biologia

La cellula è l'unità fondamentale di tutti gli organismi viventi,la struttura più piccola è in grado di svolgere tutte le funzioni vitali.

La cellula

Le cellule procariote ed eucariote rappresentano le due principali categorie di cellule,differenti per struttura e organizzazione.

Differenza tra cellule eucariote e procariote

Le cellule eucariote, sono in genere più grandi di quelle procariote (tra 10 e 100 micrometri di diametro) e molto più complesse. La caratteristica principale che le differenzia da quelle procariote è sicuramente la presenza di un nucleo ben definito circondato da una membrana nucleare nella quale all'interno troviamo il materiale genetico(DNA, RNA). Queste cellule possiedono diversi organelli specializzati, ciascuno con funzioni specifiche, come i mitocondri (produzione di energia), il reticolo endoplasmatico (sintesi e trasporto di proteine e lipidi), l'apparato di Golgi (modifica e smistamento delle molecole), i cloroplasti (per la fotosintesi nelle cellule vegetali) e molti altri.

Le cellule eucariote

Le cellule procariote sono tipiche di organismi unicellulari come batteri e archei. Non possiedono un nucleo vero e proprio: il loro materiale genetico (DNA) è disperso nel citoplasma in una regione chiamata nucleoide, non delimitata da una membrana. Sono più piccole (solitamente tra 0,1 e 5 micrometri di diametro) e hanno una struttura semplice. Non possiedono organelli delimitati da membrane, fatta eccezione per strutture come i ribosomi.

Le cellule procariote

Comunicazione cellulare: le cellule comunicano tra loro mediante segnali chimici e molecole segnale (come ormoni e neurotrasmettitori), permettendo il coordinamento di processi biologici complessi come la crescita, la risposta immunitaria e la riparazione dei tessuti.

Detossificazione: alcune cellule, come quelle del fegato (negli animali), svolgono un ruolo fondamentale nella detossificazione dell'organismo, neutralizzando sostanze tossiche o dannose.

Trasmissione dell'informazione genetica: le cellule contengono il DNA, che viene duplicato e trasmesso alle cellute figlie durante la divisione cellulare. Questo garantisce la continuità dell'informazione genetica e consente l'evoluzione e la differenziazione degli organismi.

Produzione di energia: le cellule, attraverso la respirazione cellulare nei mitocondri, convertono le molecole di glucosio e ossigeno in ATP (adenosina trifosfato), la principale fonte di energia utilizzata per alimentare le attività cellulari.

Le cellule rappresentano le unità fondamentali della vita e svolgono una moltitudine di funzioni essenziali per l'organismo. Alcune delle principali funzioni sono:

Cosa fanno le cellule?

Cellula vegetale: • Parete cellulare rigida • Cloroplasti • Vacuolo centrale

Cellula animale: • Assenza di parete cellulare • Assenza di cloroplasti • Vacuoli piccoli o assenti

Le cellule animali e vegetali sono entrambe cellule eucariote, ossia presentano un nucleo ben definito e una complessa organizzazione interna con diversi organelli delimitati da membrane. Tuttavia, presentano alcune differenze strutturali e funzionali che riflettono le esigenze specifiche dei rispettivi organismi.

Cellula animale e vegetale

Crescita e rigenerazione: le cellule vegetali sono in grado di rigenerarsi e crescere. Questo avviene principalmente grazie alla divisione cellulare (mitosi) nelle zone meristematiche della pianta (punti di crescita).

Mantenimento della rigidità strutturale: la parete cellulare e il vacuolo centrale contribuiscono a mantenere la forma e la struttura delle piante. Il vacuolo centrale riempito d'acqua esercita una pressione contro la parete cellulare, rendendo la pianta rigida.

Fotosintesi: le cellule vegetali sono in grado di convertire la luce solare in energia chimica attraverso i cloroplasti, dove avviene la fotosintesi. Questo processo è fondamentale per la vita sulla Terra, poiché produce ossigeno e costituisce la base della catena alimentare.

Funzioni delle cellule vegetali

Mobilità e comunicazione: le cellule animali sono più flessibili rispetto a quelle vegetali, grazie all'assenza della parete cellulare. Alcune cellule, come i globuli bianchi, sono in grado di muoversi nel corpo per combattere infezioni. Le cellule animali comunicano tra loro attraverso segnali chimici.

Metabolismo energetico: le cellule animali ottengono energia attraverso la respirazione cellulare, in cui i mitocondri ossidano il glucosio (o altri nutrienti) in presenza di ossigeno per produrre ATP.

Funzioni delle cellule animali

Le cellule vegetali sono autotrofe: attraverso la fotosintesi, le piante possono produrre il proprio glucosio e immagazzinare energia sotto forma di amido. La capacità di utilizzare la luce solare come fonte di energia le rende organismi fondamentali nel ciclo biologico globale, poiché forniscono cibo a molti altri organismi (sia animali che umani).

Le cellute animali dipendono da nutrienti esterni, che devono essere ingeriti e digeriti per produrre energia. Gli animali non possono produrre il proprio cibo tramite fotosintesi, quindi consumano altri organismi per ottenere energia. Per questo le cellule animali sono dette eterotrofe

La principale differenza tra cellule animali e vegetali riguarda la fonte di energia e il metabolismo:

Differenze funzionali delle cellule

Sintesi delle proteine: avviene nel citoplasma, nei ribosomi. Il DNA viene trascritto in mRNA, che successivamente viene tradotto in una catena di amminoacidi che forma una proteina.Questo processo è essenziale per costruire le strutture cellulari e regolare le funzioni biologiche.

Fotosintesi: nelle cellule vegetali, nei cloroplasti, la fotosintesi permette di convertire l'energia solare in energia chimica, immagazzinata sotto forma di glucosio. Il processo coinvolge la trasformazione di anidride carbonica e acqua in zucchero e ossigeno, utilizzando la luce solare come fonte di energia.

Le cellule sono coinvolte in numerosi processi chimici essenziali per la vita. Tra i principali processi chimici vi sono:

Di quali processi chimici sono protagoniste le cellule?

Osmosi e trasporto attivo: le cellule regolano il movimento delle sostanze attraverso la membrana cellulare grazie a processi chimici come l'osmosi (movimento passivo di acqua attraverso una membrana semipermeabile) e il trasporto attivo (spostamento di molecolecontro gradiente di concentrazione con dispendio di energia).

Metabolismo cellulare: comprende tutte le reazioni chimiche che avvengono all'interno delle cellule per mantenere la vita. Questo include processi anabolici (costruzione di molecole complesse da quelle più semplici) e catabolici (demolizione di molecole per liberare energia).

Divisione cellulare: la mitosi e la meiosi sono processi chimici complessi che permettono alle cellule di duplicarsi e riprodursi. Durante la mitosi, una cellula somatica si divide per formare due cellule figlie identiche, ognuna con una copia del DNA originale. La meiosi, invece, produce cellule sessuali (gameti) con metà del patrimonio genetico, essenziale per la riproduzione sessuata..

Il colesterolo ha una funzione strutturale: aumenta la flessibilità e la stabilità del doppio strato e ne mantiene la fluidità, anche a basse temperature.

Oltre ai fosfolipidi nella membrana sono presenti anche colesterolo e diverse proteine.

La membrana è costituita principalmente da un doppio strato di fosfolipidi (bilayer). Ciascun fosfolipide presenta una testa idrofila (gruppo fosfato) e due code idrofobe (catene di acidi grassi).Nella struttura della membrana le teste sono rivolte verso l'esterno del bilayer, mentre le code sono rivolte all'interno.

• isola fisicamente la cellula; • permette lo scambio di sostanze, energia e informazioni con l'esterno.

Ogni cellula è delimitata dalla membrana cellulare (o plasmatica) che svolge due funzioni fondamentali:

La membrana cellulare

La fluidità della membrana permette ai suoi componenti di spostarsi nel bilayer formando configurazioni diverse, dette mosaici dotati di pori tappezzate da proteine idrofile e cariche. Si parla, così, di modello a mosaico fluido. Grazie a questa struttura la membrana è semipermeabile e svolge un'importante funzione selettiva, che impedisce alle sostanze dannose di penetrare all'interno della cellula, assicurando così l'integrità biochimica del citoplasma.

Le proteine di membrana si distinguono tra integrali, se attraversano completamente il doppio strato, e periferiche se lo penetrano solo parzialmente o vi sono poggiate sopra.

Le proteine di membrana, oltre ad avere un ruolo strutturale, svolgono diverse funzioni.Possono agire infatti come: • recettori di segnali extracellulari; • enzimi; • recettori per il riconoscimento tra cellule; • proteine di trasporto.

Il rapporto nucleo/citoplasma varia notevolmente da un tipo cellulare all’altro. Per esempio, nello spermatozoo il citoplasma è scarso ed altamente specializzato, mentre nei linfociti è scarso e non specializzato. Invece la cellula uovo contiene molto più citoplasma in rapporto con il nucleo, funzionando da magazzino delle sostanze nutritive dell'embrione.

Il citoplasma occupa circa la metà del volume totale della cellula ed è costituito per circa il 75-85 per cento da una parte liquida in cui sono disciolte tutte le sostanze chimiche vitali, tra cui sali, ioni, zuccheri, una grande quantità di enzimi e proteinee la maggior parte dell'RNA. La matrice citoplasmatica può essere definita plasmagel o plasmasol a seconda dello stato di aggregazione delle proteine.

Con citoplasma si indica la parte della cellulaall'interno della membrana cellulare costituita da una matrice fluida (citosol) in cui sono dispersi organuli cellulari. Sinonimi di citoplasma sono i termini sarcoplasma, riferito ai miociti, e assoplasma, riferito ai neuroni.

Citoplasma

Escludendo il DNA di certi virus, il DNA è sempre formato da due filamenti appaiati. Possiamo immaginarlo come una scala a pioli, dove le barre laterali sono costituite dallo scheletro del DNA e ogni piolo è costituito da due basi azotate, una per ciascun filamento, legate tra di loro. Per via della loro struttura chimica, le basi azotate si appaiano sempre nello stesso modo: l'adenina con la timina e la citosina con la guanina. Si dice che l'adenina è complementare alla timidina, e viceversa, e che la citosina è complementare alla guanina, e viceversa: i due filamenti sono quindi detti complementari.

Nel DNA si possono trovare quattro tipi di basi azotate: l'adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) e la timina (T). I nucleotidi si legano tra loro a formare un filamento di DNA, in cui si riconosce uno "scheletro" di desossiribosio e fosfato dal quale sporgono le basi azotate. Ciò che rende unico il DNA delle cellule di un organismo è la sequenza dei nucleotidi: i quattro nucleotidi si alternano o si ripetono in ordine non casuale.

II nome completo del DNA è acido desossiribonucleico. E costituito da tante unità base che si ripetono, i nucleotidi. Ogni nucleotide contiene una molecola di acido fosforico (gruppo fosfato), uno zucchero (il deossiribosio) e un composto organico chiamato base azotata.

II DNA è la molecola in cui sono contenute tutte le istruzioni necessarie a una cellula per sopravvivere e svolgere le proprie funzioni. || DNA è alla base dell'ereditarietà, ossia della trasmissione delle caratteristiche che rendono un individuo simile ai propri genitori.

DNA

Un certo numero di ribosomi legato ad una lunga molecola di RNA messaggero costituisce, nel suo insieme, un «poliribosoma» o «polisoma». I ribosomi sono complessi macromolecolari, immersi nel citoplasma o ancorati nel reticolo endoplasmtico o contenuti in degli orhanuli come i mitocondri, responsabili della sintesi proteica.

Nelle cellule che sintetizzano proteine da «esportazione», come gli enzimi digestivi che vengono emessi nello stomaco o nell'intestino, la maggior parte dei ribosomi aderisce alle membrane del reticolo endoplasmico. Il reticolo endoplasmico rivestito da ribosomi è detto reticolo endoplasmico rugoso. I ribosomi vengono sintetizzati nl nucleolo. Sono formati da quattro molecole di RNA ribosomiale.

I ribosomi sono piccole particelle, composte da RNA e proteine. Presenti in tutte le cellule in cui abbia luogo la sintesi proteica, si compongono di due subunità, una delle quali leggermente più grande dell'altra. Hanno struttura analoga nei procarioti ed eucarioti, differendo però la massa, che è minore nei primi.

I ribosomi

La membrana interna esercita un controllo maggiore di quella esterna su ciò che entra ed esce dallo spazio da essa delimitato, ciò è fondamentale per la sintesi dell’ATP. Lo spazio delimitato dalla membrana interna si chiama matrice mitocondriale che può contenere ribosomi e DNA mitocondriale (è circolare, è simile a quello batterico) che contiene delle informazioni necessarie per produrre delle proteine necessarie per la respirazione cellulare e diversi tipi di RNA. I mitocondri non possono formarsi da zero nella cellula, ma derivano dai mitocondri presenti nell’embrione che provengono dalla cellula uovo, quindi, tutti i mitocondri presenti nel nostro corpo sono di origine materna.

• membrana esterna, è liscia e ha funzione protettiva ma oppone scarsa resistenza al passaggio delle sostanze in entrata e in uscita dal mitocondrio; • membrana interna, si trova sotto la membrana esterna e si ripiega più volte su sé stessa e ha una superficie maggiore rispetto alla membrana esterna.

Nelle cellule eucariote, si formano dei composti dalla demolizione delle cellule di nutrienti, che iniziano a formarsi nel citoplasma e vengono demoliti nei mitocondri. L’energia chimica che viene conservata la si utilizza per produrre delle molecole di ATP che sono una sorta di “pile” di energia. Una molecola di ATP è formata dall’adenina legata a una molecola di ribosio attaccata a una sequenza di tre gruppi fosfato. La produzione di queste molecole che avviene nei mitocondri e che richiede il consumo di ossigeno molecolare, si chiama respirazione cellulare. I mitocondri sono rivestiti da due membrane:

I Mitocondri

I microtubuli (risultato del montaggio di molecole della tubulina) sono cilindri non ramificati. Nella cellula svolgono tre ruoli:• formano uno scheletro interno rigido; • servono da binari per le proteine motrici, speciali molecole che utilizzano energia dall’ATP per cambiare forma e spostarsi; • sono fondamentali per assicurare la distribuzione dei cromosomi durante la divisione cellulare.

I filamenti intermedi condividono tutti la stessa struttura generale (esistono almeno 50 variabili di filamenti): sono composti da proteine fibrose che si riuniscono in strutture robuste a forma di corda e sono più stabili perché non vengono disgregati e riformati di continuo. I filamenti svolgono due funzioni importanti:• ancorano al loro posto le strutture cellulari; • aiutano la cellula a resistere alla tensione e contribuiscono all’adesione tra cellule vicine.

Le ciglia e i flagelli eucarioti sono strutture a forma di frusta capaci di trascinare la cellula in ambiente acquoso, o possono far scorrere il liquido circostante lungo la superfice della cellula. Essi sono costituiti da microtubuli e presentano la stessa struttura interna. Le ciglia sono più corte dei flagelli e sono presenti in maggior numero, mentre i flagelli di solito si trovano da soli o in coppia.

• contribuiscono al movimento di tutta la cellula o di alcune sue parti; • determinano e mantengono la forma della cellula formando un reticolo al di sotto della membrana plasmatica.

Il citoscheletro eucariote è formato da tre tipi di fibre: i microfilamenti (con diametro minore), i filamenti intermedi e i microtubuli (con diametro maggiore). I microfilamenti sono polimeri formati da molecole di actina. I microfilamenti possono rimanere singoli, radunarsi in fasci oppure organizzarsi in reti; possono scomparire del tutto scomponendosi in monomeri liberi di actina. Le funzioni principali dei microfilamenti di actina sono due:

Citoscheletro

Il RER è quindi cruciale per la produzione e il corretto funzionamento delle proteine e rappresenta un elemento chiave nella biologia cellulare..

5. Produzione di lipidi:Sebbene principalmente associato alla sintesi proteica, il RER contribuisce anche alla sintesi di lipidi e membrane cellulari.

4. Qualità e controllo:II RER ha un sistema di controllo della qualità che assicura che solo le proteine correttamente ripiegate vengano trasportate al Golgi per ulteriori modifiche e distribuzione.

3. Assemblaggio delle proteine:Il RER svolge un ruolo nell'assemblaggio di proteine multimeriche, garantendo che le subunità siano assemblate correttamente.

2. Modificazione delle proteine:Dopo la sintesi, le proteine subiscono modifiche post- traduzionali, come la glicosilazione, che sono cruciali per la loro funzione e destinazione.

1. Sintesi proteica: I ribosomi legati al RER sono responsabili della sintesi di proteine destinate alla secrezione, all'incorporamento nella membrana cellulare o al lisosoma.

Il reticolo endoplasmatico ruvido anche detto RER è una componente fondamentale della cellula eucariote, caratterizzato dalla presenza di ribosomi sulla sua superficie esterna, che gli conferiscono un aspetto "ruvido". Ecco un riassunto delle sue funzioni principali:

RUVIDO

Il Reticolo Endoplasmatico

5. Produzione di ormoni steroidei: Nelle cellule specializzate, come quelle delle ghiandole surrenali, il REL è coinvolto nella sintesi di ormoni steroidei. Il REL è quindi essenziale per diverse funzioni metaboliche e di regolazione all'interno della cellula, contribuendo al mantenimento dell'omeostasi cellulare.

4. Stoccaggio di ioni calcio: Agisce come riserva di calcio, rilasciando ioni calcio nel citoplasma per regolare processi come la contrazione muscolare e la trasmissione nervosa.

1. Sintesi di lipidi: Il REL è coinvolto nella produzione di lipidi, inclusi fosfolipidi e colesterolo, essenziali per la formazione delle membrane cellulari. 2. Metabolismo dei carboidrati: Partecipa alla glicogenolisi, contribuendo alla mobilizzazione del glucosio dal glicogeno. 3. Detossificazione: II REL aiuta nella detossificazione di sostanze nocive e farmaci, in particolare nel fegato, dove enzimi specifici trasformano composti tossici in forme più facilmente eliminabili.

Il reticolo endoplasmatico liscio anche detto REL è una struttura cellulare priva di ribosomi e svolge diverse funzioni importanti. Ecco un riassunto delle sue principali caratteristiche e funzioni:

LISCIO

3. Smistamento e distribuzione: L'apparato di Golgi si occupa di smistare le proteine e i lipidi verso diverse destinazioni: per la secrezione all'esterno della cellula, per l'incorporamento nelle membrane cellulari, o per il trasporto verso i lisosomi. 4. Formazione di vescicole: Le sostanze vengono trasportate attraverso vescicole di trasporto che si staccano dalle membrane del Golgi, garantendo il corretto trasferimento dei materiali. 5. Ruolo nella secrezione: È particolarmente importante nelle cellule specializzate nella secrezione, come quelle ghiandolari, dove prepara e immagazzina ormoni e enzimi.

2. Modifica delle proteine: Le proteine provenienti dal reticolo endoplasmatico vengono ulteriormente modificate nel Golgi, attraverso processi come glicosilazione, fosforilazione e sulfatizzazione,che sono essenziali per la loro funzione

1. Struttura:È composto da una serie di membrane piatte, chiamate cisterne, disposte in sacchi impilati. Ogni cisterna ha una funzione specifica nel processo di modifica e smistamento.

L'apparato di Golgi è un organello cellulare fondamentale per la modifica, il packaging e la distribuzione delle proteine e dei lipidi sintetizzati nel reticolo endoplasmatico. Ecco un riassunto delle sue principali caratteristiche e funzioni:

Apparato di Golgi

In sintesi, i lisosomi sono organelli essenziali per la degradazione dei materiali cellulari, il riciclo delle risorse e il mantenimento della salute cellulare.

5. Malattie lisosomiali: Alterazioni nel funzionamento dei lisosomi possono portare a malattie ereditarie, note come malattie lisosomiali, caratterizzate dall'accumulo di sostanze non degradate, che possono danneggiare le cellule e i tessuti.

4. Ruolo nel sistema immunitario: I lisosomi sono coinvolti nella risposta immunitaria, degradando agenti patogeni e presentando antigeni alle cellule immunitarie.

3. Autofagia: Partecipano a processi di autofagia, in cui la cellula degrada le proprie strutture obsolete o danneggiate, contribuendo al riciclo dei componenti cellulari e al mantenimento dell'omeostasi.

2. Funzione di degradazione:I lisosomi digeriscono macromolecole, come proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici, provenienti da organelli danneggiati o da materiale esterno, come patogeni e detriti cellulari.

1. Struttura: I lisosomi sono vescicole sferiche contenenti enzimi idrolitici. Questi enzimi sono attivi a pH acido, che è mantenuto all'interno del lisosoma.

I lisosomi sono organelli cellulari responsabili della degradazione e del riciclo dei materiali all'interno della cellula. Ecco un riassunto delle loro principali caratteristiche e funzioni:

I Lisosomi

La riproduzione cellulare è il processo attraverso il quale le cellule si dividono e generano nuove cellule. Ci sono due tipi principali di divisione cellulare: la mitosi e la meiosi.

Mitosi e Meiosi

Fasi della mitosi: 1. Profase: I cromosomi si condensano e diventano visibili. Il fuso mitotico inizia a formarsi e la membrana nucleare si dissolve. 2. Metafase: I cromosomi si allineano al centro della cellula, lungo la piastra metafasica. 3. Anafase: I cromatidi fratelli si separano e vengono tirati verso i poli opposti della cellula. 4. Telofase: I cromatidi arrivano ai poli opposti, si formano nuove membrane nucleari e i cromosomi iniziano a despiralizzarsi. 5. Citodieresi: Il citoplasma della cellula si divide, creando due cellule figlie.

La mitosi è un processo di divisione cellulare che produce due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre. Questo tipo di divisione è essenziale per la crescita, il mantenimento e la riparazione dei tessuti somatici. Durante la mitosi, il numero di cromosomi nelle cellule figlie rimane lo stesso della cellula madre.

La Mitosi

La Meiosi

Fasi della meiosi: La meiosi comprende due divisioni successive: meiosi I e meiosi II. Meiosi I: Profase I: I cromosomi omologhi si appaiano e può avvenire il crossing-over, uno scambio di segmenti di cromatidi che favorisce la variabilità genetica. Metafase I: I cromosomi omologhi si allineano lungo la piastra metafasica. Anafase I: I cromosomi omologhi vengono separati e tirati ai poli opposti. Telofase I: La cellula si divide, formando due cellule figlie aploidi.

La meiosi è il processo di divisione cellulare che riduce il numero di cromosomi di una cellula madre alla metà, producendo quattro cellule figlie non identiche, ognuna con un numero aploide di cromosomi . Questo processo è essenziale per la formazione di cellule sessuali, come spermatozoi e ovuli, e contribuisce alla variabilità genetica negli organismi che si riproducono sessualmente.

Meiosi II

Le fasi sono simili alla mitosi (profase II, metafase II, anafase II, telofase II), ma senza replicazione del DNA. Ogni cellula figlia della meiosi I si divide di nuovo, separando i cromatidi fratelli. Alla fine della meiosi II, si formano quattro cellule aploidi.

Importanza biologica Mitosi: Essenziale per la crescita, la rigenerazione e il mantenimento degli organismi pluricellulari. Meiosi: Garantisce la diversità genetica nelle popolazioni e riduce il numero di cromosomi nei gameti, mantenendo stabile il numero cromosomico da una generazione all’altra.

Numero di divisioni: La mitosi comporta una sola divisione, mentre la meiosi ne include due.Numero di cellule prodotte: La mitosi produce due cellule identiche, mentre la meiosi ne produce quattro, ciascuna con metà del numero di cromosomi. Variabilità genetica: Nella mitosi, le cellule figlie sono geneticamente identiche alla cellula madre; nella meiosi, le cellule figlie sono geneticamente diverse a causa del crossing-over e della distribuzione casuale dei cromosomi.

Differenze tra mitosi e meiosi

Granato Michela Castaldo Mariastefania Giovanni Vivolo Scognamiglio Raffaele

FINE

GRAZIE PER L'ATTENZIONE