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La La CELLULACELLULA

Prof. Enrico Castello

CELLULA si riproducescambia materia

ed energia

con l’ambiente

si autoregolasi autoregola

si può evolvere

La cellula : unità fondamentale della vitaLa cellula : unità fondamentale della vita

Tutti gli esseri viventi sono costituiti da una o più cellule: è la cellula la più piccola porzione organizzata di materia che possiede le caratteristiche della vita.

Le cellule…Le cellule…… sono le unitsono le unitàà costitutive delle piante costitutive delle piante

e degli animalie degli animali

… sono prodotte dalla suddivisione di preesistenti sono prodotte dalla suddivisione di preesistenti cellulecellule

… sono le pisono le piùù piccole unit piccole unitàà che svolgono tutte le che svolgono tutte le funzioni fisiologiche vitalifunzioni fisiologiche vitali

… mantengono la propria omeostasimantengono la propria omeostasi

La tendenza dei sistemi fisiologici a stabilizzare le condizioni interne

parete cellulare

ribosomicitoplasma

regione nuclearemembrana cellulare

La cellula procariota è organizzata per garantire la sopravvivenza di organismi molto semplici, con minime richieste energetiche, e non risulta specializzata nel compiere funzioni particolari.

Tutto il volume cellulare è occupato da un liquido di consistenza gelatinosa (il citoplasma), in cui sono immersi tuti i costituenti chimici della cellula, e dei piccoli organuli (ribosomi), deputati alla sintesi delle proteine.

Il materiale genetico (DNA) si trova fluttuante nel citoplama, in una regione priva di una membrana che la delimiti (non esiste un nucleo vero e proprio).

Esiste invece una struttura rigida di protezione e di contenimento, la parete cellulare, che la separa dall’ambiente esterno.

La cellula procariotaLa cellula procariota

membrana cellulare

nucleo

citoplasma

membrana nucleare

mitocondri

La cellula eucariota è un tipo di cellula molto più voluminosa e complessa della cellula procariota. Al suo interno lo spazio è organizzato in settori cui compete una certa funzione in modo da assicurarne la sopravvivenza e la riproduzione.

Le diverse regioni all’interno della cellula sono delimitate da membrane interne. In particolare , una membrana (membrana nucleare) delimita il nucleo, in cui si trova il materiale genetico (DNA) che presiede al controllo di tutte le attività della cellula stessa.

La cellula eucariota possiede inoltre numerosi organuli, in alcuni dei quali hanno luogo i processi metabolici fondamentali : nei ribosomi, ad es.,avviene la sintesi delle proteine; i mitocondri sono la sede della respirazione cellulare

La cellula eucariotaLa cellula eucariota

Reticolo endoplasmaticocon ribosomi

ESISTONO DUE TIPI FONDAMENTALI DI ESISTONO DUE TIPI FONDAMENTALI DI ORGANIZZAZIONE CELLULAREORGANIZZAZIONE CELLULARE

CELLULA PROCARIOTE CELLULA EUCARIOTE

Dimensioni Dimensioni

Involucro nucleareInvolucro nucleare

Parete cellulareParete cellulare

Organelli cellulari delimitati da Organelli cellulari delimitati da membranamembrana

VacuoliVacuoli

RibosomiRibosomi

CitoscheletroCitoscheletro

Mitosi con cromosomi e fusoMitosi con cromosomi e fuso

Riproduzione sessuataRiproduzione sessuata

0.2 – 2 m

--

--

--

--

--

--

5 – 50 m

/-

LE CELLULE PROCARIOTI SONO MOLTO PIU’ PICCOLE LE CELLULE PROCARIOTI SONO MOLTO PIU’ PICCOLE DELLE CELLULE EUCARIOTIDELLE CELLULE EUCARIOTI

Zoom sulla punta di uno spilloX 50

X 1250

X 6000

X 30 000

SOLO CON L’AVVENTO DELLA MICROSCOPIA ELETTRONICA, SOLO CON L’AVVENTO DELLA MICROSCOPIA ELETTRONICA, NEGLI ANNI ’50 DEL SECOLO SCORSO, E’ STATO POSSIBILE NEGLI ANNI ’50 DEL SECOLO SCORSO, E’ STATO POSSIBILE

INDAGARE LA STRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTEINDAGARE LA STRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTE

STRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTESTRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTE

NEI PROCARIOTI IL DNA E’ A DIRETTO CONTATTO CON IL NEI PROCARIOTI IL DNA E’ A DIRETTO CONTATTO CON IL CITOPLASMA ED IL CITOPLASMA E’ PRIVO DI ORGANELLI CITOPLASMA ED IL CITOPLASMA E’ PRIVO DI ORGANELLI

DELIMITATI DA MEMBRANADELIMITATI DA MEMBRANA

Alcuni batteri si possono incapsulare formando Alcuni batteri si possono incapsulare formando sporesporeQuesti batteri risultano i più virulenti, in quanto si difendono con maggior efficacia.Questa capsula può servire anche per difendersi da improvvisi cambiamenti di temperatura (a troppo freddo o a troppo caldo) permettendo così al batterio di entrare in una fase di stasi finché le condizioni climatiche non tornano ottimali per lo svolgimento delle funzioni vitali e la riproduzione.

Batteri con capsula

I PROCARIOTI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI I PROCARIOTI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI SULLA BASE DELLA MORFOLOGIASULLA BASE DELLA MORFOLOGIA

COCCHI COCCHI BACILLIBACILLI SPIRILLISPIRILLI

LE CELLULE BATTERICHE POSSONO ASSOCIARSI A LE CELLULE BATTERICHE POSSONO ASSOCIARSI A FORMARE CATENELLE O AGGLOMERATI DI ALTRO TIPOFORMARE CATENELLE O AGGLOMERATI DI ALTRO TIPO

I BATTERI SONO CLASSIFICATI SULLA BASE DELLA I BATTERI SONO CLASSIFICATI SULLA BASE DELLA RISPOSTA ALLA COLORAZIONE DI GRAMRISPOSTA ALLA COLORAZIONE DI GRAM

Gram +

Gram -

DIVERSI BATTERI UTILIZZANO FLAGELLI PER DIVERSI BATTERI UTILIZZANO FLAGELLI PER MUOVERSIMUOVERSI

ALCUNI BATTERI HANNO CAPACITA’ FOTOSINTETICHEALCUNI BATTERI HANNO CAPACITA’ FOTOSINTETICHE

L’apparato fotosintetico è situato in membrane interne che L’apparato fotosintetico è situato in membrane interne che derivano da invaginazioni multiple del plasmalemma.derivano da invaginazioni multiple del plasmalemma.

I batteri fotosintetici utilizzano l’energia luminosa per produrre energia chimica utile per i processi vitali.

Batteri Fotosintetici

Batteri fotosinteticiBatteri fotosintetici

I BATTERI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI SULLA BASE I BATTERI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI SULLA BASE DEL LORO METABOLISMODEL LORO METABOLISMO

I batteri chemiosintetici utilizzano i composti inorganici per soddisfare il loro fabbisogno eneregetrico e sintetizzare i propri costituenti, cellulari la differenza dalla fotosintesi è che la chemiosintesi può avvenire anche in assenza di luce.

Batteri chemiosintetici Batteri chemiosintetici

batteri spirilliformi, attivi nella biochimica dello zolfo.

• I batteri eterotrofiI batteri eterotrofi, come gli animali, sono , come gli animali, sono organismi che possono solamente metabolizzare organismi che possono solamente metabolizzare composti gicomposti giàà sintetizzati da altri organismi. sintetizzati da altri organismi.• La maggior parte dei batteri appartiene a questo La maggior parte dei batteri appartiene a questo gruppo.gruppo.• Si può compiere un successivo raggruppamento Si può compiere un successivo raggruppamento dividendo in questo gruppo i batteri saprofiti da dividendo in questo gruppo i batteri saprofiti da quelli parassiti.quelli parassiti.

• I batteri saprofitiI batteri saprofiti ottengono il cibo dalla materia ottengono il cibo dalla materia vegetale e animale in via di decomposizione.vegetale e animale in via di decomposizione.

• I batteri parassitiI batteri parassiti invece utilizzano il metabolismo invece utilizzano il metabolismo di altri animali per poi procurarsi il cibo (batteri di altri animali per poi procurarsi il cibo (batteri interni) senza però arrecare sempre dei danni interni) senza però arrecare sempre dei danni evidenti.evidenti.

Batteri eterotrofiBatteri eterotrofi

QUALE TIPO DI METABOLISMO POSSEDEVANO I PRIMI QUALE TIPO DI METABOLISMO POSSEDEVANO I PRIMI PROCARIOTI?PROCARIOTI?

SECONDO I SOSTENITORI DELLA TEORIA DEL “BRODO SECONDO I SOSTENITORI DELLA TEORIA DEL “BRODO PRIMORDIALE” LE PRIME CELLULE DOVEVANO ESSERE PRIMORDIALE” LE PRIME CELLULE DOVEVANO ESSERE ETEROTROFE E CAPACI DI NUTRIRSI A SPESE ETEROTROFE E CAPACI DI NUTRIRSI A SPESE DELL’ABBONDANTE MATERIA ORGANICA IN SOLUZIONE. DELL’ABBONDANTE MATERIA ORGANICA IN SOLUZIONE.

MOLTI DEI PROCESSI METABOLICI DEI BATTERI MOLTI DEI PROCESSI METABOLICI DEI BATTERI SONO FONDAMENTALI PER LA VITA SULLA SONO FONDAMENTALI PER LA VITA SULLA

TERRATERRAEs.: ciclo dell’azoto

BATTERI AZOTO-FISSATORI VIVONO IN SIMBIOSI ALL’INTERNO BATTERI AZOTO-FISSATORI VIVONO IN SIMBIOSI ALL’INTERNO DEI NODULI RADICALI DELLE LEGUMINOSEDEI NODULI RADICALI DELLE LEGUMINOSE

ALTRI PROCESSI METABOLICI BATTERICI IMPORTANTI ALTRI PROCESSI METABOLICI BATTERICI IMPORTANTI PER L’UOMOPER L’UOMO

Trasformazione dello zucchero ad alcoolTrasformazione dello zucchero ad alcool (fermentazione alcoolica: vino, birra, liquori)(fermentazione alcoolica: vino, birra, liquori)

Trasformazione dell’alcool ad acidoTrasformazione dell’alcool ad acido (fermentazione (fermentazione acida: aceto, yoghurt)acida: aceto, yoghurt)

Decomposizione di molecole organicheDecomposizione di molecole organiche ( (E. coliE. coli nell’intestino e utilizzata nel trattamento delle acque nell’intestino e utilizzata nel trattamento delle acque di scarico)di scarico)

Produzione di sostanze utili all’organismoProduzione di sostanze utili all’organismo (vitamine: batteri endosimbionti intestinali)(vitamine: batteri endosimbionti intestinali)

Digestione della cellulosaDigestione della cellulosa (batteri endosimbionti (batteri endosimbionti intestinali)intestinali)

FotosintesiFotosintesi (cianobatteri) (cianobatteri)

GLI ARCHAEA SONO ANAEROBI OBBLIGATI E VIVONO IN HABITAT ESTREMI

Termofili estremiTermofili estremi: sono obbligati a temperature superiori a 55°C, a pH molto bassi (0.9, 2.0).

MetanogeniMetanogeni: producono metano per riduzione di CO2.

AlofiliAlofili: vivono in ambienti estremamente salati.

Le archaea sono, come i bacteria, unicellulari mancanti di nucleo e assieme ai bacteria sono state in passato classificate come prokaryota o monere. Originariamente sono state classificate esaminando gli ambienti più estremi di vita, ma succesivamente sono state trovate in tutti gli habitat.

Caratteristiche delle ArchaeaCaratteristiche delle Archaea

Pur mantenendo le caratteristiche Pur mantenendo le caratteristiche dei procarioti dei procarioti (assenza di un (assenza di un nucleo distinto e di organuli nucleo distinto e di organuli citoplasmatici rivestiti da citoplasmatici rivestiti da membrane, presenza di un unico membrane, presenza di un unico filamento di DNA, strutture di filamento di DNA, strutture di rivestimento più complesse rivestimento più complesse rispetto alla cellula eucariote),rispetto alla cellula eucariote), date le condizioni estreme in cui date le condizioni estreme in cui possono svilupparsi, possono svilupparsi,

gli Archeobatteri gli Archeobatteri presentano una presentano una composizione biochimica unica composizione biochimica unica delle loro strutture di delle loro strutture di rivestimentorivestimento, che conferisce loro , che conferisce loro una una notevole impermeabilitànotevole impermeabilità e e che li differenzia sia dai batteri che li differenzia sia dai batteri che dagli eucarioti.che dagli eucarioti.

Methanopyrus

Analisi filogeneticaAnalisi filogenetica

Nel 1977, Carl Woese e Nel 1977, Carl Woese e George Fox George Fox dell'università dell'università dell'Illinois ha condotto dell'Illinois ha condotto un'analisi filogenetica un'analisi filogenetica comparativa, basata comparativa, basata sulle sequenze del DNA sulle sequenze del DNA e dell'RNA della piccola e dell'RNA della piccola subunità ribosomiale subunità ribosomiale (subunità 16S), che ha (subunità 16S), che ha permesso la distinzione permesso la distinzione dei procarioti in due dei procarioti in due diversi regni: diversi regni: Eubacteria e Eubacteria e Archeabacteria, Archeabacteria, modificati poi nel 1990 modificati poi nel 1990 in Bacteria e Archea. in Bacteria e Archea.