Gli organuli cellulari

Associa ogni organulo alla sua funzione fondamentale: mitocondrio, cloroplasto, ribosoma, apparato di Golgi, lisosoma, reticolo endoplasmatico, vacuolo e nucleo.

Classifica gli organuli e le strutture della cellula eucariote in due gruppi: quelli delimitati da membrana e quelli che ne sono privi. Fai almeno due esempi per ciascun gruppo.

Sfida del tema. Come futuro ricercatore biomedico, devi analizzare campioni cellulari reali a partire da micrografie elettroniche. Il tuo obiettivo è elaborare una scheda tecnica comparativa che dimostri la diversità cellulare e la funzione dei suoi organuli.

1. Raccolta dei dati: Accedi al repository scientifico pubblico Cell Image Library (cellimagelibrary.org) e seleziona due micrografie con scala grafica visibile: un batterio e una cellula eucariote (animale o vegetale) in cui si distinguano bene i suoi organuli.

2. Misurazione e calibrazione: Misura con il righello la barra di scala e le dimensioni cellulari. Usando la relazione $\text{Aumento} = \frac{\text{Misura osservata}}{\text{Misura reale}}$, calcola le dimensioni reali di entrambe le cellule e di due organuli rappresentativi (come mitocondrio o cloroplasto), esprimendo i valori in $\mu\text{m}$ (ad es. $1,5\ \mu\text{m}$).

3. Relazione argomentata: Progetta una tabella comparativa che metta a confronto procarioti ed eucarioti, argomentando la funzione degli organuli misurati e spiegando come giustificano i postulati moderni della teoria cellulare e l'ipotesi endosimbiotica.

Saranno valutati:

• Precisione nel calcolo delle dimensioni cellulari reali e uso corretto delle scale in $\mu\text{m}$.

• Identificazione morfologica e adeguata giustificazione funzionale degli organuli.

• Rigore concettuale nel collegare le osservazioni con la teoria cellulare e i modelli di organizzazione.

Indica quali organuli e strutture sono caratteristici della cellula vegetale e assenti in quella animale, e quali sono condivisi da entrambi i tipi di cellula.

In una sezione di una cellula eucariote animale si distinguono sei organuli o strutture caratteristici: 1) mitocondrio, 2) reticolo endoplasmatico rugoso, 3) apparato di Golgi, 4) lisosoma, 5) nucleo e 6) centrosoma. Descrivi in una frase la funzione fondamentale di ciascuno di essi.

Osserva l'immagine di una cellula eucariote vegetale in sezione. Identifica le strutture indicate con i numeri da 1 a 6 e spiega, confrontandola con la cellula animale, quale ruolo svolgono la parete cellulare e il grande vacuolo nella forma e nella rigidità delle cellule vegetali.

Individua in quale organulo o struttura cellulare avviene ciascuno di questi processi e giustifica brevemente la tua risposta: la respirazione aerobica, la fotosintesi, la sintesi di proteine destinate a essere secrete e la digestione intracellulare di materiali invecchiati.

In un esperimento di marcatura a impulsi (pulse-chase) con leucina triziata (³H-Leu) in cellule beta pancreatiche che sintetizzano insulina, si quantifica la localizzazione della radioattività a 5, 20 e 60 minuti dall'inizio del monitoraggio.

A) Prevedi in quali organuli o compartimenti cellulari si concentrerà in modo prevalente il segnale radioattivo a ciascuno dei tre tempi, descrivendo quali trasformazioni subisce la proteina in ogni organulo.

B) Se prima di aggiungere l'impulso di leucina si trattano le cellule con brefeldina A (un farmaco che, inibendo l'attivazione di ARF e la formazione delle vescicole COP I, blocca il traffico vescicolare dal RER verso il Golgi), prevedi dove si accumulerà l'insulina radioattiva a 60 minuti e quali ripercussioni avrà sulla glicemia dell'organismo.

C) Verso dove si dirigerebbe l'insulina se una mutazione eliminasse la sua sequenza segnale idrofobica N-terminale? Motiva la tua risposta.

Considera due alterazioni cellulari provocate artificialmente:

1. Una mutazione nelle proteine MICOS che mantengono la curvatura della membrana mitocondriale interna provoca la scomparsa totale delle creste; la membrana interna si riduce a una vescicola liscia concentrica a quella esterna.

2. Una tossina rompe selettivamente la continuità delle membrane tilacoidali del cloroplasto, così che i suoi componenti lipidici e proteici si disperdono in lamine aperte che mettono in comunicazione direttamente il lume tilacoidale con lo stroma.

Prevedi e giustifica l'impatto di ciascuna alterazione sulla sintesi netta di ATP associata alla respirazione mitocondriale e alla fase luminosa della fotosintesi, rispettivamente. Basa le tue argomentazioni sull'ipotesi chemiosmotica di Mitchell, sulla compartimentazione dei protoni e sul rapporto superficie/volume delle membrane energetiche.

L'analisi morfometrica al microscopio elettronico di tre linee cellulari umane sconosciute (A, B e C) fornisce i seguenti dati sulla percentuale di volume cellulare occupata da ciascun organulo:

• Tipo A: Mitocondri: 38 %; Reticolo endoplasmatico liscio: 17 %; REG: 5 %; Apparato di Golgi: 2 %; Granuli di secrezione: < 1 %.

• Tipo B: Mitocondri: 6 %; Reticolo endoplasmatico liscio: 2 %; REG: 34 %; Apparato di Golgi: 20 %; Granuli di secrezione: 15 %.

• Tipo C: Mitocondri: 5 %; Reticolo endoplasmatico liscio: 2 %; REG: 4 %; Apparato di Golgi: 3 %; Lisosomi e fagosomi: 26 %.

Assegna in modo motivato a ciascun tipo cellulare una delle seguenti funzioni fisiologiche: contrazione meccanica e omeostasi del calcio (fibra muscolare scheletrica), secrezione massiva di proteine (cellula acinosa pancreatica) o distruzione di patogeni fagocitati (macrofago). Giustifica ogni assegnazione mettendo in relazione la funzione assegnata con l'abbondanza dei rispettivi organuli.