Cellula, Biologia

La  cellula  

La  teoria  cellulare  è  un  concetto  unificante  che  stabilisce  che:  

-­‐ le  cellule  rappresentano  l’unità  fondamentale  degli  esseri  viventi  e  in  esse  

avvengono  le  principali  reazioni  chimiche  della  vita  

-­‐ tutte  le  cellule  derivano  da  cellule  preesistenti  

-­‐ tutte  le  cellule  hanno  simile  composizione  chimica  

-­‐ l’informazione   genetica   contenuta   nella   cellula   viene   trasmessa   e  

replicata  ad  altre  cellule  durante  la  divisione  cellulare  

per  studiare  la  cellula  è  necessario  l’utilizzo  del  Microscopio;  il  microscopio  può  

essere  ottico  o  elettronico:  

Nel   microscopio   ottico   la   luce   passa   sia   attraverso   il   campione   osservato   sia  

attraverso   le   lenti;   si   possono   ingrandire   oggetti   fino   a   1000   volte   la   loro  

grandezza   e   raggiungere   una   risoluzione   massima   di   circa   0,2   micrometri.   Ci  

sono  diversi  tipi  di  microscopie  ottiche:  

-­‐ microscopia  in  campo  luminoso  

-­‐ microscopia  in  campo  scuro  

-­‐ microscopia  a  contrasto  di  fase  

-­‐ microscopia  a  contrasto  di  interferenza  differenziale  

-­‐ microscopia  a  fluorescenza  

-­‐ microscopia  confocale  a  scansione  laser  

queste   tecniche   non   forniscono   però,   ingrandimenti   sufficienti   per   studiare   i  

singoli   organuli   contenuti   nelle   cellule;   per   fare   questo   si   necessità   del  

microscopio   elettronico.   Inoltre   si   deve   ricorrere   spesso   a   coloranti   biologici   che  

ne  provocano  la  morte.  

Esistono   due   tipi   di   microscopio   elettronico:   ME   a   trasmissione   (MET)   e   ME   a  

scansione   (MES);   entrambi   utilizzano   luce   emessa   da   un   fascio   di   elettroni   che,  

colpendo   un   elettromagnete   che   focalizza   l’immagine   e   il   campione,   ci  

permettono   un   ingrandimento   di   250.000   volte.   L’immagine   del   MET   viene  

proiettata   su   uno   schermo   a   fluorescenza,   mentre   quella   del   MES   su   di   uno  

schermo  televisivo  esterno.  

La  dimensione  cellulare  

Le   cellule   hanno   dimensioni   molto   piccole   perché   per   funzionare   in   modo  

efficiente,   devono   avere   un   elevato   rapporto   superficie/volume;   la   membrana  

plasmatica,   infatti,   deve   regolare   il   flusso   di   scambi   di   materiale   in   entrata   e   in  

uscita   dalla   cellula   e   quindi   essere   sufficientemente   grande   rispetto   al   volume  

totale   della   cellula.   Inoltre   più   il   volume   è   limitato,   più   le   distanze   percorse   dalle  

molecole  all’interno  della  cellula  sono  minori  e  quindi  le  operazioni  sono  svolte  

in   minor   tempo.   Avendo   quindi   dimensioni   limitate,   la   cellula   riesce   ad  

aumentare  il  rapporto  superficie/volume.  

Quali  elementi  compongono  la  cellula  

La  cellula  è  composta  principalmente  da:  

-­‐ Acqua  

-­‐ Carboidrati,  che  forniscono  energia  alla  cellula  

-­‐ Lipidi,  forniscono  riserva  di  energia,  formano  le  membrane  ecc  

-­‐ Proteine,  funzioni  strutturali,  enzimatiche,  connettive  

-­‐ Acidi  Nucleici,  DNA  e  RNA  portatori  dell’informazione  genetica  

La  membrana  cellulare  

La   membrana   cellulare   è   costituita   principalmente   da   un   doppio   strato   di  

fosfolipidi   che   si   dispongono   con   le   teste   idrofile   verso   l’ambiente   esterno   e  

interno  della  cellula;  

la  membrana  citoplasmatica  ha  diverse  funzioni:  

-­‐ mantiene   costante   e   regola   l’ambiente   interno   della   cellula   in   quanto   a  

concentrazione  e  pH  

-­‐ agisce  come  barriera  selettiva  e  permeabile  

-­‐ comunica   con   le   sollecitazioni   e   i   segnali   dell’ambiente   esterno   e   con   le  

altre  cellule  

-­‐ contiene  proteine  responsabili  dei  legami  con  altre  cellule  adiacenti  

La  cellula  procariota  

La   cellula   procariota   è   tipica   di   organismi   come   batteri   e   archeobatteri;   è   più  

piccola  rispetto  a  quella  eucariota  e  la  principale  differenza  con  essa  sta  nel  fatto  

che  il  DNA  non  è  racchiuso  all’interno  di  un  nucleo  limitato  da  membrana,  ma  è  

solamente  condensato  in  una  determinata  regione  del  citoplasma,  definita  come  

nucleoide.  La  membrana  citoplasmatica  (che  a  volte  possiede  sia  parete  cellulare  

che  membrana  plasmatica)  racchiude  il  citoplasma,  a  sua  volta  formato  da  citosol,  

liquido   contenente   varie   particelle   solubili,   e   particelle   insolubili   chiamate  

ribosomi.  I  ribosomi  sono  costituiti  da  RNA  e  proteine  responsabili  della  sintesi  

proteica.  

La  parete  cellulare  della  cellula  procariota  

La   parete   cellulare   della   cellula   procariota   è   esterna   alla   membrana   plasmatica   e  

le   conferisce   rigidità;   l’elemento   che   la   costituisce   è   essenzialmente  

peptidoglicano.  

I   batteri   procarioti   si   possono   distinguere   in   Gram+   e   Gram-­‐   a   seconda   delle  

differenze  che  si  possono  riscontrare  tra  le  due  pareti  cellulari  presenti:  

-­‐ Gram+:   lo   strato   più   esterno   è   costituito   da   una   notevole   quantità   di  

peptidoglicano,  sotto  di  esso  abbiamo  la  membrana  plasmatica  e  infine  il  

citoplasma.  Può  essere  presente  la  capsula.  

-­‐ Gram-­‐:   lo   strato   più   esterno   è   costituito   da   una   capsula   che   aumenta  

l’adesione   con   altre   cellule   e   previene   la   disidratazione   della   stessa;   se  

persa,  non  è  fondamentale  per  la  vita.  Nei  livelli  sottostanti  abbiamo  uno  

strato   di   membrana   esterna,   uno   di   parete   cellulare   e   ancora   uno   di  

membrana  plasmatica,  infine  troviamo  il  citoplasma.  La  parete  cellulare  di  

questi   batteri   è   in   genere   più   efficace   contro   aggressioni   esterne   perché  

contiene   dei   lipopolisaccaridi   tossici   che   la   proteggono   ulteriormente.

Le  membrane  interne:  i  mesosomi  

I   mesosomi   sono   ripiegamenti   della   membrana   citoplasmatica   verso   l’interno  

della   cellula   e   possono   avere   differenti   funzioni;   possono   essere   coinvolti   in  

reazioni  metaboliche,  nella  duplicazione  cellulare  e,  nei  cianobatteri,  contengono  

la  clorofilla  e  altre  sostanze  essenziali  per  il  funzionamento  della  fotosintesi.  

I  Flagelli  

I   flagelli   sono   delle   appendici   che   permettono,   roteando,   alla   cellula   di   muoversi:  

sono   costituiti   da   una   proteina   chiamata   flagellina.   Un   complesso   motore  

proteico,   ancorato   o   alla   membrana   citoplasmatica   o   alla   membrana   esterna   fa  

girare  il  filamento  come  un’elica;  senza  il  flagello  la  cellula  non  è  più  in  grado  di  

muoversi.  

I  Pili  

I  pili  sono  dei  filamenti  che  sporgono  dalla  superficie  di  alcuni  batteri  soprattutto  

di  tipo  gram-­‐;  servono  a  facilitare  il  contatto  con  altre  cellule  e  sono  importanti  

durante   le   fasi   di   adesione   cellulare.   Inoltre,   esiste   un   pilo  chiamato   sessuale   che  

è   responsabile   del   passaggio   di   materiale   genetico   da   una   cellula   batterica  

all’altra  durante  un  loro  contatto.  

La  cellula  eucariota  

La   cellula   eucariota   è   10   volte   più   grande   di   quella   procariota;   è   separata  

dall’ambiente   esterno   dalla   membrana   citoplasmatica,   all’interno   contiene   il  

citoplasma  dove  sono  presenti  i  ribosomi  e  altri  organelli  molto  importanti  e  ben  

specifici,   avvolti   ciascuno   da   uno   strato   di   membrana.   Questa   membrana   ha   la  

funzione   di   separare   le   molecole   contenute   in   ciascun’organulo   con   quelle  

contenute   all’interno   della   cellula,   prevendo   pericolose   reazioni   tra   di   esse;  

inoltre   è   utile   per   regolare   ciò   che   deve   entrare   e   uscire   da   ogni   organulo  

(materie  prime,  prodotti).  

Gli  organuli  principali  della  cellula  procariote  sono:  

-­‐ Nucleo  

-­‐ Mitocondrio  

-­‐ Apparato  del  Golgi  e  reticolo  endoplasmatico  (liscio  e  rugoso)  

-­‐ Lisosomi  e  vacuoli  

-­‐ Cloroplasti  

Frazionamento  cellulare  

Per   studiare   gli   organelli   contenuti   nelle   cellule,   si   ricorre   al   frazionamento  

cellulare:   esso   consiste   in   una   centrifugazione   della   cellula,   preventivamente  

lisate,   cioè   rotte   delicatamente.   La   miscela   ottenuta   viene   centrifugata   e   si  

ottiene   il   pellet,   insieme   degli   organelli   più   pesanti   che   si   depositano   sul   fondo  

della  provetta,  e  il  supernatante  che  si  stratifica  al  si  sopra  del  pellet  e  contiene  

particelle   più   leggere.   Le   due   parti   così   ottenute   possono   essere   centrifugate  

ulteriormente   a   velocità   sempre   più   alte   per   ottenere   via   via,   un   pellet   che  

contiene   componenti   cellulari   più   pesanti.   Si   può   utilizzare   anche   la  

centrifugazione  su  gradiente  di  densità,  che  consiste  nel  riempire  la  provetta  con  

soluzioni  a  densità  decrescente;  così  facendo  durante  la  centrifugazione,  ciascun  

elemento   del   pellet   migrerà   nella   zona   dove   la   sua   densità   è   pari   a   quella   della  

porzione   di   soluzione.   Gli   organuli   così   purificati   possono   essere   estratti   e  

studiati.  

Il  nucleo  

Il  nucleo  è  la  parte  più  grande  della  cellula  ed  è  costituito  da  due  parti  essenziali:  

l’involucro  nucleare  e  in  nucleoplasma.  Nel  nucleoplasma  troviamo  la  cromatina  

e  il  nucleolo:  nel  nucleolo  sono  sintetizzati  gli  RNA  ribosomiali,  nella  cromatina  

invece  troviamo  il  DNA  legato  ad  alcune  proteine.  Prima  della  divisione  cellulare,  

la   cromatina   forma   strutture   chiamate   cromosomi,   cioè   “pacc