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le cellule eucariote e procariote, Appunti di Chimica

Chimica

cellule procariote ed eucariote + reazioni redox + metabolismo del glucosio

Tipologia: Appunti

2021/2022

Caricato il 21/09/2022

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vittoria-romagnoli-2 🇮🇹

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MODELLO A MOSAICO FLUIDO
Le membrane cellulari hanno una struttura a mosaico fluido costituita da un
doppio strato di fosfolipidi a cui sono associate varie proteine e, nelle cellule
animali, molecole di colesterolo.
La stabilità e fluidità di una membrana dipendono dalla sua composizione in
lipidi.
I fosfolipidi sono molecole con una testa idrofila che resta a contatto con l’acqua,
mentre le due code idrofobiche si orientano verso l’interno.
Le proteine di membrana possono essere immerse nello strato fosfolipidico
sporgendo da uno o entrambi i lati (integrali) o interagire con zone polari su uno
dei due lati della membrana (periferiche).
Molecole di carboidrati legate a proteine o lipidi sul lato esterno della membrana
servono da siti di riconoscimento per altre cellule o molecole.
Le membrane cellulari condividono una struttura comune e possono fondersi e
convertirsi le une nelle altre.
LE CELLULE
Esistono due tipi di cellule molto differenti dal punto di vista della struttura:
le cellule procariotiche e le cellule eucariotiche.
La principale differenza tra le cellule di questi due tipi riguarda l’organizzazione del
materiale genetico:
– nelle cellule eucariote il DNA è circondato da una doppia membrana che lo
separa dal citoplasma e dalle altre strutture cellulari;
– nelle cellule procariotiche, invece, il DNA è concentrato in una zona
(il nucleoide), ma non è separato dal resto della cellula
Entrambe le cellule però presentano una membrana plasmatica (o membrana
cellulare).
LE CELLULE PROCARIOTE:
Tutti I procarioti (che sono gli organismi più numerosi sulla terra) sono formati da
una cellula con la stessa struttura di base:
1. la cellula è delimitata da una membrana detta membrana plasmatica
2. all’interno della membrana plasmatica si trova il citoplasma
3. in una zona particolare del citoplasma (detta nucleoide) si trova dil DNA
sotto forma di un’unica molecola cellulare
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Scarica le cellule eucariote e procariote e più Appunti in PDF di Chimica solo su Docsity!

MODELLO A MOSAICO FLUIDO

Le membrane cellulari hanno una struttura a mosaico fluido costituita da un doppio strato di fosfolipidi a cui sono associate varie proteine e, nelle cellule animali, molecole di colesterolo. La stabilità e fluidità di una membrana dipendono dalla sua composizione in lipidi. I fosfolipidi sono molecole con una testa idrofila che resta a contatto con l’acqua, mentre le due code idrofobiche si orientano verso l’interno. Le proteine di membrana possono essere immerse nello strato fosfolipidico sporgendo da uno o entrambi i lati (integrali) o interagire con zone polari su uno dei due lati della membrana (periferiche). Molecole di carboidrati legate a proteine o lipidi sul lato esterno della membrana servono da siti di riconoscimento per altre cellule o molecole. Le membrane cellulari condividono una struttura comune e possono fondersi e convertirsi le une nelle altre.

LE CELLULE

Esistono due tipi di cellule molto differenti dal punto di vista della struttura: le cellule procariotiche e le cellule eucariotiche. La principale differenza tra le cellule di questi due tipi riguarda l’organizzazione del materiale genetico:

  • nelle cellule eucariote il DNA è circondato da una doppia membrana che lo separa dal citoplasma e dalle altre strutture cellulari;
  • nelle cellule procariotiche, invece, il DNA è concentrato in una zona ( il nucleoide ), ma non è separato dal resto della cellula Entrambe le cellule però presentano una membrana plasmatica (o membrana cellulare). LE CELLULE PROCARIOTE: Tutti I procarioti (che sono gli organismi più numerosi sulla terra) sono formati da una cellula con la stessa struttura di base:
    1. la cellula è delimitata da una membrana detta membrana plasmatica
    2. all’interno della membrana plasmatica si trova il citoplasma
    3. in una zona particolare del citoplasma (detta nucleoide ) si trova dil DNA sotto forma di un’unica molecola cellulare
  1. nel citoplasma sono sempre presenti i ribosomi (strutture adibite alla sintesi delle proteine) Nel corso dell’evoluzione, alcuni procarioti hanno sviluppato alcune strutture specializzate quali:
  • parete cellulare e capsula: molti procarioti possiedono una “parete cellulare” esterna alla membrana cellulare. essa è costituita da un particolare carboidrato (peptidoglicano) che fornisce sostegno alla cellula e ne delimita la forma. attorno alla parete cellulare alcuni batteri presentano un ulteriore rivestimento composto da polisaccaridi detto “ capsula”.
  • membrane interne: alcuni tipi di batteri (cianobatteri) sono in grado di svolgere la fotosintesi e per questo in questo caso la membrana plasmatica si ripiega all’interno del citoplasma formando un sistema di membrane interne contenenti le molecole responsabili della fotosintesi.
  • flagelli e pili: molti procarioti sono in grado di nuotare attraverso delle appendici dette “flagelli” costituiti da particolari proteine in grado di contrarsi. altri procarioti presentano appendici più corte e molto numerose dette “pili” necessarie, ad esempio, all’adesione tra batteri durante gli scambi di materiale genetico.
  • citoscheletro: costituisce l'insieme dei filamenti proteici che contribuiscono a stabilizzare l’architettura e a dare una forma definita alla cellula. LE CELLULE EUCARIOTE (ANIMALI): Tutti gli esseri viventi – tranne i batteri – sono costituiti da cellule eucariotiche, che sono più grandi e più complesse di quelle procariotiche appena descritte. Vi sono alcuni elementi comuni tra le cellule eucariotiche e quelle procariotiche: per esempio, entrambe possiedono una membrana plasmatica, dei ribosomi e un citoplasma. La differenza più evidente tra questi due tipi di cellule consiste nel fatto che il citoplasma delle cellule eucariotiche comprende dei compartimenti a loro volta delimitati da membrane, detti organuli.

CELLULE EUCARIOTE (VEGETALI):

Al pari delle cellule animali, quelle vegetali presentano:

  • un nucleo, contenente il materiale genetico,
  • il citoplasma,
  • una membrana plasmatica,
  • i ribosomi,
  • il reticolo endoplasmatico rugoso e quello liscio,
  • i mitocondri,
  • l’apparato di Golgi,
  • il citoscheletro. Diversamente dalle cellule animali, le cellule vegetali presentano:
  • una parete cellulare , che circonda la membrana plasmatica, piuttosto spessa e rigida perché è costituita di cellulosa (un polisaccaride formato da molecole di glucosio). È una struttura situato esternamente alla membrana plasmatica. svolge 3 tra importati funzioni:
  1. fornisce sostegno alla cellula
  2. costituisce una barriera contro le infezioni fungine
  3. contribuisce a dare forma alla pianta
  • alcuni organuli caratteristici, come il vacuolo centrale e i cloroplasti. Il vacuolo centrale ha la forma di un sacchetto e svolge numerose funzioni:
    1. accumulo delle sostanze tossiche e degli scarti della cellula;
    2. sostegno, tanto che occupano oltre il 90% del volume della cellula e sono i responsabili del turgore della cellula stessa
    3. contengono alcuni pigmenti dei petali del fiore o dei frutti, che servono ad attirare gli animali che favoriscono l’impollinazione o la dispersione del seme I cloroplasti sono la sede del processo della fotosintesi, cioè utilizzano la luce solare per sintetizzare zuccheri a partire da molecole inorganiche, come l’anidride carbonica e l’acqua.

il nucleo della cellula è:

  • il luogo in cui avviene la replicazione del DNA
  • la sede del controllo genetico dell’attività cellulare
  • contiene una zona, il “nucleolo” , dove ha inizio il montaggio dei ribosomi a partire dall’ RNA Il nucleo è avvolto da una doppia membrana, che costituisce l'involucro nucleare , attraversata da pori che permettono l’ingresso e l’uscita del materiale. All’interno del nucleo sono presenti diverse molecole di DNA che associate a proteine vanno a costituire la "cromatina ” che al momento della divisione cellulare si addensa in strutture compatte dette “cromosomi” (46 per gli esseri umani). RETICOLO ENDOPLASMATICO un insieme di membrane interne che occupa buona parte del citoplasma e forma tubuli e sacchetti appiattiti. ruvido: Il reticolo endoplasmatico ruvido è costellato di ribosomi che sono i siti della sintesi proteica. Essi sono responsabili del suo aspetto granuloso. Le proteine appena sintetizzate dai ribosomi entrano nel lume del reticolo e qui vengono modificate dal punto di vista chimico. liscio: Il reticolo endoplasmatico liscio svolge quattro funzioni importanti:
    1. è sede della sintesi dei lipidi
    2. e responsabile della trasformazione di sostanze tossiche, farmaci e pesticidi
    3. nelle cellule animali, è la sede in cui avviene la sintesi del glicogeno
    4. ha il compito di immagazzinare gli ioni calcio.

APPARATO DI GOLGI

Le vescicole contenenti proteine provenienti dal reticolo endoplasmatico trasferiscono le sostanze all’apparato di Golgi. L’apparato di Golgi è formato da cisterne appiattite, circondate da singola membrana e svolge diverse funzioni: 1- riceve le proteine del reticolo endoplasmatico e le elabora ulteriormente (attaccandovi catene di oligosaccaridi) 2- concentra, confeziona e smista le proteine prima che vengano inviate alle loro destinazioni finali (dentro o fuori dalla cellula) 3- è il luogo in cui vengono sintetizzati i polisaccaridi per la parete delle cellule vegetali LISOSOMI:

Sono presenti in molte cellule eucariote, soprattutto in quelle di piante e protisti. sono circondati da una membrana e pieni di soluzioni acquose contenenti molte sostanze disciolte. I vacuoli nelle cellule vegetali possono svolgere varie funzioni:

  • accumulo: le cellule vegetali producono un certo numero di sottoprodotti tossici di prodotti di scarto, molti dei quali sono accumulati all'interno dei vacuoli
  • sostegno : in molte cellule vegetali più del 90% del volume cellulare è occupato da enormi vacuoli che crescono di pari passo con la cellula stessa. Nelle cellule vegetali la parete cellulare rigida si oppone al rigonfiamento del vacuolo, producendo un turgore che contribuisce al sostegno della pianta.
  • riproduzione : alcuni pigmenti nei petali e nei frutti sono contenuti nei vacuoli. questi pigmenti sono segnali visivi che servono ad attirare gli animali favorendo l'impollinazione o la dispersione del seme.
  • digestione : certi vacuoli contengono enzimi che idrolizzano le proteine del seme in monomeri utilizzabili come alimento dall'embrione in via di sviluppo CLOROPLASTI: I cloroplasti sono organuli presenti solo nella cellula vegetale: contengono il pigmento verde clorofilla e sono la sede della fotosintesi. Sono costituiti da una doppia membrana, una esterna e una interna (entrambe liscie): in esse si trovano le molecole di clorofilla. Le membrane interne dei cloroplasti hanno l’aspetto di una pila di sacchetti discoidali.

Queste pile (dette grani) sono formate da una serie di compartimenti circolari piatti (i sacchetti), addossati l’uno all’altro, che prendono il nome di tilacoidi. Secondo la teoria endosimbiontica, come i mitocondri, anche i cloroplasti erano dei procarioti fotosintetici entrati in simbiosi con una cellula più grande: contengono infatti (all’interno del liquido in cui sono sospesi i grani) ribosomi e un proprio DNA circolare. MITOCONDRI La demolizione delle molecole di nutrienti inizia nel citoplasma e prosegue all'interno dei mitocondri dove vengono definitivamente demoliti e l'energia che contenevano viene utilizzata per produrre molecole di ATP. Il processo di produzione di ATP che avviene nei mitocondri e che richiede il consumo di ossigeno molecolare si chiama “respirazione cellulare”. I mitocondri sono rivestiti da due membrane:

  • la membrana esterna è liscia e svolge una funzione protettiva
  • la membrana interna che si ripiega più volte su se stessa e quindi ha una superficie molto maggiore e la membrana esterna. I ripiegamenti sono piuttosto regolari dando origine a strutture denominate creste. Esercita un controllo molto maggiore di quella esterna su ciò che entra ed esce dallo spazio da essa delimitato e su di essa si trovano molti complessi proteici che partecipano alla respirazione cellulare. Lo spazio delimitato dalla membrana interna si chiama matrice mitocondriale all’interno della quale è conservato il DNA.
  1. microfilamenti : sono composti da molecole di una proteina globulare chiamata actina. le funzioni principali dei microfilamenti di actina sono:
  • contribuiscono al movimento di tutta la cellula e di alcune sue parti
  • determinano o mantengono la forma della cellula formando un reticolo al di sotto della membrana plasmatica
  1. filamenti intermedi : sono costituiti da proteine fibrose organizzate in strutture robuste a forma di fune. svolgono due funzioni principali:
  • ancorano al loro posto le strutture cellulari
  • aiutano la cellula a resistere alla tensione e contribuiscono all'adesione tra cellule
  1. microtubuli : sono lunghi cilindri cavi costituiti da molecole della proteina tubulina. svolgono tre funzioni principali:
  • formano uno scheletro interno rigido
  • servono da binari per il movimento delle vescicole trasportate dalle proteine motrici
  • assicurano la distribuzione dei cromosomi durante la divisione cellulare CIGLIA E FLAGELLI Molte cellule eucariotiche presentano ciglia o flagelli, che utilizzano per muoversi nell’ambiente circostante. Sia le ciglia che i flagelli eucariotici derivano dal montaggio di speciali microtubuli e hanno un’identica struttura interna. Il movimento deriva dallo scorrimento l’una sull’altra delle doppiette di microtubuli.

ADESIONE TRA CELLULE

Riconoscimento cellulare e l'adesione tra cellule dipendono dalle proteine della membrana plasmatica. Le strutture che permettono alle cellule di unirsi sono dette “giunzioni cellulari” e sono di tre tipi:

  1. giunzioni occludenti: sigillano gli spazi tra le cellule (intercellulari), impedendo alle sostanze di penetrare tra una cellula e l’altra
  2. desmosomi: tengono unite saldamente le cellule dei tessuti sottoposti a stress meccanico
  3. giunzioni comunicanti: consentono la comunicazione tra cellule adiacenti

ENERGIA DELLE CELLULE

IL RUOLO DELL’ATP

Per la cattura e il trasferimento dell’energia libera necessaria a svolgere il lavoro, le cellule utilizzano una particolare molecola: l’adenosintrifosfato o ATP. L’ATP agisce come una sorta di «moneta» energetica. Le cellule utilizzano una parte dell’energia liberata dalla demolizione di grosse biomolecole per produrre molecole ATP che verranno utilizzate per alimentare reazioni che richiedono energia.

CATALISI ENZIMATICA

Nelle reazioni chimiche, la soglia energetica da superare perché la reazione avvenga è detta energia di attivazione. Esistono sostanze in grado di abbassare l’energia di attivazione, e accelerare così la reazione stessa: sono dette catalizzatori. I catalizzatori biologici più comuni sono gli enzimi, che sono complesse molecole proteiche molto specifiche:

  • un enzima catalizza un’unica reazione chimica
  • riconosce in genere un solo reagente o gruppo di reagenti
  • si lega al reagente ed esce inalterato dalla reazione che catalizza in una reazione chimica:
    • i reagenti → prendono il come di substrati
    • l’ enzima → si dice sito attivo [La specificità di un enzima deriva dalla precisa forma tridimensionale del suo sito attivo, al quale si adatta soltanto una ristretta gamma di substrati (a volte anche solo uno). le molecole diverse per forma, gruppi funzionali o proprietà non riescono ad aderire al sito attivo e legarsi a esso]
    • l egame di un substrato con un sito attivo produce → il complesso enzima-substrato
    • demolizione del complesso enzima-substrato produce → prodotto Al termine di questo processo l’enzima è nuovamente disponibile per catalizzare un’altra reazione.

Talvolta, perché si manifesti l’attività di un enzima, è necessaria la partecipazione di molecole non proteiche:

  1. i coenzimi sono composti organici, in genere di dimensioni relativamente piccole rispetto all’enzima con cui formano un legame transitorio: uno stesso coenzima può essere utilizzato anche da più enzimi diversi
  2. i cofattori sono ioni inorganici (come lo zinco o il ferro)
  3. i gruppi prostetici sono gruppi molecolari legati covalentemente all’enzima REAZIONI REDOX Tutte le reazioni in cui gli elettroni di legame si trasferiscono all’atomo più elettronegativo dei due, allontanandosi dall’altro, si definiscono reazioni di ossido-riduzione o redox. durante una reazione redox si verificano sempre sia la riduzione che l'ossidazione:
  • riduzione : acquisizione di elettroni da parte di atomo
  • ossidazione : perdita di elettroni da parte di un atomo In un a reazione redox l'agente che:
  • si ossida è un agente riducente, perché ossidandosi induce la riduzione dell’altra specie
  • si riduce è un agente ossidante, perché riducendosi induce l’ossidazione dell’altra specie Sebbene l’ossidazione e la riduzione si definiscono i termini di passaggio di elettroni nelle reazioni biologiche, spesso, è più semplice pensare in termini di acquisizioni o perdita di atomi di idrogeno. Perciò, nei processi biochimici, quando una molecola perde atomi di idrogeno, si ossida, quando li acquista, si riduce. Le reazioni redox che avvengono nelle cellule sono caratterizzate da enzimi che in genere lavorano in coppia con particolari coenzimi.

IL METABOLISMO DEL GLUCOSIO

Il glucosio è la principale fonte di energia per tutti gli organismi. I processi metabolici più importanti per lo sfruttamento dell'energia del glucosio sono tre:

  1. glicolisi
  2. fermentazione
  3. respirazione cellulare → glicolisi : il metabolismo del glucosio inizia con la glicolisi che avviene nel citoplasma. ottenendo due molecole di acido piruvico (piruvato) a tre atomi di carbonio. Il processo si accompagna alla riduzione di 2 molecole di NAD+ a NADH e fornisce l’energia necessaria per formare 4 molecole di ATP (ma il guadagno netto è di 2). La glicolisi procede per tappe e comprende 10 diverse reazioni, ciascuna delle quali è catalizzata da uno specifico enzima, e può essere suddivisa in due fasi principali:
  • una 1° fase di investimento energetico → la cellula spende energia consumando due molecole di ATP
  • una 2° fase di rendimento energetico→ che produce 4 molecole di ATP e 2 molecole di NADH + H+ → in presenza di ossigeno la respirazione cellulare → si compone di due processi che si svolgono all’interno della matrice mitocondriale: ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa. Il collegamento tra la glicolisi e il ciclo di Krebs avviene attraverso una reazione in cui l’acido piruvico (piruvato) prodotto dalla glicolisi perde un atomo di carbonio trasformandosi in acido-acetico lega che andrà a un particolare coenzima (coenzima A). Entrate all’interno del ciclo di Krebs le due molecole di acetil-CoA subiscono (attraverso 8 reazioni) un'ossidazione completa portando alla liberazione di 4 molecole di anidride carbonica (CO2). Inoltre durante il ciclo si formano 8 molecole di NADH e 2 molecole di FADH2 e 2 molecole di ATP. la fase finale si chiama fosforilazione ossidativa che coinvolge le molecole di NADH e FADH2 prodotte in precedenza. Quando il NADH si ossida rilascia 2 ioni H+ che passano da un enzima all’altro della membrana (che si riducono e poi si ossidano rilasciando ioni nello spazio intermembrana) e poi essere rilasciati dall’ultimo e andando ad unirsi in seguito con l’ossigeno a produrre una molecola d’acqua (H2O).