LA STRUTTURA DELLA CELLULA EUCARIOTE

Questi due tipi di cellule sono molto differenti tra loro. Le cellule eucariote sono infatti molto più complesse delle altre. In queste cellule la maggior parte degli organuli è costituita da membrane, che dividono anche in compartimenti la cellula. Il vantaggio di una superficie così vasta di membrane è l'aumento della superficie in cui avvengono molti importanti processi metabolici della cellula; infatti senza le vaste membrane interne, la cellula non avrebbe abbastanza superficie per svolgere questi processi.

DIFFERENZE TRA CELLULA VEGETALE E ANIMALE: solo la cellula animale possiede i lisosomi, i centrioli e più di un flagello, alle volte. Viceversa solo la cellula vegetale ha una parete rigida molto spessa dalla forma più o meno regolare, che contiene cellulosa, i cloroplasti, in cui avviene la fotosintesi, un grosso vacuolo centrale.

IL NUCLEO: è il centro di controllo genetico della cellula eucariote. La maggior parte del DNA nucleare qui si trova abbinato a delle proteine e dà vita al lunghissime fibre chiamate cromatina. Durante la riproduzione cellulare questa si spiralizza in strutture dette cromosomi. Attorno al nucleo si trova la membrana nucleare: un doppio involucro con dei pori attraverso i quali le sostanze entrano ed escono dal nucleo. Nel nucleo si trova una massa di fibre e granuli chiamata nucleolo, sito in cui vengono assemblati i ribosomi.

MEMBRANE INTERNE: tutte le membrane interne comunicanti e non costituiscono una rete chiamata sistema di membrane interne. Uno degli organuli che fa parte di questo sistema, il reticolo endoplasmatico, serve a correlare varie parti del sistema. Troviamo il reticolo endoplasmatico liscio e quello rugoso, a seconda della presenza dei ribosomi.

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO: immerso nel citoplasma, il reticolo endoplasmatico rugoso ha due principali funzioni: quella di offrire maggiore estensione di membrane e quella di assemblare le proteine secrete dalla cellula.

Una proteina è una molecola molto grande formata a sua volta da particelle più piccole: gli amminoacidi (che in tutto sono 20). Questi si incatenano tra loro e poi assumono una struttura ad elica o a "foglio ripiegato" per poi aggrovigliarsi su se stesse per dare vita alle proprietà specifiche che avrà quella proteina. Se aggiungendo acidi o scaldandola sciolgo questo groviglio la proteina si dice denaturata. Perché la cellula possa produrre le proteine deve sapere il numero e l'ordine esatto degli amminoacidi. Questa informazione è contenuta nel DNA. Dai pori del nucleo esce l'RNA messaggero che, dopo aver copiato dal DNA l'informazione la porta ai ribosomi che metteranno in ordine gli amminoacidi, prelevati dal citoplasma.

RETOCOLO ENDOPLASMATICO LISCIO: serve principalmente a fabbricare i fosfolipidi, i grassi.

APPARATO DI GOLGI: (da Camillo Golgi) è formato da una pila di sacchetti appiattiti formati da membrane, non collegati tra loro. Ha il compito di modificare le sostanze elaborate dal reticolo endoplasmatico. Da qui provengono delle vescicole di trasporto che portano all'apparato le sostanze da modificare. Da qui poi si staccheranno altre vescicole di trasporto.

I LISOSOMI (=struttura in grado di demolire): è prodotto dal reticolo endoplasmatico granulare e dall'apparato di Golgi. Sono formati da enzimi litici (=che sciolgono) e circondati da membrane. Hanno anche una funzione fondamentale durante lo sviluppo delle strutture embrionali, in quando sciolgono le parti in eccesso (per esempio: all'inizio dello sviluppo la mano è quasi palmata, poi grazie ai lisosomi, le parti in eccesso vengono sciolte).

I VACUOLI (vacus = vuoto + olo = piccolo = piccola cavità): è circondato da membrane e nelle cellule vegetali è molto più grande. Nella cellula vegetale esso immagazzina acqua e altre sostanze chimiche e svolge la funzione dei lisosomi -che qui non ci sono-, ossia quella di compiere la digestione cellulare. Inoltre riempiendosi d'acqua può contribuire all'ingrandimento della cellula.

I CLOROPLASTI: si trovano solo nelle cellule vegetali perché servono a svolgere la fotosintesi clorofilliana, essi sono verdi perché contengono la clorofilla.

Un cloroplasto è ricoperto da una membrana esterna ed una interna, all'interno della quale si trovano un liquido denso chiamato stroma e dei dischi (tilacoidi) che uno sull'altro formano tante pile, dette grani.

I MITOCONDRI: sono presenti in tutte le cellule aerobie, cioè che utilizzano l'ossigeno per vivere. Essi svolgono la respirazione cellulare in cui l'energia chimica di alimenti come lo zucchero viene trasformata in ATP, combustibile cellulare. Esso è racchiuso tra due membrane e diviso in solo due compartimenti, uno pieno di liquido e un altro che contiene un liquido chiamato matrice mitocondriale. La membrana si ripiega verso l'interno creando dei ripiegamenti, detti creste, che aumentano la superficie di lavoro.

Qui si svolge il contrario della fotosintesi:

- fotosintesi -> CO₂ + H₂O ->energia -> C₆H₁₂O₆ (glucosio)

respirazione cellulare -> C₆H₁₂O₆ + O₂ -> CO₂  + H₂O + energia (mi restituisce l'energia utilizzata per fare la fotosintesi, ma qui deve arrivare il glucosio, preso dalle piante).

SCHELETRO INTERNO: è una rete fatta di proteine, costituita da microfilamenti formati da due unità attorcigliate. Sono di tre tipi: i microfilamenti, i filamenti intermedi ed i macrotuboli. Essi sono flessibili, infatti possono allungarsi e contrarsi e quindi far cambiare la forma della cellula. La loro funzione è infatti quella di mantenere la forma alla cellula e per mantenere al loro posto i vari organelli.

CIGLIA E FLAGELLI: sono appendici locomotorie che fuoriescono dalle cellule. Le appendici corte e che fanno muovere nell'acqua i protesti sono le ciglia, quelle più lunghe e meno numerose sono i flagelli. Essi sono formati da nove coppie di microtuboli che circondano una coppia centrale nella parte terminale, mentre nella parte basale le nove coppie terminano in una struttura di ancoraggio chiamata corpo basale, con nove triplette di microtuboli.

LE SUPERFICI CELLULARI: le pareti delle cellule vegetali non isolano le cellule tra loro. Esse infatti hanno delle giunzioni cellulari, che le collegano. Infatti ci sono numerosi plasmodesmi che sono dei canali sulla parete che la collegano a quella vicina.

Anche nelle cellule animali le cellule comunicano attraverso giunzioni; ce ne sono di tre tipi:

giunzioni occludenti: uniscono le cellule tra loro con un tessuto che impedisce alle sostanze all'interno della cellula di uscire.

i desmosomi: tengono unite le cellule tra loro oppure ad una matrice extracellulare, sostanza in cui le cellule si trovano.

le giunzioni comunicanti, permettono all'acqua e ad altre piccole molecole di fluire tra le cellule adiacenti. 

LE MEMBRANE: la membrana controlla il flusso delle molecole tra l'interno e l'esterno della cellula. Essa possiede una permeabilità selettiva, che permette ad alcune sostanze di attraversarla più facilmente di altre e impedisce completamente il passaggio ad altre ancora.

Essa è costruita da tre strati ben visibili, che corrispondono alla disposizione dei fosfolipidi nella membrana.

Essi sono infatti i componenti delle membrane. La molecola dei fosfolipidi è divisa in due parti che interagiscono diversamente con l'acqua. La "testa" è polare, si lega con l'acqua, è solubile in essa. La doppia "coda" è apolare, non si lega con l'acqua, si sciolgono nei grassi.

Perciò il passaggio delle molecole polari attraverso la membrana, che normalmente sarebbe impossibile, avviene grazie alla presenza di proteine nella membrana.

La membrana cellulare è definita come un mosaico fluido, mosaico perché è formato dalle proteine incastrate tra i fosfolipidi e fluido perché proteine e fosfolipidi possono scorrere lateralmente nella membrana.

OSMOSI: dal momento che la membrana è permeabile e all'interno e all'esterno della cellula si trovano soluzioni acquose, le molecole d'acqua entrano ed escono liberamente dalla cellula. Questa diffusione delle molecole è un tipo di trasporto passivo (passivo perché non richiede dispendio di energia), chiamato osmosi.

La soluzione con una concentrazione maggiore di soluto si chiama ipertonica mentre quella con la concentrazione più bassa è detta ipotonica. Le molecole d'acqua attraversano la membrana finchè le soluzioni, all'interno e all'esterno, non raggiungono un equilibrio di soluzione, ossia finchè non sono soluzioni isotoniche.

RIPRODUZIONE CELLULARE

Ogni cellula deriva da un'altra simile ad essa. La continuità della vita è basata sulla riproduzione delle cellule, definita divisione cellulare.

PROCARIOTI: i batteri -procarioti- si riproducono mediante la scissione, in cui l'organismo si divide a metà.

Un organismo procariote non possiede organuli fatta eccezione per i ribosomi ed ha un solo cromosoma che durante la scissione si duplica. Infatti all'inizio il cromosoma unico della cellula è ancorato alla membrana cellulare. Durante la prima fase avviene la duplicazione del cromosoma che così si ancora in due punti diversi; poi la cellula cresce di dimensioni per poi scindersi in due molecole figlie identiche tra loro.

EUCARIOTI:le cellule eucariote possiedono un maggior numero di geni, distribuiti nei cromosomi all'interno del nucleo. I cromosomi sono visibili al microscopio solo durante la divisione infatti prima sono sotto forma di filamenti di cromatina, un complesso di DNA e proteine. L'uomo possiede 46 cromosomi nelle cellule somatiche e 23 negli spermatozoi e negli ovuli.

Prima di dividersi le cellule eucariote duplicano i cromosomi. Alla fine di questo processo ciascun cromosoma è formato da due parti che contengono gli stessi geni, chiamate cromatidi, unite tra loro in corrispondenza di un punto detto centromero.

Nelle cellule eucariote la divisione cellulare è regolata dal un ciclo cellulare, cioè una sequenza di eventi che si concluderà con la nascita di due cellule figlie.

L'interfase occupa la maggior parte del ciclo e in questa fase sembra che la cellula non svolga alcuna particolare funzione ma in realtà avviene un'intensa attività metabolica : duplicazione dei cromosomi, crescita della cellula. Essa può essere suddivisa in quattro  sottofasi:

1. G₁: la cellula aumenta di dimensioni e sintetizza proteine ed organuli
2. Sottofase S: avviene la sintesi del DNA, cioè la duplicazione, (formazione di coppie di cromatidi).
3. G₂: attività metabolica, sintesi proteica
4. Fase miotica (M): mitosi e citodieresi

MITOSI: durante la mitosi avviene la divisione vera e propria della cellula che avviene grazie all'azione del fuso miotico, una struttura formata da microtuboli, prodotti dai centri di organizzazione dei microtuboli (COMT).

E' un processo continuo in cui si possono definire quattro fasi:

1. profase: all'interno del nucleo si spiralizzano i filamenti di cromatina dando origine ai cromosomi, i nucleoli scompaiono, inizia a formarsi il fuso miotico, scompare la membrana nucleare. I microtuboli raggiungono i cromosomi e provocano lo spostamento di alcuni di essi verso il centro della cellula.
2. metafase: il fuso miotico è completo con gli estremi dalle parti opposte della cellula, mentre i cromosomi hanno raggiunto il piano equatoriale della cellula.
3. anafase: tutti i cromatidi che compongono i cromosomi si separano e ogni metà si sposta verso gli estremi della cellula, la cellula si allunga.
4. telofase e citodieresi: prosegue l'allungamento della cellula, si formano due nuove membrane nucleari intorno ai cromosomi, riappaiono i nucleoli e scompare il fuso miotico. E' così terminata la mitosi. La citodieresi è la divisione del citoplasma e avviene contemporaneamente alla telofase. Un solco di scissione divide poi le due cellule figlie.

Nelle cellule animali la citodieresi avviene mediante un solco di scissione, in corrispondenza di un anello costituito da actina, presente nel citoplasma. Questo anello si contrae dividendo la cellula in due.

Nelle cellule vegetali -provviste di parete cellulare- lungo la linea mediana della cellula durante la citorieresi confluiscono delle vescicole con delle sostanze necessarie alla costruzione della parete. Esse formano così la piastra cellulare che, crescendo si congiunge con la membrana cellulare dividendo la cellula in due.

La riproduzione delle cellule richiede condizioni particolari

dipendenza dall'ancoraggio: le cellule si dividono sola in presenza di una superficie solida.

inibizione densità-dipendente: le cellule si dividono fino a formare uno strato singolo, cioè una volta che vengono a contatto tra loro smettono di dividersi.

Questo succede a causa di particolari proteine dette fattori di crescita, che stimolano la divisione delle altre cellule. Per molte cellule la divisione inizia solo in presenza di questi fattori.

IL CANCRO: a differenza di tutte le altre cellule, quelle cancerose non possiedono un sistema di controllo del ciclo cellulare, e perciò si dividono in modo eccessivo, andando a formare una massa cellulare anomale, chiamata tumore.

Tumore benigno: massa anomala di cellule normali, non si propagano nel resto dell'organismo.

Tumore maligno: massa di cellule cancerose che, tramite l'inserimento nell'apparato circolatorio sono capaci di diffondersi in tutto il corpo. La propagazione di cellule dannose è chiamata metastasi.

I tumori sono divisi in quattro categorie: carcinomi (tessuti di rivestimento), i sarcomi (ossa e muscoli), le leucemie e i linfomi (midollo osseo, milza, linfonodi).

Vi sono due trattamenti per fermare questa diffusione: la chemioterapia e la radioterapia.

Radioterapia: esporre parti del corpo interessate a radiazioni che distruggono le cellule in divisione.

Chemioterapia: somministrazione di farmaci che colpiscono le cellule in divisione, alcuni agiscono durante la mitosi.

Le cellule umane possiedono 46 cromosomi (tranne spermatozoi e ovuli), divisi in 23 coppie da due cromosomi (formati da due cromatidi), chiamati omologhi, perché controllano gli stessi caratteri ereditari. Dei 23 cromosomi umani, 22 sono chiamati autonomi mentre l'ultimo è costituita da cromosomi sessuali.

Le cellule con due serie di cromosomi omologhi sono dette diploidi, 2n. Nell'uomo tutte le cellule sono diploidi tranne i gameti, spermatozoi e ovuli. Cellule con un solo assetto cromosomico sono chiamate aploidi, n.

I gameti vengono prodotti mediante uno speciale tipo di divisione, chiamato meiosi, che ha luogo negli organi riproduttori.

MEIOSI: anche qui osserviamo diverse fasi:

1. interfase: duplicazione dei cromosomi e dei COMT.
2. profase 1: 90% del processo. Si formano i cromosomi, i cromosomi omologhi si appaiano tra loro (SINAPSI), formando le tetradi (= quattro cromatidi). Durante questo processo i cromatidi si scambiano tra loro alcuni geni, alcuni segmenti, con un processo chiamato crossing-over, che così determina i caratteri e contribuisce all'aumento della variabilità genetica.

Incomincia a formarsi il fuso, le tetradi al centro, la membrana nucleare scompare.

3. metafase 1: le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula.
4. anafase 1: i cromosomi si spostano verso i poli opposti della cellula ma si dividono solo le coppie di cromosomi omologhi e non le coppie di cromatidi.
5. telofase e citodieresi: solco di scissione e divisione del citoplasma. Nascono le due cellule figlie.
6. meiosi 2: simile alla mitosi, ma ha inizio da una cellula aploide. I cromosomi vanno al centro, poi si allineano sul piano equatoriale, si separano i cromatidi e migrano ai poli opposti. Citodieresi. Nascono infine quattro cellule figlie, ciascuna delle quali aploide.