Struttura della cellula

STRUTTURA DELLA CELLULA

I costituenti fondamentali della c. animale e vegetale sono il nucleo e il citoplasma cellulare. Il nucleo è una formazione rotondeggiante o lobata che occupa in genere la parte centrale della c., delimitata esternamente da una sottile membrana (membrana nucleare). Il citoplasma è la massa gelatinosa che avvolge interamente il nucleo, delimitata a sua volta dalla membrana cellulare, sottile foglietto di costituzione lipidica e proteica che segna i confini della cellula. La maggior parte delle c. possiede un solo nucleo; esistono tuttavia c. binucleate e polinucleate, come p. es. le c. muscolari, oltre a c. prive di nucleo, quali gli eritrociti, che lo perdono nel corso della maturazione. Nelle c. animali il citoplasma occupa omogeneamente lo spazio intracellulare. Al contrario, nelle c. vegetali compaiono durante lo sviluppo numerose cavità citoplasmatiche dette vacuoli. Questi tendono a fondersi successivamente in un unico spazio che appare talora attraversato da briglie e che è destinato a contenere il succo cellulare. In tal modo, nelle c. vegetali differenziate il citoplasma ha l'aspetto di un sottile strato addossato alla parete cellulare. Quest'ultima, a differenza della c. animale, è formata da pectina, lignina e cellulosa, sostanze che determinano la sua caratteristica rigidità. Il nucleo, il citoplasma e le membrane delimitanti costituiscono nel loro insieme il protoplasma cellulare, matrice fisica nella quale si svolgono le attività vitali della cellula. Per comprendere la natura e il significato dei fenomeni cellulari occorre considerare il protoplasma non come una entità materiale statica, bensì come un mezzo di coordinazione attiva degli scambi chimici e chimico-fisici che avvengono tra le varie parti della c., un modulatore dell'equilibrio dinamico intracellulare di cui è fedele espressione l'ordinato svolgimento dei processi vitali. I principali costituenti chimici del protoplasma sono l'acqua (ca. 60%), le proteine, i carboidrati, i lipidi, i sali minerali. Nelle c. è inoltre contenuta una grandissima varietà di composti organici che si formano nel corso del metabolismo, aventi pertanto significato di metaboliti finali e intermedi. Tutti questi composti sono disciolti o dispersi in una matrice di natura colloidale che sotto forma di finissimo reticolo costituisce l'impalcatura interna della cellula. Alla sua formazione concorrono l'acqua e una parte delle proteine intracellulari. Il nucleo è depositario del patrimonio genetico della c. ed è deputato alla trasmissione dei caratteri ereditari nell'ambito della riproduzione cellulare. A livello del citoplasma si svolgono invece i fenomeni legati alla reattività della c. a stimoli adeguati (irritabilità), si osservano i suoi movimenti e le modificazioni della forma, le attività contrattili, l'attitudine a trasmettere stimoli chimici o elettrici ad altri elementi cellulari dello stesso tipo o di tipo diverso, l'assorbimento di sostanze chimiche dai liquidi extracellulari e la loro assimilazione. Altri importanti processi citoplasmatici sono il 'riconoscimento' e la distruzione dei composti tossici di origine esogena; l'allontanamento dei cataboliti, la sintesi di piccole molecole con funzioni specializzate (ormoni, vitamine, mediatori chimici, antacoidi), l'accoppiamento del metabolismo con la respirazione cellulare e con la produzione di energia. Gran parte delle attività sopra elencate si svolgono a livello di particolari formazioni corpuscolate differenziabili in base alla forma, alle dimensioni, alla composizione chimica e al significato funzionale. Tali corpuscoli od organelli sono separati dalla matrice colloidale indifferenziata da sottili membrane che ne assicurano l'integrità morfologica e l'indipendenza delle funzioni. Nel loro insieme essi costituiscono la frazione corpuscolata del citoplasma cellulare. Il lavoro della c. è organicamente distribuito tra questi organelli, i quali, pur nella loro autonomia, possono reciprocamente influenzarsi e cooperare, grazie alla permeabilità selettiva delle membrane di separazione. È inoltre accertata la produzione di metaboliti speciali che, trasmettendosi da una struttura all'altra, fungono da autentici messaggeri chimici intracellulari. D'altra parte la natura vescicolare della frazione corpuscolata impedisce il rimescolamento dei costituenti cellulari, che sarebbe incompatibile con la vita della cellula. È noto p. es. che la rottura della membrana dei lisosomi, con la conseguente fuoruscita nel citoplasma degli enzimi proteolitici in essi contenuti, può danneggiare significativamente l'integrità della c. e talora anche distruggerla, come avviene nei fenomeni di autolisi. Tipici costituenti corpuscolati sono oltre ai lisosomi i mitocondri, sede della respirazione e del metabolismo energetico, i ribosomi, il reticolo endoplasmatico, l'ergastoplasma, formazioni che intervengono nella sintesi proteica, l'apparato di Golgi, l'apparato della sfera. Tra le formazioni corpuscolate del citoplasma figurano anche i vacuoli e le inclusioni del paraplasma, quali i depositi di amido delle c. vegetali, i granuli di glicogeno delle c. animali, i plastidi, primi tra i quali i cloroplasti clorofilliani delle piante verdi, i feoplasti e i rodoplasti delle alghe, i cromoplasti, ecc. Un cenno meritano infine alcune tipiche strutture differenziate del citoplasma come p. es. le fibrille delle c. muscolari e di quelle epiteliali (tonofibrille), le ciglia, i flagelli, ecc. Dall'esame delle strutture subcellulari è spesso possibile evidenziare strette correlazioni tra la morfologia della c. e le sue proprietà funzionali. Infatti, all'origine della specializzazione funzionale della c. è da porre il fatto che uno o più componenti protoplasmatici sono portati a un più elevato grado di attività. Ciò quasi sempre si riflette su un maggiore sviluppo della struttura interessata. Così, p. es., le c. di un epitelio ghiandolare che secerne proteine enzimatiche possiedono altamente sviluppate le strutture protido-sintetiche (ergastoplasma); le c. muscolari sono invece ricche di fibrille contrattili e di materiale di riserva a elevato contenuto energetico (glicogeno, ATP, creatinfosfato). Analogamente, all'estremità dei prolungamenti assonici delle c. nervose si possono evidenziare abbondanti formazioni granulari nelle quali si accumulano i mediatori chimici destinati a trasmettere alle c. contigue gli impulsi nervosi. Tali granulazioni sono del tutto assenti nelle parti della c. nervosa che non intervengono nella trasmissione degli stimoli. Alla conoscenza dell'intima struttura della c. ha contribuito in misura determinante il miglioramento delle tecniche di indagine citologica: alle tradizionali apparecchiature della microscopia ottica si sono aggiunti il microscopio elettronico e successivamente il microscopio a scansione, capace di fornire immagini tridimensionali delle cellule. Altri moderni mezzi di indagine citologica sono la ultracentrifugazione frazionata, che permette la separazione dei singoli componenti cellulari, la diffrazione dei raggi X, la microanalisi a sonda elettronica, l'esame con speciali apparecchiature (cell-analyzers) capaci di differenziare in vivo i diversi tipi di c. sulla base delle loro differenti proprietà fisiche e di rivelarne, di conseguenza, il comportamento nel naturale ambiente degli organi e dei tessuti.