Struttura e funzione delle cellule: un viaggio nel microcosmo

Tutti gli organismi sono costituiti da cellule.

Tipi di cellule e dimensioni

Le cellule possono avere diverse forme in base alla funzione che devono svolgere. Le cellule nervose sono molto lunghe e sottili perché devono trasferire l’impulso nervoso a regioni molto distanti tra loro del corpo. Le cellule muscolari sono affusolate in quanto permettono la contrazione muscolare. Le dimensioni possono variare: la cellula più grande è la cellula uovo, è molto voluminosa in quanto contiene il materiale nutritivo necessario allo sviluppo dell’embrione; un esempio di cellule molto piccole sono i globuli rossi che scorrono all’interno dei capillari. Generalmente le dimensioni di una cellula variano da 1 a 10 micron per le cellule meno evolute, invece le cellule di tutti gli altri organismi va da 10 a 100 micron. Le dimensioni di una cellula sono molto importanti, non può crescere all’infinito ed è per questo che si scinde e si riproduce; con l’aumentare del volume si dimezza il rapporto tra superficie e volume. Il rapporto superficie volume è inversamente proporzionale al raggio.

Cellule procariote

Le cellule possono essere di due tipi: - procariote (meno evolute): dal greco pro karion prive di nucleo, vi appartengono i batteri e le alghe azzurre; c’è una membrana plasmatica che delimita la cellula al cui interno c’è una massa gelatinosa, il citoplasma. Il materiale genetico è posto a diretto contatto con il citoplasma per cui manca un nucleo. La ragione dove si trova il DNA si chiama nucleoide.

Nel citoplasma sono inoltre presenti i ribosomi che presiedono alla sintesi delle proteine. All’esterno della membrana abbiamo una parete cellulare che protegge la cellula costituita fa un intreccio di peptidoglicani che sono un intreccio tra polisaccaridi e proteine. All’esterno della parete troviamo un altro involucro che prende il nome di capsula. Dalla capsula possono svolgersi delle striature ancorate alla membrana e alla parete, estroflesse dalla cellule, che prendono il nome di pili (molto numerosi e corti), hanno la funzione di ancorare un batterio ad un substrato (roccia o tessuto animale o vegetale)e flagello (poco numerosi e molto lunghi), hanno la funzione di permettere al batterio di spostarsi in un ambiente acquoso. - eucariote (più evolute): vi appartengono tutte le altre cellule. Si differenzia dalla procariote per la presenza di un vero e proprio nucleo. Il materiale genetico è raccolto in una struttura che prende il nome di nucleo. Il citoplasma è diviso in compartimenti, questo fa sì che nello stesso momento nella cellula possano avvenire molte reazioni diverse.

Funzioni dei lisosomi

Il vaporo si fonde con il lisosoma e gli enzimi digestivi entrano a contatto con il materiale ingerito. I globuli bianchi sono delle cellule in gradi in inglobare i batteri e digerirli. Si comportano come le amebe e anche il loro movimento viene chiamato di tipo ameboide. La funzione del lisosoma è evidente quando vengono demoliti ribosomi che portano all’interno del lisosoma i prodotti della digestione che possono essere riversati nel citoplasma e riutilizzati dalla cellula. Sono evidenti anche nello sviluppo embrionale: riassorbono le membrane interdigerenti di al alcuni vertebrati. I lisosomi sono anche molto importanti in funzione di due malattie genetiche: - Tay-Sachs: colpisce le cellule celebrali che accumulano sostanze lipidiche che interferiscono con la funzione dei neuroni e causa ritardo mentale o morte; - Pompe: colpisce le cellule del fegato che accumulano glicogeno, ciò comporta la degenerazione delle cellula epatica. I vapori sono organuli che svolgono la stessa funzione del lisosoma, possono accumulare materiale nutritivo e produrre il rifiuto del metabolismo. Il colore di molti fiori si deve ai pigmenti del lisosoma. Conferisce volume alla cellula grazie alla presenza di acqua.

Cloroplasti e mitocondri

I cloroplasti sono organuli costituiti da un sistema di membrane che li dividono in tre compartimenti: - primo compartimento: si trova tra la membrana intera e quella esterna; - secondo compartimento: è racchiuso nella membrana più interna. All’interno del lisosoma ci sono tre sistemi di membrane che prendono il nome di tilacoidi. Questi dischi sovrapposti prendono il nome di grani del cloroplasto, molto importanti perché catturano l’energia luminosa che deve essere trasformata in energia chimica. I cloroplasti sono presenti nelle piante ma anche in organismi fotosintentici. I mitocondri sono presenti in tutte le cellule eucariote e sono costituiti da due membrane e due compartimenti: - primo compartimento: si trova tra la membrana interna e quella esterna; - secondo compartimento: costituisce la matrice mitocondriale. La membrana più interna presenta delle pieghe che prendono il nome di creste mitocondriache. Le reazioni biochimiche sono dovute agli enzimi presenti nelle creste e nella matrice.

Citoscheletro e movimento cellulare

Il citoscheletro: Nel citoscheletro abbiamo una rete di fibre proteiche che forniscono una sorta di sostegno alla cellula stessa. Le fibre possono essere: - microfilamenti: sono i più sottili, ogni microfilamento è formato da due catene di actina avvolte ad elica l’una sull’altra. L’actina è una proteina motrice sferoidale e conferisce un certo movimento al citoplasma. Le amebe si spostano grazie a questo filamento che fa cambiare continuamente forma alla cellula emettendo delle protuberanze che prendono il nome di pseudopodi. L’actina è importante nella contrazione muscolari; - filamenti intermedi: vengono definiti come una sorta di cavi formati da proteine fibrose. Svolgono la funzione di ancoraggio e rinforzo degli organismi unicellulari; - microtubuli: sono formati da molecole di tubulina ed hanno la forma di un tubo. La loro funzione più importante è quella di ancoraggio e rinforzo ma anche di guidare gli organuli nel corso del loro movimento, possono essere definito come delle monorotaie. Nelle appendici cellulari sporgono dalla cellula come flagello e ciglia. Dal punto di vista microscopico, ciglia e flagello hanno la stesa struttura. Le ciglia mettono in movimento i liquidi che bagnano la cellula. Il nostro apparato respiratorio è rivestito di cellule flagello che aiutano ad espellere cellule estraneee. La struttura è data da nove coppie di microtubuli disposti concentricamente intorno ad una coppia centrale. Dove di ancorano alla cellula cambia la struttura: diventano nove triplette di microtubuli senza la coppia centrale. Di conseguenza, il corpo basale ha la stessa struttura dei centrioli (coppia di cilindri posti accanto al nucleo). Il loro movimento ondulatorio è dovuto ad una proteina che prende il nome di dineina che si aggancia al microtubulo adiacente facendolo piegare.

Struttura delle cellule vegetali

La superficie delle cellule unicellulari è a diretto contato con l’ambiente esterno, mentre le pluricellulari sono a contatto l’una con l’altra. Le cellule vegetali sono stratificate, costituite da una lamella mediana, da una parete primaria verso l’interno e ancora più all’interno da una parete secondaria e dalla peptina. La parete primaria è ricca di cellulosa e conferisce elasticità alla cellula. La parete secondaria si arricchisce di materiali come il legno e nel corso evolutivo della cellula si arricchisce in sugherina e lignina. Le cellule comunicano mediante dei canali che prendono il nome di plasmo deismi. Possono essere trasformate le molecole di H2O e sostanze nutritive. Le giunzioni della cellula animale sono a stretto contatto l’una con l’altra. Le giunzioni possono essere: - occludenti: a tenuta stagna, serrano due cellule in modo tale che i materiali non possono permeare nel tessuto sottostante; un esempio è la mucosa che riveste lo stomaco; - desmosomi: hanno la funzione di ancoraggio delle cellule nel mezzo esterno. Un esempio è costituito dal tessuto connettivo e dalla cartilagine; - comunicanti: sono più simili ai plasmodesmi perché mettono in comunicazione il citoplasma della cellula. Sono presenti anche nello sviluppo embrionale.

Membrana cellulare e organuli

La membrana: La struttura della membrana è uguale e viene definita “mosaico fluido” perché è costituita da tante molecole che le conferiscono un certo movimento. Tra le molecole più importanti che formano la membrana abbiamo il doppio strato fosfolipidico.

Ogni struttura circondata da membrana prende il nome di organulo. Il citoplasma si trova tra il nucleo e la membrana plasmatica. La membrana plasmatica è una massa viscosa e comprende due parti: il citosol e gli organelli. Il citosol è una massa viscosa costiuita da una fase dispersiva ed una disperdente in cui sono presenti sostanza nutritive come i polisaccaridi. Gli organelli sono delimitati dalla membrana. La cellula eucariote si distingue in cellula di tipo: - animale; - vegetale. Il primo organulo è il nucleo che contiene il materiale genetico circondata da una doppia membrana provvista di pori attraverso i quali possono passare sia piccoli ioni che le sub unità dei ribosomi. Un altro organulo importante è il reticolo endoplasmatico la cui membrana si fonde con la membrana nucleare e si divide in: - ruvido: alla cui membrana sono attaccati i ribosomi; - liscio: non ci sono ribosomi lipidi. Un altro organulo è dato dall’apparato di Golgi, dal nome dello scienziato che lo ha scoperto, formato da una serie di sacchetti appiattiti dove avviene l’elaborazione delle sostanze sintetiche nel reticolo endoplasmatico, che poi vengono portate al di fuori della cellula grazie alle vescicole di trasporto che si fondono con la membrana plasmatica. I mitocondri sono degli organuli all’interno dei quali avviene la combustione del glucosio e mediante la respirazione cellulare viene liberata energia.

Differenze tra cellule animali e vegetali

Le cellule animali e vegetali si differenziano per la forma: la cellula vegetale è quadrangolare e una delle caratteristiche principali è la presenza della parete cellulare. La cellula animale ha invece tre organuli: - centrioli: sono una coppia di cilindretti disposti ad angolo retto vicino al nucleo.

Intervengono durante il processo di riproduzione della cellula anche se non è stato scoperto ancora il loro ruolo; - lisosomi: sono sacchetti pieni di enzimi digestivi i quali digeriscono eventuali particelle che entrano al loro interno; - flagello: è un’estroflessione della cellula in grado di metterla in movimento. Un esempio di flagello è la cellula spermatica che permette allo spermatozoo di muoversi nel contenuto spermatico. È presente anche in alcune cellule spermatiche vegetali. Le strutture che caratterizzano la cellula vegetale sono il cloroplasto, il vaporo centrale e la parete cellulare. Il cloroplasto è utilizzato dalla cellula vegetale per la fotosintesi clorofilliana, il processo mediante in quale sostanze molto semplici vengono trasformate in sostanze molto complesse. È presente anche nei protisti come le alghe verdi. Il vaporo centrale è ripieno di sostanza nutritive che grazie alla presenza di acqua conferiscono una forma alla cellula. Assume la funzione del lisosoma nella cellula animale, ovvero quella digestiva rispetto ad alcuni materiali nutritivi. La parete cellulare conferisce una proteina alla cellula ed è costituita dalla cellulosa. Le cellule batteriche hanno una parete cellulare costituita da peptidoglicani.

Regni del mondo vivente

I regni del mondo vivente sono classificati in: - regno monere: è costituito unicamente da batteri e alghe azzure che vengono fotosintentizzate; - regno dei protisti è composto da tutti gli organismi unicellulari che possono essere sia autotrofi (sintetizzano il nutrimento in modo autonomo) che eterotrofi. Comprende le alghe d’oro e l’euglena (autotrofi) e i protozoi ai quali appartengono a loro volta le amebe ed il paramecio. - regno dei funghi: è caratterizzato dal fatto che il corpo è un tallo, non è diviso in radici, fusto e foglie. Le unità del corpo che lo costituiscono sono chiamate ife e sono eterotrofi; - regno animale: è costituito da tutti gli organismi pluricellulari ed eterotrofi; - regno vegetale: vi appartengono gli organismo sia unicellulari che pluricellulari ma tutti quanti autotrofi. Comprende le alghe verdi, rosse, brune, i muschi e le piante superiori.

Nucleo e reticolo endoplasmatico

Il nucleo è il centro di controllo delle cellule. All’interno abbiamo il materiale genetico sottoforma di DNA associato a proteine. Quando la cellula è in riposo il materiale genetico appare sottoforma di filamenti che prendono il nome di cromatina. Invece durante la riproduzione cellulare la cromatina condensa formando dei bastoncini che prendono il nome di cromosomi. All’interno del nucleo abbiamo inoltre una regione che si colora molto che prende il nome di nucleolo costituito da dna cromatico e rna dove vengono assemblati i ribosomi. Il nucleo è circondato da una doppia membrana provvista di pori. Il reticolo endoplasmatico è ruvido ed è costituito da una serie di tuboli. I ribosomi sono il sito delle sintesi dei polipeptidi che entrano nella membrana del reticolo endoplasmatico liscio dove vengono ulteriormente elaborati. Un esempio di ribosomi sono gli anticorpi che una volta sintetizzati vengono trasferiti verso l’apparato di Golgi perché possano essere utilizzate al di fuori della cellula. Il reticolo endoplasmatico liscio è costituito da dei sacchetti che prendono il nome di cisterne. La sua funzione più importante è la sintesi dei lipidi. Un esempio di reticolo endoplasmatico liscio è evidente nella sintesi degli ormoni del nostro corpo, come quelli sessuali. Ha anche le funzioni di neutralizzare le sostanze dannose per l’organismo ed immagazzinare ioni calcio che vengono utilizzati nella contrazione muscolare. L’apparato di Golgi comunica mediante le vescicole di trasporto, qui i materiali vengono ulteriormente elaborati in base all’organismo che devono raggiungere sempre mediante delle vescicole di trasporto. I lisosomi sono delle strutture la cui membrana viene sintetizzata dal reticolo endoplasmatico. Gli enzimi al loro interno vengono forniti dall’apparato di Golgi e sono in grado di digerire dei materiali già presenti nella cellula.

Acidi nucleici: DNA e RNA

Gli acidi nucleici sono il dna ed il rna ed entrambi sono polimeri dei nucleotidi. Il dna è un acido nucleico la cui sigla sta per acido desossiribonucleico. È il deposito dell’infinità genetica ed è costituito da una sequenza di nuclei che hanno come base azotata l’adenina, la timina, la guanina e la citosina. Come zucchero abbiamo il desossiribosio nel quale manca l’ossigeno sul secondo carbonio, poi c’è l’acido orto fosforico. È costituito da due filamenti avvolti ad elica l’uno sull’altro. I nuclei si legano con una molecola di acido orto fosforico che si mette a ponte tra il carbonio 3 del nucleo ed il carbonio 5 di quello successivo. Il filamento del DNA presenta sempre ad un’estremità il carbonio 3 e all’opposta il carbonio 5, quindi al filamento si può dare un verso. Ogni filamento è dato dalla successione di desossiribosio ed acido orto fosforico. Invece la sequenza delle basi azotate può cambiare da un organismo all’altro. L’adenina può legarsi solo con la timina e la citosina solo con la guanina. I due filamenti hanno un orientamento inverso perciò la scala viene detta scala a pioli. Il DNA costituisce il cromosoma e nel cromosoma la sequenza delle basi azotate è diversa tra le diverse specie e questo determina una grande biodiversità perché nel DNA si deposita l’informazione genetica. La molecola del DNA è una molecola che si autoriproduce formando delle coppie identiche a se stessa. Il meccanismo è molto complesso: durante la riproduzione i due filamenti si allineano e fungono da stato per la sintesi dei filamenti neoformati. Accanto ad ogni filamento viene copiato il filamento complementare. Nascono due molecole di DNA identiche alla molecola di tipo originario. Questo processo richiede degli enzimi. L’RNA è un polimero i cui nuclei sono costituiti dalle 4 basi azotate però la timina viene sostituita dall’uracile. Lo zuccherò è il ribosio perciò sul secondo carbonio manca l’ossigeno. È formato da un singolo filamento. Abbiamo 3 tipi di RNA: - ribosiomale: costituisce i ribosomi che sono il sito dove avviene la sintesi delle proteine; - messaggero: sono molecole che trasferiscono il messaggio genetico dal nucleo verso il citoplasma; - di trasferimento: collocano gli amminoacidi nella giusta posizione della catena polipeptidica.