Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità...

48
Un viaggio dentro la cellula

Transcript of Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità...

Page 1: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Un viaggio dentro la cellula

Page 2: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Le cellule: unità strutturali e funzionali

Una cellula è l’unità fondamentale della vita.

È la struttura più semplice in grado di compiere tutte le attività richieste per la vita.

Page 3: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

tipi di cellulele cellule eucarioti:

organuli racchiusi in membrane nucleo che contiene il DNA cellulare.

le cellule procarioti prive di organuli e nucleo.

Nucleo(al cui interno si trova il DNA)

Cellula eucariote

Cellula procariote

DNA

Organuli

Figura 1.2

Page 4: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

SE

M 2

5 00

0

Figura 1.4B

Classificazione: domini e regnidominio: procariotiregni: Eubacteria e Archaebacteria

SE

M 3

250

Figura 1.4A

Page 5: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

dominio degli Eucarioti comprende più regni:

i protisti (protozoi e alghe, che costituiscono vari regni);

FunghiPianteAnimali

275

Figura 1.4C-F

Page 6: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

microscopi

Il microscopio otticoLM, dall’inglese Light

Microscope, utilizza la luce per osservare un campione

permette di vedere forma e struttura di una cellula.

Oculare

Lenti dell’oculare

Lenti dell’obiettivo

Campione

Lenti del condensatore

Fonte di luce

Figura 4.1A

Page 7: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

microscopi otticiingrandiscono le cellule (vive e conservate)

fino a 1000 volte le loro dimensioni realiingrandimento: aumento delle dimensioni

rispetto all’originale

LM

1

00

0Figura 4.1B

Page 8: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Tipi diversi di microscopi ottici

22

0

10

00

Figura 4.1E – Immagine ottenuta con un microscopio ottico a contrasto di fase.

Figura 4.1F – Immagine ottenuta con un microscopio confocale a fluorescenza.

Page 9: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

microscopio elettronico ha un potere di risoluzione molto più elevato

potere di risoluzione: distanza minima fra due punti per poterli distinguere (occhio umano 0,1 mm)

ingrandimento: anche 100 000 volte rivela i dettagli cellulari:

dettagli esterni: microscopio elettronico a scansione (SEM, Scanning Electron Microscope).

dettagli interni: microscopio elettronico a trasmissione (TEM, Transmission Electron Microscope).

SE

M 2

000

TE

M 2

800

Figura 4.1C – Figura 4.1D –

Page 10: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

dimensioni delle celluleLe cellule variano per dimensione e e forma

si tratta di una porzione di spazio circondato da membrana e contenente citoplasma

citoplasma: soluzione acquosa gelatinosa contenente sali e biomolecole.

Figura 4.2

Page 11: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

dimensioni cellulari

sono limitate da: area superficiale abbastanza estesa da

permettere scambi efficaci con l’ambiente esterno per assunzione delle sostanze nutritive per eliminazione delle sostanze di rifiuto.

Page 12: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Una cellula piccola ha un rapporto superficie/volume maggiore di una cellula grande della stessa forma.

30 m 10 m

30 m 10 m

grosso cubo Volume= 27000m3

Area sup 5400 m2

27 piccoli cubi Volume= 27000m3

Area sup complessiva 16200 m2

Figura 4.2

Page 13: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Le cellule procarioti hanno una struttura più semplice delle cellule eucarioti

Cellula procariote

Nucleoide

Nucleo

Cellula eucariote Organuli

Col

oriz

zata

TE

M 1

5 00

0

Figura 4.3A

Page 14: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

cellule procarioti negli eubatteri e negli archebatteri cellule piccole assenza di organuli eccetto i ribosomi non hanno un nucleo circondato da una membrana: il DNA è

situato nel nucleoide. membrana cellulare ricoperta da una parete (talvolta presenza di

pili e/oflagelli)

Figura 4.3B

Flagelli batterici

Ribosomi

CapsulaParete cellulare

Membrana cellulare

Nucleoide (DNA)

Pili

Page 15: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

cellule eucariotipresenza di un vero e proprio nucleo.sistema di membrane interne che suddivide il

citoplasma zone diverse con funzioni e attività differenti, attività chimiche complessive della cellula

(metabolismo cellulare: anabolismo e catabolismo).

Page 16: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

cellula eucariota animaleUna cellula animale

contiene una varietà di organuli circondati da membrane.

Figura 4.4A

NucleoReticolo endoplasmatico liscioReticolo

endoplasmatico ruvido

Ribosomi

Apparato di Golgi

Membrana plasmatica

Mitocondrio

Flagello

Assenti nella maggior parte delle cellule vegetali

Lisosoma

Centriolo

Microtubulo

CitoscheletroFilamento intermedio

Microfilamento

Perossisoma

Page 17: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

cellula vegetale strutture che sono assenti

in a una cellula animale, come i cloroplasti, vacuolo centrale, parete cellulare rigida.

Figura 4.4B

Vacuolo centraleAssenti

nelle cellule animali

Cloroplasto

Parete cellulare

Apparato di Golgi

Nucleo

Microtubulo

Citoscheletro Filamento intermedioMicrofilamento

Ribosomi

Reticolo endoplasmatico liscio

Mitocondrio

Perossisoma

Reticolo endoplasmatico ruvido

Membrana plasmatica

Page 18: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

CH2

CH2

CH3

CH3

CH3N+

O

O O–P

O

CH2CHCH2

C O C O

O O

Schema di un fosfolipide

Code idrofobe

Testa idrofila

La membrana plasmatica

I fosfolipidi: principali componenti strutturali

formano una struttura a due strati chiamata doppio strato fosfolipidico

le teste (idrofile) a contatto con l’acqua, le code verso l’interno (idrofobe)

Figura 4.5B

CH2 CH2

Gruppo fosfato

Acqua

Acqua

Teste

Code

Page 19: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

mosaico fluido

colesterolo controllo della fluidità

proteine di membrana intrinseche non intrinseche glicoproteine (glicocalice)

i diversi componenti possono muoversi lateralmente nella membrana Le cellule animali secernono uno strato appiccicoso di glicoproteine, la

matrice extracellulare. La matrice tiene unite le cellule nei tessuti..

Fibre della matrice extracellulare

Carboidrato (della glicoproteina)

Glicoproteina

Filamenti del citoscheletro

Fosfolipide

Colesterolo Proteine

Membrana plasmatica

Glicolipide

Citoplasma

Page 20: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

sistema di membrane interne• insieme di organuli circondati da membrane

• in comunicazione tramite membrane interne

• lavorano insieme nel sintetizzare, immagazzinare e distribuire i prodotti cellulari (lipidi e proteine)

Page 21: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

connessione strutturale e funzionale.

Nucleo

Reticolo endoplasmatico liscio Membrana nucleare Apparato di Golgi

Lisososma

Vacuolo

Membrana plasmatica

Reticolo endoplasmatico ruvido

Vescicola di trasporto proveniente dal reticolo endoplasmatico

Vescicola di trasporto proveniente dall’apparato di Golgi

Figura 4.6

Page 22: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

nucleoè il centro di controllo

della cellulacontiene il DNA l’organulo più grandecontiene il nucleolo

sede di sintesi dei ribosomi

è separato dal citoplasma tramite la membrana nucleare presenza di pori per

l’uscita di grosse molecole.

NucleoCromatina

Nucleolo

Poro

Ribosomi

Reticolo endoplasmatico ruvido

Membrana nucleare a doppio strato

Figura 4.7

Page 23: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

reticoli endoplasmatici:RER

Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) sacche (cisterne)

appiattite ricoperte da ribosomi

due funzioni principali:produrre componenti del

sistema di membrane;assemblare e modificare

le proteine (glicoproteine) destinate a essere secrete dalla cellula.

Page 24: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

I ribosomi producono proteine

secrete dalla cellula inserite nelle membrane trasportate in vescicole ad altri organuli.

Vescicola di trasporto con all’interno una glicoproteina

4Vescicola di trasporto che si stacca

Catena glucidica

3

Reticolo endoplasmatico

Glicoproteina2Polipeptide

Ribosoma

1

Page 25: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

reticolo endoplasmatico liscio• costituito prevalentemente

da tubuli

• sintetizza i lipidi (acidi grassi, fosfolipidi, steroidi)

• demolisce le tossine e i farmaci nelle cellule del fegato

• immagazzina e rilascia ioni calcio nelle cellule muscolari.

Figura 4.9

Reticolo endoplasmatico liscio

Reticolo endoplasmatico ruvido

Involucro nucleare

RibosomiReticolo endoplasmatico liscio

TE

M 4

5 00

0

Reticolo endoplasmatico ruvido

Page 26: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.
Page 27: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

L’apparato di Golgisacchetti appiattiti impilati uno sull’altro ricevono e modificano i prodotti del RER e

REL li trasportano ad altri organuli o sulla

superficie della cellula (per essere secreti).

Figura 4.10

Apparato di Golgi

TE

M 1

30 0

00

Vescicola di trasporto prodottadall’apparato di Golgi

Lato «di uscita» dell’apparato di Golgi

Apparato di Golgi

Lato «d’ingresso» dell’apparato di Golgi

Vescicola di trasporto proveniente dal reticolo

Nuova vescicola in formazione

Page 28: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Apparato di GolgiMembrana plasmatica

Sostanze nutritive

Vacuolo alimentare

Lisosomi

Digestione

Introduzione delle particelle

Vescicola di trasporto (contenente enzimi idrolitici inattivi)

Reticolo ruvido

Il lisosoma ingloba l’organulo danneggiato

lisosoma vescicola circondata

da membrane.contiene enzimi

idrolitici con funzioni digestive

centro di riciclaggio degli organuli danneggiati.

demolisce le sostanze alimentari e di rifiuto delle cellule Figura 4.11B

2

54

3

1

Page 29: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Nei globuli bianchi i lisosomi distruggono i batteri nocivi che sono stati ingeriti.

Figura 4.11A

Lisosoma

Nucleo

TE

M 8

500

Page 30: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

lisosomi particolari: perossisomiorganuli circondati da membrana che

contengono la perossidasienzima in grado di trasformare il perossido

di idrogeno in ossigeno e acqua

TE

M 4

2 50

0

Due organuli danneggiati all’interno del lisosoma

Frammento di mitocondrio

Frammento di perossisoma

Page 31: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

vacuolivescicole circondate da membranacellule vegetali: grande vacuolo centrale che ha funzioni

litiche e di riserva. cellule animali: vacuoli alimentari

Cloroplasto

Vacuolo centrale

NucleoC

olor

ata

TE

M 8

700

Figura 4.12A

Page 32: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

vacuoli contrattili: in alcuni protisti pompano all’esterno l’acqua in

eccesso.

LM 6

50

Nucleo

Vacuoli contrattili

Figura 4.12B

Page 33: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

organuli convertitori di energia: cloroplasti

nelle piante e in alcuni protisticonvertono l’energia solare in energia chimica

la immagazzinano negli zuccheri.contengono DNA

TE

M 9

750

Cloroplasto

Stroma

Spazio tra le membrane

Membrana interna ed esterna

Grano

Figura 4.13

Page 34: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

mitocondrisvolgono la

respirazione cellulare

convertono l’energia chimica presente negli alimenti in energia utilizzabile dalla cellula

contengono DNA di origine materna

Figura 4.14

Mitocondrio

Membrana esterna

Spaziointermembrana

Matrice

Membrana interna

Creste

TE

M 4

4 88

0

Page 35: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Cellula ospite

Endosimbiosi

Mitocondrio

Cloroplasto

Cellula eucariotica fotosintetica

Procariote

Mitocondrio

• Procarioteorigine di cloroplasti e mitocondriipotesi endosimbionte

mitocondri e cloroplasti derivano da procarioti simbionti di eucarioti

un miliardo di anni fa acquisizione della

capacità di utilizzare l’ossigeno

 La membrana interna: batterica

la membrana esterna: prodotta dalla cellula ospite Dati a favore dell’ipotesi: 

1. la dimensione di entrambi è simile a quella di un batterio

2. contengono un loro DNA (anche se non sono autosufficienti)

3. possono dividersi formando copie simili a se stessi

Page 36: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Il citoscheletro 1scheletro delle cellule fibre proteiche di sostegno 3 tipi di fibre a seconda delle dimensioni

Figura 4.15

Page 37: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Il citoscheletro 2I microfilamenti: permettono alle cellule di

cambiare forma e di muoversi.I filamenti intermedi e i microtubuli: funzione

di ancoraggio per gli organuli (es. vescicole di trasporto) e di guida per i loro movimenti.

Subunità di actina

Microfilamento

7 nm

Subunità fibrosa

10 nm

Filamento intermedio Microtubulo

25 nm

Subunità di tubulina

Page 38: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

ciglia e flagelli appendici locomotorie di alcune cellule

eucarioteciglia: numeroseflagello: unico o doppio

costituiti da microtubuli consentono il movimento

LM

60

0

Co

loriz

zata

SE

M 4

10

0

Figura 4.16A Figura 4.16B

Page 39: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

ciglia e flagelli 2

Figura 4.16C

Flagello sezioni trasversali

Flagello: struttura 9 + 2

Corpo basale: 9 tripletteCorpo basale T

EM

206

500

T

EM

206

50

0

Membrana plasmatica

Microtubuli centrali

Coppia di microtubuli esterni

Page 40: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

I centrioli strutture formate da

microtubuli (9 triplette) sono presenti a coppie

nella cellula ruolo importante nella

divisione cellulare no cellule vegetali

Page 41: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.
Page 42: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

cellule vegetali vs animaliVacuolo centralePlastidi: cloroplasti, leucoplasti

(riserva), cromoplasti (pigmenti)Parete(cellulosa o lignina): forma

precisa della cellulasostegnoprotezione

No lisosomi né centrioli né citoscheletro né organi di locomozione

no colesterolo nella membrana

Page 43: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.
Page 44: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Superfici e giunzioni cellulari

organismi pluricellulari,coordinamento fra le cellule di un unico

organismo.interazione fra cellule e con l’ambiente

attraverso la loro superficie.

Page 45: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

plasmodesmicellule vegetali:

pareti rigide Tra cellule vegetali

adiacenti numerosi canali giunzioni cellulari per

consentire la comunicazione all’interno dei tessuti vegetali

continuità del citoplasma.

Pareti di due cellule vegetali adiacenti

Figura 4.17A

Membrana plasmatica

Citoplasma

Plasmodesmi

Vacuolo

Strati di una parete di cellula vegetale

Page 46: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

giunzioni: cellule animaliVari tipi di giunzioni giunzioni serrate o gap junction: mettono in

contatto le cellule tra loro

Desmosoma

Giunzione occludente

gap junction

Matrice extracellulare

Spazio fra le membrane cellulari

Membrane cellulari di cellule adiacentiFigura 4.17B

Page 47: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Le categorie funzionali degli organuli cellulari4.18 Gli organuli eucarioti sono suddivisi in

quattro categorie funzionaliGli organuli ricadono in quattro

categorie funzionali: assemblaggio; demolizione; trasformazioni energetiche; sostegno, movimento e comunicazione tra cellule.

Page 48: Un viaggio dentro la cellula. Le cellule: unità strutturali e funzionali Una cellula è lunità fondamentale della vita. È la struttura più semplice in.

Gli organuli e le loro funzioni:

Tabella 4.18