LA CELLULA E LE SUE FUNZIONI CELLULA MATRICE

LA CELLULA E LE SUE FUNZIONI

CELLULA + MATRICE Regolatori chimici Cellula Input fisici, meccanici, …. + Matrice Molecole Prodotti + Regolatori ECM CELLULA MATERIALE BIOLOGICO (ECM) STRUTTURA PROPRIETA’ FUNZIONALI FUNZIONE

Quanto è grande una cellula? centimetri micron UNA CELLULA NON PUO’ CRESCERE A DISMISURA, QUESTO HA PORTATO L’EVOLUZIONE VERSO GLI ORGANISMI PLURICELLULARI. ALLA PLURICELLULARITA’ E’ SEGUITA SUBITO LA SPECIALIZZAZIONE.

Molecole degli organismi viventi Minerali 5% Altre sostanze 30% Acqua 70% Composti organici 95%

L’ACQUA Le cellule degli organismi superiori sono in gran parte costituite di acqua e possono vivere soltanto se costantemente immerse in mezzi acquosi. Negli organismi terrestri la superficie corporea è esposta ad un ambiente non acquoso; tuttavia la maggior parte delle cellule che si trovano negli strati superficiali esposti all’aria sono cellule morte che vengono costantemente rimpiazzate. Al di sotto delle superfici esposte all’ambiente atmosferico, le funzioni cellulari avvengono esclusivamente in ambiente acquoso. . L’acqua rappresenta il solvente sia dei sali inorganici che delle molecole organiche ed un mezzo di stabilizzazione di molte molecole. Per gli organismi è un mezzo di trasporto dei gas disciolti (O 2 e CO 2), delle sostanze nutritizie e degli ormoni ed un mezzo di regolazione termica. Essa è, infine, un mezzo per il trasporto dei prodotti di rifiuto.

COMPONENTI MINERALI COMPONENTI ORGANICI · CATIONI (Na+, K+, Ca++, Mg++, Fe++) · CARBOIDRATI · ANIONI (Cl-, HCO 3 -, SO 4 --, H 2 PO 4 -, I-) · LIPIDI · PROTEINE · ACIDI NUCLEICI

COMPONENTI MINERALI I liquidi dell’ambiente intracellulare ed extracellulare sono costituiti da acqua in cui sono disciolti elettroliti dissociati in ioni e molecole indissociate. La presenza di questi soluti stabilisce anche le condizioni di equilibrio ionico, di pressione osmotica e di p. H all’interno e all’esterno della cellula.

I COMPONENTI ORGANICI CARBOIDRATI : · · PROTEINE : COMBUSTIBILI MOLECOLE STUTTURALI · · · ENZIMI IMMUNOGLOBULINE SUPPORTO MECCANICO LIPIDI : · · · DEPOSITO DI COMBUSTIBILE MEMBRANE BIOLOGICHE MESSAGGERI CHIMICI ACIDI NUCLEICI : · · · INFORMAZIONE EREDITARIA TRASMISSIONE ( DNA ) INTERPRETAZIONE ( RNA )

PROTEINE Le proteine hanno una precisa struttura tridimensionale che detta la loro funzione. La struttura delle proteine è codificata nel DNA nucleico Le proteine del citoscheletro controllano la forma ed i movimenti della cellula. nucleo citoscheletro Le vescicole contengono e rilasciano ormoni e neurotrasmettitori. enzimi Le proteine mitocondriali sono responsabili della respirazione cellulare e della produzione di energia per la cellula. reticolo endoplasmico mitocondri Gli enzimi sono proteine che catalizzano le reazioni chimiche. Vescicole Canali ionici e recettori Le proteine agiscono sui recettori e controllano i canali ionici. Le proteine sono responsabili di tutte le reazioni e attività della cellula.

Membrana plasmatica Reticolo endoplasmatico Ribosomi Microfilamenti del citoscheletro Microtubuli Mitocondrio

overview LA MENBRANA CELLULARE IL NUCLEO IL CITOPLASMA Il citoscheletro ialoplasma organuli con funzioni di sintesi organuli con funzioni energetiche Il citoplasma è costituito da un matrice amorfa (ialoplasma o citosol) nel quale sono contenuti gli organelli

IALOPLASMA O CITOSOL 55% dell'intero volume della cellula Contiene numerosissimi enzimi solubili Il citosol è una soluzione di sali minerali, molecole organiche e macromolecole che costituisce la frazione solubile del citoplasma. IALOPLASMA Funzioni Metabolismo cellulare (reazioni sia sintetiche cataboliche)

IL NUCLEO

IL NUCLEO Il nucleo consiste di involucro nucleare, nucleolo, cromatina e nucleoplasma. Involucro nucleare Contiene tutta l'informazione genetica È in continuità con il reticolo endoplasmatico

FUNZIONE DEL NUCLEO Contiene l’informazione genetica Cromatina È composta da proteine e DNA

ORGANELLI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA I MITOCONDRI I mitocondri sono la centrale energetica della cellula: infatti essi ricavano energia dalle sostanze di nutrimento attraverso il processo denominato respirazione cellulare. I mitocondri sono presenti a centinaia sia nelle cellule animali sia in quelle vegetali.

Mitocondri La maggior parte dei processi di respirazione aerobia si svolgono sulla membrana interna. Le reazioni chimiche di trasformazione delle sostanze nutritive in energia sono molto complesse. L'energia ricavata viene accumulata in molecole di rifornimento (ATP) che costituiscono la “valuta energetica“ della cellula.

ORGANELLI PER SINTESI PROTEICA Ribosomi Reticolo endoplasmico Apparato del Golgi

RIBOSOMI Il reticolo endoplasmatico rugoso possiede ribosomi attaccati alla superficie. I ribosomi costruiscono le proteine della cellula.

IL RETICOLO ENDOLASMATICO (ER) Forma una network di cisterne e tubi che attraversano la cellula. È delimitato da una membrana lipidica su cui possono trovarsi moltissimi ribosomi rugoso liscio FUNZIONI –trasporto di sostanze tra le cellule e all'interno delle cellule – fornisce una vasta superficie per la realizzaizone di reazioni chimiche e di sintesi

L'APPARATO DEL GOLGI L'apparato del Golgi è responsabile del "confezionamento " delle proteine cellulari. Una volta che le proteine sono prodotte dal reticolo endoplasmatico, esse passano nelle cisterne del Golgi. Queste proteine sono poi smistate in vescicole che gemmano dal Golgi nel citoplasma.

FOSFOLIPIDI SONO COMPOSTI DA: o GLICEROLO o AC. GRASSI (code apolari) o MOLECOLA CONTENENTE FOSFORO (testa polare) SONO I COSTITUENTI FONDAMENTALI DELLE MEMBRANE CELLULARI. HANNO UNA TESTA IDROFILA ED UNA CODA IDROFOBICA. Questa struttura interna determina le caratteristiche biologiche dei lipidi Testa polare Code apolari

In un solvente acquoso le molecole dei lipidi si associano per formare strutture sovramolecolari quali monostrati, micelle, doppiostrati o vescicole. monostrato Struttura delle membrane biologiche doppiostrato

Lo scopo di una membrana è di tenere separati due compartimenti acquosi, vale a dire il citoplasma della cellula dall'ambiente esterno. Il doppio strato fosfolipidico origina una barriera di tipo fisico che permette una tale compartimentazione. Tuttavia una cellula non riesce a vivere senza assumere sostanze nutrienti ed espellere i rifiuti, perciò la cellula deve essere selettivamente permeabile.

Questa permeabilità viene assicurata dalle proteine intrinseche di membrana e dalle proteine periferiche di membrana. La membrana perciò può essere considerata un fluido bidimensionale di lipidi e proteine (fluid mosaic model).

La membrana non è una struttura statica, ma i lipidi e le proteine sono in costante movimento con diffusione laterale nel piano della membrana. Il moto dei componenti della membrana dipende dalla fluidità cioè dalla viscosità della membrana stessa. La fluidità è determinata da: -da natura dei lipidi (gli acidi grassi insaturi aumentano la fluidità); - il tipo della testa polare dei fosfolipidi Il fosfolipide in giallo è libero di muoversi all'interno di una metà del doppio strato ma non è libera di passare nell'altra metà del doppio strato (flip-flop).

http: //www. desktopclass. com/education/fafsc/plasm a-membrane-f-sc-biology-chapter-4 -2. html

LA MEMBRANA CELLULARE Vari tipi di proteine galleggiano nella membrana. Si tratta in genere di proteine globulari. Esse non sono fisse, ma si spostano nello strato fosfolipidico. Si possono distinguere 3 tipi di proteine di membrana: carrier o trasportatori recettori marcatori

DIFFUSIONE PASSIVA gas molecole idrofobiche piccole molecole polari grosse molecole polari molecole cariche

TRASPORTO CELLULARE Trasporto passivo o diffusione: Dipende dalla concentrazione gradiente attraverso la membrana. Diffusione facilitata: Attraverso proteine nelle membrane le quali creano altri pori attraverso cui il materiale può muoversi o servono da vettori per muovere il materiale da un lato della membrana all'altra. Trasporto passivo facilitato

TRASPORTO ATTIVO permette di trasportare materiale contro un gradiente di concentrazione : Le pompe ad Na e K mantengono un'alta concentrazione di K ed una bassa concentrazione di Na nelle cellule Le pompe ioniche accoppiano l'idrolisi dell'ATP al trasporto degli ioni

Cotrasporto o simporto utilizza un gradiente favorevole di un composto per far entrare un altro composto. In questo caso una molecola che si muove naturalmente nella cellula per diffusione viene usata per trascinare un’altra molecola all’interno della cellula. In figura è rappresentato il Cotrasporto sodio-glucosio, ma molti altri sono conosciuti, specialmente nelle membrane mitocondriali

Membrana cellulare e trasporto passivo facilitato e i trasporto attivo simporto o cotrasporto

http: //www. desktopclass. com/education/9 th 10 th/transport-of-the-materials-across-the-cells-biologylesson-12 -2. html

Superficie cellulare e comunicazione intercellulare I marcatori si estendono attraverso la membrana celluare e servono ad identificare le cellule. Il sistema immunitario usa queste proteine per distinguere le cellule proprie (“self”) da quelle estranee (“non-self”). Esse sono uniche come le impronte digitali ed hanno estrema importanza nel trapianto dei tessuti. Se i marcatori dell’organo trapiantato sono diversi da quelli del ricevente, si avrà il rigetto. MARCATORI

ambiente extracellulare RECETTORI ambiente intracellulare Queste proteine vengono usate per la comunicazione intercellulare. In questa animazione si vede un ormone che lega il proprio recettore. Questa interazione fa sì che il recettore trasmetta dei segnali all’interno della cellula, generando una risposta specifica.

IL GLICOCALICE Le cellule animali presentano una “coltre esterna” morbida e flessibile che presenta spiccate proprietà adesive, detta GLICOCALICE. Il glicocalice è costituito da un rivestimento prevalentemente glicoproteico. FUNZIONI: riconoscimento cellulare adesione cellulare protezione barriera

Il glicocalice media gran parte delle interazioni che le cellule stabiliscono tra di loro, il riconoscimento, la mutua adesione e, molto probabilmente, il controllo ordinato della proliferazione cellulare. Responsabile della carica negativa della superficie cellulare.

LE INTEGRINE Le integrine sono recettori della superficie cellulare che mediano e coordinano le risposte cellulari alla matrice extracellulare (ECM). Alcuni segnali cellulari possono regolare l’adesione cellulare, alterando l’affinità o avidità delle integrine per la matrice extracellulare. Funzioni -Interazione con la ECM -Adesione cellulare -Forma cellulare -Polarità cellulare -Crescita cellulare -Differenziamneto cellulare -Motilità cellulare in morfogenesi, fisiologia e patologia

LE INTEGRINE Le integrine interagiscono con i componenti della ECM tramite i loro domini extracellulari, mentre i loro domini citoplasmatici giocano un ruolo fondamentale nel mediare le funzioni cellulari. Infatti , le code citoplasmatiche delle integrine interagiscono con il citoscheletro, con molecole di segnale e altre proteine cellulari, risultando nella regolazione di molte funzioni biologiche. MATRICE INTEGRINE CITOSCHELETRO

le integrine possono passare da una forma inattiva ad una attiva, cambiando conformazione inattiva

Protein-Ligand Interaction P=integrin L= RGD P + L ⇄ PL Kd (dissociation constant) = [P] [L] [PL] Fraction of occupied ligand binding sites: (theta) = [PL] = [P] [L] Kd binding sites occupied total binding sites = [PL] ① [PL] + [P] ② Substituting [PL] in ① with ② and rearranging terms gives: = [L] + Kd ③

Protein-Ligand Interaction = [L] + Kd Hyperbolic. At high [L] binding sites are saturated When [L] = Kd, = 0. 5 (half occupied). When [L] = 9 Kd, = 0. 9 (90% occupied). Kd is the concentration of L needed to bind half of the binding site The more tightly a protein binds to a ligand, the lower the [L] required for half saturation Lower Kd higher affinity.

FUNZIONI DEL CITOSCHELETRO Il CITOSCHELETRO funziona come lo scheletro. Esso: determina la forma e la rigidità della cellula facilita il trasporto intracellulare è responsabile della motilità cellulare

IL CITOSCHELETRO Il citoscheletro è tipico delle cellule eucariotiche. E' una struttura tridimensionale dinamica che riempie il citoplasma. Questa struttura ha sia una funzione contrattile che di sostegno e compartimentazione. Le lunghe fibre del citoscheletro sono strutture polimeriche. I principali tipi di fibre che costituiscono il citoscheletro sono microfilamenti, microtubuli, e filamenti intermedi.

MICROFILAMENTI Sono proteine costituite da sottili fibre filamentose di 3 -6 nm di diametro. Sono composte prevalentemente da una proteina contrattile chiamata ACTINA, che è la proteina cellulare più abbondante. ACTINA

L'associazione di microfilamenti con la proteina miosina è responsabile della contrazione muscolare. I microfilamenti possono anche attuare i movimenti cellulari fra cui la contrazione e la citocinesi.

CELLULE DEL TESSUTO CONNETTIVO Le cellule del tessuto possono essere RESIDENTI o VAGANTI. Ø RESIDENTI FIBROBLASTI, MIOFIBROBLASTI Ø MACROFAGI Ø CELLULE ADIPOSE Ø MAST CELL ØCELLULE MESECHIMALI INDIFFERENZIATE Ø VAGANTI LINFOCITI CELLULE DEL PLASMA NEUTROFILI EOSINOFILI BASOFILI