Appunti di Biologia: la cellula

TRASPORTO PASSIVO

Diffusione semplice. È un fenomeno in cui le sostanze tendono a muoversi spontaneamente da una regione in cui la loro concentrazione è elevata verso una regione in cui la loro concentrazione è più bassa. La differenza di concentrazione fra le due zone è detta gradiente di concentrazione. La diffusione semplice si verifica solo se:

• tra gli ambienti situati ai due lati della membrana, vi è una differenza nella concentrazione delle sostanze;
• le sostanze possono effettivamente attraversare la membrana stessa.

La diffusione delle sostanze procede fino a quando non si è raggiunta una uguale concentrazione ai due lati della membrana.

Diffusione facilitata. La diffusione facilitata avviene quando le molecole attraversano la membrana aiutate da proteine di trasporto presenti nella membrana, che ne aumentano la velocità di passaggio. Per esempio, una molecola di glucosio, trasportata dal sangue, si lega al sito di legame di una

proteina di trasporto specifica per il glucosio. La formazione del legame provoca nella proteina un cambiamento di forma tale da permettere alla molecola di glucosio di passare da una parte all'altra della membrana. Questa forma di trasporto non richiede consumo di energia in quanto il gradiente di concentrazione è favorevole al passaggio; la concentrazione del glucosio è infatti maggiore all'esterno della cellula che all'interno di essa, per cui il glucosio entra nella cellula spinto dal suo gradiente di concentrazione. Pertanto, come la diffusione semplice, anche la diffusione facilitata ha come elemento motore il gradiente di concentrazione e non richiede consumo di energia da parte della cellula.

Osmosi: è il movimento spontaneo delle molecole d'acqua attraverso una membrana semipermeabile da una regione in cui la concentrazione del soluto è minore ad una regione in cui la concentrazione del soluto è maggiore.

TRASPORTO ATTIVO

Se il

trasporto passivo fosse l'unico sistema disponibile per attraversare la membrana plasmatica, le cellule dipenderebbero totalmente dai gradienti di concentrazione. In realtà, alle cellule occorre che certi soluti siano presenti in maggior concentrazione al loro interno che al loro esterno (o viceversa), mentre per sua natura il trasporto passivo tende a rendere uguale su entrambi i lati della membrana la concentrazione di qualsiasi soluto. Per esempio le cellule del fegato devono trattenere una grande quantità di glucosio, poiché il fegato è il principale organo in cui questa sostanza viene immagazzinata. Il trasporto passivo tenderebbe invece a far diffondere le molecole di glucosio, così abbondanti nelle cellule del fegato, al di fuori di queste e a riammetterle nel flusso sanguigno. La soluzione adottata dalla cellula per muovere i soluti in senso contrario al loro gradiente di concentrazione si chiama trasporto attivo il quale, per funzionare,richiede sempre, daparte della cellula:
  proteine di trasporto della membrana;
  una spesa di energia, fornita in genere dall'ATP.

ENDOCITOSI e ESOCITOSI
I meccanismi impiegati quando si tratta di introdurre materiali nella cellula o quando si tratta di espellerli sono chiamati, rispettivamente, endocitosi e esocitosi. Ciò che hanno in comune questi meccanismi è l'uso di vescicole, cioè di minuscoli sacchetti delimitati da una membrana che, a seconda dei casi, si staccano dalla membrana plasmatica o si fondono con essa.

Endocitosi.
Nell'endocitosi si verifica l'introduzione nella cellula di materiali relativamente grossi mediante una introflessione della membrana cellulare a forma di tasca che accoglie le molecole da inglobare. La tasca si chiude formando una vescicola, che contiene al suo interno le molecole da portare dentro la cellula. La vescicola si stacca dalla membrana e migra nel citoplasma.
La fagocitosi (letteralmente "cellula chemangia” è un tipo di endocitosi per mezzo della quale le cellule inglobano particelle solide di grandi dimensioni o addirittura altre cellule. La membrana plasmatica si infossa, ingloba le particelle solide e poi si racchiude intorno ad esse; si forma poi una vescicola che viene trasportata nel citoplasma; la vescicola si fonde con un lisosoma che contiene gli enzimi necessari a demolire le particelle o la cellula inglobata. La pinocitosi (letteralmente significa “cellula che beve”) è invece un meccanismo di endocitosi con il quale vengono inglobate piccole goccioline di sostanze allo stato liquido (si tratta soprattutto di acqua con qualche soluto in soluzione). Diversamente dalla fagocitosi, non si forma una sola vescicola, ma tante piccole vescicole, visibili solo al microscopio elettronico. Si parla invece di endocitosi mediata da recettore nel caso in cui la molecola da trasportare si lega ad una proteina recettore di membrana e il complesso

molecola-recettore viene successivamente inglobato in una vescicola.

Esocitosi. Si definisce esocitosi l'espulsione di materiali relativamente grossi dalla cellula mediante la fusione di vescicole con la membrana plasmatica. Nell'esocitosi una vescicola di trasporto, carica per esempio di proteine o prodotti di rifiuto, migra fino alla membrana plasmatica e si fonde con essa. Successivamente questo tratto della membrana si apre e quello che era il contenuto della vescicola viene rilasciato nel liquido extracellulare.

Il citoplasma. Il citoplasma è composto da una parte viscosa e molto fluida, il citosol, costituito di acqua (che rappresenta il 75-85% del peso totale della cellula), da sostanze inorganiche e da diverse molecole organiche (tra cui proteine con funzione enzimatica o strutturale).

Nel citoplasma delle cellule eucariote sono incluse numerose strutture citoplasmatiche di vario tipo, che svolgono funzioni ben precise. Alcune di queste strutture (dette anche

Le strutture citoplasmatiche delle cellule eucariote animali sono delimitate da una membrana strutturata come la membrana plasmatica, ma con modificazioni nel tipo e nel numero di fosfolipidi e proteine che permettono loro di svolgere particolari funzioni.

Le strutture citoplasmatiche includono:

• Reticolo endoplasmatico
• Apparato di Golgi
• Lisosomi
• Perossisomi
• Citoscheletro
• Mitocondri
• Nucleo

Il reticolo endoplasmatico (RE) è una complessa rete di tubuli, sacchi e canali comunicanti che può racchiudere più del 10% del volume interno della cellula. Lo spazio compreso tra le membrane ripiegate di entrambi i tipi di RE prende il nome di lume e presenta una serie di enzimi che catalizzano diverse reazioni chimiche. Il RE è di due tipi: il tipo ruvido è un proseguimento della membrana nucleare e porta sulla superficie esterna milioni di minuscoli granuli, detti ribosomi, legati alla sintesi delle proteine; il tipo liscio è privo di ribosomi.

ed è responsabile della sintesi dei lipidi. L'apparato di Golgi. Il complesso di Golgi, o apparato di Golgi, è costituito da pile di membrane a forma di sacco appiattito, circondate da tubuli e da vescicole. La funzione del complesso di Golgi è quella di ricevere le vescicole provenienti dal reticolo endoplasmatico, di modificare i contenuti delle vescicole e di inglobare i prodotti finali in vescicole di trasporto, che convogliano questi prodotti in altre parti della cellula o anche verso la membrana per poi trasferire all'esterno queste sostanze. Il complesso di Golgi è quindi un centro di raccolta, trasformazione, imballaggio e distribuzione di sostanze prodotte dalla cellula. Lisosomi. I lisosomi sono essenzialmente sacchetti membranosi che racchiudono enzimi idrolitici, in grado, nella digestione intracellulare, di tagliare in maniera specifica e controllata grosse molecole. Se i lisosomi si rompono, la cellula stessa viene distrutta, poiché gli

Enzimi che essicontengono sono capaci di scindere tutti i composti principali presenti nellacellula. I lisosomi degradano molecole e strutture presenti all'interno dellacellula nei loro costituenti elementari che saranno poi espulsi dalla cellula oriutilizzati in altro modo dalla cellula stessa. I lisosomi possono degradareanche molecole estranee ingerite dalla cellula. Attraverso questo stesso processo i globuli bianchisono in grado di digerire i microrganismi patogeni o cellule morte precedentemente fagocitate. Glienzimi dei lisosomi sono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico, come le altre proteine, e trasferitein seguito nel lume dell'apparato del Golgi. I lisosomi si formano per gemmazione (si staccanocome goccioline di membrana) dalle cisterne più esterne dell'apparato del Golgi. Bisognadistinguere fra due classi generali di lisosomi: i lisosomi primari, appena formati e non ancora fusicon altre vescicole contenenti i materiali da digerire; e i lisosomi secondari,

che aumentano la superficie disponibile per la produzione di energia. I mitocondri sono responsabili della produzione di adenosina trifosfato (ATP), la principale fonte di energia utilizzata dalla cellula. Apparato di Golgi. L'apparato di Golgi è un complesso di membrana presente nelle cellule eucariotiche. È costituito da una serie di saccule appiattite chiamate cisterne. L'apparato di Golgi svolge diverse funzioni, tra cui la modifica, l'ordinamento e l'imballaggio delle proteine e dei lipidi prodotti dalla cellula. Le proteine e i lipidi vengono trasportati all'apparato di Golgi dalle vescicole del reticolo endoplasmatico rugoso e vengono poi indirizzati verso la loro destinazione finale all'interno o all'esterno della cellula. Reticolo endoplasmatico. Il reticolo endoplasmatico è un sistema di membrana che si estende in tutto il citoplasma della cellula. Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico: il reticolo endoplasmatico rugoso (RER), che è ricoperto da ribosomi e svolge un ruolo nella sintesi delle proteine, e il reticolo endoplasmatico liscio (REL), che è coinvolto nella sintesi dei lipidi e nella detossificazione delle sostanze nocive. Centrioli. I centrioli sono organelli cilindrici presenti nelle cellule animali. Sono costituiti da nove triplette di microtubuli disposte a forma di cilindro. I centrioli sono coinvolti nella formazione del fuso mitotico durante la divisione cellulare e nella formazione dei flagelli e dei ciglia. Questi sono solo alcuni degli organuli presenti nelle cellule eucariotiche. Ogni organulo svolge una funzione specifica e contribuisce al corretto funzionamento della cellula.

dove si concentrano gli enzimi respiratori. La caratteristica che rende i mitocondri totalmente diversi dagli altri organuli è il fatto sorprendente che essi siano dotati di un proprio filamento di DNA, che viene trascritto e tradotto in modo del tutto indipendente dal DNA genomico della cellula, che si trova invece nel nucleo.

L'ipotesi più accreditata per spiegare questa peculiare caratteristica è quella dell'origine endosimbiontica: il mitocondrio deriverebbe da un batterio aerobio che si è adattato a vivere all'interno di una cellula eucariotica ancestrale anaerobia. Il sodalizio batterio/mitocondrio e cellula eucariotica ha conferito un vantaggio selettivo agli eucarioti ancestrali. Oltre alla presenza di DNA mitocondriale, vi sono altre indicazioni che sostengono la teoria endosimbiontica:

• il cromosoma mitocondriale è circolare, esattamente come il cromosoma batterico;
• il mitocondrio ha un sistema di membrane (esterna ed interna).

che ricorda molto il sistema