CONOSCENZA DELLA STRUTTURA E DELLE FUNZIONI DEGLI ORGANULI CELLULARI Flashcards
ipotetica evoluzione del reticolo endoplasmico
1.la cellula procariota ancestrale non ha membrane interne
2.la membrana plasmatica si introflette.Molti procarioti attuali hanno tasche nella membrana
3.ulteriori introflessioni cominciano a formare il reticolo endoplasmatico,creando un compartimento separato.L’ER circonda il nucleoide e forma l’involucro nucleare
evoluzione del cloroplasto secondo la teoria endosimbiotica
1.una cellula eucariota ancestrale ingloba per endocitosi un cianobatterio fotosintetico.
2.il cianobatterio inglobato cede gran parte del suo materiale genetico al nucleo ospite,ma mantiene la capacità di fare la fotosintesi.Ora è un plastidio.
prove a favore della teoria endosimbiontica
- Ancora oggi alcuni procarioti vivono all’interno di cellule
eucariote - Cloroplasti e mitocondri hanno le stesse dimensioni dei procarioti
- Cloroplasti e mitocondri hanno un genoma proprio
- Cloroplasti e mitocondri codificano molte proteine proprie (il 10%
del totale) e molte di queste iniziano con l’aminoacido
formilmetionina (come nei procarioti) piuttosto che con
l’aminoacido metionina come negli eucarioti - Questi organelli hanno ribosomi 70S come i procarioti
I Principali Compartimenti Intracellulari
di una Cellula Animale
Tutte le cellule eucariotiche hanno la stessa
serie di base di organelli racchiusi da
membrane:
NUCLEO
CITOPLASMA
RETICOLO ENDOPLASMATICO
(RE)
APPARATO DI GOLGI
MITOCONDRI
LISOSOMI
PEROSSISOMI
sistema membranoso citoplasmatico
presenza di membrane simili al plasmalemma anche all’interno di una cellula
citoplasma
Citoplasma è tutta la regione compresa tra
l’Involucro Nucleare e la Membrana Plasmatica
Comprende gli organelli cellulari
citosol
Citosol è la sostanza semifluida che
si trova nel citoplasma,
Composto da: Proteine, enzimi, sali
minerali e altre macromolecole in
soluzione
NON comprende gli organelli
cellulari
complesso del poro
Il COMPLESSO DEL PORO regola
il transito di molecole fra
nucleo e citoplasma.
Consente il passaggio di
alcune molecole (es. RNA
verso il citoplasma, enzimi
nucleari e istoni verso il
nucleo) e impedisce il
passaggio di altre (es. DNA).
nucleo cellulare
Componente essenziale della cellula eucariote
Struttura assente nei procarioti
Contiene il materiale genetico (DNA)
Sede di meccanismi indispensabili alla riproduzione cellulare e alla
sintesi proteica
DIMENSIONI variabili, ma spesso proporzionali a quelle della cellula
FORMA correlata con quella della cellula
sferica
ellittica
fusata…
Talvolta completamente irregolare
leucociti polimorfonucleati
spermatozoi
posizione del nucleo
Variabile ma caratteristica di ogni tipo cellulare.
Per esempio:
Cellule embrionali: nucleo centrale
Cellule secernenti: nucleo eccentrico
NEURONE, il nucleo si trova in
posizione centrale rispetto al corpo cellulare.
Il citoscheletro forma un’impalcatura che
mantiene stabile la posizione del nucleo.
La gocciola lipidica spinge il
nucleo dell’ADIPOCITA verso la
periferia della cellula.
numero del nucleo o nuclei
Nella maggior parte dei casi le cellule sono MONONUCLEATE
Talvolta BINUCLEATE (cellule epatiche, cellule cartilaginee)
Talvolta PLURINUCLEATE (fibre muscolarischeletriche, osteoclasti)
I globuli rossi non hanno nucleo
La Struttura del Nucleo
2 membrane concentriche tra cui c’è la
cisterna perinucleare. La membrana esterna
è in continuità con il reticolo endoplasmatico
e si fonde in più punti con la membrana
interna.
Pori Nucleari: costituiti da 8 granuli
proteici, funzionano come un diaframma di
apertura variabile, che richiede energia per
funzionare. Sono vie specializzate del
traffico macromolecolare tra nucleo e
citoplasma.
involucro nucleare
Membrana
“unitaria”, simile al
plasmalemma
costituito da una
speciale cisterna del
reticolo
endoplasmatico
rugoso.
formato da un foglietto interno e un foglietto esterno
lamina nucleare
La lamina nucleare riveste la superficie nucleare della membrana nucleare interna
3 classi di proteine
laminari (LAMININE) A, B, C.
Interviene nella disgregazione della
carioteca durante la divisione cellulare
ed offre ai cromosomi punti di
ancoraggio.
ontenuto della carioteca
nucleoplasma
in massima parte costituito da
cromatina.
La CROMATINA
Composizione chimica della cromatina :
35% DNA- 60% proteine- 5% RNA
Le proteine si dividono in:
a) Istoniche: altamente basiche, ricche di cariche +, si legano al
DNA con legami di natura elettrostatica.
b) Non istoniche: famiglia eterogenea che ha funzione di controllo
specifico dell’espressione dell’informazione genica.
Il NUCLEO INTERFASICO
Nelle cellule in interfase (che non
si dividono) la maggior parte della
cromatina, denominata
EUCROMATINA, è relativamente
decondensata e distribuita per
tutto il nucleo. Durante questa
fase del ciclo cellulare,
i geni sono trascritti e il DNA
viene replicato in preparazione
della divisione cellulare.Circa il 10% della cromatina interfasica, detta ETEROCROMATINA, è in uno stato molto condensato che rassomiglia
molto a quello della cromatina durante il processo di mitosi.
eterocromatina
- DNA “compattato”
- TRASCRIZIONALMENTE INATTIVO
- contiene sequenze di DNA altamente
ripetute, come quelle presenti nei
centromeri e nei telomeri
eucromatina
- DNA “disperso”
- funzionalmente
ATTIVO
NUCLEOLO
Sintesi rRNA ed assemblaggio dei ribosomi. Tanto maggiore è la sintesi proteica, tanto maggiori saranno
le dimensioni del nucleolo.
È una struttura organizzata in anse di DNA cromosomico dette Organizzatore Nucleolare, contenenti i
geni che codificano per l’RNA ribosomiale.
Non ha membrana
Ciclo vitale sincronizzato con quello della cellula
nucleosoma
Gli Istoni sono responsabili del primo livello di organizzazione della cromatina:
il NUCLEOSOMA.
il nucleosoma è costituito da un complesso centrale di 8 molecole di istoni denominato ottamero di istoni attorno al quale si avvolgono 2 giri completi di dna.
ribosomi
organuli fortemente interconnessi di proteine ed rna che provvedono alla sintesi proteica.
Nelle cellule eucariotiche possono essere:
liberi nel citoplasma: Producono Proteine: -che sono utilizzate nel citosol
legati al reticolo endoplasmatico: Producono Proteine:
destinate ad essere inserite nelle membrane,
destinate ad essere esportate dalla cellula (secrete)
dimensioni dei ribosomi
Formati da una SUBUNITÀ MAGGIORE ed una SUBUNITÀ MINORE.
DIMENSIONI:
70S batterici
80S eucariotici.
Le dimensioni dei ribosomi vengono espresse in base al loro Coefficiente
di sedimentazione espresso in unità Svedberg (S): unità che misura la
densità di un organulo cellulare o di una macromolecola verificando il
punto in cui sedimenta mediante ultracentrifugazione in gradiente di
densità
composizione ribosomi
COMPOSIZIONE:
1/3 PROTEINE RIBOSOMIALI
2/3 rRNA
Eucarioti: s. maggiore 60S + s.
minore 40S = Ribosoma 80S
Procarioti: s. maggiore 50S, s.
minore 30S = Ribosoma 70S
Le due subunità sono tenute
unite da ioni Mg2+
struttura dei ribosomi
4 Siti di legame, uno per l’mRNA e gli altri 3 per i tRNA:
sito A: amminoacil-tRNA
sito P: peptidil-tRNA
sito E: uscita
La subunità maggiore contiene l’enzima
deputato alla formazione del legame
peptidico(peptidil-transferasi).
reticolo endoplasmatico RE
Sistema membranoso costituito da vescicole, cisterne,
sacculi e canalicoli. Ognuno di questi elementi
membranosi delimita al proprio interno uno spazio che
costituisce il lume delle singole strutture. E’ in continuità
con la membrana nucleare esterna.
In base all’assenza o alla presenza dei ribosomi si divide in
RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO (REL)
RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO (RER)
Diverse funzioni per RER e REL.
reticolo endoplasmatico liscio rel
Tubulare e privo di ribosomi, è la SEDE PRIMARIA DELLA
SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI E DEI FOSFOLIPIDI.
Generalmente scarso nelle maggior parte delle cellule.
Abbondante solo in alcuni tipi cellulari.
funzioni del reticolo endoplasmatico liscio
GENERALI IN TUTTE LE CELLULE
Sintesi dei lipidi di membrana
Sequestra il calcio dal citosol (molto sviluppato
nelle cellule muscolari che richiedono ioni per
avviare la contrazione Muscolare)
Degrada glicogeno a glucosio.
FEGATO:
Detossificazione di composti organici
Farmaci, come anfetamine, morfina barbiturici oppure
tossine, pesticidi, erbicidi ecc. vengono resi meno dannosi
grazie reazioni di idrossilazione che favoriscono la solubilità
delle sostanze permettendone il trasporto ai reni e la
secrezione con le urine. In alternativa, si depositerebbero nei
grassi corporei.
SURRENE:
Sintesi di ormoni corticosurrenali
* cortisolo,
* aldosterone
GONADI:
Sintesi di ormoni steroidei
* Testosterone
* Estrogeni
* Progesterone
reticolo endoplasmatico rugoso rer
Caratterizzato dalla presenza di ribosomi, è la
SEDE PRIMARIA DELLA SINTESI DELLE PROTEINE.
I ribosomi aderiscono al RER per mezzo della catena
proteica nascente.
funzioni del rer
- Sede di sintesi di proteine:
a) destinate ad essere esportate al Golgi, ai Lisosomi, alle vescicole di accumulo
b) destinate ad essere secrete
c) proteine di membrana - Aggiunta covalente di zuccheri alle proteine (GLICOSILAZIONE)
3.
in quali cellule si trova in quantità maggiori il rer
È particolarmente abbondante in
cellule specializzate nella
produzione di proteine di
secrezione (es. plasmacellule,
cellule degli acini pancreatici,
ecc.)
com’è fatto l’apparato del golgi
Formato da dischi membranosi appiattiti, chiamati sacculi (nelle cellule vegetali
è detto DITTIOSOMA)
5-6 sacculi formano un’apparato (“pila di piatti da cucina”)
È più spesso vicino al nucleo.
la polarizzazione del golgi
Le proteine arrivano alla faccia cis dal rer(faccia cis e rer sono collegati) e vengono modificate e glicosilate percorrende le varie cisterne dell’apparato.Successivamente le proteine arrivano alla faccia trans e da qui vengono smistate.
funzione del Golgi e quali proteine arrivano ad esso
Funziona come apparato per: trasformare,
selezionare e smistare ai vari distretti le
proteine provenienti dal RER.
All’apparato del Golgi infatti arrivano
proteine destinate ai lisosomi, proteine di
secrezione e proteine da inserire nel doppio
strato della membrana plasmatica.
funzioni del golgi
GLICOSILAZIONE (modifica più comune) di
proteine e lipidi
SMISTAMENTO agli organelli/membrane di
competenza
La glicosilazione delle proteine
La maturazione delle proteine sintetizzate avviene preliminarmente nel RER e si completa nel Golgi, comprendendo
una fase detta di GLICOSILAZIONE
La glicosilazione aggiunge catene laterali di carboidrati a specifici residui amminoacidici delle proteine
Esistono due tipi di glicosilazione:
la glicosilazione legata ad azoto (N-glicosilazione)
la glicosilazione legata ad ossigeno ( O-glicosilazione)
Funzione della glicosilazione delle proteine
Una proteina glicosilata raggiunge un folding corretto e può esplicare la propria funzione.
Inoltre la glicosilazione protegge dall’attacco di proteasi ed aumenta la solubilità della proteina.
La differenza fondamentale fra la modificazione nel RE rispetto a quella nel Golgi è la
specificità di queste reazioni.
Nel reticolo endoplasmatico la glicosilazione è un evento “seriale”, che non varia al
variare del substrato, nel Golgi ogni specifica proteina viene riconosciuta e modificata
in base alla futura funzione.
Nel Golgi si possono riscontrare rimozioni o aggiunte di singoli zuccheri o di catene più
lunghe.
lisosomi
vescicole che derivano dall’apparato del golgi.
Contengono circa 40 enzimi
Contengono enzimi idrolitici per digerire macromolecole inglobate per endocitosi o le
componenti cellulari danneggiate
Funzione di manutenzione e difesa
I lisosomi isolano gli enzimi digestivi dal citoplasma
Funzioni dei lisosomi
- Degradano particelle assunte per fagocitosi (es agenti
patogeni) - Degradano organelli e molecole vecchie (autofagia)
Funzioni dei lisosomi
I lisosomi sono strutture al cui interno vengono idrolizzati
materiali che la cellula ha assunto dall’esterno tramite
fagocitosi
PEROSSISOMI
Organuli cellulari che provengono per gemmazione dalreticolo endoplasmatico liscio
Hanno diametro di 0,2-1 m e sono circondati da una singola membrana.
Presentano un corredo enzimatico caratteristico che comprende parecchie OSSIDASI:
utilizzano ossigeno per ossidare sostanze organiche producendo H2O2
Funzioni dei perossisomi
- Grazie alle catalasi decompongono l’acqua ossigenata, che è tossica per le cellule cellule, in ossigeno e acqua
- Degradazione degli aminoacidi e delle purine,
- ossidazione degli acidi grassi a lunga catena (che proseguirà nei mitocondri)
- Sintesi del colesterolo
- smaltimento delle tossine.
LE PROTEINE SI POSSONO MUOVERE FRA I
COMPARTIMENTI IN MODI DIVERSI
La sintesi di tutte le proteine inizia nel citosol, ma il loro destino successivo dipende dalla propria
sequenza amminoacidica che può contenere SEGNALI di SMISTAMENTO in grado di dirigere il loro
trasporto in posizioni esterne al citosol.
La maggior parte delle proteine non ha un segnale di smistamento e quindi rimane nel citosol; le altre
però, che hanno specifici segnali di smistamento, vengono trasportate dal citosol al:
nucleo
reticolo endoplasmatico
apparato del Golgi
mitocondri
perossisomi
mitocondri
Centrale energetica della cellula.
Contiene un macchinario per la conversione dell’energia dalla degradazione del glucosio in ATP.
ATP (adenosina trifosfato) è la molecola energetica cellulare.
I mitocondri sono composti per lo più da proteine, lipidi e acidi nucleici; sono generalmente sferici o ovoidali
MITOCONDRI
Mancano solo nelle cellule procariotiche, cioè i batteri, dove
le funzioni respiratorie vengono espletate da proteine
enzimatiche contenute nella membrana cellulare e nelle sue
invaginazioni, dette MESOSOMI
Struttura dei MITOCONDRI
La MATRICE MITOCONDRIALE ha consistenza gelatinosa a causa
della concentrazione elevata di proteine idrosolubili (circa 500
mg/ml). Essa contiene, infatti, numerosi enzimi, ribosomi 70 S
(più piccoli di quelli presenti nel resto della cellula) e molecole di
DNA circolare a doppio filamento.
Nella matrice sono presenti gli enzimi del Ciclo di Krebs che
riducono il piruvato in AcetilCoA che viene poi avviato alla
ossiduriduzione sulle creste mitocondriali.
La membrana interna si estende nella matrice formando
delle pieghe dette creste mitocondriali che contengono
molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre
molecole.
Le creste dei MITOCONDRI
La funzione delle creste è quella di aumentare la superficie di membrana
che permette di disporre un numero maggiore di complessi di ATP
sintetasi, l’enzima responsabile della sintesi del’ATP.
Le due membrane identificano due differentiregioni:
* lo SPAZIO INTERMEMBRANA cioè quello interposto tra la membrana
esterna e quella interna,
* MATRICE, spazio circoscrittodalla membrana interna
differenza tra le due membrane mitocondriale
La MEMBRANA ESTERNA è composta per il 50% di lipidi e per il resto
presenta enzimi dalle molteplici attività. Inoltre contiene porine: canali
proteici transmembrana, non selettivi. Ciò fa sì che LA MEMBRANA ESTERNA SIA
ASSAI PERMEABILE e permetta il passaggio di molecole di massa fino a 1kDa.
La MEMBRANA INTERNA ha un maggior contenuto di proteine enzimatiche
(citocromo, ferredossina) e forma delle estese estroflessioni. Questi proteine
costituiscono gli enzimi della catena respiratoria, in grado di operare reazioni di
ossidoriduzione di un substrato organico di ridurlo in CO2 e H2O con consumo di
O2 e produzione di ATP.
genoma mitocondriale
Il GENOMA MITOCONDRIALE possiede 37 geni
codificanti per
2 RNA ribosomiali(rRNA),
22 RNA di trasporto (tRNA) e
13 proteine che fanno parte dei complessi
enzimatici deputati alla fosforilazione ossidativa.
È da notare, comunque, che il numero di geni presenti sul DNA mitocondriale è variabile a seconda delle specie.
In ogni mitocondrio si trovano da due a dieci copie del genoma.
Il resto delle proteine presenti nel mitocondrio deriva da geni del DNA nucleare i cui
prodotti vengono appositamente trasportati.
Le proteine destinate al mitocondrio generalmente vengono riconosciute grazie ad
una sequenza leader presente sulla loro parte N-terminale.
I processi di estrazione dell’energia chimica
M O LT I P R O C A R I O T I E T U T T I G L I E U C A R I O T I
O T T E N G O N O L’ E N E R G I A D A I C O M P O S T I
F O R M AT I P E R F O TO S I N T E S I . Q U E S T I C O M P O S T I
V E N G O N O T R A S F O R M AT I I N G L U C O S I O E D A
S U A V O LTA M E TA B O L I Z Z ATO P E R C AT T U R A R E
E N E R G I A N E L L E M O L E C O L E D I AT P
glicolisi
il glucosio diventa piruvato,molecola a 3 atomi di carbonio
respirazione cellulare
o2 presente,ossidazione completa,prodotti di scarto h20 e co2,32 atp
fermentazione
ossidazione incompleta,prodotti di scarto:acido lattico o etanolo e co2,2 atp
come viene immagazzinata l’energia
La forma in cui generalmente viene convertita l’energia è l’ ATP. L’energia chimica dell’ATP può essere
utilizzata dalla cellula per diverse reazioni chimiche.
ossidazione e riduzione
Ossidazione e riduzione hanno sempre luogo contemporaneamente perché un elettrone perduto da un atomo viene accettato da un altro atomo; l’atomo o la molecola che perde l’elettrone si ossida, mentre chi acquista l’elettrone si riduce.
I trasportatori di elettroni
Il NAD+ è un trasportatore di elettroni fondamentale per le reazioni redox.
come si ricava energia dal glucosio
con la glicolisi glucosio diventa piruvato e quando c’è o2 il ciclo dell’acido citrico produce atp mentre quando l’ossigneo non è presente si ha la fermentazione.
Come viene prodotta l’ATP?
L’ATP sintetasi è un dispositivo di accoppiamento reversibile capace di convertire l’energia di un gradiente
elettrochimico di protoni in energia di legame chimico o viceversa.
schema processi e atp prodotti
-glicolisi-citoplasma-2 nadh-2 atp
-formazione acetil coenzima a-matrice dei mitocondri-2 nadh
-ciclo di krebs-matrice dei mitocondri.6 nadh e 2 fadh2-2 atp
-trasporto di elettroni-membrana interna dei mitocondri-22 atp+6 atp+6 atp
-totale 38 atp
Elementi presenti esclusivamente
nelle cellule vegetali
Cloroplasti
Vacuolo centrale
Parete cellulare
plasmodesmi
Parete cellulare
Involucro esterno alla
membrana cellulare, spesso e resistente,
formato da cellulosa. La parete cellulare,
seppur rigida, consente lo scambio di
sostanze con l’esterno e con le altre
cellule. La parete cellulare conferisce
rigidità alla cellula e le fa assumere forme
geometriche.
vacuolo
È una specie di vescicola, delimitata da
una membrana, contenente acqua, proteine, sali
minerali e zuccheri. Nella cellula adulta si trova un
unico vacuolo che occupa la maggior parte della
cellula, fino al 90% del volume cellulare. Ha la
funzione di deposito di riserve di materiale. È la
pressione esercitata dal succo del vacuolo verso
l’esterno che rende turgide le cellule vegetali.
Cloroplasti
Sono gli organuli nel
quali avviene la fotosintesi
clorofilliana: processo chimico
fondamentale per la vita delle
piante. Sono numerosissimi e
verdi in quanto contengono un
pigmento verde chiamato
clorofilla.
plasmodesmi
sono strutture tipiche delle cellule vegetali, che mettono in
comunicazione cellule vicine attraverso le pareti cellulari.
