LA TEORIA CELLULARE

Tutti gli organismi sono formati da cellule (da una o più cellule)‏

Ogni cellula deriva da altre cellule

Le cellule compiono tutte le funzioni proprie degli esseri viventi e sono le unità base di tutti gli organismi

Le cellule contengono l’informazione ereditaria

Le cellule rappresentano l’unità vivente fondamentale di funzione ed organizzazione di tutti gli organismi viventi.

Esistono tanti tipi diversi di cellule ma le caratteristiche fondamentali sono comuni a tutte.

Esistono due modelli di organizzazione cellulare:

PROCARIOTE

Archeabatteri, batteri

EUCARIOTE

Protisti, funghi, vegetali, animali

PROCARIOTE VS EUCARIOTE

DNA

DIMENSIONI

ORGANIZZAZIONE

METABOLISMO

ORGANULI

Cellula procariote

Cellula animale eucariote

Cellula vegetale eucariote

PROCARIOTI• Cellule più semplici e piccole• DNA localizzato nel nucleoide, uno

spazio citoplasmatico• Assenti organuli; nel citoplasma sono

presenti ribosomi• Possono presentare una capsula

protettiva e che determina la virulenza di alcuni gruppi

EUCARIOTI

• La cellula eucariote ha una struttura interna molto più complessa: l’interno è “compartimentato”.

• Ciascun compartimento costituisce un organulo, specializzato per svolgere una funzione specifica.

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CARATTERISTICHE DELLA CELLULA

• forma: tondeggiante, cilindrica, stellata in base allafunzione svolta dal tessuto a cui le cellule stesseappartengono;

• dimenzione: microscopica (4 μm nei linfociti a 130μm nelle cell. nervose); la grandezza nucleo èdirettamente proporzionale a quella della cellula;

• 3 elementi costizionali fondamentali: membranacellulare, citoplasma, nucleo (microscopio ottico edelettronico).

I CONFINI DELLA CELLULA:LA MEMBRANA PLASMATICA

FUNZIONI DELLA MEMBRANA

• protegge cellula e organelli• regola selettivamente trasporti in entrata-uscita• riconoscimento di sostanze chimiche tramite i recettori di

membrana • ancoraggio per i filamenti del citoscheletro o i componenti della

matrice intracellulare (mantenimento della forma cellulare)• riconoscimento cellulare• compartimentazione dei domini subcellulari in cui avvengono

reazioni enzimatiche• regola la fusione con altre membrane• permette passaggio di determinate molecole attraverso canali• permette la mobilità di alcune cellule e organelli

PROTEINE DELLA MEMBRANA

1) CANALI: proteine integrali (generalmente glicoproteine), funzionanticome pori per consentire entrata-uscita di sostanze dalla cellula.

2) TRASPORTATORI (o carriers): proteine che, mediante cambiamenticonformazionali, consentono il passaggio selettivo di molecole o ioni.

3) RECETTORI: proteine integrali che riconoscono specificatamentedeterminate molecole (ormoni, neurotrasmettitori, nutrienti ecc.).

4) ENZIMI: proteine integrali o periferiche che catalizzano reazionienzimatiche sulla superficie della membrana.

5) ANCORAGGI DEL CITOSCHELETRO: proteine periferiche, affacciate dallato citoplasmatico della membrana, che servono per ancorare i filamentidel citoscheletro.

6) MARCATORI DI IDENTITA’ CELLULARE: glicoproteine o glicolipidicaratteristici di ciascun individuo, che permettono l’identificazione dellecellule provenienti da altri organismi (es. marcatori ABO).

MECCANISMI DI TRASPORTO:TRASPORTO PASSIVO

TRASPORTO PASSIVO:

•Diffusione sempliceMolecole liposolubili (O2, N2, CO2);Molecole non liposolulbili(H2O, urea)

•Diffusione facilitataGlucosio e amminoacidi

TRASPORTO DELL’ACQUA:OSMOSI

• Movimento netto di acqua attraverso una membrana semipermeabile per effetto di una differenza di concentrazione ai due lati della membrana

• I globuli rossi funzionano come osmometri, ovvero come uno strumento utilizzato per misurare la pressione osmotica

ISOTONICA

SOLUZIONE IPOTONICA

IPERTONICA

MECCANISMI DI TRASPORTO:TRASPORTO ATTIVO

Il trasporto attivo di ioni (detto elettrogeno poichè porta all’accumulo di cariche su un lato della membrana. Il meccanismo a “pompa” permette l’accoppiamento del trasporto ad una sorgente di energia come l’ATP.

COTRASPORTO: trasporto accoppiato di 2 sostanze

SIMPORTOSostanze si

muovono verso la stessa direzione

ANTIPORTOSostanze si muovono in

direzioni opposte

FAGOCITOSIAssunzione di particelle solide attraverso la riorganizzazione della membrana intorno ad essa; la vescicola che si forma si fonde con un lisosoma in cui avviene la digestione della particella.Per le particelle liquide si parla di Pinocitosi.

La fagocitosi dipende dalle interazioni della superficie cellulare con specifiche proteine.

ESO

CITO

SI

EN

DO

CIT

OSI

Endocitosi: la cellula prende molecole dall’esterno tramite modificazione della forma della membrana plasmatica, che si invagina per racchiuderle in una vescicola (vescicola endocitica) all’interno della cellula.

Esocitosi: la cellula riversa all’esterno molecole accumulate all'interno di una vescicola, tramite la fusione di quest'ultima con la membrana plasmatica. Tale vescicola si origina dall'apparato di Golgi per vescicolazione. All’intenro della vescicola vi sono proteine sintetizzate dai ribosomi legati al reticolo endoplasmatico rugoso (RER).

ALL’INTERNO DELLA CELLULACITOPLASMA

Parte di cellula situata all’esterno del nucleo ma all’interno della membrana

CITOSOL

Parte di citoplasma non contenuta in organelli dotati di membrana

CITOSCHELETRO

Complesso reticolo di proteine fibrose che attraversa il citosol

Il CITOSCHELETRO• Contribuisce alla disposizione ordinata degli organelli• Contiene 3 tipi di filamenti:-MICROTUBULIDistribuzione cromosomi durante la divisione; movimenti e forma cellulare; componenti di strutture come ciglia e flagelli-MICROFILAMENTIMuscolo: actina interagisce con altre proteine per produzione forzaCellule non muscolari: supporto cellulare-FILAMENTI INTERMEDIStabilizzano la forma cellulare

ULTRASTRUTTURA CELLULARE

NUCLEO

APPARATO del

GOLGI

MITOCONDRI

REliscio

REruvido

LISOSOMI

PEROSISSOMI

NUCLEO•contiene il codice genetico •è circondato da una doppia membrana la membrana nucleare (cisterna perinucleare)•presenta dei pori dai quali fuoriesce il RNAmessaggero per la codifica dei geni in catene amminoacidiche.

Nucleolo: sede di produzione dei ribosomi, sia per quanto riguarda la produzione del rRNA (RNA ribosomiale) sia per l'assemblaggio

delle proteine presenti nelle subunità ribosomiali.

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO E LISCIO (rete di cavità tipo tubicini, vescicole,sacchi appiattiti “dette cisterne” con

all’interno enzimi catalizzatori delimitate da membrane)

• Reruvido: sede sintesi proteine (RIBOSOMI)• nel lume del reticolo le proteine assumono la loro conformazione funzionale.• Reliscio: sede sintesi e metabolismo lipidi (fosfolipidi); detossificazione a livello epatico di etanolo.

All'interno del RER le proteine subiscono differenziazione per mezzo di aggiunta di gruppi glucidici e lipidici formando glicoproteine e lipoproteine che poi sono espulse tramite esocitosi.

APPARATO DEL GOLGI (serie di vescicole appiattite sovrapposte, parallele le une alle altre)

• Esso secerne ormoni, elimina sostanze di rifiuto, sintesi lipo e glicoproteinee lisosomi. Partecipa con Rer alla sintesi proteine.•le piccole vescicole trasportano le glicoproteine dal Rer alle cisterne del Golgi• nell’apparato le glicoproteine sono impacchettate in vescicole di secrezione liberate all’esterno per esocitosi.

MITOCONDRI• centrale energetica della cellula• respirazione cellulare (produzione 32 ATP)-Glicolisi (citoplasma)-Formazione acetilcoenzimaA (matrice)-Ciclo dell’acido citrico (matrice)-Fosforilazione ossidativa (creste)

Sono formazioni sferoidali o allungate a doppia membrana e dalla più interna si dipartono invaginazioni (creste mitocondriali) dove avvengono le reazione a causa di enzimi. Inoltre presentano un loro DNA mitocondriale.

LISOSOMI organelli contenenti enzimi idrolitici utilizzati per il metabolismo cellulare

Centrioli: 2 corpiccioli allungati, che durante la moltiplicazione cellulare sicircondano di filamenti disposti a raggiera (fuso mitotico).

Ribosomi: piccole particelle date da 2 subunità, una leggermente più grande dell’altra aderenti grazie a sali di Mg; sono composte da rRNA e proteine. Hanno struttura analoga in procarioti ed eucarioti, la massa è minore nei procarioti. La loro funzione principale è la sintesi proteica.

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I NUCLEOTIDI

Il DNA è un polimeroI suoi monomeri sono i NUCLEOTIDII nucleotidi sono formati-Gruppo fosfato-zucchero deossiribosio- base azotata

BASE AZOTATA

Gruppo fosfato

zucchero

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PURINE

PIRIMIDINE

Le basi azotate

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La complementarietà

La complementarietà sibasa su Dimensioni dellebasi- una purina (lunga) siappaia con unapirimidina (corta)

Numero di legami aidrogeno

- adenina si appaiacon timina (2 legami H)- guanina con citosina

(3 legami H)

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I nucleotidi sono legati l’uno all’altro attraverso il gruppo fosfato (legami fosfodiesterici)

Gruppi fosfato e molecole di zucchero formano una successione lineare

Le basi azotate legate alle molecole di zucchero sporgono dalla struttura

Struttura I

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Struttura II

Una molecola di DNA

è formata da due catene

di nucleotidi appaiate

secondo le regole della

complementarietà

doppia elica

Una sorta di scala

a pioli avvolta a

spirale dove i pioli

sono le coppie di basi

complementari

zucchero

basi

Citosinatimina

Guaninaadenina

Gruppofosfato

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Modelli DNAVengono evidenziatii legami H che uniscono le basicomplementari

Le 2 catene dinucleotidi siavvolgono l’una sull’altra a spiraleper questo lamolecola di DNAviene chiamatala DOPPIA ELICA

la struttura del DNA giustifica le 2 caratteristiche :•la molecola può venire duplicata facilmente•il DNA viene utilizzato dai viventi come un codice per registrare etrasmettere informazioni

REPLICAZIONE DEL DNADUPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA

Enzimi (elicasi) rompendo i lg H tra le basi complementari dei due filamenti di DNA, staccano i due filamentiLe DNA –polimerasi complementano, cioè appaiano secondo le regole della complementarietà, a uno a uno i nucleotidi di ciascuna delle 2 catene “vecchie” con altri nucleotidi sintetizzando 2 catene “nuove”

Le catene neoformate sono costituite da:-una catena nucleotidica proveniente dalla molecola di partenza,“vecchia”- una catena nucleotidica neoformata, “nuova”

IL LINGUAGGIO DEL PROGRAMMA GENETICO

• CODICE: insieme di simboli con cui sono registrate le istruzioni sul programma

• ISTRUZIONE (gene): codifica per una determinata catena di amminoacidi

• CODONE: successione lineare di 3 nucleotidi di mRNA(tripletta) che codificano per un amminoacido; le triplette sono 64, ovvero 43 possibili combinazioni lineari di 3 nucleotidi

• ANTICODONE: tripletta tRNAcomplementare a una tripletta (codone) mRNA

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RNA e DNA• Nel citoplasma

• Lo zucchero è il ribosio

• Al posto della base timina, c’è l’uracile

• Molecole di decine, centinaia o migliaia di nucleotidi

• Una singola catena di nucleotidi

• Sintetizzato su stampo DNA (non in grado di autoduplicazione)

•Nel nucleo delle eucellule, nei mitocondri e nei cloroplasti (poco)

•Lunghissime molecole di decine di migliaia o centinaia di migliaia di milioni di coppie di nucleotidi

•Doppia catena di nucleotidi

•Sintetizzato su stampo DNA (autoduplicazione)

DNARNABasi azotate Basi azotate

uracile

adenina

guanina

citosina

timina

citosina

adenina

guanina

RNA

Ogni amminoacido è legato ad una molecola di RNA, l’anticodone è corrispondente ad una tripletta dell’mRNA.

È sintetizzato nel nucleo, complementare a un tratto di una delle due catene del DNA, trasferisce nel citoplasma l’istruzione trascritta dal programma.

Costituisce le due subunità dei ribosomi, sui quali avviene la traduzione del trascritto di mRNA in una catena polipeptidica.

SINTESI DELLE PROTEINE

1°FASE: TRASCRIZIONEGli enzimi nel nucleo aprono una sequenza (gene) della doppia elica di DNA, riconoscendo uno specifico sito detto promotore del gene.

RNApolimerasi complementano una sola delle 2 catene con nucleotidi RNA portati dal citoplasma

Il mRNA si attacca al ribosoma, la prima molecola di tRNA che trasporta l’amminoacido di inizio (fMet) si inserisce nel codone di inizio sulla molecola di RNA. Un secondo tRNAraggiunge l’mRNA, tra i due amminoacidi si forma un legame peptidico e si spezza il legame tra il 1° Aa e il suo tRNA; questo processo continua fino al codone di stop che determina il distacco della catena polipeptidica.

2°FASE: TRADUZIONE

Sito P peptideSito A amminoacile

CICLO CELLULARE

Tutte le cellule, dopo una divisione (M), seguono un ciclo attraversando

diverse fasi. L’insieme di questi stadi prende il nome di INTERFASE

G1: accrescimento, sintesi proteica, produzione di sostanze

S: duplicazione del DNA

G2: sintesi delle diverse strutture che verranno ripartite tra le due

cellule figlie

Interfase• Interfase: periodo tra due mitosi successive in cui avviene

l'accrescimento cellulare e la reduplicazione del DNA; in seguito a quest'ultima ogni cromosoma viene ad essere formato da due filamenti, detti cromatidi fratelli “ 2 molecole di DNA identichecon proteine (istoni) associate”, tenuti insieme in corrispondenza del centromero.

Dopo che i cromosomi si sono duplicati inizia la mitosi (4 fasi)cromatidio

Cromosomi: derivati da un filamento a doppia elica di DNA e da proteinedetti istoni (attorno alle quali lo stesso filamento si avvolge).Sono spesso presenti in coppie. Le cellule che hanno coppie di cromosomiomologhi sono dette diploidi (2n), mentre sono definite aploidi (n) quelleche possiedono solo un cromosoma per tipo.Nell'uomo si hanno 23 coppie di cromosomi, di cui 22 sono cromosomiomologhi (cioè simili) non sessuali (autosomi) ed una coppia di cromosomidiversi, i cromosomi sessuali (eterosomi). Se l'individuo ha due genitori, ognicoppia è composta da un cromosoma ereditato dalla madre e da unoereditato dal padre. Le due porzioni della coppia di cromosomi contengonole informazioni genetiche relative agli stessi caratteri fenotipici (cioèmorfologico-strutturali) e per tale ragione vengono definiti cromosomiomologhi.Durante la divisione cellulare nella cellula il DNA si presenta sparso nelnucleo sotto forma di cromatina, la quale poi si organizza suddividendosi inun numero definito di corpi la cui dimensione massima è nell'ordine delmicrometro: si tratta dei cromosomi. Nella cellula appena formata hanno laforma dei bastoncelli: l'unica struttura evidente al microscopio è unastrozzatura detta centromero.

MITOSI (1) divisione equazionale

Profase: cromosomi visibili, scomparsa membrana nucleare formazione fuso mitotico(fascio di fibre che attraversa tutta la cellula e collega i centrioli, posti ai vertici del fusostesso).Metafase: cromosomi ancorati mediante i centromeri sono allineati sul piano equatorialealle fibre del fuso, si spostano lungo il fuso e si dispongono al centro di questo.

MITOSI (2)

Anafase: i 2 cromatidi, si separano e scorrendo lungo le fibre del fuso, nelle due oppostedirezioni, si portano ai poli opposti della cellula.Telofase: despiralizzazione cromosomi e ricostruzione, a ciascun polo della cellula, dicromatina e membrana nucleare dei due nuovi nuclei. In seguito ha luogo la citodieresi,cioè la divisione e separazione del citoplasma.

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metafase - telofase

IGIENE E PUERICULTURA V ITAS AS 2010/2011

Igiene e puericultura V ITAS Maturità

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LE CELLULE FIGLIE CHE RISULTANO DALLA MITOSI SONO IDENTICHE

ALLA CELLULA MADRE

La mitosi avviene per

produrre altri organismi, che saranno identici alla madre

aumentare il numero delle cellule di un organismo

per formare parti mancanti

Hydra viridis Planaria

ameba

Peranemariproduzione:

scissione binaria

riproduzione: gemmazione rigenerazione

MEIOSI (1)• Nel nostro organismo la mitosi interessa tutte le cellule somatiche, tranne

alcune cellule nervose e muscolari che entrano in una fase di ciclo cellulare G0,

in cui non si hanno più divisioni.

• Il processo di meiosi avviene nelle cellule germinali che si trovano nelle gonadi(ovaie e testicoli) e porta alla formazione dei gameti.

• I gameti (cellula uovo e spermatozoo) sono cellule aploidi, ovvero con un singolo assetto cromosomico (cellule diploidi invece contengono un assetto cromosomico doppio).

• Fasi meiosi I (equazionale come la mitosi): nella cellula germinale diploide si ha duplicazione DNA che si organizza in 2 cromatidi fratelli; i cromatidi fratelli sono attaccati a livello del centromero, la divisione porta a due cellule ancora diploidi come la cellula madre.

• Segue la meiosi II, senza ulteriore duplicazione del DNA. I cromatidi fratelli si separano e si allontanano, la stessa metà del corredo cromosomico migra verso ciascun polo , per cui si formano cellule aploidi (divisione riduzionale).

MEIOSI (2)

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Inizia la meiosi I

Compattamento molecole di DNA e appaiamento a tetrade dei cromosomi omologhi (uguali)

Profase I

CROSSING-OVERLe cellule figlie, gameti, sono diverse dalla cellula madre in seguito ad un processo che porta a combinazioni genetiche totalmente nuove e uniche.

Le coppie di cromosomi omologhi si appaiano a formare le tetradi unite tramite il chiasma, punto di incrocio dei cromatidi fratelli dei due cromosomi; a questo punto avviene lo scambio di DNA tra omologhi che aumenta la diversità genetica dei

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metafase I

durante la formazione della tetrade PUÒ avvenire il crossing-over

Quindi, cromosomi omologhi si POSSONO scambiare tratti di DNA

le tetradi si allineano sul piano equatoriale in fila per uno

i cromosomi omologhi di ciascuna tetrade si separano e si allontanano

una metà del corredo cromosomico migra verso ciascun polo

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meiosi I e II

Nella meiosi II i cromatidi fratelli si separano e si allontanano

la stessa metà del corredo cromosomico migra verso ciascun polo

Segue la II divisione, senza ulteriore duplicazione del DNA i centromeri si allineano sul piano equatoriale in fila per uno

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Risultato della meiosi

hanno la metà del numero dei cromosomi della cellula madre: sonoAPLOIDI

sono diverse tra di loro per:

separazione casuale degli omologhi alla I divisione meiotica

eventuale crossing-over

LE QUATTRO CELLULE FIGLIE SONO DIVERSE DALLA CELLULA MADRE

perché

Confronto mitosi – meiosi

MITOSI

MEIOSI

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Mitosi - Meiosi

FORMAZIONE DEI GAMETI