Esercizi: Gli organuli cellulari

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

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.

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.

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.

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.