LA CELLULALA CELLULA

• Rosalba Fazio – Lucio Troise• Rosalba Fazio – Lucio Troise

La cellulaLa cellula è l’unità di struttura e di funzione di cui sono costituiti tutti gli esseri viventi: ogni loro attività dipende dal funzionamento delle cellule.Ogni cellula è circondata da una membrana plasmatica, una sottilissima pellicola che separa la cellula dalle altre o dall’ambiente circostante, regolando anche l’ingresso e l’uscita di materiali. La membrana plasmatica racchiude il citoplasma, che occupa la maggior parte dello spazio interno, nel quale si compie la maggior parte delle funzioni cellulari, affidate a speciali organelli.

DNATutte le cellule presentano un nucleo che contiene, nella molecola di DNA, tutte le informazioni necessarie per la regolazione delle attività cellulari e per la determinazione delle caratteristiche d’ogni singola cellula.

Componenti cellulari• Membrana plasmatica o cellulare

È la sottile pellicola, di natura lipoproteica, che circonda il citoplasma.Ha la funzione di regolare il passaggio delle sostanze, dentro e fuori della cellula, e di trasmettere informazioni dall’ambiente esterno a quello interno, assicurando stabilità.NucleoÈ l’organulo che contiene l’informazione genetica, codificata nella molecola di DNA nucleare.

Svolge la funzione di impartire istruzioni per il funzionamento della cellula.Ha forma tondeggiante, si trova quasi sempre al centro della cellula, è avvolto da una membrana nucleare interrotta da piccoli pori. Contiene al suo interno la cromatina, costituita da DNA, e da piccoli corpuscoli scuri, detti nucleoli, che producono ribosomi.

Reticolo endoplasmicoÈ costituito da un sistema di canali e compartimenti simili a sacchi, circondati da

membrane collegate tra loro.Si estende in tutto il citoplasma ed ha la funzione di montare e trasportare sostanze.Apparato del GolgiÈ costituito da pile di vescicole appiattite e funziona come un centro d’imballaggio, deposito e smistamento dei prodotti del reticolo endoplasmico.

Lisosomi

Sono vescicole contenenti enzimi “distruttivi”, che vengono per lo più utilizzati per la digestione delle sostanze o per l’eliminazione dei materiali inutili o dannosi.

Mitocondri• Sono organuli che presiedono alle reazioni che producono

energia, accumulata sotto forma di molecole di ATP.Rappresentano la sede della respirazione cellulare.

Ribosomi• Sono dei piccoli corpuscoli

costituiti da RNA e proteine.Svolgono la funzione di assemblare le proteine, secondo le istruzioni provenienti dal nucleo, contenute nel RNA messaggero.

Citoscheletro• È costituito da un’impalcatura di strutture filamentose, di natura

proteica, che servono a mantenere e modificare la forma delle cellule.

• Flagelli o cigliaSono strutture filamentose sporgenti dalla superficie cellulare costituite da tubuli contrattili che ne permettono il movimento oscillatorio.

Citoscheletro

•Nella cellula vegetale sono inoltre presenti:

• PlastidiSono organelli cellulari, il più importante è il cloroplasto che effettua la fotosintesi clorofilliana nelle cellule vegetali, altri plastidi sono i leucoplasti incolori, che contengono materiale di riserva (amido), e i cromoplasti colorati da vari tipi di pigmenti.

• Parete cellulareInvolucro fatto di cellulosa con struttura rigida che funziona da supporto.

Le membrane cellulari• Ogni cellula interagisce con l’ambiente che le sta intorno:

Ha bisogno di un continuo apporto d’energia e di materie prime; l’attività della cellula porta ad un continuo apporto di sostanze di rifiuto che devono essere eliminate.Gli scambi avvengono grazie alla membrana plasmatica che così assicura alla cellula una condizione di stabilità.

Le membrane cellulari• La membrana è formata da un doppio strato di fosfolipidi,

grassi formati da una lunga catena idrofoba apolare, detta “coda”, che termina con una “testa” idrofila polare.Su questa struttura di base s’inseriscono delle proteine, alcune sono completamente inserite nello strato lipidico, altre si trovano solo sulla superficie.I fosfolipidi che si trovano in acqua, interagiscono con questa, organizzandosi a formare una struttura in cui le teste idrofile sono orientate verso il mezzo acquoso e le code idrofobe sono disposte verso l’interno.

Le membrane cellulari• Nella membrana le code idrofobe aderiscono tra loro

rivolgendo le teste idrofile verso gli ambienti acquosi, quello interno alla cellula e quello esterno alla cellula. Le proteine delle membrane consentono il passaggio di sostanze che non riescono diffondere liberamente (trasporto attivo) e a riconoscere e ricevere i segnali prodotti da messaggeri chimici come, ad esempio gli ormoni.

ATP• Alcune proteine specifiche di alcune membrane (mitocondri e

ribosomi) partecipano alla sintesi dell’ATP. Movimento dell’acqua e dei soluti attraverso la membrana plasmaticaIl doppio strato lipidico della membrana plasmatica si comporta come una membrana semipermeabile.Una membrana è detta semipermeabile quando lascia passare liberamente l’acqua ma non le sostanze che vi sono disciolte.A questo passaggio d’acqua è dato il nome di osmosi.

L’OSMOSI• L’osmosi è un fenomeno che si manifesta ogni volta che una membrana

semipermeabile separa due fasi acquose.Attraverso tale tipo di membrana può passare l’acqua ma non le altre sostanze che vi sono disciolte, si verifica una diffusione delle molecole d’acqua, che migrano da una parte all’altra della membrana: l’acqua passa dalla zona in cui la concentrazione delle molecole di soluto è minore di quella delle molecole di acqua alla zona in cui la concentrazione del soluto è maggiore (mentre è minore quella dell’acqua.).Tutto ciò è in accordo con la legge della diffusione, che stabilisce che una sostanza diffonda dall’ambiente dove è più concentrata a quello dove è meno concentrata.La diffusione è un processo spontaneo che non richiede energia, per questo è definito un sistema di trasporto passivo.

L’OSMOSI• Il fenomeno dell’osmosi è un particolare tipo di diffusione poiché i due

scomparti separati dalla membrana semipermeabile, non potendo scambiare liberamente le sostanze disciolte, tendono a raggiungere l’equilibrio attraverso il passaggio dell’acqua dalla soluzione in cui è più concentrata a quella in cui è meno concentrata.Due soluzioni con la stessa concentrazione di soluto sono dette isotoniche, se invece hanno concentrazioni diverse, quella a maggior concentrazione è detta ipertonica e quella a minore concentrazione ipotonica.

Due soluzioni a diversa concentrazione, messe a contatto tramite un osmometro, produrranno un passaggio netto di acqua dalla soluzione ipotonica a quella ipertonica.Tale passaggio può essere impedito fisicamente applicando una pressione sulla soluzione ipertonica, l’entità della pressione misurata corrisponde alla pressione osmotica.

Le cellule • Nella cellula, l’acqua e le molecole molto piccole, come l’ossigeno e

l’anidride carbonica, diffondono liberamente attraverso la membrana plasmatica seguendo il gradiente di concentrazione. Le cellule, tuttavia hanno bisogno di scambiare numerose altre sostanze, come gli ioni inorganici, gli zuccheri ecc., che non possono attraversare il doppio strato lipidico.Per queste sostanze intervengono le proteine di membrana che permettono di effettuare la diffusione facilitata ed il trasporto attivo.

La diffusione facilitata• Avviene per mezzo delle proteine trasportatrici, specifiche per ogni

sostanza, che si legano a quest’ultima e ne facilitano il trasporto attraverso la membrana, secondo il gradiente di concentrazione, senza consumo di energia.Grazie a questo processo di diffusione facilitata le molecole di glucosio entrano nei globuli rossi.Il trasporto attivo

Avviene per mezzo di particolari pompe proteiche che trasportano le sostanze attraverso la membrana, contro il gradiente di concentrazione e quindi con dispendio di energia.Un esempio è la pompa sodio-potassio che serve a mantenere livelli precisi di questi due ioni all’interno ed all’esterno della cellula.

Endocitosi ed esocitosi • Grazie ad un meccanismo di trasporto attivo le cellule dei reni

riescono a ad eliminare molte sostanze tossiche.Endocitosi ed esocitosi Le macromolecole ed i materiali di grosse dimensioni sono trasportati, attraverso le membrane, per mezzo di meccanismi di esocitosi (complesso del Golgi) e di endocitosi (fagocitosi e pinocitosi).

Il mitocondrio e la respirazione cellulare

• Alla base del nutrimento di tutti gli esseri viventi vi è la fotosintesi clorofilliana operata dalle piante verdi.La fotosintesi trasforma anidride carbonica ed acqua in zuccheri grazie alla luce del sole.Gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi sono utilizzati dalle stesse piante verdi o sono assimilati dagli organismi animali.

Negli animali e nelle piante avviene la respirazione aerobia, in pratica lo zucchero è ossidato dall’ossigeno in anidride carbonica e acqua liberando energia sotto forma di molecole di ATP.La respirazione aerobia comprende le seguenti trasformazioni:

Il mitocondri

o e la respirazione cellulare

Glicolisi Serie di reazioni chimiche che avvengono nel citoplasma delle cellule e che trasformano una molecola di glucosio in due molecole di acido piruvico, con la produzione di due molecole di ATP

Ciclo di Krebs• Alla glicolisi fa seguito

l’attivazione dell’acido piruvico, che si lega ad un coenzima (coenzima A), formando una molecola che consente di entrare in un’altra serie di reazioni, chiamata ciclo di Krebs.In questa serie di reazioni cicliche si liberano anidride carbonica, acqua ed energia sotto forma di molecole di ATP, NADH e FADH.

Ciclo di Krebs• Fosforilazione

ossidativaLe molecole di NADH e FADH entrano in una catena di trasportatori di elettroni, che liberano l’energia dei due tipi di molecole, immagazzinandola in molecole di ATP.Al termine di tutte queste trasformazioni si ottengono acqua, anidride carbonica ed energia (sotto forma di 36 molecole di ATP).

Il nucleo e la riproduzione cellulare

• Nel nucleo sono presenti molecole di DNA e proteine che, insieme, prendono il nome di cromatina.È il DNA che contiene le informazioni per il funzionamento delle cellule ed, essendo in grado di duplicarsi, determina la riproduzione cellulare.Quando la cellula si avvia verso il processo di divisione, la cromatina si addensa e si organizza in strutture filiformi chiamate cromosomi.

I cromosomi • I cromosomi sono strutture bastoncellari che, al momento della

divisione cellulare, si evidenziano ed iniziano un processo che, quando riguarda le cellule del corpo (somatiche), è definito mitosi.Tutte le cellule degli organismi pluricellulari sono diploidi, cioè hanno due serie di cromosomi identici, solamente le cellule responsabili della riproduzione, i gameti, hanno una sola serie di cromosomi (aploidi).

I cromosomi • Durante la riproduzione ogni cellula madre trasferisce alle cellule figlie il proprio

corredo cromosomico, e quindi, tutte le informazioni contenute nel proprio DNA.La mitosi consiste nel seguente processo:le molecole di DNA, contenute nella cromatina, si duplicano i cromosomi condensano nel nucleo assumendo l’aspetto di filamenti spessisi portano verso il centro della cellula in una zona paragonabile all’equatore terrestre

i due cromatidi di ogni cromosoma (il filamento originale e la copia neo-sintetizzata) si separano e migrano ai poli della cellulai cromosomi dei due nuovi nuclei si ritrasformano in cromatinasi forma una membrana che separa le due cellule figlieAlla fine del processo si avranno due cellule figlie con gli stessi cromosomi della cellula madre, e quindi con le stesse informazioni.

Vedi LA MITOSI

I cromosomi • Nel caso delle cellule della riproduzione sessuale, i gameti, uovo e

spermatozoo, la riproduzione prende il nome di meiosi.Nella meiosi il processo si svolge così:la cromatina si duplicai cromosomi si addensano e si dispongono sul piano equatorialesi separano, migrando ai due poli, i membri delle coppie di cromosomi (quello di origine paterna e quello di origine materna)si forma una membrana che separa le due cellulei cromosomi delle due cellule si dispongono sul piano equatoriale si separano i cromatidi di ogni cromosoma (l’originale e la copia) e migrano ai poli opposti della cellulasi formano le membrane che divideranno le quattro cellule figlie

I cromosomi • C’è stata una sola duplicazione di DNA e due divisioni meiotiche:

si ottengono così quattro cellule, ognuna con la metà dei cromosomi della cellula madre.A seguito della meiosi, l’uovo e lo spermatozoo, diventati maturi, si possono fondere per formare una cellula diploide, lo zigote, che si svilupperà in un nuovo individuo.All’inizio della prima divisione meiotica i cromosomi omologhi (i membri della coppia) si appaiano, in pratica si uniscono due a due, avviene un rimescolamento dei cromosomi e si scambiano pezzi di cromatidi (crossing- over). Ne consegue un rimescolamento dei geni di origine paterna con quelli di origine materna

I ribosomi e la sintesi delle proteine• I ribosomi sono organelli ovali costituiti da due sub-unità, una grande ed una

piccola.Sono composti di RNA ribosomiale (rRNA) e molecole proteiche.Rappresentano il luogo ove avviene la sintesi delle proteine.Le informazioni genetiche sono contenute nella molecola di DNA, la stessa molecola è in grado di duplicarsi per la riproduzione cellulare.

La molecola di DNA è formata da due catene di nucleotidi, complementari tra loro, avvolte ad elica l’una attorno all’altra.Le informazioni sono codificate dalla sequenza delle basi azotate presenti nella molecola; una certa sequenza di basi corrisponde ad un gene, ovvero ad un carattere, questo carattere si esprime sotto forma di proteine composte da una serie di amminoacidi.

acido ribonucleico • Nella vita normale della cellula, il DNA presiede alla sintesi delle molecole

proteiche.Il DNA, pur contenendo le informazioni per la suddetta sintesi, non funge direttamente da stampo per l’assemblaggio delle proteine, ma crea una molecola che provvede a trasmettere, e a far applicare, le informazioni contenute nella sua sequenza di basi azotate..Tale molecola si chiama acido ribonucleico (RNA).

La molecola dell’RNA differisce dal DNA per le seguenti caratteristiche:è formata da un filamento unico di nucleotidi;è molto più breve, spesso l’informazione che porta si limita ad un solo gene;contiene una base azotata diversa da quelle presenti nel DNA;è continuamente formata e distrutta, a seconda delle necessità della cellula.

L’RNA è composto di un filamento complementare ad uno dei due filamenti del DNA.Il messaggio presente nel DNA è trascritto nella molecola di RNA, la molecola di RNA si trasferisce dal nucleo al citoplasma, dove, un adeguato “macchinario”, collocato sui ribosomi, lo traduce nel linguaggio delle proteine, basato sulla sequenza degli amminoacidi.

•DNA trascrizione RNA traduzione

PROTEINE• Trascrizione:

è un processo simile a quello della duplicazione del DNA, con la sola differenza che, ad essere copiato, è uno solo dei due filamenti di DNA e che la copiatura o trascrizione produce una molecola di RNA messaggero (mRNA) complementare al tratto copiato (quello cioè che codifica la proteina).L’RNA messaggero si dirige nel citoplasma, raggiunge una catena di ribosomi, dove sarà tradotto nel linguaggio delle proteine.

PROTEINE• Traduzione:

Per codificare i 20 amminoacidi delle proteine ci sono solo 4 tipi di basi azotate. Il codice per tradurre le informazioni consiste nel “leggere” le basi azotate raggruppate in triplette.Per tradurre un messaggio da una lingua all’altra ci vuole un interprete ed un dispositivo che scriva le parole nella nuova lingua; nella sintesi proteica l’interprete è costituito da piccole molecole di RNA chiamate RNA di trasferimento (tRNA) che traducono il linguaggio dei nucleotidi in quello degli amminoacidi.In pratica quelle piccole molecole di tRNA vagano nel citoplasma in cerca dell’amminoacido corrispondente (esistono 20 tipi diversi di tRNA, uno per ogni amminoacido), lo catturano e lo trasportano sui ribosomi dove viene sintetizzata la proteina.

• Le diverse parti che prendono parte alla traduzione-sintesi proteica sono:l’mRNA che porta codificate le informazioni per costruire la proteina

il tRNA che decodifica il messaggio da triplette di nucleotidi a specifici amminoacidii ribosomi che, unendosi all’mRNA e al tRNA, consentono la costruzione della proteina amminoacido dopo amminoacidoI ribosomi sono organelli ovali, formati da due sub-unità, una grande e una piccola.Sono costituiti da RNA ribosomiale (rRNA) e molecole proteiche.

Il filamento di mRNA raggiunge i ribosomi, si infila fra le due sub-unità, scorre e viene “letto” contemporaneamente da più ribosomi, ciò permette di rendere più veloce la sintesi proteica.

Dal semplice al complesso• L’unità fondamentale della materia è

l’atomo.*******L’unità fondamentale degli esseri viventi è la cellula.********Le cellule si uniscono a formare tessuti, i tessuti formano organi, gli organi formano i sistemi o gli apparati.********L’insieme dei sistemi e degli apparati formano gli organismi.

ContenutiA cura di

Rosalba FazioGrafica

Lucio Troise

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