Endomembrane, Acidi Nucleici e Mitocondri: Funzioni Cellulari Essenziali

Sistemi e Componenti Cellulari

Caratteristiche del Sistema Endomembrana

Il sistema endomembrana partecipa alla sintesi di vari tipi di macromolecole. La clatrina viene assemblata da subunità composte da 6 catene proteiche. I coatomeri sono formati dal COP (proteine coatomero).

Reticolo Endoplasmatico (RE)

Il reticolo endoplasmatico occupa circa il 10% del volume cellulare totale. Il RER è ricoperto di ribosomi ed è concentrico al nucleo. La sua membrana, rispetto alla membrana plasmatica, è più sottile (7nm) ed è composta per il 70% da proteine e per il 30% da lipidi. Contiene meno sfingomielina e meno colesterolo, ma più fosfatidilcolina.

Funzioni del RER:

• Produzione di proteine
• Formazione della membrana
• Secrezione delle cellule
• Glicosilazione: La maggior parte delle proteine sintetizzate nel REG inserisce catene di carboidrati, a catena ramificata con 12 monosaccaridi.

Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL)

Il REL è composto da tubuli interconnessi, con una struttura simile alla membrana del RER ma con più colesterolo e sfingomielina. Non ha ribosomi attaccati alla sua membrana esterna.

Funzioni del REL:

1. Sintesi dei lipidi
2. Disintossicazione di derivati
3. Regolazione del livello di calcio

Apparato di Golgi

L'apparato di Golgi ha due facce:

• Cis: Faccia di formazione o prossimale, collegata e in comunicazione con il RE.
• Trans: Faccia di maturazione o distale, da cui le molecole trasportate lasciano il Golgi verso diversi target.

Lisosomi

I lisosomi ricevono molecole dal Golgi. Le sacche lisosomiali sono idrofile e non sono presenti nelle cellule vegetali. La membrana lisosomiale ha un alto contenuto di colesterolo e sfingomielina.

Funzioni dei Lisosomi:

• Lisosoma primario: Non partecipa a processi di digestione intracellulare.
• Lisosoma secondario: La digestione delle molecole avviene qui. Esistono tre tipi:
  • Endolisosoma
  • Phagolysosome: Digestione intracellulare del fagosoma, difende la cellula dall'assalto di patogeni o sostanze tossiche.
  • Autofagolisosoma: Coinvolto nella digestione intracellulare, ricevendo sostanze nutritive necessarie per la vita cellulare.

Perossisomi

I perossisomi sono semplici e contengono enzimi al loro interno. L'enzima principale è la catalasi. Nelle cellule vegetali, sono chiamati gliossisomi.

Funzioni dei Perossisomi:

• Utilizzo di H₂O₂ formata per ossidare sostanze tossiche (disintossicazione).
• L'enzima catalasi decompone H₂O₂ rendendola sicura per la cellula.

Vacuoli

I vacuoli hanno origine da piccole vescicole dell'apparato di Golgi e sono delimitati dal tonoplasto. Il pH interno è compreso tra 3 e 6.

Funzioni dei Vacuoli:

• Nelle cellule vegetali: facilitano lo scambio con l'ambiente esterno, regolano il turgore cellulare, la digestione cellulare e l'accumulo di sostanze di riserva.
• Nelle cellule animali: di formato piccolo o grande.

Acidi Nucleici

Gli acidi nucleici sono molecole composte da C, H, O, N e P contenenti materiale ereditario. I nucleotidi sono le unità monomeriche degli acidi nucleici. Esistono due tipi: DNA e RNA, ciascuno composto da uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato. Uno zucchero + una base azotata formano un nucleoside. L'unione di un nucleoside e un fosfato è un nucleotide. I nucleotidi sono molecole che accumulano energia grazie ai legami fosfato.

Funzioni degli Acidi Nucleici

• Messaggero cellulare: L'AMP ciclico (cAMP) è formato da enzimi specifici e scatena diverse reazioni in ciascun tipo di cellula.

DNA

La molecola di DNA è la più importante negli eucarioti ed è presente nel nucleo, con piccole quantità nei mitocondri e nei cloroplasti. Nei procarioti, sono presenti piccole molecole di DNA chiamate plasmidi. Il DNA ha una struttura a doppia elica destrorsa, con le catene che si avvolgono in senso orario. I filamenti sono coassiali, opposti e uniti tramite legami idrogeno tra le basi azotate.

RNA

L'RNA trascrive il messaggio genetico presente nel DNA e lo traduce in proteine. Si trova nei ribosomi e contiene uracile al posto della timina. Esistono tre tipi di RNA:

Tipi di RNA:

• RNA messaggero (mRNA): Composto da 300-500 ribonucleotidi, rappresenta il 5% del totale. Funzione: trasporta le informazioni genetiche codificate dal nucleo ai ribosomi.
• RNA transfer (tRNA): Composto da 70-80 nucleotidi, rappresenta il 15% del totale. Funzioni: a) cattura gli amminoacidi attivi nel citoplasma, b) li trasferisce ai ribosomi durante la sintesi proteica, c) li posiziona correttamente nella proteina in base alle informazioni codificate nell'mRNA.
• RNA ribosomiale (rRNA): Composto da 3.000 a 5.000 ribonucleotidi, rappresenta l'80% dell'RNA totale. Esistono diversi tipi di ribosomi, più piccoli nei procarioti rispetto agli eucarioti.

Tabella Comparativa DNA vs RNA

Quando la temperatura aumenta oltre i 90°C, le catene si separano (denaturazione). Questo processo è reversibile se mantenuto per diverse ore a 64°C (rinaturazione).

Mitocondri

I mitocondri sono organelli cellulari dove avviene la respirazione cellulare, un processo che degrada le molecole alimentari per ottenere energia. L'ATP (adenosina trifosfato) viene sintetizzato nei mitocondri (eucarioti) e nei cloroplasti (procarioti). Furono descritti da Altman nel 1884 e producono il 95% dell'ATP cellulare. Il loro numero varia da 1.000 a 300.000 per cellula.

Struttura e Composizione Chimica

I mitocondri sono organelli mobili e plastici con un diametro da 0,5 a 1 μm, circondati da due membrane:

• Membrana esterna: Contiene il 60% di proteine e il 40% di lipidi, è permeabile grazie ai canali acquosi delle porine.
• Membrana interna: È molto ripiegata a formare le creste mitocondriali, delimita la matrice mitocondriale, ha l'80% di proteine e il 20% di lipidi, senza colesterolo e contiene cardiolipina, rendendola impermeabile agli ioni. Contiene tre tipi di proteine: 1) proteine che effettuano reazioni di ossidazione e riduzione della catena respiratoria, 2) complesso dell'ATP sintasi, 3) proteine di trasporto.
• Matrice mitocondriale: Contiene DNA circolare a doppia elica sparso, RNA e proteine che sintetizzano alcuni componenti integrali della membrana interna.

Funzioni dei Mitocondri

• Respirazione cellulare: Il suo fine è la produzione di energia sotto forma di molecole di ATP.

Vie Anaerobiche

• Fermentazione alcolica
• Fermentazione lattica

Il fine della fermentazione è rigenerare il NAD+ che consente alla glicolisi di continuare e di emettere una piccola ma vitale quantità di ATP per il corpo.

Trasportatori di Elettroni NADH e NADPH

I trasportatori di elettroni NADH e NADPH trasportano energia ed elettroni agli atomi di H per partecipare alle reazioni di ossido-riduzione. Il più importante è il NAD+.

Respirazione Aerobica

La respirazione aerobica rilascia CO₂ e H₂O e si verifica in due fasi:

• Ciclo di Krebs: Avviene nella matrice mitocondriale. Prima di entrare nel ciclo, l'acido piruvico viene ossidato.
• Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa: I trasportatori di elettroni sono chiamati citocromi.