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La cellula

eucariote

Generalità

✓ Tutte le cellule eucariotiche possiedono un complesso sistema di

membrane che ne suddivide l’interno in spazi dentro cui si

compiono specifiche funzioni.

✓ Il fenomeno è chiamato compartimentazione.

✓ Ciò permette alla cellula di svolgere nello stesso momento

processi metabolici differenti.

✓ A questi compartimenti si dà il nome di organuli.

✓ Gli organuli e le altre strutture cellulari si possono osservare solo

al microscopio elettronico dopo averli isolati attraverso il

frazionamento cellulare.

Frazionamento cellulare

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Generalità

✓ In ogni cellula eucariote sono sempre presenti le seguenti

strutture:

• membrana plasmatica

• citoscheletro

• nucleo

• mitocondri

• reticolo endoplasmatico

• apparato di Golgi

✓ Altre strutture, come i cloroplasti, i lisosomi, la parete, i vacuoli

e molte altre sono invece presenti solo in alcuni tipi di cellule.

✓ La membrana plasmatica verrà trattata dettagliatamente a parte.

Il nucleo

✓ Anche se non è un vero e proprio organulo, esso è comunque la

struttura più importante di una cellula.

✓ In ogni cellula vi è generalmente un solo nucleo, solo in casi

eccezionali se ne possono trovare due.

✓ Costituisce la parte più appariscente della cellula perché:

• è molto grande, occupando talvolta quasi l’intero volume della

cellula

• si colora facilmente, assumendo

una tonalità intensa

• è circondato da una spessa

membrana.

Il nucleo

✓ Il nucleo è avvolto da una membrana

provvista di numerose aperture: i pori.

✓ In realtà la membrana è doppia: vi è

una membrana nucleare interna ed

una membrana nucleare esterna, che

insieme formano l’involucro nucleare.

✓ Attraverso i pori avviene un traffico di

macromolecole sia in entrata che in

uscita.

✓ Gli ioni e le molecole più piccole possono transitare liberamente.

✓ Tra le molecole più grandi, invece, solo alcune sono in grado di

passare: quelle che presentano «sequenze segnale» di

riconoscimento per il poro, che così le lascia passare.

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Il nucleo

✓ In certi punti l’involucro nucleare forma delle anse che si

protendono nel citoplasma ed entrano in continuità con un altro

organulo, il reticolo endoplasmatico.

Il nucleo

✓ All’interno del nucleo troviamo una sostanza omogenea, la

cromatina, composta da DNA e proteine.

✓ Talvolta all’interno della cromatina sono visibili uno o più

addensamenti più scuri chiamati nucleoli.

Il nucleo

✓ Le funzioni del nucleo sono essenzialmente tre:

1. protegge il DNA

2. controlla e dirige le funzioni della cellula in cui si trova

3. produce i ribosomi (nel nucleolo)

✓ Anche se nel DNA sono presenti tutte le informazioni relative alla

struttura e alla funzione dell’organismo, una cellula ne utilizza solo

una parte.

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I cromosomi

✓ In particolari occasioni la cromatina perde la sua omogeneità e si

organizza in strutture dette cromosomi.

✓ Si tratta di strutture costituite da due bracci uniti da una specie di

strozzatura detta centromero.

✓ Però, quando si rendono evidenti, i cromosomi si sono duplicati

per cui si vedono 4 bracci, due a due uguali. La metà identica di

ciascun cromosoma si chiama cromatidio.

I cromosomi

✓ I cromosomi si distinguono l’uno dall’altro per

la diversa lunghezza dei bracci e la posizione

del centromero.

✓ Nelle cellule di uno stesso organismo (e in tutti

gli organismi appartenenti alla stessa specie)

il numero dei cromosomi è sempre lo stesso.

✓ Per esempio tutte le cellule umane, da qua-

lunque individuo provengano, possiedono 46 cromosomi, quelle

del cane 78, quelle della cipolla 16.

✓ Però la specie umana non è l’unica a possedere 46 cromosomi

(tra i mammiferi anche l’antilope nera ne ha 46), così come la

cipolla non è l’unica ad averne 16.

✓ Infine non c’è relazione tra numero di cromosomi e complessità:

l’ameba, un organismo unicellulare, ne possiede un centinaio!

I cromosomi

✓ Il numero di cromosomi in ogni cellula è sempre pari perché essi

sono uguali due a due (cromosomi omologhi): uno proviene dal

padre e uno dalla madre.

✓ Per questo motivo le cellule vengono dette diploidi.

✓ Le cellule destinate alla riproduzione sessuale hanno la metà dei

cromosomi, perché manca uno dei due omologhi. Tali cellule

vengono dette aploidi.

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I ribosomi

✓ Non sono veri e propri organuli perché non possiedono la

membrana: si presentano come granellini piccolissimi, appena

visibili al microscopio elettronico.

✓ Si trovano attaccati alle membrane del reticolo endoplasmatico,

liberi nel citoplasma o anche all’interno di mitocondri e cloroplasti.

✓ Al microscopio elettronico appaiono costituiti da due componenti

(dette subunità): una più grande

ed un’altra più piccola, entrambe

fatte da proteine e RNA.

✓ La loro funzione è guidare la sintesi

delle proteine, assicurando la corretta

successione degli aminoacidi.

Il reticolo endoplasmatico

✓ È costituito da una fitta rete di canali e sacchetti fatta da

membrane che si intersecano tra loro.

✓ Se ne distinguono due tipi a seconda che abbiano o meno dei

ribosomi attaccati sulle loro membrane:

• il reticolo endoplasmatico liscio

• il reticolo endoplasmatico ruvido

Il reticolo endoplasmatico ruvido

✓ Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) sintetizza le proteine e le

assembla a formare le membrane.

✓ Per questa sua funzione è strettamente connesso con il nucleo,

attraverso la contiguità con l’involucro nucleare.

✓ Il RER produce però anche proteine destinate ad altri organuli

cellulari, come l’apparato di Golgi o i lisosomi.

✓ Il RER produce anche le proteine che sono destinate a svolgere la

loro funzione all’esterno, e che

quindi dovranno essere esportate

fuori della cellula.

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Il reticolo endoplasmatico ruvido

✓ Nel RER le proteine subiscono inoltre una serie di modifiche,

come l’acquisizione della struttura terziaria o l’aggiunta di

carboidrati per ottenere le glicoproteine.

✓ I carboidrati aggiunti costituiscono una sorta di «indirizzo» che

specifica la destinazione della proteina.

✓ Quando le proteine sono pronte vengono racchiuse in una

vescicola di trasporto che si stacca dal RER.

✓ Le cellule che sintetizzano grandi quantità di proteine hanno un

RER molto sviluppato: ne sono un esempio le cellule ghiandolari, i

globuli bianchi e le cellule del fegato.

Il reticolo endoplasmatico liscio

✓ Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è privo di ribosomi ed è in

continuità con il RER.

✓ Esso svolge quattro importanti funzioni:

– provvede alla sintesi dei lipidi (acidi grassi, fosfolipidi,

steroidi…)

– è responsabile della trasformazione di sostanze tossiche

(tossine, farmaci, veleni, pesticidi…)

– è la sede in cui avviene l’idrolisi

del glicogeno per produrre

glucosio (solo nelle cellule

animali)

– ha il compito di immagazzi-

nare ioni calcio.

L’apparato di Golgi

✓ È così chiamato dal nome del suo scopritore, Camillo Golgi,

premio Nobel nel 1906.

✓ La struttura è simile al reticolo endoplasmatico, poiché è

anch’esso formato da un insieme di membrane che hanno però

una distribuzione molto più ordinata.

✓ Le membrane formano

pile di sacchi, chiamati

cisterne, non in comu-

nicazione tra loro, alle cui

estremità si affollano

numerose vescicole.

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L’apparato di Golgi

✓ L’apparato di Golgi svolge due importanti funzioni:

1. riceve le proteine dal RER e le impacchetta all’interno di

vescicole per inviarle alle loro destinazioni finali;

2. sintetizza i polisaccaridi con funzione strutturale (es. la

cellulosa per le pareti vegetali).

✓ L’apparato di Golgi è distinto in tre zone, diverse per funzione: una

zona «di ingresso» (cis face)

rivolta verso il RER, una zona

intermedia e una zona

«di uscita» (trans face).

L’apparato di Golgi

✓ La “cis face” è il versante a cui giungono le vescicole provenienti

dal RER e contenenti le sostanze prodotte.

✓ Le molecole passano poi nella zona intermedia, sempre dentro a

vescicole, dove vengono smistate in base alla loro destinazione.

✓ La “trans face” rappresenta il

lato di uscita: da qui le so-

stanze, impacchettate in

vescicole, si spostano verso

la membrana plasmatica per

diventarne parte, essere

espulse all’esterno o finire in

altri organuli, come per

esempio i lisosomi.

I lisosomi

✓ Sono organuli prodotti dall’apparato di Golgi

che contengono numerosi enzimi digestivi

prodotti nel RER, capaci di digerire (spezzare)

le macromolecole in frammenti che possono

essere più facilmente utilizzati.

✓ Tali enzimi sono estremamente pericolosi per la cellula poiché

sono in grado di aggredire i suoi componenti provocandone, per

questo sono confinati nei lisosomi.

✓ Oltre alla digestione di molecole, un’altra importante funzione dei

lisosomi è la distruzione dei batteri patogeni.

✓ I globuli bianchi, per esempio, inglobano i batteri in vacuoli entro

cui sono riversati gli enzimi lisosomiali che li distruggono.

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I lisosomi

✓ Gli enzimi contenuti nei lisosomi si occupano inoltre di eliminare i

componenti deteriorati della cellula, attraverso un processo detto

autofagia.

✓ In certi casi, infine, i lisosomi si aprono all’interno della cellula e

questa muore. Il fenomeno è chiamato apoptosi.

I mitocondri

✓ Sono presenti in tutte le cellule eucario-

tiche, hanno forma allungata e possiedo-

no una doppia membrana: una esterna

ed una interna.

✓ La membrana interna, notevolmente più

ampia di quella esterna, si ripiega

formando le creste.

✓ Nei mitocondri avviene la respirazione

cellulare, ovvero la degradazione delle

molecole complesse a molecole semplici.

Essi sono quindi connessi con la produzione di ATP.

✓ Lo spazio delimitato dalla membrana interna si chiama matrice

mitocondriale.

✓ Qui, oltre a numerosi enzimi, si trovano anche DNA e ribosomi.

I mitocondri

✓ Il numero di mitocondri per cellula varia in relazione al fabbisogno

energetico: una cellula muscolare, per esempio, ne contiene più di

un migliaio.

✓ I mitocondri non si possono formare da zero, ma derivano dagli

altri mitocondri presenti, che a loro volta provengono dalla cellula

uovo. Tutti i mitocondri, quindi, sono solo di origine materna.

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I plastidi

✓ Sono organuli presenti solo nelle cellule eucariotiche vegetali.

✓ Appartengono al gruppo dei plastidi, di cui ne esistono svariati

tipi, ciascuno con una propria funzione. I più importanti sono:

➢ cloroplasti - di colore verde,

svolgono la fotosintesi

➢ cromoplasti - di vario colore,

responsabili del colore di fiori

e frutti

➢ leucoplasti - non colorati,

accumulano amidi e grassi.

I cloroplasti

✓ I cloroplasti possono variare per dimensione e per forma e, come i

mitocondri, sono circondati da due membrane e possiedono al loro

interno DNA e ribosomi.

✓ Oltre alla doppia membrana, possiedono una serie di membrane

interne che hanno l’aspetto di pile di sacchi discoidali.

✓ Queste pile, dette grani, sono formate da una serie di sacchetti

appiattiti, i tilacoidi, addossati l’uno all’altro e contenenti clorofilla.

✓ Lo spazio circoscritto dalla membrana interna, in cui si trovano

sospesi i grani, si chiama stroma.

I vacuoli

✓ Molte cellule eucariotiche, soprattutto quelle vegetali, possiedono

vacuoli, organuli circondati da una membrana e pieni di soluzioni

acquose contenenti molte sostanze disciolte.

✓ I vacuoli possono svolgere varie funzioni:

1. possono accumulare di prodotti di scarto;

2. nel vacuolo può entrare acqua facendolo gonfiare, però la

parete cellulare si oppone al rigonfiamento producendo un

turgore che contribuisce al sostegno;

3. alcuni vacuoli contengono pigmenti (soprattutto blu e rosa) che

costituiscono segnali per attirare gli animali che favoriscono

l’impollinazione o la dispersione del seme;

4. certi vacuoli contengono enzimi che idrolizzano le proteine del

seme rendendole utilizzabili dall’embrione in via di sviluppo.

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Il citoscheletro

✓ All’interno del citoplasma esiste una rete di sottilissime fibre

proteiche, chiamate citoscheletro, che danno sostegno alla cellula.

✓ Il citoscheletro contribuisce anche alla regolazione delle attività

cellulari trasportando segnali chimici dalla superficie esterna verso

l’interno della cellula.

✓ È costituito da tre diversi tipi di fibre:

✓ microfilamenti: sono i più sottili ed hanno capacità

contrattile.

✓ filamenti intermedi: somigliano a corde che si

intrecciano tra loro fornendo un

ancoraggio per gli organuli.

✓ microtubuli: sottili tubicini che funzionano da

binari lungo i quali possono

muoversi diverse strutture.

I microfilamenti

✓ I microfilamenti sono costituiti da mole-

cole di una proteina globulare chiamata

actina organizzate in polimeri che

possono essere lunghi molti micron.

✓ L’actina è capace di contrazione.

✓ I microfilamenti possono rimanere da

soli, radunarsi in fasci oppure organiz-

zarsi in reti.

✓ Le loro principali funzioni sono:

1. contribuiscono al movimento della cellula

2. partecipano alla formazione degli pseudopodi

3. determinano e mantengono la forma della cellula

4. sostengono sottili microvilli che ampliano la superficie cellulare.

I filamenti intermedi

✓ Ne esistono di diversi tipi, molti dei quali specifici di alcune cellule

soltanto.

✓ Tuttavia hanno tutti la stessa struttura: sono composti da proteine

fibrose che si riuniscono in strutture a forma di corda.

✓ Sono più stabili dei microfilamenti e dei microtubuli perché non

vengono disgregati e riformati di continuo.

✓ I filamenti intermedi svolgono le seguenti funzioni:

1. ancorano le strutture cellulari: per esempio contribuiscono a

mantenere la posizione del nucleo e

di altri organuli.

2. contribuiscono all’adesione tra

cellule vicine formando punti di

giunzione detti desmosomi.

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I microtubuli

✓ Si tratta di strutture cilindriche cave

✓ Sono costituiti da molecole di una particolare

proteina chiamata tubulina.

✓ Le molecole di tubulina possono essere

aggiunte o sottratte, provocando l’allunga-

mento o l’accorciamento del microtubulo.

✓ Essi svolgono due principali funzioni:

1. formano uno scheletro interno

rigido,

2. servono da binari per il movimento

di organuli e altri materiali da una

parte all’altra della cellula.

Ciglia e flagelli

✓ Dalla membrana sporgono verso l’esterno appendici che

permettono il movimento della cellula: ciglia e i flagelli.

✓ Entrambi sono costituiti da microtubuli disposti

a coppie ed avvolti dalla membrana plasmatica.

✓ Nel citoplasma, queste strutture sono ancorate

ad una struttura di chiamata corpo basale.

✓ Le ciglia sono più corte dei flagelli, misurano

solo 0,25 μ di lunghezza ma sono presenti

in gran numero.

✓ I flagelli sono lunghi da 100 a 200 μ e di solito

si trovano da soli o in coppia.

✓ I flagelli eucariotici sono diversi: sono costituiti

da flagellina (e non da tubulina) e non hanno

microtubuli.

Ciglia e flagelli

✓ Ciglia e flagelli si flettono dando luogo a un battito regolare in

conseguenza dell’energia liberata dall’ATP che provoca lo

scorrimento reciproco dei microtubuli.

✓ Queste strutture sospingono la cellula in ambiente acquoso,

oppure possono far scorrere il liquido circostante lungo la cellula.

Esse però differiscono per il modo in cui si muovono.

✓ Il movimento dei flagelli è di tipo ondulatorio,

simile a quello di una frusta.

✓ Il movimento delle ciglia è invece simile a

quello di tanti remi azionati contemporanea-

mente.

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Ciglia e flagelli

✓ Oltre alla locomozione, le ciglia possono svolgere funzioni

particolari: quelle delle cellule della trachea, ad esempio,

raccolgono le impurità dell’aria per sospingerle verso l’esofago,

mentre nell’orecchio le ciglia di alcune cellule percepiscono le

vibrazioni sonore.

La parete

✓ Nelle cellule vegetali, subito al di fuori della membrana, vi è una

rigida parete cellulare.

✓ Oltre a proteggerle, essa fornisce alle cellule il necessario

sostegno.

✓ È costituita da fibre di cellulosa insieme ad altri polisaccaridi e

proteine, ed ha uno spessore anche 100 volte superiore a quello

della membrana.

✓ La parete non isola completamente la cellula dalle altre: esistono

infatti speciali giunzioni che permettono il passaggio di sostanze, i

plasmodesmi.

✓ Si tratta di canali che

attraversano la parete e

formano un sistema di

comunicazione.