Biologia Cellulare: Funzioni e Strutture

BIOLOGIA CELLULARE

• Fino al 1600 non si conosceva il termine "cellula".
• Il microscopio ha introdotto il termine "cellula".
• Roberto Hook, nel 1650, osservò un tappo di sughero e vide le prime "cellule".
• Divenne sovraintendente della Royal Society of London.
• Contemporaneamente, Van Leeuwenhoek individuò "animanucoli" in una goccia d'acqua.
• Nel 1838 Matthias Schleiden affermò che le piante sono costituite da cellule.
• Nel 1839 Theodor Schwann affermò che gli animali sono costituiti da cellule.
• La TEORIA CELLULARE (principi):
• Tutti gli organismi sono composti da una o più cellule.
• La cellula è l'unità strutturale della vita.
• Nel 1855 Rudolf Virchow affermò che le cellule possono avere origine solo da cellule preesistenti.

TEORIA CELLULARE FINALE

• Tutti gli organismi sono composti da una o più cellule.

• La cellula è l'unità strutturale della vita.

• Le cellule possono avere origine solo da cellule preesistenti.

• Le cellule possono essere:

• Unicellulari: un solo tipo di cellula.

• Pluricellulari: più tipi di cellule.

• Le dimensioni delle cellule variano, usano generalmente il micrometro. Le dimensioni degli organelli sono misurate in nanometri.

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI ORGANISMI VIVENTI

• ORGANIZZAZIONE CELLULARE: le cellule sono il modulo fondamentale degli organismi viventi.
• FINALISMO DELLE PARTI: ogni parte di un organismo vivente ha una funzione utile e necessaria al mantenimento dell'organismo.
• METABOLISMO: capacità degli organismi viventi di utilizzare le risorse esterne convertendole in energia per mantenere la struttura complessa e la crescita.
• Processi metabolici:
  • Anabolismo: biosintesi di molecole organiche più complesse, da molecole più semplici.
  • Catabolismo: demolizione di molecole organiche complesse in molecole più semplici.

ECCITABILITÀ'

• Gli organismi viventi possono ricevere stimoli dall'esterno e rispondere.
• Questa reattività è necessaria per molte funzioni vitali.

INFORMAZIONE GENETICA

• Tutte le cellule hanno un patrimonio di informazione genetica.
• FENOTIPO: ciò che si manifesta di fatto.
• GENOTIPO: totalità dell'informazione genetica.

RIPRODUZIONE ED EREDITARIETÀ

• L'attività riproduttiva realizza nuove unità biologiche che mantengono la complessità e organizzazione dei loro predecessori, con variabilità individuale.
• I fattori fondamentali nei processi evolutivi sono: variabilità genetica e selezione naturale.

ASPETTI DELLE CELLULE

• Alcune delle più piccole cellule batteriche sono oggetti cilindrici.
• La maggior parte delle cellule vegetali hanno una forma poliedrica, con un diametro compreso tra i 20 e i 30 micrometri, con pareti cellulari rigide.
• Le cellule dei tessuti animali sono molto variabili nella forma.

CELLULE PROCARIOTE

• Batteri, sono tutti organismi unicellulari, suddivisi in:
  • Eubatteri, sono il gruppo più vasto e diversificato di batteri, alcuni sono patogeni.
  • Archeobatteri, sono anaerobi (crescono in ambienti privi di ossigeno)
    • Tirobatteri in ambienti acidi
    • Alofili in ambienti di elevata salinità
• Alghe azzurre. Si differenziano da altri organismi per elevata capacità di riproduzione e dimensioni.
• Sono in grado di vivere in ambienti estrem (acidi e salati).
• Caratterizzati da semplice organizzazione cellulare senza un nucleo delimitato.
• Hanno membrana plasmatica e parete cellulare rigida.

CELLULA EUCARIOTE

• Sono molto più grandi (10 - 30 micron)
• Hanno un nucleo con DNA racchiuso da membrana.
• Hanno diversi organelli.
• costituiscono la stragrande maggioranza degli organismi viventi

BASI DELLA VITA

• All'interno della cellula avvengono tantissime reazioni chimiche catalizzate da enzimi che comprendono:
• Ottenere energia chimica dall'ambiente trasformando molecole ricche in molecole povere di energia.
• Sintetizzare le molecole necessarie per la vita (anabolismo).
• Condensazione: formazione di un legame tra due molecole con l'eliminazione di una molecola di acqua.
• Idrolisi: rottura di un legame con aggiunta di una molecola di acqua.
• Gli elementi essenziali per la vita sono circa 25 elementi.
• Gli elementi costitutivi del 96% del corpo umano sono: Ossigeno, Carbonio, Idrogeno e Azoto.

BIOMOLECOLE

• Tutte le caratteristiche degli organismi viventi sono determinate dalle biomolecole: lipidi, proteine, carboidrati e acidi nucleici
• LIPIDI: sono tutte sostanze idrofobe che si possono suddividere in più categorie: trigliceridi, fosfolipidi e steroidi.
• PROTEINE: costituite da una sequenza di amminoacidi.
• CARBOIDRATI: sono molecole costituite da C,H e O (idrati di carbonio)
  • Monosaccaridi: come glucosio, fruttosio.
  • Disaccaridi: formati dall'unione di due monosaccaridi, come il saccarosio
  • Polisaccaridi: formati da tantissimi monosaccaridi, come l'amido e la cellulosa.

ACIDI NUCLEICI

• Sono macromolecole specializzate per l'immagazzinamento e l'utilizzo delle informazioni per il funzionamento della cellula e dell'intero organismo, comprendono: DNA e RNA.
  • Nucleotidi: sono composte da una base azotata, uno zucchero e un gruppo fosfato.
    • Le basi azotate possono essere puriniche (adenina, guanina) o pirimidiniche (citosina, timina).

MEMBRANA PLASMATICA

• Delimita lo spazio interno della cellula (citoplasma) a quello esterno;
• È una barriera semipermeabile, e seleziona il materiale che entra ed esce dalla cellula;
• È formata da un doppio strato di fosfolipidi, che contengono proteine e carboidrati (glicolipidi e glicoproteine).
• Il colesterolo è presente nella membrana e media la sua fluidità, impedendo che la membrana diventi troppo fluida o troppo rigida in base alla temperatura.
• Le proteine di membrana possono essere: estrinseche (o periferiche) o intrinseche, legate con legami covalenti o non covalenti ai fosfolipidi.
• I glicidi sono importanti per il riconoscimento e la comunicazione intercellulare.

MECCANISMI DI TRASPORTO

• Il trasporto attraverso la membrana può essere passivo (senza usare energia) o attivo (con energia da ATP).
• Il trasporto passivo: diffusione semplice, facilitata.
• Il trasporto attivo: pompa sodio-potassio, trasporto vescicolare.

CANALI IONICI

• Sono proteine di membrana che permettono il passaggio di ioni attraverso la membrana.
• Classificati in base alla loro interazione con i fosfolipidi.
• Classificati per il loro controllo: controllati da ligando extracellulare, intracellulare o da potenziale, meccanico.

CELLULA VEGETALE

• Le cellule vegetali sono rivestite da una parete cellulare rigida.
• Vengono presenti i vacuoli, grandi vescicole contenenti acqua e sostanze di vario tipo.
• All'interno dei plastidi vi sono i cloroplasti, che contengono clorofilla e sono sede di fotosintesi.

PROCESSO DI TRASCRIZIONE

• La trascrizione è il processo di produzione di molecole di RNA dal DNA.
• La trascrizione avviene nel nucleo della cellula, dove l'informazione genetica contenuta nel DNA viene copiata nell'RNA.
• L'RNA polimerasi, è un enzima essenziale per la trascrizione.
• Essa si lega al DNA in un punto specifico chiamato "promotore" e inizia a leggere il DNA.
• L'RNA viene formato aggiungendo nucleotidi complementari al filamento di DNA.
• La trascrizione si conclude quando l'RNA polimerasi raggiunge un'altra sequenza specifica di DNA, chiamata "terminatore".

PROCESSO DI TRADUZIONE

• La traduzione è il processo di sintesi delle proteine dal RNA messaggero nella cellula.
• Consiste nella conversione del linguaggio nucleotidico del RNA in sequenza aminoacidica.
• Il codice genetico fornisce il codice per l’unione degli amminoacidi.
• Avviene nel citoplasma delle cellule con l'aiuto dei ribosomi, delle proteine e dell' amminoacil-tRNA sintetasi.

CICLO CELLULARE

• Interfase, accrescimento della cellula: G1: svolge le loro funzioni, S: duplicazione del DNA, G2: accrescimento citoplasmatico e duplicazione degli organelli.

• Mitosi (M): divisione vera e propria del nucleo

• Citodieresi: la divisione del citoplasma.

• Meiosi: divisione riduzionale che da una cellula diploide genera 4 cellule aploidi.

VIRUS

• Sono entità biologiche che non sono in grado di replicarsi in maniera autonoma, hanno bisogno della cellula ospite.
• Sono costituiti da un acido nucleico (DNA o RNA) racchiuso in un rivestimento proteico.
• Le cellule ospite hanno un ruolo fondamentale nella loro replicazione, il materiale genetico del virus verrà integrato nel genoma dell'ospite.

BIENERGETICA

• Branca della scienza che si occupa delle trasformazioni di energia negli organismi viventi.

• AUTOTROFI: organismi che sintetizzano le loro molecole organiche a partire da molecole inorganiche, come il glucosio.

• ETEROTROFI: organismi che devono assumere molecole organiche già realizzate dalle altre forme di vita.

• FOTOAUTOTROFI: organismi autotrofi che usano la luce come fonte di energia per la fotosintesi.

• La fotosintesi è un processo anabolico che converte l'energia luminosa in energia chimica sotto forma di zuccheri.

• GLUCOSIO: molecola energetica elettiva viene utilizzata in: respirazione cellulare.

• La respirazione cellulare permette di trasformare l'energia del glucosio in energia chimica sotto forma di ATP.

• Respirazione cellulare: è un processo catabolico che avviene in presenza di ossigeno, e produce CO2, acqua e ATP.

• La respirazione anaerobica: e un processo catabolico che avviene in assenza di ossigeno e produce CO2, acqua e ATP.

COMUNICAZIONE CELLULARE

• È un processo fondamental per il funzionamento di tutti gli organismi viventi.
• La comunicazione cellulare permette alle cellule di interagire tra di loro e di rispondere agli stimoli esterni.
• Tipologie: autocrina, paracrina, endocrina e contatto.

GENETICA

• Branca della scienza che studia le leggi che governano la trasmissione dei caratteri ereditari.
• GENETICA MENDELIANA: Mendel ha formulato 3 leggi relative al modo in cui i caratteri vengono trasmessi agli incroci.
  • Prima legge: legge di dominanza, che definisce la dominanza di un gene recessivo o dominante a livello fenotipico.
  • Seconda legge: legge di segregazione, che spiega come i due alleli di un gene si separano durante la gametogenesi.
  • Terza legge: legge dell'assortimento indipendente, spiega la sorte dei diversi caratteri in modo indipendente durante la gametogenesi.
• GENOTIPO: insieme di geni che un individuo possiede.
• FENOTIPO: la manifestazione fisica del genotipo.
• OMOZIGOTE: individuo con due alleli uguali per un dato carattere.
• ETEROZIGOTE: individuo con due alleli diversi per un dato carattere.
• CARATTERE DOMINANTE: manifesta in un individuo eterozigote.
• CARATTERE RECESSIVO: non è manifesta in un individuo eterozigote.
• Allelia multipla: Sono geni che hanno più di due alleli.

MUTAZIONI

• Sono cambiamenti ereditabili nella sequenza del DNA.
• TIPOLOGIE: mutazioni geniche (modifiche a livello singoli nucleotidi, delezioni, inserzioni), mutazioni cromosomiche e genomiche.