La cellula eucariote - Emiliano Falsini€¦ · La cellula eucariote Generalità Tutte le cellule...
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La cellula
eucariote
Generalità
✓ Tutte le cellule eucariotiche possiedono un complesso sistema di
membrane che ne suddivide l’interno in spazi dentro cui si
compiono specifiche funzioni.
✓ Il fenomeno è chiamato compartimentazione.
✓ Ciò permette alla cellula di svolgere nello stesso momento
processi metabolici differenti.
✓ A questi compartimenti si dà il nome di organuli.
✓ Gli organuli e le altre strutture cellulari si possono osservare solo
al microscopio elettronico dopo averli isolati attraverso il
frazionamento cellulare.
Frazionamento cellulare
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Generalità
✓ In ogni cellula eucariote sono sempre presenti le seguenti
strutture:
• membrana plasmatica
• citoscheletro
• nucleo
• mitocondri
• reticolo endoplasmatico
• apparato di Golgi
✓ Altre strutture, come i cloroplasti, i lisosomi, la parete, i vacuoli
e molte altre sono invece presenti solo in alcuni tipi di cellule.
✓ La membrana plasmatica verrà trattata dettagliatamente a parte.
Il nucleo
✓ Anche se non è un vero e proprio organulo, esso è comunque la
struttura più importante di una cellula.
✓ In ogni cellula vi è generalmente un solo nucleo, solo in casi
eccezionali se ne possono trovare due.
✓ Costituisce la parte più appariscente della cellula perché:
• è molto grande, occupando talvolta quasi l’intero volume della
cellula
• si colora facilmente, assumendo
una tonalità intensa
• è circondato da una spessa
membrana.
Il nucleo
✓ Il nucleo è avvolto da una membrana
provvista di numerose aperture: i pori.
✓ In realtà la membrana è doppia: vi è
una membrana nucleare interna ed
una membrana nucleare esterna, che
insieme formano l’involucro nucleare.
✓ Attraverso i pori avviene un traffico di
macromolecole sia in entrata che in
uscita.
✓ Gli ioni e le molecole più piccole possono transitare liberamente.
✓ Tra le molecole più grandi, invece, solo alcune sono in grado di
passare: quelle che presentano «sequenze segnale» di
riconoscimento per il poro, che così le lascia passare.
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Il nucleo
✓ In certi punti l’involucro nucleare forma delle anse che si
protendono nel citoplasma ed entrano in continuità con un altro
organulo, il reticolo endoplasmatico.
Il nucleo
✓ All’interno del nucleo troviamo una sostanza omogenea, la
cromatina, composta da DNA e proteine.
✓ Talvolta all’interno della cromatina sono visibili uno o più
addensamenti più scuri chiamati nucleoli.
Il nucleo
✓ Le funzioni del nucleo sono essenzialmente tre:
1. protegge il DNA
2. controlla e dirige le funzioni della cellula in cui si trova
3. produce i ribosomi (nel nucleolo)
✓ Anche se nel DNA sono presenti tutte le informazioni relative alla
struttura e alla funzione dell’organismo, una cellula ne utilizza solo
una parte.
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I cromosomi
✓ In particolari occasioni la cromatina perde la sua omogeneità e si
organizza in strutture dette cromosomi.
✓ Si tratta di strutture costituite da due bracci uniti da una specie di
strozzatura detta centromero.
✓ Però, quando si rendono evidenti, i cromosomi si sono duplicati
per cui si vedono 4 bracci, due a due uguali. La metà identica di
ciascun cromosoma si chiama cromatidio.
I cromosomi
✓ I cromosomi si distinguono l’uno dall’altro per
la diversa lunghezza dei bracci e la posizione
del centromero.
✓ Nelle cellule di uno stesso organismo (e in tutti
gli organismi appartenenti alla stessa specie)
il numero dei cromosomi è sempre lo stesso.
✓ Per esempio tutte le cellule umane, da qua-
lunque individuo provengano, possiedono 46 cromosomi, quelle
del cane 78, quelle della cipolla 16.
✓ Però la specie umana non è l’unica a possedere 46 cromosomi
(tra i mammiferi anche l’antilope nera ne ha 46), così come la
cipolla non è l’unica ad averne 16.
✓ Infine non c’è relazione tra numero di cromosomi e complessità:
l’ameba, un organismo unicellulare, ne possiede un centinaio!
I cromosomi
✓ Il numero di cromosomi in ogni cellula è sempre pari perché essi
sono uguali due a due (cromosomi omologhi): uno proviene dal
padre e uno dalla madre.
✓ Per questo motivo le cellule vengono dette diploidi.
✓ Le cellule destinate alla riproduzione sessuale hanno la metà dei
cromosomi, perché manca uno dei due omologhi. Tali cellule
vengono dette aploidi.
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I ribosomi
✓ Non sono veri e propri organuli perché non possiedono la
membrana: si presentano come granellini piccolissimi, appena
visibili al microscopio elettronico.
✓ Si trovano attaccati alle membrane del reticolo endoplasmatico,
liberi nel citoplasma o anche all’interno di mitocondri e cloroplasti.
✓ Al microscopio elettronico appaiono costituiti da due componenti
(dette subunità): una più grande
ed un’altra più piccola, entrambe
fatte da proteine e RNA.
✓ La loro funzione è guidare la sintesi
delle proteine, assicurando la corretta
successione degli aminoacidi.
Il reticolo endoplasmatico
✓ È costituito da una fitta rete di canali e sacchetti fatta da
membrane che si intersecano tra loro.
✓ Se ne distinguono due tipi a seconda che abbiano o meno dei
ribosomi attaccati sulle loro membrane:
• il reticolo endoplasmatico liscio
• il reticolo endoplasmatico ruvido
Il reticolo endoplasmatico ruvido
✓ Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) sintetizza le proteine e le
assembla a formare le membrane.
✓ Per questa sua funzione è strettamente connesso con il nucleo,
attraverso la contiguità con l’involucro nucleare.
✓ Il RER produce però anche proteine destinate ad altri organuli
cellulari, come l’apparato di Golgi o i lisosomi.
✓ Il RER produce anche le proteine che sono destinate a svolgere la
loro funzione all’esterno, e che
quindi dovranno essere esportate
fuori della cellula.
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Il reticolo endoplasmatico ruvido
✓ Nel RER le proteine subiscono inoltre una serie di modifiche,
come l’acquisizione della struttura terziaria o l’aggiunta di
carboidrati per ottenere le glicoproteine.
✓ I carboidrati aggiunti costituiscono una sorta di «indirizzo» che
specifica la destinazione della proteina.
✓ Quando le proteine sono pronte vengono racchiuse in una
vescicola di trasporto che si stacca dal RER.
✓ Le cellule che sintetizzano grandi quantità di proteine hanno un
RER molto sviluppato: ne sono un esempio le cellule ghiandolari, i
globuli bianchi e le cellule del fegato.
Il reticolo endoplasmatico liscio
✓ Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è privo di ribosomi ed è in
continuità con il RER.
✓ Esso svolge quattro importanti funzioni:
– provvede alla sintesi dei lipidi (acidi grassi, fosfolipidi,
steroidi…)
– è responsabile della trasformazione di sostanze tossiche
(tossine, farmaci, veleni, pesticidi…)
– è la sede in cui avviene l’idrolisi
del glicogeno per produrre
glucosio (solo nelle cellule
animali)
– ha il compito di immagazzi-
nare ioni calcio.
L’apparato di Golgi
✓ È così chiamato dal nome del suo scopritore, Camillo Golgi,
premio Nobel nel 1906.
✓ La struttura è simile al reticolo endoplasmatico, poiché è
anch’esso formato da un insieme di membrane che hanno però
una distribuzione molto più ordinata.
✓ Le membrane formano
pile di sacchi, chiamati
cisterne, non in comu-
nicazione tra loro, alle cui
estremità si affollano
numerose vescicole.
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L’apparato di Golgi
✓ L’apparato di Golgi svolge due importanti funzioni:
1. riceve le proteine dal RER e le impacchetta all’interno di
vescicole per inviarle alle loro destinazioni finali;
2. sintetizza i polisaccaridi con funzione strutturale (es. la
cellulosa per le pareti vegetali).
✓ L’apparato di Golgi è distinto in tre zone, diverse per funzione: una
zona «di ingresso» (cis face)
rivolta verso il RER, una zona
intermedia e una zona
«di uscita» (trans face).
L’apparato di Golgi
✓ La “cis face” è il versante a cui giungono le vescicole provenienti
dal RER e contenenti le sostanze prodotte.
✓ Le molecole passano poi nella zona intermedia, sempre dentro a
vescicole, dove vengono smistate in base alla loro destinazione.
✓ La “trans face” rappresenta il
lato di uscita: da qui le so-
stanze, impacchettate in
vescicole, si spostano verso
la membrana plasmatica per
diventarne parte, essere
espulse all’esterno o finire in
altri organuli, come per
esempio i lisosomi.
I lisosomi
✓ Sono organuli prodotti dall’apparato di Golgi
che contengono numerosi enzimi digestivi
prodotti nel RER, capaci di digerire (spezzare)
le macromolecole in frammenti che possono
essere più facilmente utilizzati.
✓ Tali enzimi sono estremamente pericolosi per la cellula poiché
sono in grado di aggredire i suoi componenti provocandone, per
questo sono confinati nei lisosomi.
✓ Oltre alla digestione di molecole, un’altra importante funzione dei
lisosomi è la distruzione dei batteri patogeni.
✓ I globuli bianchi, per esempio, inglobano i batteri in vacuoli entro
cui sono riversati gli enzimi lisosomiali che li distruggono.
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I lisosomi
✓ Gli enzimi contenuti nei lisosomi si occupano inoltre di eliminare i
componenti deteriorati della cellula, attraverso un processo detto
autofagia.
✓ In certi casi, infine, i lisosomi si aprono all’interno della cellula e
questa muore. Il fenomeno è chiamato apoptosi.
I mitocondri
✓ Sono presenti in tutte le cellule eucario-
tiche, hanno forma allungata e possiedo-
no una doppia membrana: una esterna
ed una interna.
✓ La membrana interna, notevolmente più
ampia di quella esterna, si ripiega
formando le creste.
✓ Nei mitocondri avviene la respirazione
cellulare, ovvero la degradazione delle
molecole complesse a molecole semplici.
Essi sono quindi connessi con la produzione di ATP.
✓ Lo spazio delimitato dalla membrana interna si chiama matrice
mitocondriale.
✓ Qui, oltre a numerosi enzimi, si trovano anche DNA e ribosomi.
I mitocondri
✓ Il numero di mitocondri per cellula varia in relazione al fabbisogno
energetico: una cellula muscolare, per esempio, ne contiene più di
un migliaio.
✓ I mitocondri non si possono formare da zero, ma derivano dagli
altri mitocondri presenti, che a loro volta provengono dalla cellula
uovo. Tutti i mitocondri, quindi, sono solo di origine materna.
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I plastidi
✓ Sono organuli presenti solo nelle cellule eucariotiche vegetali.
✓ Appartengono al gruppo dei plastidi, di cui ne esistono svariati
tipi, ciascuno con una propria funzione. I più importanti sono:
➢ cloroplasti - di colore verde,
svolgono la fotosintesi
➢ cromoplasti - di vario colore,
responsabili del colore di fiori
e frutti
➢ leucoplasti - non colorati,
accumulano amidi e grassi.
I cloroplasti
✓ I cloroplasti possono variare per dimensione e per forma e, come i
mitocondri, sono circondati da due membrane e possiedono al loro
interno DNA e ribosomi.
✓ Oltre alla doppia membrana, possiedono una serie di membrane
interne che hanno l’aspetto di pile di sacchi discoidali.
✓ Queste pile, dette grani, sono formate da una serie di sacchetti
appiattiti, i tilacoidi, addossati l’uno all’altro e contenenti clorofilla.
✓ Lo spazio circoscritto dalla membrana interna, in cui si trovano
sospesi i grani, si chiama stroma.
I vacuoli
✓ Molte cellule eucariotiche, soprattutto quelle vegetali, possiedono
vacuoli, organuli circondati da una membrana e pieni di soluzioni
acquose contenenti molte sostanze disciolte.
✓ I vacuoli possono svolgere varie funzioni:
1. possono accumulare di prodotti di scarto;
2. nel vacuolo può entrare acqua facendolo gonfiare, però la
parete cellulare si oppone al rigonfiamento producendo un
turgore che contribuisce al sostegno;
3. alcuni vacuoli contengono pigmenti (soprattutto blu e rosa) che
costituiscono segnali per attirare gli animali che favoriscono
l’impollinazione o la dispersione del seme;
4. certi vacuoli contengono enzimi che idrolizzano le proteine del
seme rendendole utilizzabili dall’embrione in via di sviluppo.
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Il citoscheletro
✓ All’interno del citoplasma esiste una rete di sottilissime fibre
proteiche, chiamate citoscheletro, che danno sostegno alla cellula.
✓ Il citoscheletro contribuisce anche alla regolazione delle attività
cellulari trasportando segnali chimici dalla superficie esterna verso
l’interno della cellula.
✓ È costituito da tre diversi tipi di fibre:
✓ microfilamenti: sono i più sottili ed hanno capacità
contrattile.
✓ filamenti intermedi: somigliano a corde che si
intrecciano tra loro fornendo un
ancoraggio per gli organuli.
✓ microtubuli: sottili tubicini che funzionano da
binari lungo i quali possono
muoversi diverse strutture.
I microfilamenti
✓ I microfilamenti sono costituiti da mole-
cole di una proteina globulare chiamata
actina organizzate in polimeri che
possono essere lunghi molti micron.
✓ L’actina è capace di contrazione.
✓ I microfilamenti possono rimanere da
soli, radunarsi in fasci oppure organiz-
zarsi in reti.
✓ Le loro principali funzioni sono:
1. contribuiscono al movimento della cellula
2. partecipano alla formazione degli pseudopodi
3. determinano e mantengono la forma della cellula
4. sostengono sottili microvilli che ampliano la superficie cellulare.
I filamenti intermedi
✓ Ne esistono di diversi tipi, molti dei quali specifici di alcune cellule
soltanto.
✓ Tuttavia hanno tutti la stessa struttura: sono composti da proteine
fibrose che si riuniscono in strutture a forma di corda.
✓ Sono più stabili dei microfilamenti e dei microtubuli perché non
vengono disgregati e riformati di continuo.
✓ I filamenti intermedi svolgono le seguenti funzioni:
1. ancorano le strutture cellulari: per esempio contribuiscono a
mantenere la posizione del nucleo e
di altri organuli.
2. contribuiscono all’adesione tra
cellule vicine formando punti di
giunzione detti desmosomi.
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I microtubuli
✓ Si tratta di strutture cilindriche cave
✓ Sono costituiti da molecole di una particolare
proteina chiamata tubulina.
✓ Le molecole di tubulina possono essere
aggiunte o sottratte, provocando l’allunga-
mento o l’accorciamento del microtubulo.
✓ Essi svolgono due principali funzioni:
1. formano uno scheletro interno
rigido,
2. servono da binari per il movimento
di organuli e altri materiali da una
parte all’altra della cellula.
Ciglia e flagelli
✓ Dalla membrana sporgono verso l’esterno appendici che
permettono il movimento della cellula: ciglia e i flagelli.
✓ Entrambi sono costituiti da microtubuli disposti
a coppie ed avvolti dalla membrana plasmatica.
✓ Nel citoplasma, queste strutture sono ancorate
ad una struttura di chiamata corpo basale.
✓ Le ciglia sono più corte dei flagelli, misurano
solo 0,25 μ di lunghezza ma sono presenti
in gran numero.
✓ I flagelli sono lunghi da 100 a 200 μ e di solito
si trovano da soli o in coppia.
✓ I flagelli eucariotici sono diversi: sono costituiti
da flagellina (e non da tubulina) e non hanno
microtubuli.
Ciglia e flagelli
✓ Ciglia e flagelli si flettono dando luogo a un battito regolare in
conseguenza dell’energia liberata dall’ATP che provoca lo
scorrimento reciproco dei microtubuli.
✓ Queste strutture sospingono la cellula in ambiente acquoso,
oppure possono far scorrere il liquido circostante lungo la cellula.
Esse però differiscono per il modo in cui si muovono.
✓ Il movimento dei flagelli è di tipo ondulatorio,
simile a quello di una frusta.
✓ Il movimento delle ciglia è invece simile a
quello di tanti remi azionati contemporanea-
mente.
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Ciglia e flagelli
✓ Oltre alla locomozione, le ciglia possono svolgere funzioni
particolari: quelle delle cellule della trachea, ad esempio,
raccolgono le impurità dell’aria per sospingerle verso l’esofago,
mentre nell’orecchio le ciglia di alcune cellule percepiscono le
vibrazioni sonore.
La parete
✓ Nelle cellule vegetali, subito al di fuori della membrana, vi è una
rigida parete cellulare.
✓ Oltre a proteggerle, essa fornisce alle cellule il necessario
sostegno.
✓ È costituita da fibre di cellulosa insieme ad altri polisaccaridi e
proteine, ed ha uno spessore anche 100 volte superiore a quello
della membrana.
✓ La parete non isola completamente la cellula dalle altre: esistono
infatti speciali giunzioni che permettono il passaggio di sostanze, i
plasmodesmi.
✓ Si tratta di canali che
attraversano la parete e
formano un sistema di
comunicazione.