Biologia - Tutto quello da sapere per il test

MEMBRANA CELLULARE

La membrana cellulare, detta anche membrana plasmatica o plasmalemma, è l'involucro che racchiude il contenuto cellulare e attraverso il quale la cellula si interfaccia con l'ambiente esterno. La sua struttura non però da immaginarsi come rigida e impermeabile, ma come un vero e proprio organo che svolge funzioni molto importanti tra cui il trasporto selettivo di numerosi elementi, da e verso l'interno della cellula, ed il mezzo cui tramite il quale la cellula interagisce con le cellule adiacenti. Dal punto di vista strutturale la membrana plasmatica è formata in prevalenza da un doppio strato di fosfolipidi anfipatici ovvero molecole che possiedono una parte idrofoba (insolubile in acqua) e una idrofila (solubile in acqua) disposte come due fogli posti in maniera speculare l'uno sull'altro, avvicinati per la loro parte idrofoba (Fig. 1). Immerse in questo doppio strato vi sono una serie di altre molecole.dinatura lipidica, proteica o carboidratica, che assolvono compiti specifici. Molto importanti sono le proteine di membrana, che svolgono numerose funzioni tra le quali quella di agire come pompe o canali. Queste proteine attraversano tutta la membrana e legano le sostanze che sono deputate a trasportare (ioni, zuccheri, amminoacidi, ecc.) per poi trasferirle sia verso l'interno che verso l'esterno della cellula. Questo tipo di trasporto, che in genere avviene tramite la modificazione conformazionale della proteina, può avvenire con dispendio energetico da parte della cellula (trasporto attivo) o senza (trasporto passivo). A quest'ultima tipologia appartiene anche il trasporto osmotico, ovvero quel processo per cui si ha passaggio di solvente attraverso una membrana semipermeabile dal comparto a minor concentrazione verso quello a maggior concentrazione. Per molti soluti, la membrana plasmatica risulta semipermeabile, per cui la cellula in certi casi può essere

In grado di ‘regolare’, attraverso la modifica della propria pressione osmotica (concentrazione del soluto), il trasporto di solvente (in genere acqua) tra il suo interno e l’esterno.

La particolare conformazione della membrana plasmatica le conferisce una certa fluidità, per cui i fosfolipidi strutturali, così come le molecole proteiche ‘immerse’ al suo interno, a temperature fisiologiche non sono rigidamente legate l’una all’altra, ma possono muoversi in maniera relativamente libera. Questa caratteristica è molto importante per la funzionalità della membrana, perché ad essa sono legate alcune funzioni fondamentali come la stessa semipermeabilità o la funzionalità delle proteine di membrana, le quali in questo modo sono libere di modificare la propria conformazione. Ad aiutare il mantenimento di questa particolare prerogativa della membrana

c'è il colesterolo, un lipide quale comunemente si attribuisce valore negativo, ma che invece è molto importante all'interno degli organismi proprio per questa sua capacità di funzionare come "facilitatore" della fluidità di membrana. Quello che risulta negativo è un suo eccesso, dato che quantità superiori al normale fabbisogno tendono a depositarsi nei vasi sanguigni e ad accumularvisi fino, nei casi peggiori, ad ostruirli. Lo strato più esterno della membrana e della cellula stessa, una sorta di strato semirigido o filamentoso, è costituito prevalentemente da molecole coniugate come glicoproteine e glicolipidi, definito glicocalice. Il suo ruolo primario, oltre che di protezione meccanica per la cellula, è quello di recepire "segnali" extracellulari, come ad esempio i messaggi ormonali; inoltre, è il principale responsabile della coesione e dei rapporti tra cellule adiacenti. A questo stesso scopo,

esistono anche delle vere e proprie giunzioni, che aiutano la stabilità delle connessioni e la comunicazione chimica tra cellule diverse; in base alle differenti funzionalità si distinguono giunzioni occludenti (che non mettono in comunicazione le cellule), giunzioni comunicanti (possono funzionare da canali e trasportare materiale) e giunzioni aderenti (solo di sostegno meccanico e strutturale). Fanno parte di quest'ultima categoria i desmosomi, filamenti di natura proteica che uniscono i citoscheletri di cellule adiacenti. L'interconnessione tra cellule è fondamentale per creare associazioni funzionali, ovvero per formare quelli che vengono chiamati i tessuti biologici, componenti indispensabili pressoché di ogni organismo vivente.

CITOPLASMA E ORGANULI CELLULARI

1. Citoplasma

La rappresentazione classica della cellula eucariote mostra tutti gli organuli come immersi in una sorta di sostanza gelatinosa (v. Fig. 1 in 'Generalità'). In realtà,

L'interno della cellula è costituito da un sistema complesso detto citoplasma, composto da una matrice amorfa chiamata ialoplasma o citosol, e da una complicata compartimentazione prodotta da un sistema membranoso interno, costituito da membrane lipoproteiche. In questo sistema sono inseriti tutti gli organuli e una serie di inclusioni molecolari di varia natura come metaboliti, pigmenti, glucidi, ecc. La compartimentazione interna è molto importante perché permette ai diversi settori della cellula di svolgere al meglio le proprie funzioni biochimiche e metaboliche.

2. Reticolo endoplasmatico

Il reticolo endoplasmatico (o endoplasmico) è un organulo complesso formato da strutture tubulari, cisterne, vescicole e piccoli sacchi, tutti delimitati da membrane lipoproteiche che fanno parte del sistema membranoso interno. Il reticolo si suddivide in due regioni: quella del reticolo endoplasmatico liscio (REL) e quella del reticolo endoplasmatico rugoso (RER).

rugoso o ruvido (RER, talvolta chiamato anche granulare con acronimo REG), le quali hanno compiti cellulari piuttosto diversi. Il RER è la sede dei ribosomi, strutture fondamentali per la sintesi proteica. I ribosomi sono elementi formati da acidi nucleici (rRNA) e da proteine. I singoli ribosomi sono genericamente suddivisi in due subunità, dette maggiore e minore, ognuna delle quali fortemente implicata nel processo di traduzione dell'informazione genetica in proteine (sintesi proteica). Il nome "rugoso" di questa regione deriva proprio dalla presenza dei ribosomi sulla sua superficie, che gli conferisce un aspetto ruvido e granulare se osservato al microscopio elettronico. Il REL, invece, è coinvolto in una serie più ampia di processi, che può cambiare da cellula a cellula, tra i quali è implicato quello della sintesi lipidica, del metabolismo di alcune molecole complesse (come i carboidrati) e della regolazione ionica del citoplasma. Un organulostrettamente collegato al reticolo endoplasmatico il cosiddetto apparato del Golgi, dal nome dello scienziato che per primo lo descrisse nel 1898. Questo organulo, in genere molto vicino anche al nucleo, è composto da una serie di strutture schiacciate e impilate (dette cisterne appiattite) che accolgono i prodotti del metabolismo cellulare (come proteine e lipidi), li stabilizzano chimicamente (tramite il processo detto di glicosilazione), per poi racchiuderli in vescicole (una sorta di piccole sacche) di dimensioni variabili. Le vescicole fungono da vettori, e servono a trasportare le sostanze contenute verso determinati bersagli, sia all'interno che all'esterno della cellula. Essendo l'apparato del Golgi una struttura tendenzialmente schiacciata, vengono solitamente distinte le due 'facce'. La faccia detta cis è rivolta verso nucleo e reticolo endoplasmatico ed è caratterizzata dalla presenza delle sole cisterne appiattite, mentre l'altra,

detta trans, rivolta verso l'interno della cellula ed quella che presenta le è èvescicole trasportatrici (dette anche vescicole transfer).

3. Mitocondri

I mitocondri sono organuli presenti nel citoplasma di tutte le cellule eucariote, sia vegetali che animali.

Sono i centri energetici della cellula, ovvero, più correttamente, sono gli organuli deputati alla respirazionecellulare. Si presentano in genere come di forma cilindrica o capsulare e sono delimitati da duemembrane, una esterna liscia ed una interna pieghettata a formare le cosiddette creste mitocondriali.

Sono tra i più noti e se vogliamo affascinanti organuli cellulari, anche grazie alla loro particolare storiaevolutiva che vuole che il loro sviluppo sia dovuto ad un'antica simbiosi mutualistica tra due batteri. Ne ètestimonianza il fatto che i mitocondri possiedono un genoma proprio, indipendente dal resto della cellula.

La principale funzione dei mitocondri quella di rifornire di

energia le cellule tramite la produzione di unaè molecola deputata ad immagazzinare l’energia, l’ATP (acronimo di adenosina trifosfato o adenosintrifosfato). L’ATP è una molecola a base nucleotidica formata da una serie di radicali, tra i qualiè tre di tipo fosforico (gruppi contenenti fosforo). Due di questi sono legati tra loro da un particolare legame chimico nel quale è immagazzinata una notevole quantità di energia. Le molecole di ATP circolano in tutti i comparti cellulari e nei vari tessuti di un organismo fornendo loro l’energia che necessitano grazie allarottura enzimatica del loro legame energetico. Una volta ceduta l’energia, la molecola di ATP si ‘scarica’ trasformandosi in ADP, o adenosina difosfato, e per funzionare nuovamente deve essere ricaricata attraverso la ricostruzione del legame ricco di energia, funzione svolta appunto dai mitocondri. L’energia utile a ritrasformare l’ADP in ATP, proviene

dalla demolizione delle molecole organiche come il glucosio. Questa molecola, se ossidata completamente a CO2, può liberare energia fino a 680 kcal (chilocalorie): 2C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 680 kcal Questo processo di ossidazione e tutta la catena di reazioni necessarie per la produzione di ATP (la respirazione cellulare) vengono effettuati dalla cellula generalmente in tre fasi, dette glicolisi, Ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa, ognuna delle quali contribuisce in maniera diversa alla produzione di ATP (Fig. 1). La prima avviene prevalentemente nello citoplasma, mentre le altre due si svolgono all'interno dei mitocondri. I processi che caratterizzano queste fasi sono piuttosto complessi e coinvolgono altri agenti, uno su tutti il coenzima chiamato NAD, e non verranno qui approfonditi (consigliamo di consultare i testi utilizzati nella scuola secondaria). Quello che però è importante nuovamente ricordare che questa serie di processi è essenziale per la produzione di energia all'interno delle cellule.

sono il carbura