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La Cellula: Procarioti, Eucarioti e Virus, Dispense di Biologia

Introduzione al mondo delle cellule: dalla scoperta di Robert Hooke al concetto di nucleo e nucleoide, dalla differenza tra procarioti e eucarioti alla comprensione di virus come parassiti endocellulari obbligati. La struttura e le funzioni di nucleo, citoplasma, mitocondri, ribosomi e organelli endoplasmatici. Il processo di infettazione virale.

Tipologia: Dispense

2019/2020

Caricato il 13/12/2020

Franci1712
Franci1712 🇮🇹

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Relazione n.1 Francesco De Felice, I Anno, Polo A
Procarioti, Eucarioti e Virus
Introduzione Cellula :
Il termine “cellula” fu proposto per la prima volta dallo studioso Robert Hooke, nel
XVII secolo. Questi, osservando con un microscopio rudimentale un sottile strato di
sughero, fece esperienza della presenza di file di cellette ben delimitate, simili a
quelle di un alveare. Da qui l’utilizzo del termine “cellula”. Furono poi gli studi del
botanico Matthias Schleiden e dello zoologo Theodor Schwann ad affermare che sia i
vegetali sia gli animali sono formati da queste piccole unità dette cellule. Infine con
le osservazioni del fisico Rudolph Virchow, si raggiunse la consapevolezza che le
cellule non si generano spontaneamente ma che derivano da altre cellule. E con
questa scoperta si evidenziava l’esistenza di organismi unicellulari e pluricellulari.
Da questi studi si poté affermare che tutti gli organismi sono formati da cellule.
Circa la descrizione delle cellula, bisogna dire che questa è l’unità di base
dell’organismo e che, sebbene le cellule tra loro (anche di uno stesso organismo)
differiscono: nelle dimensioni, nella forma, nelle sostanze chimiche che utilizzano o
che producono, e nella loro funzione; nonostante questo tutte le cellule hanno in
comune almeno tre aspetti fondamentali:
Membrana plasmatica (o plasmalemma): circonda la cellula con un doppio
strato di fosfolipidi (spesso 5-10 nm), separando l’interno dall’ambiente
extracellulare e permette lo scambio di molecole tra esterno e interno.
Citoplasma: una matrice semifluida che costituisce l’interno della cellula. In
esso sono immersi il nucleo e gli organuli cellulari.
Nucleo o Nucleoide: è dove viene custodito il materiale ereditario. Nelle
cellule più semplici, i Procarioti, la maggior parte di questo materiale si
presenta sotto forma di un unico cromosoma di DNA circolare e che risiede in
una zona detta Nucleoide, che è dispersa nel citoplasma. Mentre nelle cellule
più complesse, Eucarioti, si ha la presenza di un Nucleo, delimitato da una
doppia membrana detta carioteca. L’interno del Nucleo è detto nucleoplasma.
Procarioti:
I procarioti sono i più semplici
organismi. Sono tutti
unicellulari, anche se a volte
possono trovarsi in forme di
aggregazione. Le cellule
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Relazione n.1 Francesco De Felice, I Anno, Polo A

Procarioti, Eucarioti e Virus

Introduzione Cellula:

Il termine “cellula” fu proposto per la prima volta dallo studioso Robert Hooke , nel XVII secolo. Questi, osservando con un microscopio rudimentale un sottile strato di sughero, fece esperienza della presenza di file di cellette ben delimitate, simili a quelle di un alveare. Da qui l’utilizzo del termine “cellula”. Furono poi gli studi del botanico Matthias Schleiden e dello zoologo Theodor Schwann ad affermare che sia i vegetali sia gli animali sono formati da queste piccole unità dette cellule. Infine con le osservazioni del fisico Rudolph Virchow , si raggiunse la consapevolezza che le cellule non si generano spontaneamente ma che derivano da altre cellule. E con questa scoperta si evidenziava l’esistenza di organismi unicellulari e pluricellulari. Da questi studi si poté affermare che tutti gli organismi sono formati da cellule. Circa la descrizione delle cellula, bisogna dire che questa è l’unità di base dell’organismo e che, sebbene le cellule tra loro (anche di uno stesso organismo) differiscono: nelle dimensioni, nella forma, nelle sostanze chimiche che utilizzano o che producono, e nella loro funzione; nonostante questo tutte le cellule hanno in comune almeno tre aspetti fondamentali:  Membrana plasmatica (o plasmalemma): circonda la cellula con un doppio strato di fosfolipidi (spesso 5-10 nm), separando l’interno dall’ambiente extracellulare e permette lo scambio di molecole tra esterno e interno.  Citoplasma : una matrice semifluida che costituisce l’interno della cellula. In esso sono immersi il nucleo e gli organuli cellulari.  Nucleo o Nucleoide : è dove viene custodito il materiale ereditario. Nelle cellule più semplici, i Procarioti , la maggior parte di questo materiale si presenta sotto forma di un unico cromosoma di DNA circolare e che risiede in una zona detta Nucleoide , che è dispersa nel citoplasma. Mentre nelle cellule più complesse, Eucarioti , si ha la presenza di un Nucleo , delimitato da una doppia membrana detta carioteca. L’interno del Nucleo è detto nucleoplasma.

Procarioti:

I procarioti sono i più semplici organismi. Sono tutti unicellulari, anche se a volte possono trovarsi in forme di aggregazione. Le cellule

procariote hanno dimensioni molto ridotte (1-10 micron). Per quanto riguarda la struttura presentano un citoplasma ricoperta da una membrana cellulare e, molto spessa, anche da una parete cellulare rigida; l’interno della cellula risulta privo di qualunque forma di organizzazione e compartimentazione. E’ infatti l’intero citoplasma a rappresentare il luogo dove si svolgono tutte le funzioni vitali della cellula. Nel citoplasma sono comunque riscontrabili strutture complesse come i ribosomi, tuttavia sono quasi del tutto assenti organuli ricoperti da membrana. Come già accennato prima, non vi è la presenza di una membrana nucleare, pertanto il DNA della cellula si trova in una zona del citoplasma, che appare come una struttura filforme, detta nucleoide sotto forma di singolo cromosoma circolare. Ciò che dà forma e consistenza alla cellula è essenzialmente la parete cellulare; questa è composta di peptidoglicano. Alcuni batteri inoltre possono presentare sulla superficie un’ulteriore strato protettivo, detto “ capsula ”, composto da polisaccaridi. In generale quasi tutti i batteri possono essere classificati in due tipi, in base alla costituzione della parete cellulare. Le differenze di quest’ultima vengono accertate mediante l’utilizzo della colorazione di Gram. Pertanto i batteri possono dividersi in:  Gram-positivi : assorbono e mantengono la colorazione del violetto e si presentano con un color porpora  Gram-negativi : questi invece perdano la loro colorazione e al microscopio risultano rosa. La membrana cellulare dei procarioti risulta molto importante, poiché oltre a svolgere le solite funzioni di separazione tra l’interno della cellula e lo spazio extracellulare, questa si occupa anche di alcuni compiti che nelle cellule eucariotiche sono occupazione di alcuni organuli. Ad esempio prima della divisione cellulare, il materiale genetico si duplica e le due molecole che si generano si legano alla membrana plasmatica, in punti differenti, così facendo ciascuna cellula figlia possiederà una delle due unità identiche del DNA. In questo processo risulta essere coinvolta anche un’invaginazione della membrana plasmatica detta mesosoma. I procarioti hanno anche la possibilità di muoversi, e per farlo utilizzano dei flagelli , costituiti da flagellina e lunghi fino a 12 micron. Il flagello è costituito da un corpo basale, un uncino e un filamento. Il corpo basale è formato da anelli proteici e funge da motore per far ruotare il flagello. Altre strutture filamentose presenti sui procarioti sono i pili. Questi sono più corti dei flagelli e svolgono un ruolo fondamentale nel processo di coniugazione, in cui avviene uno scambio di materiale genetico tra le cellule. Infine bisogna evidenziare il fatto che i procarioti possono essere racchiusi in due gruppi principali: i Bacteria e gli Archea.

membrana regola il flusso da e verso l’interno della cellula, mediante due meccanismi di trasporto: attivo e passivo. Ciò che costituisce la struttura interna della cellula eucariotica e ne definisce la forma è il così detto “ Citoscheletro ”. Questo è composto da tre tipi di filamenti proteici:

  • Microtuboli (20 nm): sono formati da tubulina alfa e beta. Si occupano del movimento all’interno della cellula di cromosomi, organuli e anche del trasporto assonale
  • Microfilamenti (5 nm): formati da alfa/gamma-actina. Serve per lo scorrimento del citoplasma, per il movimento ameboide e per la divisione cellulare
  • Filamenti Intermedi (8-12 nm): formati da cheratine, laminine, vimentina e desnina. Si occupa del supporto strutturale. Passiamo ora a definire quelle che sono le caratteristiche e le funzione dei vari organuli presenti nella cellula eucariotica.  Nucleo Cellulare : è l’organulo più ampio della cellula eucariotica. E’ solitamente di forma rotondeggiante e nelle cellule animali si trova spesso al centro del citoplasma. Il nucleo costituisce la sede dell’informazione genetica, essendo il luogo in cui risiede il DNA e dove questo viene inoltre duplicato e trascritto. Nel nucleo le molecole di DNA sono associate a delle proteine, dette istoni, formando così la cromatina. La cromatina si compatta poi ulteriormente in unità strutturali dette cromosomi. Nella zona centrale del nucleo vi è presente, inoltre, il Nucleolo che è la sede della biogenesi dei ribosomi.  Reticolo Endoplasmatico : è un sistema membranoso costituito da tubuli e sacculi più o meno appiattiti, le cisterne. Di questo sistema distinguiamo: - Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER);
  • Reticolo Endoplasmatico Liscio (SER).  RER : costituito da una serie di canalicoli e cisterne. L’aspetto ruvido è dato dalla presenza dei ribosomi sulla superficie. La sua principale funzione è quella di strutturare definitivamente le proteine che sono destinate ad essere esportate in regioni come il Golgi, i Lisosomi, le Vescicole di accumulo e di secrezione  SER : costituito da membrane sotto forma di tubuli appiattiti. Nelle sue membrane sono presenti enzimi che intervengono in varie funzioni: sintesi di steroidi, fosfolipidi, glicolipidi e carboidrati; metabolismo sostanze estranee; detossificazione di farmaci; metabolismo dei carboidrati.  Apparato di Golgi : costituito da sacculi membranosi appiattiti. Il Golgi immagazzina, impacchetta e distribuisce le molecole già sintetizzate nel Reticolo Endoplasmatico e nel Nucleo. Le glicoproteine sintetizzate dal RER tramite vescicole di trasferimento arrivano alla faccia CIS del Golgi per poi

passare nella cisterna mediana e arrivare infine nella TRANS. Dopo la cisterna TRANS, tramite vescicole, viene spedito il contenuto.  Lisosomi : contengono enzimi idrolitici per la digestione intracellulare di macromolecole: proteasi, nucleasi, lipasi fosfatasi a pH 4/5.  Perossisomi : contengono enzimi ossidativi, di cui il più abbondante è la catalasi che demolisce l’acqua ossigenata in acqua e ossigeno.  Mitocondri : sono sede dell’ultima tappa della respirazione cellulare, la fosforilazione ossidativa. Questi organuli sono costituiti da una doppia membrana, una interna e una esterna. La membrana interna forma delle estroflessioni all’interno dell’organulo, nella matrice mitocondriale, dette creste mitocondriali , sulle quali sono presenti i siti della fosforilazione ossidativa. Poiché i mitocondri posseggono un proprio genoma è supportata la teoria dell’ endosimbiosi , secondo la quale i mitocondri si siano originati da batteri che, inglobati da cellule più grandi, si siano poi stabiliti permanentemente all’interno del loro citoplasma instaurando un rapporto simbiontico.

Virus:

I virus rappresentano una delle forme di aggregazione molecolare più semplici in natura, le cui dimensioni variano dai 10 nm ai 250-300 nm. I virus sono incapaci di replicazione autonoma, necessitano pertanto di una cellula ospite, per questo vengono definiti “ parassiti endocellulari obbligati ”. In generale, la struttura virale è costituita da un solo acido nucleico (DNA o RNA) a singolo o doppio filamento, e da un involucro proteico, costituito da una o pochi tipi di proteine presenti in copie multiple. Tale struttura è definita “ capside ”, ed è tipica dei cosiddetti virus nudi ( naked viruses ). L’insieme di acido nucleico e capside origina un nucleocapside , anche definito virone o particella virale. Molti virus, principalmente quelli animali, possono presentare un ulteriore involucro esterno al capside ( pericapside o envelope ), e sono definiti virus provvisti di involucro ( enveloped viruses ). Il pericapside è normalmente costituito da un doppio strato fosfolipidico di origine cellulare, acquisito dalla cellula ospite al momento del

  • Ciclo lisogenico : tipico dei fagi temperati. In questo caso il fago entra in uno stato di quiescenza nella cellula ospite. In questo modo il cromosoma del virus si ricombina con quello della cellula ospite integrandosi in esso. Il DNA del fago inserito prende il nome di “ profago ”, in quanto non è un vero fago ma ha la capacità di produrne uno.