La scoperta delle cellule

La teoria cellulare

La struttura fondamentale delle cellule

La Cellula procariotica

La Cellula eucariotica

Cellule animali e vegetali

1-LA TEORIA CELLULARE

Gli esseri viventi sono costituiti da celluleAntony Van Leeuwenhoek fu l’inventore del microscopio,

che consentì l’osservazione oltre il mondo del visibile.

Nella seconda metà del Seicento,

Hooke osservò al microscopio

delle fettine di sughero e notò

che erano costituite da tante

piccole cellette separate tra loro.

Egli chiamò queste singole

unità cellule.

La teoria cellulare

Nella seconda metà del 1800, integrando le conoscenze

biologiche note all’epoca, fu formulata la teoria cellulare della

vita. Questi i punti salienti di tale teoria:

•tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule(si dicono UNICELLULARI gli organismi fatti di una sola cellula, PLURICELLULARI

se costituiti da più cellule);

•la cellula è la più piccola unità di materia vivente;

•tutte le cellule derivano da altre cellule;

•le cellule contengono le informazioni ereditarie ;

•le informazioni si trasmettono dalla cellula madre alle cellule

figlie.

Tutte le cellule hanno una struttura comune

Qualsiasi cellula possiede tre strutture fondamentali:

• la membrana plasmatica: è l’involucro esterno della cellula,

la delimita separandola dalle altre e dall’ambiente circostante;

• il citoplasma: è una soluzione acquosa di consistenza

gelatinosa nella quale si compiono tutte le funzioni cellulari;

• il materiale genetico: rappresenta le informazioni che

definiscono le caratteristiche della cellula stessa e della sua

attività; tali informazione vengono trasmesse alle cellule figlie

Esistono diversi tipi di celluleIn base all’organizzazione del materiale genetico ed alla

presenza di compartimenti cellulari distinti, si distinguono

due tipi di cellule: cellule PROCARIOTICHE e cellule

EUCARIOTICHE.

L’elemento fondamentale che le differenzia è rappresentato

dalla assenza della membrana nucleare nei procarioti, al

contrario gli eucarioti hanno da un nucleo delimitato da una

doppia membrana. Tra gli eucarioti si distinguono cellule

VEGETALI e cellule ANIMALI

-Procarioti privi di nucleo

-Eucarioti con nucleoCellule vegetali

Cellule animali

La cellula procarioticaLe cellule procariotiche rappresentano il tipo cellulare più

semplice e primitivo, tipico dei batteri.

•Il materiale genetico è rappresentato da una molecola di DNA

CIRCOLARE, sebbene non sia presente una membrana

nucleare, il DNA che si localizza in una zona

detta NUCLEOIDE.

•Non ci sono organelli nel citoplasma, che pertanto

rappresenta un unico compartimento.

•La membrana cellulare è rivestita spesso da una struttura di

protezione detta PARETE, costituita da zuccheri e proteine.

Sulla superficie batterica possono emergere strutture proteiche

per l’adesione (i PILI) o per la locomozione (i FLAGELLI)

La parete cellulare

è un rivestimento di

protezione rigido

esterno alla membrana.

I flagelli, presenti singolarmente o

in piccoli gruppi ai poli della cellula,

consentono il movimento in

ambiente acquoso

I pili sono piccole strutture

proteiche, numerosi rivestono

la cellula e servono per

lìadesionealle superfici o ad

altre cellule.

Il DNA è una

molecola circolare

non protetta da una

membrana, che si

localizza in una zona

del citoplasma detta

NUCLEOIDE

La cellula procariotica

Le cellule eucarioticheLe cellule eucariotiche posseggono un vero nucleo,

circondato da una doppia membrana nucleare. Il materiale

genetico è costituito da una o più molecole di DNA LINEARE.

Il citoplasma è suddiviso in compartimenti funzionalmente e

fisicamente distinti, rappresentati dagli ORGANELLI.

Gli organelli cellulari sono strutture circondate da membrana

che svolgono una funzione specifica

Alcune strutture sono esclusive

delle cellule animali (centriolo e

flagello); altre appartengono solo

alle cellule vegetali (cloroplasti,

Vacuolo centrale e parete cellulare)

La cellula eucariotica animale

Nucleo

Mitocondrio

Apparato del Golgi

Reticolo endoplasmatico rugoso

Centriolo e flagello sono

esclusivi della cellula animaleFlagello

Centriolo

Reticolo endoplasmatico liscio

La cellula eucariotica vegetale

Nucleo

Cloroplasti

Mitocondri

Vacuolo

Parete cellulare

Cloroplasto, vacuolo

centrale e parete cellulare

sono esclusivi della cellula

vegetale

Reticolo endoplasmatico rugoso

Reticolo endoplasmatico liscio

La membrana cellulare ed il trasporto di sostanze

Il trasporto passivo

L’osmosi

Il trasporto attivo mediato da proteine

Il trasporto attivo mediato da vescicole

La membrana cellulare ed il trasporto di sostanze

Il trasporto attivo

Il trasporto passivo e l’osmosi

Il trasporto mediato da vescicole

2- LE CELLULE e LE STRUTTURE CELLULARI

La membrana cellulareLa membrana cellulare (detta anche plasmatica) è una

barriera funzionale costituita da tre elementi:

•FOSFOLIPIDI disposti in un doppio strato con le code

idrofobiche che si fronteggiano e le teste polari idrofiliche

rivolte all’esterno ed all’interno della cellula. Tale struttura, per

la sua mobilità è descritta come un mosaico fluido

•PROTEINE: intrinseche o estrinseche, svolgono molte

funzioni (trasporto, ancoraggio, comunicazione)

•COLESTEROLO: regola la fluidità

della membrana limitando

i movimenti laterali

dei fosfolipidi

Il trasporto attraverso la membranaLa membrana è detta semipermeabile o filtro selettivo perché è

selettivamente permeabile: può essere attraversata da alcune

molecole ma è impermeabile ad altre.

Le sostanze attraversano le membrane in due modi:

-Trasporto passivo: tale processo non richiede energia. Le

sostanze si muovono secondo il loro GRADIENTE (differenza di

concentrazione ai due lati della membrana): vanno dal lato ad

alta concentrazione verso quello a bassa concentrazione finché

si ottiene la stessa concentrazione ai due lati

-Trasporto attivo: tale processo richiede dispendio di energia da

parte della cellula. Il trasporto attivo può essere mediato da

proteine oppure da vescicole che interessano tutta la membrana

Il trasporto PASSIVO

.

•Trasporto passivo semplice o diffusione: coinvolge

molecole piccole e apolari (tipicamente i gas respiratori O2 e

CO2) che passano velocemente tra le code dei fosfolipidi

•diffusione facilitata (figura): coinvolge

molecole più grandi (come il glucosio)

che attraversano la membrana passando

attraverso canali proteici.

•osmosi: consiste nel PASSAGGIO DI ACQUA attraverso la

membrana, che si verifica nel caso in cui i soluti NON possano

attraversarla.

Il processo di diffusione dell’acqua attraverso una membrana è

detto osmosi e si verifica solo se il soluto non può attraversare

la membrana. L’acqua si muove andando a diluire il soluto dove

questo è maggiormente concentrato ed il processo procede fino

a che le due concentrazioni ai lati della membrana si

equivalgono. Si dice ipotonica la soluzione a concentrazione

bassa, da cui l’acqua esce; si dice ipertonica quella ad alta

concentrazione in cui l’acqua entra.

L’OSMOSI

Nel globulo rosso

entrano tante

molecole di acqua

quante ne escono.

Globulo rosso posto

In soluzione isotonica

Globulo rosso posto

In soluzione ipotonica

(a bassa concentrazione)

Globulo rosso posto

In soluzione ipertonica

(ad alta concentrazione)

Nel globulo rosso c’è

maggiore

concentrazione di

soluti. Le molecole di

acqua entrano nella

cellula che si gonfia e

scoppia.

All’esterno della

cellula c’è maggiore

concentrazione di

soluti.Le molecole di

acqua escono dal

globulo rosso che si

raggrinzisce.

Il bilancio idrico all’interno delle cellule vegetali

La cellula vegetale in un ambiente

ipotonico resta turgida: sebbene l’acqua

entri nella cellula, la parete esterna rigida

ne impedisce l’eccessivo rigonfiamento

In un ambiente ipertonico, l’acqua

esce dalla cellula vegetale che

avvizzisce e la sua membrana

cellulare si stacca dalla parete.

Il trasporto attivo mediato da proteine di membranaUn tipo di trasporto attivo, che richiede pertanto dispendio di

energia, viene attuato attraverso proteine di membrana. Si

verifica in due casi

•Se il soluto è GRANDE al punto di non poter passare

passivamente attraverso i canali, le proteine che attuano il

trasporto si dicono TRASPORTATORI

•se il soluto deve essere trasportato CONTRO il proprio

GRADIENTE, cioè forzatamente verso il lato della

membrana dove la concentrazione di soluto è già più alta; in

tal caso le proteine che attuano il trasporto si dicono POMPE

di membrana

Un tipo di trasporto attivo coinvolge l’intera struttura della

membrana, che forma delle fossette sulla sua superficie che

poi si distaccano formando delle vescicole. Il processo è detto:

Il trasporto attivo mediato da vescicole di membrana

Endocitosi se materiale è

prelevato dall’esterno e

portato dentro la cellula.

Esocitosi se materiale

all’interno è portato verso

l’esterno della cellula.

Fagocitosi: se sono inglobate

grandi strutture (es virus)

endocitosi

esocitosi

Il nucleo e il nucleoloIl nucleo ha la funzione di proteggere e propagare l’informazione

genetica. Esso è circondato da una doppia membrana

attraversata da pori che permettono il passaggio di sostanze e

macromolecole quali RNA

Il materiale genetico è detto CROMATINA per il suo aspetto

granulare. Le zone più compatte (eterocromatina) rappresentano

materiale genetico inattivo. Il nucleolo, pur essendo

compatto, è

costituito dal DNA

che produce i ribosomi.nucleolo

cromatina

poro

Il reticolo endoplasmatico (RE)

ribosomi

Il RE RUGOSO

sintetizza le proteine

È costituito da una serie di sacchetti e tubuli membranosi collegati tra

loro. Vi si producono e si accumulano sostanze di varia natura, che

vengono poi dirette nei vari comparti cellulari attraverso vescicole. di

ribosomi.Il reticolo può essere LISCIO

oppure RUGOSO: in tal caso la

superficie è costellata di

ribosomi. I RIBOSOMI sono

piccole strutture che servono alla

produzione di tutte le proteine

cellulari.Le proteine prodotte dai

ribosomi si accumulano nel

reticolo, di qui vengono destinate

all’esterno o in altri siti per

ulteriori modifiche.

Il RE LISCIO

sintetizza fosfolipidi

e steroidi.

L’apparato del Golgi

Vescicola proveniente dal RE

L’apparato del Golgi modifica le molecole prodotte dal reticolo

endoplasmatico. L’apparato del Golgi è costituito da alcuni

sacchetti membranosi che ricevono vescicole provenienti dal

RE

I vacuoli possono immagazzinare sostanze nutritive

I vacuoli sono delle cavità

circondate da membrana e

ripiene di liquido. I vacuoli

delle cellule vegetali

rappresentano le riserve

idriche e nutritive della

cellula.

I mitocondriSono la centrale energetica della cellula: vi si svolge la

respirazione cellulare che consente di ottenere energia

trasformando il glucosio in CO2 e H2O

matrice

creste

membrana interna

membrana esterna

Il mitocondrio è costituito

da due membrane: una

esterna liscia ed una

interna rugosa ripiegata

in creste. Lo spazio più

interno è riempita da

materiale denso detto

MATRICE in cui si trova

una molecola di DNA

CIRCOLARE

I CloroplastiAttuano la fotosintesi clorofilliana: impiegando

l’energia luminosa trasformano CO2 e H2O in

GLUCOSIO, con concomitante rilascio di O2 .

grano

tilacoide I cloroplasti sono circondati da una

doppia membrana: una esterna liscia e

una interna ripiegata in dischetti

sovrapposti detti tilacoidi.

I cloroplasti sono generalmente verdi

perché ricchi di clorofilla.

Si dicono cromoplasti se ricchi di pigmenti

colorati (nei fiori) o amiloplasti se pieni di

amido (come riserva nei semi)

IL CITOSCHELETROIl citoscheletro è formato da un sistema di proteine di forma

allungata che costituiscono lo scheletro e il sostegno della

cellula.

I microfilamenti sono costituiti da una proteina (actina)

capace di contrarsi e dunque di muovere le strutture

citoplasmatiche.

I microtubuli sono formati da

proteine associate a formare un

cilindro cavo che conferisce rigidità.

Microtubulo

microfilamento

Le cigliaCiglia sono appendici di natura proteica

che servono per la propulsione e

l’ancoraggio delle cellula.

Le appendici più corte e numerose sono le

ciglia. Nei batteri funzionano come i remi

di una barca che battono l’acqua in modo

sincrono, imprimendo alla cellula un

movimento rapido. In molti animali

possono muovere il liquido che ricopre la

cellula: per esempio le cellule dell’epitelio

bronchiale sono dotate di ciglia cheCellule ciliate dell’epitelio bronchiale

muovono la soluzione mucosa che ricopre le vie aeree,

eliminando così le particelle estranee

I flagelliI flagelli sono lunghe appendici proteiche, presenti

singolarmente o in numero limitato, che servono per il moto

della cellula. Nei batteri la rotazione del

flagello

produce la propulsione in

avanti

Negli eucarioti il flagello è costituito di numerosi microtubuli

che scorrono gli uni rispetto agli altri,

di conseguenza il flagello ondeggia

Come un serpente determinando il

moto cellulareMicrotubuli nel flagello eucariotico

ABIOGENESI- A partire dai tempi di Arisotele (400 a.C.) e fino al

1600 circa, gli studiosi pensavano che la vita fosse insita nella materia

stessa e quando le condizioni erano favorevoli emergeva

spontaneamente, dunque anche gli oggetti inanimati sarebbero dotati

di uno «spirito vitale» che consente di creare la vita.

Nel XVII secolo iniziarono i primi esperimenti per provare la teoria della

generazione spontanea e il medico Jean Baptiste Van Helmont

dichiarò di aver condotto un particolarissimo esperimento: mise una

camicia sporca a contatto con dei chicchi di frumento e secondo lo

scienziato dopo 21 giorni sarebbero nati dei topi. A parere del medico il

sudore di cui era impregnata la camicia sarebbe stato il principio attivo

grazie al quale la materia inerte si sarebbe trasformata in materia

vivente.

Teorie relative all’origine della vita

BIOGENESI- Intorno al 1668 Francesco Redi, applicando il metodo

scientifico sperimentale, osservò che la vita deriva solo da vita

preesistente, mise così in crisi la teoria della generazione spontanea:

dimostrò che dalla carne in putrefazione non nascevano vermi se, con

opportune coperture, si impediva alle mosche di posarvisi sopra.

L’invenzione del microscopio e l’osservazione dei microrganismi ha

dato nuovo impulso alla teoria della generazione spontanea: alcuni

consideravano i microrganismi, detti “infusori”, la prova della

generazione spontanea della vita.

Gli esperimenti di Pasteur (1860) dimostrarono inconfutabilmente che

i microrganismi non sono frutto di generazione spontanea ma sono

organismi presenti ovunque e vengono trasportati dall’aria

Teorie relative all’origine della vita

Stabilita con certezza la validità della BIOGENESI, gli scienziati

hanno tentato di spiegare in che modo si è originata la vita sulla

Terra, comparsa circa 3,5 miliardi di anni fa.

IPOTESI EXTRATERRESTRE detta PANSPERMIA: osservando

molecole organiche in materiale interstellare, alcuni ritengono che la

vita sarebbe venuta dall’ambiente extraterrestre.

IPOTESI di OPARIN (dell’ evoluzione prebiotica). Secondo Oparin

(1838) all’inizio della vita del pianeta un’atmosfera ricca di CH4,

CO2, NH3 e H2O avrebbe favorito la formazione di molecole

organiche che, in un “brodo primordiale” avrebbero interagito tra

loro per formare i primi semplici aggregati cellulari. Tale ipotesi

sarebbe stata verificata sperimentalmente da Miller nel 1953

La comparsa della vita sulla Terra

Secondo gli studiosi i primi organismi sviluppatisi sulla terra

erano procarioti (comparsi 3,5 miliardi di anni fa). Gli eucarioti

si sarebbero sviluppati dopo circa 2 miliardi di anni a seguito di

un processo noto come ENDOSIMBIOSI. Cellule procariotiche

avrebbero fagocitato altri procarioti, che sarebbero poi divenuti

«organelli» all’interno della cellula ospite, divenuta così

eucariotica.

Origine degli eucarioti: l’ENDOSIMBIOSI

Si ritiene che un grande procariote anaerobio ed eterotrofo, introflettendo

la membrana plasmatica, avrebbe potuto formare compartimenti cellulari

interni con funzioni specializzate (es.: reticolo endoplasmatico, Golgi).

Avrebbe anche fagocitato, e non digerito, organismi procarioti con

metabolismo aerobio, che sarebbero poi diventati i mitocondri; si

svilupparono così i primi eucarioti. In un secondo momento, inglobando

organismi autotrofi fotosintetici, si sarebbero ottenuti i cloroplasti e dunque

le cellule eucariotiche vegetali.