgi membrane, and the contents are further modified (concentrated; packaged) Then they bud off in vesicles on the opposite side of the Golgi

The Golgi Complex