Appunti di Biologia: la cellula

Biologia

Biologia: dal greco, bìos = vita e lògos = nel senso di studio, ovvero materia che studia tutto ciò che riguarda la vita.

Biologia cellulare

Scienza biologica che studia la cellula dal punto di vista morfologico (studio strutturale del nucleo, dei ribosomi o dei vari organuli), e funzionale (studio dei processi fondamentali come il ciclo cellulare o la riproduzione).

Biologia molecolare

Scienza biologica che studia gli esseri viventi a livello dei meccanismi molecolari alla base della loro fisiologia, concentrandosi in particolare sulle interazioni tra le macromolecole.

Organismo vivente

Sistema complesso, evolutivo che si sviluppa, si determina e si mantiene da solo secondo un progetto contenuto nel DNA.

Proprietà di un organismo vivente

• Consistono di una o più cellule;
• Contengono l'informazione genetica;
• Utilizzano l'informazione genetica per riprodursi;
• Sono imparentati geneticamente e si sono evoluti;
• Utilizzano le molecole ottenute dal proprio ambiente per sintetizzare nuove molecole biologiche;
• Estraggono energia dall'ambiente e la utilizzano per compiere del lavoro biologico;
• Regolano il proprio ambiente interno.

Classificazione dei composti chimici

Una grande suddivisione dei composti chimici li raggruppa in composti organici e composti inorganici.

Composti organici

Includono la quasi totalità dei composti del carbonio, i quali comprendono le molecole costitutive degli organismi viventi.

Composti inorganici

Includono tutti i composti che non contengono carbonio nelle loro molecole. Molti composti inorganici sono necessari alla vita: tra questi occupa un posto particolare l'acqua (la maggior parte delle reazioni fondamentali per gli organismi viventi si svolge in soluzione acquosa).

Le cellule viventi sono formate da molecole organiche per lo più complesse e di grandi dimensioni (macromolecole), che derivano fondamentalmente dalla combinazione di quattro elementi: carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, ai quali si associano meno frequentemente fosforo e zolfo. I liquidi cellulari sono soluzioni acquose contenenti in forma ionica elementi quali sodio, potassio, magnesio, calcio, cloro. Altri elementi essenziali alla vita sono presenti in tracce (per esempio, ferro, iodio, rame, zinco, manganese, fluoro, silicio).

Le molecole costituenti degli organismi viventi, dette anche molecole biologiche o biomolecole, possono essere suddivise in grandi gruppi: glucidi o zuccheri, lipidi, proteine, acidi nucleici e vitamine.

Glicidi o zuccheri o carboidrati

Caratteristiche: composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno

Funzioni

• Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi; es. funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali (cellulosa);
• Energetica: forniscono energia per svolgere tutte le funzioni dell'organismo;
• Protezione: costituiscono l’esoscheletro degli invertebrati.

Le molecole dei glucidi possono essere semplici o complesse; in base alla loro complessità crescente si dividono in monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi. I monosaccaridi, detti anche zuccheri semplici (perché non si scindono in molecole più piccole), sono costituiti da catene di 3, 4, 5 o 6 atomi di carbonio. I disaccaridi derivano dalla condensazione (cioè unione con eliminazione di una molecola d'acqua) di due molecole di monosaccaridi. I polisaccaridi sono macromolecole formate dall'unione per condensazione di molte molecole dello stesso zucchero, in genere glucosio.

Lipidi

Caratteristiche:

• Costituiti da lunghe catene di atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno;
• Comumente chiamati grassi;
• Untuosi al tatto;
• Insolubili in acqua (idrofobi = "paura dell’acqua").

Funzioni

• Riserva energetica (molecole ad alto contenuto energetico, si accumulano nel tessuto adiposo);
• Protezione meccanica per alcuni organi;
• Isolante termico (es. grasso animale);
• Funzione strutturale (es. membrane cellulari);
• Precursori di importanti molecole biologiche (ormoni, vitamine).

Proteine

Caratteristiche:

• Catene (polimeri) di amminoacidi; gli amminoacidi naturali sono circa una ventina ma, legandosi in un elevato numero di possibili combinazioni, riescono a formare l'enorme varietà di proteine esistenti.
• Più abbondante materiale biologico negli organismi animali;

Funzioni

• Strutturale (es. tubulina e actina sono proteine del citoscheletro);
• Contrazione (es. actina e miosina sono coinvolte nella contrazione muscolare);
• Riserva (es. ovalbumina, nell’uovo, svolge una funzione di riserva per l’embrione);
• Recettoriale;
• Enzimatica (es. enzimi digestivi);
• Trasporto (es. emoglobina trasporta ossigeno e anidride carbonica nei globuli rossi del sangue);
• Segnale di comunicazione tra le cellule (es. ormoni, fattori di crescita);
• Difesa immunitaria (es. anticorpi combattono le infezioni).

In una molecola proteica si possono individuare quattro livelli di organizzazione spaziale:

• Struttura primaria: rappresenta la sequenza degli amminoacidi che costituiscono la catena polipeptidica;
• Struttura secondaria: può essere a elica o a foglietto pieghettato;
• Struttura terziaria: determinata dal ripiegamento su se stessa della catena polipeptidica, per l'instaurarsi di legami intramolecolari;
• Struttura quaternaria: caratteristica di proteine formate da più subunità e relativa al modo in cui tali subunità sono disposte nello spazio (per esempio, l'emoglobina è formata da quattro subunità).

Acidi nucleici

Caratteristiche:

• Macromolecole di grande complessità;
• Così chiamati perché sono presenti nel nucleo delle cellule;
• Grande importanza in biologia perché sono responsabili di funzioni fondamentali degli organismi viventi, come la trasmissione dell'informazione genetica di generazione in generazione e la sintesi delle proteine;
• Polimeri di elevata massa molecolare, formati dalla combinazione di unità (monomeri) detti nucleotidi.

I nucleotidi sono a loro volta formati da:

• Un gruppo fosfato;
• Uno zucchero monosaccaride;
• Una base azotata.

Le basi azotate sono cinque molecole costituite, oltre che da carbonio, ossigeno e idrogeno, da azoto in una struttura a un anello (basi puriniche: timina e citosina) o a due anelli (basi pirimidiniche: adenina, guanina e uracile). Il gruppo fosfato unisce tra di loro i vari nucleotidi, formando l'impalcatura delle catene macromolecolari degli acidi nucleici.

Vitamine

Caratteristiche:

• Insieme molto eterogeneo di sostanze chimiche;
• Assunte attraverso l’alimentazione;
• La carenza di vitamine ha sintomi specifici a seconda del tipo di vitamina e può causare diversi disturbi o malattie;
• Divise in 2 gruppi:

1. Vitamine che devono essere assunte quotidianamente
2. Vitamine che si accumulano nel fegato

Cellula

Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule, corpuscoli delimitati da un involucro e dotati di tutte le caratteristiche della vita: ogni cellula si riproduce, si nutre, respira, elimina i propri rifiuti. Per riprodursi e formare un'altra cellula identica a se stessa, la cellula contiene l'informazione genetica necessaria sotto forma di acido desossiribonucleico (DNA), organizzato in una struttura chiamata cromosoma.

Per produrre le sostanze necessarie alla propria crescita e per produrre energia, la cellula funziona come un vero e proprio laboratorio chimico, presieduto da enzimi. Nonostante siano molto diverse tra loro per forma, funzione e dimensione, le cellule presentano un'organizzazione di base comune. Per questo motivo la cellula è considerata l'unità fondamentale, strutturale e funzionale di tutti i viventi. Il termine cellula fu coniato dal fisico Robert Hooke nel 1665, appena dopo l’invenzione dl microscopio ottico.

Ogni cellula possiede almeno tre componenti fondamentali: il materiale genetico (acido desossiribonucleico, o DNA), circondato da una matrice fluida detta citoplasma, il tutto racchiuso da una membrana plasmatica, un sottile involucro che la separa dall'esterno.

Il numero di cellule che formano un individuo varia da 1 negli organismi unicellulari, a migliaia di miliardi negli organismi pluricellulari. Negli organismi unicellulari la singola cellula adempie a tutti i compiti fondamentali per la vita, in quelli pluricellulari l'insieme di cellule si differenzia, specializzandosi nello svolgimento di particolari funzioni. Negli organismi pluricellulari le cellule hanno forma molto varia (in rapporto alla loro funzione): arrotondata, cubica, cilindrica, ecc.