Organizzazione della cellula

Con l’invenzione del microscopio lo studio della struttura interna delle forme viventi ha raggiunto nuove frontiere. Nel XIX secolo si è arrivati a formulare la cosiddetta teoria cellulare, sulla base delle seguenti assunzioni fondamentali:

• tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule;
• la cellula è la più piccola porzione organizzata di materia a possedere le caratteristiche della vita;
• ogni cellula si origina esclusivamente da una cellula preesistente.

Le dimensioni delle cellule sono in genere assai modeste (nell’ordine dei decimi di millimetro) e non dipendono dalle proporzioni dell’essere a cui appartengono. La loro forma è il più delle volte costante, perché determinata da un rivestimento rigido (batteri e cellule vegetali) o dal contatto con cellule contigue (organismi pluricellulari). Esistono cellule di forma vagamente simile a solidi geometrici, altre, come le cellule nervose, più particolari. Alcuni tipi di cellule, infine, possono cambiare forma in funzione dell’attività svolta: è il caso dell’organismo unicellulare chiamato ameba.
La teoria cellulare afferma che la cellula è la più piccola espressione della vita, cioè svolge le funzioni tipiche dei viventi: scambia materia ed energia con l’ambiente, si autoregola, si può evolvere e si riproduce. Ma come per forma e dimensioni le cellule si distinguono anche per struttura. Si conoscono due modelli strutturali, uno più semplice, l’altro più complesso, chiamati cellula procariota e cellula eucariota.

La cellula procariota è tipica degli organismi unicellulari molto semplici (batteri, alghe azzurre). Possiede un nucleo mal definito ed è organizzata per garantire la sopravvivenza dell’organismo con minime richieste energetiche. Non risulta, altresì, specializzata in funzioni particolari. Le cellule procariote sono rivestite da una struttura rigida di protezione e contenimento detta parete cellulare. Più internamente presentano un secondo involucro chiamato membrana cellulare, che regola gli scambi di sostanze con l’ambiente esterno. La membrana cellulare è anche sede delle attività respiratorie e fotosintetiche, poiché non esistono, nella cellula procariota, strutture specializzate a tal fine. In questa cellula la maggior parte del volume è occupata da un liquido gelatinoso chiamato citoplasma, in cui sono immersi tutti i costituenti chimici della cellula. Vi si trovano i piccoli organuli puntiformi detti ribosomi, deputati alla costruzione delle proteine. In prossimità del centro è situato il materiale genetico della cellula, un’unica molecola di DNA libera di fluttuare nel citoplasma e per questo detta regione nucleare, anziché nucleo.

Gli organismi, anche unicellulari, più evoluti di batteri e alghe azzurre sono costituiti da cellule eucariote, più complesse e voluminose, all’interno delle quali lo spazio è organizzato in settori con diverse competenze. Queste cellule presentano una conformazione tipica, a cui però si aggiungono particolari strutture comuni alle sole cellule animali o alle sole cellule vegetali.

Nelle cellule eucariote la membrana cellulare è formata da tre strati distinti, di cui due sono scuri ed uno - il centrale - è più chiaro e spesso. Questa struttura svolge importanti funzioni:

• contiene e protegge la cellula dall’ambiente esterno, preservandone le caratteristiche;
• controlla il transito di sostanze da e verso la cellula, selezionandole per caratteristiche e dimensioni;
• rappresenta un mezzo di comunicazione sia con l’ambiente extracellulare sia con altre cellule.

L’involucro detto parete cellulare è tipico della cellula vegetale, ed è composto di cellulosa (lo zucchero complesso da cui si ricava la carta). Come la membrana, la parete ha un importante ruolo di collegamento con l’esterno, inoltre garantisce il sostegno meccanico della cellula anche dopo la sua morte. Per questa ragione piante anche molto alte sono in grado di reggersi autonomamente.

Il citoplasma delle cellule eucariote è - come accennato - ripartito in settori (organuli) a cui competono diverse funzioni. Si tratta di un ambiente acquoso ricco di sostanze utili alla sopravvivenza e alla riproduzione della cellula. Nel cuore del citoplasma cellulare si trova il nucleo, delimitato e protetto dalla membrana nucleare. Al suo interno si trova la molecola direttiva di tutte le funzioni cellulari, ossia il DNA. Normalmente dall’aspetto confuso e filamentoso (cromatina), il DNA assume sembianze più organizzate durante la riproduzione cellulare, e cioè quando dà vita a due strutture bastoniformi chiamate cromosomi. Sono, questi ultimi, il mezzo attraverso cui la cellula trasmette alle proprie “figlie” il suo patrimonio ereditario. Nel nucleo cellulare si trova anche il nucleolo, una piccola formazione deputata alla produzione dei ribosomi, che poi migrano nel citoplasma.

I ribosomi, nelle cellule eucariote, hanno la medesima funzione dei ribosomi delle cellule procariota: sintetizzano proteine destinate alla cellula o all’ambiente esterno. Essi sono immersi nel citoplasma, o talvolta innestati nel reticolo endoplasmatico. Con loro si trovano i mitocondri, le strutture disposte alla respirazione cellulare. Questi organuli sono protetti da una coppia di membrane, la più interna delle quali è ripiegata su se stessa per estendere la superficie utile ai processi mitocondriali.

Comuni alle sole cellule animali sono le ciglia e i flagelli, filamenti collocati sul margine esterne delle cellule. Le ciglia sono corte e numerose; con un movimento sincrono spostano le particelle che si depositano sulla membrana cellulare. I flagelli sono invece lunghi e in numero ridotto: presiedono al movimento della cellula come ne fossero i propulsori. Caratteristici delle cellule animali sono anche gli organuli detti lisosomi, che contengono molecole digestive. I lisosomi posseggono una membrana impermeabile, poiché il loro contenuto sarebbe dannoso per il resto della cellula; tuttavia, alla morte di quest’ultima, il loro involucro si rompe e le molecole digestive la dissolvono.

Tipici delle sole cellule vegetali, invece, sono i plastidi e i vacuoli. I primi si suddividono in più tipologie: i leucoplasti, contengono sostanze utili di riserva, i cromoplasti, contengono pigmenti di varia natura, i cloroplasti (simili ai mitocondri), contengono la clorofilla responsabile del processo fotosintetico. I vacuoli sono, invece, grandi depositi d’acqua e di sali minerali, dotati di una membrana elastica in grado di adeguarsi alla quantità del loro contenuto.
Nelle cellule eucariote si trovano, infine, il reticolo endoplasmatico, un “labirinto” attraverso cui le molecole transitano da una sezione all’altra della cellula, e il complesso di Golgi, dove le proteine vengono immagazzinate e rielaborate prima di abbandonare la cellula.

Nel corso dell’evoluzione gli esseri viventi hanno lentamente assunto maggiore complessità: dagli organismi unicellulari si è giunti a colonie di individui sempre più numerose, ed in seguito ad organismi pluricellulari via via più progrediti.

La caratteristica principale di questi organismi è la distribuzione delle funzioni vitali tra gruppi di cellule diversamente specializzate. Un insieme di cellule dotate della stessa morfologia e di uguali competenze si dice tessuto. Più tessuti costituiscono un organo, e gli organi, a loro volta, collaborano per garantire il funzionamento di un apparato o di un sistema. Quest’ultimo si ha quando gli organi in questione sono formati dallo stesso tipo di tessuti (è il caso del sistema scheletrico).

Un organismo pluricellulare è dunque un insieme di apparati e sistemi, e rappresenta il massimo livello di organizzazione individuale. Poi, più organismi della stessa specie costituiscono una popolazione; più popolazioni sono una comunità, che integrata con l’ambiente in cui vive diventa ecosistema ed è parte della biosfera terrestre.