Fondamenti di biologia cellulare Cap. 1 1.1; pp. 1 6 Nelson - Cox Introduzione alla biochimica di LehningerEd. Zanichelli 2011

Disponibile in Biblioteca di Facolt, via Genova 181

Le immagini utilizzate in questa presentazione sono tratte dai seguenti testiAlberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. Biologia Molecolare della Cellula. (ed. Zanichelli) IV ed. in italiano (2004) condotta sulla IV ed. americana (2002). Lodish, Berk, Zipursky, Matsudaira, Baltimore, Darnell. Biologia Molecolare della Cellula. (ed. Zanichelli) II ed. in italiano (2002) condotta sulla IV ed. americana (2000). Nelson, Cox. I Principi di Biochimica di Lehninger. (ed. Zanichelli) III ed. in italiano (2002) condotta sulla III ed. americana (2000). Stefani, Taddei. Chimica, Biochimica e Biologia Applicata. (ed. Zanichelli) II ed. (2008).

disponibili in Biblioteca di Facolt, in via Genova 181 a Cesena.

La pi piccola unit della vita la cellula. Ciascun essere animato costituito da una o pi cellule. I batteri sono organismi unicellulari che caratteristicamente mancano di nucleo. I batteri dunque appartengono a un gruppo di organismi chiamati procarioti (letteralmente "prima del nucleo"). Tuttavia, la maggioranza delle forme di vita (compresi alghe, funghi, piante e animali) caratterizzata dalla presenza del nucleo e si definisce eucariotica (letteralmente "con un vero nucleo"). Il nucleo un compartimento isolato da una membrana che separa il materiale genetico dal resto della cellula (citoplasma).

Attenzione alla scala dimensionale!

1m

1m

Un virus un elemento incapace di replicazione autonoma, dotato di un involucro contenente il suo materiale genetico (DNA o RNA). Per riprodursi, il virus ha bisogno degli apparati trascrizionali e traduzionali delle cellule che parassita.

Le cellule sono delimitate da una membrana plasmatica e contengono tutte le molecole e le strutture necessarie alla vita di ogni specifico tipo. In un organismo multicellulare le cellule sono differenziate per svolgere specifiche funzioni. Per esempio, un neurone specializzato per condurre impulsi nervosi, una cellula muscolare per contrarsi, un globulo rosso per trasportare ossigeno, e cos via. Dunque, le comuni rappresentazioni grafiche sono convenzionali. Anche specifici sottocompartimenti cellulari sono circondati da una membrana lipidica, e si dicono organelli.

Cellule muscolari

Cellula nervosa

Cellula animale

Cellula vegetale

In alcune cellule, una parete cellulare circonda la membrana plasmatica; composta principalmente da cellulosa nelle piante, peptidoglicani nei batteri, chitina nei funghi. Le cellule animali non sono circondate da una parete

Funzione: Conferisce forza e rigidit alla cellula

La membrana plasmatica un doppio strato fosfolipidico

La membrana superficiale di ogni cellula (qui schematizzata nel classico modello a mosaico fluido) presiede alla gestione del traffico molecolare in ingresso e in uscita.

Funzioni: Regola il traffico molecolare tra l'interno e l'esterno della cellula; sostanze extracellulari (p. es. nutrienti, acqua) entrano nella cellula e rifiuti o secrezioni ne fuoriescono; il passaggio di sostanze pu richiedere una spesa di energia (trasporto attivo) o avvenire passivamente (diffusione). Ospita molti dei sistemi recettoriali che decodificano i segnali molecolari che influenzano la cellula dallesterno.

La membrana plasmatica un doppio strato fosfolipidico

Funzione: Archivio centralizzato dei progetti inerenti alle varie funzioni cellulari (DNA)

Il nucleo circondato da una doppia membrana (la membrana nucleare) che controlla il movimento di materiali tra il nucleo e il citoplasma attraverso i suoi pori. Contiene cromatina, la nucleoproteina che compone i cromosomi. Solo la porzione di DNA dei cromosomi contiene il materiale ereditabile.

La componente fluida noncromatinica del nucleo, detta nucleoplasma costituisce lambiente in soluzione nel quale sono disciolti gli elementi molecolari necessari per la replicazione del DNA e l'espressione genica ovvero la sintesi di RNA messaggero (mRNA) che veicola fuori dal nucleo linformazione contenuta nel DNA

Funzione: Sintesi dellRNA ribosomiale

Il nucleolo la sede cromatinica della sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA)

La componente fluida cellulare, contenuta allinterno della membrana plasmatica e detta citoplasma, costituisce lambiente in soluzione nel quale sono posizionate numerose strutture subcellulari (descritte oltre) e sono disciolti gli elementi molecolari appartenenti a vari sistemi enzimatici (p. es. glicolisi)

Funzione: Contribuisce alla forma, alla divisione e alla mobilit della cellula, e alla capacit di spostare e ordinare le sue componenti

Il citoscheletro consiste in microtubuli formati dalla proteina tubulina (come nelle fibre del fuso responsabili del movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare, o nei flagelli e nelle ciglia), microfilamenti di actina e miosina (come nelle cellule muscolari), e filamenti intermedi (ciascuno con una proteina distinta come la cheratina)

Il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) un sistema di membrane interno costellato di ribosomi

Funzione: Il RER la sede delle modificazioni che trasformano una catena polipeptidica in una proteina matura (p. es. glicosilazione)

Funzione: Sede della sintesi delle proteine

I ribosomi sono costituiti da alcune molecole di RNA ribosomiale e da pi di 50 proteine differenti

http://www.biologia-it.arizona.edu/cell_bio/tutorials/pev/page3.html

Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) un sistema di membrane interno privo di ribosomi

Funzione: Il REL la sede della sintesi dei lipidi

Funzione: Sede dove gli zuccheri, i fosfati, i solfati, o gli acidi grassi vengono coniugati ad alcune proteine; le membrane che gemmano dall'apparato di Golgi vengono commissionate per la spedizione in vescicole di trasporto destinate a specifici sedi (p. es. membrana plasmatica per la secrezione all'esterno della cellula, lisosomi)

Il complesso di Golgi un organello composto da cisterne sacciformi appiattite vicine e comunicanti con il reticolo endoplasmatico

Funzione: I lisosomi sono sacchetti contenenti enzimi digestivi Contribuiscono alla digestione intracellulare di scorie e altre particelle estranee (batteri); possono determinare la distruzione cellulare se danneggiati

I mitocondri sono circondati da una membrana fosfolipidica a doppio strato; contengono gli enzimi necessari per la sintesi di ATP. Contengono, a livello di un cromosoma circolare, un corredo separato di geni coinvolti nella funzione mitocondriale

Funzione: Produzione di adenosina trifosfato (ATP - la pricipale sorgente di energia per le reazioni biochimiche) nel processo di fosforilazione ossidativa che ha luogo nella catena respiratoria; Sede del ciclo di Krebs e della beta-ossidazione degli acidi grassi a lunga catena.

I plastidi sono strutture della cellula vegetale circondate da una duplice membrana, contengono pigmenti come la clorofilla e i carotenoidi. Un esempio rappresentato dai cloroplasti

Funzione: Sintesi e immagazzinaggio di nutrienti (p. es. amido); la fotosintesi ha luogo nei cloroplasti

Ognuna delle componenti cellulari rappresenta un dispositivo (sopra)molecolare con una funzione specifica, analogo ai dispositivi macroscopici della nostra vita quotidiana.Comparison of macroscopic and microscopic componentsTechnology Struts, beams, casings Cables Fasteners, glue Solenoids, actuators Motors Drive shafts Bearings Containers Pipes Pumps Conveyor belts Clamps Tools Production lines Numerical contr. syst. Function Transmit force, hold positions Transmit tension Connect parts Move things Turn shafts Transmit torque Support moving parts Hold fluids Carry fluids Move fluids Move components Hold workpieces Modify workpieces Construct devices Store and read programs Molecular example(s) Microtubules, cellulose, mineral structures Collagen Intermolecular forces Conformation-changing proteins, actin/myosin Flagellar motor Bacterial flagella Sigma bonds Vesicles Various tubular structures Flagella, membrane proteins RNA moved by fixed ribosome (partial analog) Enzymatic binding sites Metallic complexes, functional groups Enzyme systems, ribosomes Genetic system

Ognuna delle componenti cellulari costituita da una o pi delle quattro fondamentali tipologie molecolari tipiche della chimica biologica: acidi nucleici, proteine, carboidrati e lipidi.