Biologia Cellulare: Funzioni e Strutture

La Cellula e gli Organismi Viventi

• La teoria cellulare afferma che tutti gli esseri viventi sono costituiti da una o più cellule.
• Le reazioni chimiche degli organismi viven avvengono all'interno delle cellule.
• Le cellule si originano da altre cellule.
• Le cellule contengono le informazioni ereditarie degli organismi.

Cellule Procariotiche

• Gli organismi procarioti sono esseri unicellulari, come batteri, alghe verdi-azzurre.
• Presentano una parete cellulare formata da peptidoglicano.
• I batteri possono essere classificati in Gram+ (parete spessa) e Gram- (doppia membrana).
• Gli archea sono un gruppo di procarioti che vivono in ambienti estremi.
• Alcuni archeobatteri, detti metanogeni, producono metano.
• I procarioti sono caratterizzati da una notevole capacità di adattamento e riproduzione rapida, con processi metabolici aerobi e/o anaerobi.
• Dimensioni ridotte (0,5x1,2 µm a 1,5x4 µm) e diverse forme.
• Sono molto importanti per i processi ecologici (es., decomposizione, fotosintesi, fissazione dell'azoto).
• Sono presenti nel nostro corpo come flora batterica commensale o simbiontica, svolgendo diverse funzioni.
• Micoplasmi: batteri più piccoli privi di parete cellulare.

Cellule Eucariotiche

• Gli organismi eucarioti sono esseri viventi costituiti da cellule eucariotiche, più complesse rispetto alle procariotiche.
• Hanno un nucleo definito delimitato da una membrana.
• Dimensioni più grandi (da 10 a 100 µm).
• Il loro materiale genetico è organizzato in cromosomi.
• Sono dotate di un'ampia varietà di organuli cellulari (organelli), ognuno con una specifica funzione.

Compartimentazione Cellulare

• La compartimentazione cellulare permette processi cellulari simultanei e indipendenti.
• Gli organuli cellulari sono strutture specializzate delimitate da membrane.
• Ad esempio: membrana plasmatica, citoscheletro, nucleo, mitocondri, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, ribosomi, lisosomi e vacuoli.

Membrane Cellulari

• La membrana plasmatica è un doppio strato fosfolipidico con proteine embedded, che definisce i confini cellulari, regola il trasporto di materiali e segnali.
• Formato da fosfolipidi anfipatici (una testa polare e due code apolari) e proteine.
• Può svolgere funzioni come protezione, scambio di sostanze, adesione e riconoscimento tra cellule.
• La membrana è selettivamente permeabile, consentendo il passaggio di molecole e non di altre, a seconda delle dimensioni e della carica.

Trasporto attraverso le Membrane

• Differenti tipologie di trasporto (trasporto attivo, passivo, trasporto vescicolare) consentono il movimento di molecole attraverso la membrana plasmatica.
• Il trasporto passivo include la diffusione semplice e quella facilitata, entrambi seguono il gradiente di concentrazione senza consumo di energia.
• Trasporto attivo: consuma energia cellulare (ATP) per trasportare materiale contro gradiente di concentrazione, che necessita di proteine carrier.
• Trasporto vescicolare: materiale inglobato in una vescicola per spostamento di grandi molecole attraverso le membrane (esocitosi/endocitosi).

Morte Cellulare

• Esistono due forme di morte cellulare: necrosi (accidentale) e apoptosi (programmata).
• La necrosi è associata alla rottura della membrana cellulare e al rilascio del contenuto cellulare, innescando un processo infiammatorio.
• L'apoptosi è un processo regolato e controllato che coinvolge eventi specifici, come frammentazione del DNA, e consente alla cellula di morire in modo controllato, senza innescare processi infiammatori.

Biomolecole

• Carboidrati: sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno (Cm(H₂O)n), e sono una fonte di energia per le cellule. Possono essere monosaccaridi (unità base), disaccaridi (due monosaccaridi legati) o polisaccaridi (molti monosaccaridi legati). Esempi: glucosio, amido, cellulosa.
• Proteine: le proteine sono polimeri di amminoacidi e svolgono molte funzioni diverse all'interno della cellula, come catalisi enzimatica, trasporto e attività strutturale.
• Lipidi: sostanze idrofobiche, comprendenti i trigliceridi (riserva energetica), fosfolipidi (membrana cellulare), steroli (colesterolo); sono fondamentali per diverse funzioni biologiche.
• Acidi nucleici: molecole che memorizzano e trasferiscono l'informazione genetica, il DNA è una doppia elica, mentre l'RNA è una singola elica, il DNA trasporta l'informazione, in particolare l'RNA trasporta le informazioni sul DNA.

DNA ed RNA

• Il DNA è una molecola a doppia elica che contiene le istruzioni genetiche per la sintesi delle proteine.
• L'RNA è una molecola a singola elica che svolge ruoli nella sintesi proteica, come mRNA (messaggero), tRNA (transfer), rRNA (ribosomiale), coinvolte nella traduzione.

Introduzione al Genoma Umano

• Il genoma umano è I'insieme completo di istruzioni genetiche per la costruzione e il funzionamento di un individuo, circa 3 miliardi di paia di basi, con un grado di variabilità al 0.1%.
• Esso include geni che codificano per proteine e altre sequenze regolatrici.

Metodi per l'analisi delle Proteine

• Centrifugazione: separazione di campioni sulla base della dimensione e della massa.
• Elettroforesi: separazione delle proteine in un campo elettrico secondo fattori come pl e massa.
• Cromatografia: separazione di campioni mediante interazione con diverse fasi.
• Analisi mediante spettrometria di massa: identifica i campioni sulla base del loro rapporto massa-carica.
• La struttura del prodotto finale si costruisce sulla base del cromatogramma ottenuta.

Analisi Cromatografiche

• Cromatografia su colonna: le molecole vengono separate in base alle loro proprietà di interazione con la fase stazionaria.
• Cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC): separa composte con dimensioni diverse.
• Cromatografia a fase inversa (RP-HPLC): tipologia particolare di HPLC utilizzatissima per la separazione di peptidi ed altre sostanze organiche di diverso genere, in presenza di composti idrofobi.

Determinazione del peso molecolare delle Proteine

• L'elettroforesi su gel di poliacrilammide-SDS (SDS-PAGE) è una tecnica utilizzata per determinare I' Mr.
• Le proteine sono separate in base alla dimensione e il risultato può essere graficato per creare un parametro per I' Mr.