CELLULE: UNITA' VIVENTI

Gli scienziati osservarono che molte piante sono composte.

Le cellule vegetali furono studiate fin dal XVII secolo, mentre quelle animali solo nel XIX secolo.

Successivamente a questi studi approfonditi, si è potuta così formulare la teoria cellulare:

Ogni organismo vivente è costituito da una o più cellule;

Le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi.

CARATTERISTICA DI UNA CELLULA    

Una cellula è la più piccola unità vivente.

Nella cellula si riconoscono almeno tre componenti:

J       Membrana cellulare o plasmatica: cioè l'involucro che separa l'interno della cellula dall'ambiente esterno e regola il passaggio di materiali nei due sensi;

J       Il citoplasma , cioè l'insieme delle sostanze che occupano lo spazio racchiuso dalla membrana cellulare, nel quale sono immersi.

J       .I diversi corpuscoli chiamati:

Organuli cellulari

Il materiale genetico, ovvero l'acido desossiribonucleico (DNA)

Le cellule si suddividono in eucariote (cioè  dove il materiale genetico si trova ammassato in una regione delimitata della cellula: il nucleo) ed procariote (dove il materiale genetico è sparso all'interno del citoplasma).

La forma delle cellule è estremamente varia:

J       Negli organismi unicellulari le cellule sono prevalentemente ovoidali o sferiche e svolgono tutte le funzioni necessarie all'organismo;

J       Negli organismi pluricellulari la loro forma è condizionata dal compito al quale sono preposte: le cellule nervoso sono per lo più allungate.

COMPONENTI CELLULARI

PARETE CELLULARE

È' costituita da cellulosa mentre quella dei funghi è costituita da chitina.

Nei batteri infine, è formata da peptidoglicano.

La parete cellulare è di norma porosa in quanto, se isolata dall'ambiente esterno, morirebbe in poco tempo.

MEMBRANA CELLULARE

È l'involucro che avvolge tutte le cellule indistintamente, allo scopo di proteggerle e di separarle dal mondo esterno.

Attraverso la membrana, possono entrare o uscire sostanze utili o di rifiuto, che essa è in grado di selezionare.

La membrana ha tre funzioni principali:

J       Deve isolare il citoplasma dall'ambiente esterno;

J       Deve regolare il flusso dei materiali verso l'interno e verso l'esterno della cellula;

J       Deve regolare i meccanismi di comunicazione con le altre cellule.

La composizione della membrana cellulare può essere composta secondo il modello del mosaico fluido.

IL MODELLO A MOSAICO FLUIDO

La membrana cellulare è costituita da fosfolipidi nel quale galleggiano proteine. Un fosfolipide è formato da una testa idrofila, cioè amante dell'acqua, e una coppia di code idrofobe. I fosfolipidi formano il doppio strato lipidico: le teste sono rivolte verso il citoplasma, mentre le code verso l'interno del doppio strato lipidico. Lipidi e proteine regolano, nella membrana cellulare, l'entrata e l'uscita dei materiali: le sostanze liposolubili si sciolgono nella parte lipidica della membrana, mentre le sostanze idrosolubili entrano nella cellula con altri sistemi; uno di questi è quello denominato  proteine-canale: alcune proteine formano canali che permettono a piccole molecole di entrare nella cellula.

ORGANIZZAZIONE DELLA CELLULA

Le cellule possono essere: procariote (monere e batteri) o eucariote (protisti, piante, funghi e animali). Esse si differenziano per la presenza di organuli cellulari che mancano nelle cellule procariote (tranne nei ribosomi). Gli organuli più importanti sono due: il nucleo (che contiene il materiale genetico della cellula eucariote) e il nucleoide (una specie di nucleo della cellula procariote non circondato da alcuna membrana e contenente DNA).

CELLULE EUCARIOTI: ANIMALI O VEGETALI?

Il citoplasma di una cellula eucariote è composto da numerosi organuli e da una sostanza fluida detta matrice o citosol. Essa è composta da una soluzione acquosa di sali, zuccheri, amminoacidi, proteine, acidi grassi, nucleotidi e altri composti. A dar forma al citoplasma provvede una rete di fibre proteiche dette citoscheletro. Vi è però una differenza fra le cellule eucariote, in particolare fra quelle animali e vegetali. Quelle vegetali, rispetto alle animali, sono avvolte da una parete cellulare esterna alla membrana cellulare, contengono plastidi o cloroplasti (organuli delegati alla fotosintesi), includono vacuoli che fungono da deposito di acqua e materiale di scarto, sono sprovviste di alcuni organuli (centrioli, lisosomi, ciglia e flagelli).

STRUTTURA E FUNZIONE DEGLI ORGANULI EUCARIOTI

Gli organuli che hanno il compito di fornire l'intero fabbisogno energetico indispensabile alla vita della cellula sono i mitocondri e i cloroplasti.

MITOCONDRI E CLOROPLASTI: LA PRODUZIONE DI ENERGIA

I mitocondri e i cloroplasti sono circondati da una doppia membrana e contengono enzimi che sintetizzano le molecole usate come riserva di energia. Vi sono però alcune differenze: i cloroplasti catturano l'energia solare nel processo fotosintetico, mentre i mitocondri bruciano lo zucchero per ricavare energia.

MITOCONDRI

I mitocondri sono le centrali di produzione di energia della cellula: estraggono energia dalle molecole di zucchero e la concentrano nella molecola della nucleotide ATP. I mitocondri sono delimitati da due membrane: quella esterna liscia e quella interna ripiegata in modo da formare increspature dette creste mitocondriali. Le membrane mitocondriali contengono due spazzi pieni di liquido, lo spazio intermembranico, tra le due membrane, e la matrice, racchiusa dalla membrana interna.

CLOROPLASTI

I cloroplasti si trovano solo nelle cellule delle piante e hanno due membrane: la membrana interna, che racchiude una matrice semifluida (stroma) in cui si trovano pile di lamelle collegate fra loro. Una lamella è detta tilacoide, mentre una pila di lamelle è detta grano. Le membrane di tilacoidi contengono clorofilla.

RETICOLO ENDOPLASMATICO

Il reticolo endoplasmatico (RE) è formato da una rete di tubi e canali membranosi. Vi sono due tipi di RE: il primo, ruvido, è formato da ribosomi, il secondo, liscio, ne è privo. Le membrane del RE liscio sono la sede della sintesi dei lipidi, mentre i ribosomi attaccati all'esterno delle membrane del RE ruvido sono le proteine.

RIBOSOMI

I ribosomi sono granuli scuri e distribuiti nel citosol o addossati alla membrana nucleare. I ribosomi sono granuli di RNA e di materiale proteico ed  è l'organulo sul quale avviene la produzione di proteine.

APPARATO DI GOLGI

L'apparato di Golgi è un complesso di canali derivati dal RE. E' formato da pile di sacche di RE liscio. Da esse si staccano vescicole che si fondono con i rigonfiamenti a un estremità dell'apparato di Golgio, dove scaricano i loro contenuti. Altre vescicole servono a portare all'esterno proteine, lipidi e molecole complesse. L'apparato di Golgi ha tre funzioni: separa e distribuisce le proteine e i lipidi ricevuti dal RE, assembla alcune molecole, raccoglie materiali in vescicole che verranno trasportate ad altre zone della cellula per essere liberate all'esterno.

LISOSOMI: LA DEMOLIZIONE DI SOSTANZE

I lisosomi hanno la funzione di accumulare gli enzimi in apposite vescicole rivestite da una sottile membrana, che intervengono nella demolizione di materiali di varia natura o di organuli cellulari difettosi e mal funzionanti.

PLASTIDI E VACUOLI: LA RACCOLTA E L'ELIMINAZIONE DI SOSTANZE

Quando una cellula lavora a pieno ritmo può succedere che fabbrichi più sostanze di quante le siano necessarie. Ad evitare che il materiale vada sprecato provvedono speciali organuli che fungono da dispense: i plastidi e i vacuoli.

PLASTIDI

I plastidi sono presenti nelle cellule vegetali e sono utilizzati per depositare diverse sostanze come ad esempio l'amido di riserva.

VACUOLI

I vacuoli sono delimitati da un'unica membrana. Esistono vacuoli contrattili che eliminano l'acqua in eccesso . espellendola attraverso un poro della membrana cellulare e vacuoli centrali che contengono acqua.

NUCLEO: IL CENTRO DI CONTROLLO

L'acido desossiribonucleico o DNA forma i geni ed è il materiale genetico di tutte le cellule viventi. Esso è contenuto nel nucleo, formato da: cromatina, nucleolo e membrana cellulare.

CROMATINA: IL MATERIALE EREDITARIO

La cromatina è una sostanze costituita da DNA associato a proteine riunite in agglomerati. Il DNA e le proteine associate formano lunghi filamenti detti cromosomi.

NUCLEOLO

I nucleoli sono composti da DNA e proteine e sono la sede della formazione di un tipo particolare di acido ribonucleico, l'RNA ribosomiale.

MEMBRANA NUCLEARE

La membrana nucleare è formata da due strati perforati da sottili pori, che svolgono un ruolo preciso negli scambi tra nucleo e citoplasma.

CITOSCHELETRO: FORMA, SOSTEGNO E MOVIMENTO DELLA CELLULA

Gli organuli appena descritti sono fissati a una rete di fibre proteiche, il citoscheletro, nel quale è possibile individuare microtubuli, filamenti e microfilamenti che svolgono le seguenti funzioni: determinano la forma delle cellule prive di parete, sono responsabili del movimento cellulare, assicurano la ripartizione del materiale genetico e citoplasmatico nelle cellule figlie.

APPENDICI MICROTUBULARI: CIGLIA E FLAGELLI

Ciglia e flagelli sono protuberanze filiformi della membrana cellulare, formate da un fascio di nove microtubuli doppi disposti intorno a due fibrille centrali separate. Le ciglia sono brevi, numerose e si muovono come spighe battute al vento, determinando lo spostamento del liquido extra cellulare. I flagelli sono lunghi, presenti in un numero esiguo e si muovono con un movimento ondulatorio continuo.

CENTRIOLI

I centrioli sono due organuli delle cellule animali, costituiti da microtubuli. Essi sono posti vicino al nucleo e intervengono nei movimenti dei cromosomi durante la divisione cellulare.

SCAMBI CON L'AMBIENTE ESTERNO

La cellula può ricevere materiale dall'esterno e può liberare prodotti di rifiuto o altre sostanze.

Quindi vi sono due tipi di 'viaggi':

J       Trasporto passivo: dal luogo in cui sono più concentrate, le sostanze vengono portate in luoghi dove sono più diluite. (secondo il gradiente di concentrazione)

J       Trasporto attivo: si verifico con consumo di energia; il movimento delle sostanze è reso possibile dall'energia ricavata dalle reazioni.

DIFFUSIONE

La diffusione è lo spostamento in un fluido da zone a maggiore concentrazione a zone a minore concentrazione, reso possibile per l'instaurarsi di un gradiente di concentrazione. La diffusione non è un processo che consente alle molecole di spostarsi rapidamente su lunghi percorsi. Dunque è possibile affermare che:

J       La diffusione richiede una differenza di concentrazione;

J       Le particelle si muovono secondo il gradiente da concentrazione maggiore a concentrazione minore;

J       La velocità di diffusione dipende dal gradiente: più questo è elevato, più veloce è la diffusione;

J       La diffusione non è in grado di trasferire con rapidità le molecole;

J       Se non intervengono altri processi, la diffusione continua fino a quando non è stato annullato il gradiente di concentrazione.

DIFFUSIONE BIOLOGICA

Le membrane cellulari sono selettivamente permeabili, cioè si lasciano attraversare, o meglio si lasciano permeare, più facilmente da certi materiali che da altri.

Vi sono alcuni tipi di diffusione:

J       Semplice: molecole, gas, acqua.riescono a passare senza difficoltà il doppio strato lipidico.

J       Facilitata: le proteine incluse nella membrana formano dei canali rivestiti da una guaina idrofila chiamata proteine canale; ciò conferisce al doppio   strato lipidico l'aspetto di un filtro attraverso i cui pori possono diffondersi certe molecole idrosolubili e numerosi ioni quali sodio, potassio.

Altre molecole solubili in acqua, soprattutto se di grandi dimensioni, richiedono invece l'intervento di una proteina trasportatrice.

OSMOSI

La diffusione dell'acqua attraverso membrane selettivamente permeabili, che sono cioè permeabili a certe sostanze che ad altre.

La pressione idrostatica che equilibra esattamente l'osmosi dell'acqua dovuta alla diversa concentrazione tra soluzione e acqua pura viene definita pressione osmotica della soluzione. L'osmosi è causata da differenze di concentrazione di acqua tra soluzioni. Pertanto, dipende dalla concentrazione e non dal tipo delle molecole.

OSMOSI ATTRAVERSO MEMBRANE CELLULARI

I fluidi extracellulari degli animali sono solitamente isotonici (di uguale forza) oppure ipertonici (di forza maggiore) o ancora ipotonici (di forza minore). Tutto questo rispetto sempre al contenuto delle cellule.

ENDOCITOSI ED ESOCITOSI        

Un altro metodo delle cellule per immettere al loro interno particelle è l'endocitosi: la membrana cellulare ingloba la particella e scarica nel citoplasma una vescicola membranosa che la contiene.

L'endocitosi avviene in due modi:

J       Pinocitosi: vengono inglobate goccioline di liquido

J       Fagocitosi: assorbe particelle di massa consistente.

Un altro processo delle cellule è l'esocitosi: le cellule si liberano di materiali indesiderati, quali prodotti di rifiuto della digestione o secernono sostanze nel fluido extracellulare.