Citologia (la cellula)

La cellula

La membrana plasmatica

La membrana è una struttura idrofobica che separa il citoplasma dall’ambiente extracellulare creando due compartimenti distinti tra cui avvengono scambi bidirezionali che servono al nutrimento e la vita della cellula. È la sede delle interazioni con l’ambiente extracellulare, formata da sostanze idrofobe che costituiscono una struttura fluida.

I lipidi sono sostanze immiscibili in acqua e sono in grado di formare degli strati molecolari idrofobici. Presentano una parte apolare o idrofobica e gruppi idrofili o polari, essendo molecole anfipatiche. I gruppi idrofili, le teste polari, si orientano verso le superfici acquose, mentre le code idrofobiche, apolari, si orientano lontano dall’acqua. Si trovano quindi a contatto con altre code apolari di altre molecole lipidiche formando uno strato bimolecolare lipidico. I lipidi più abbondanti sono i fosfogliceridi e i glicerofosfolipi.

Le proteine formano circa il 50% della massa della membrana. La loro disposizione nella membrana crea un’asimmetria. Ad esempio, le glicoproteine sono presenti sul lato extracellulare e sono assenti nel lato citoplasmatico.

• Proteine estrinseche o periferiche: situate esternamente al doppio strato sia sul lato extracellulare che quello citoplasmatico. Legate con legami deboli ai gruppi polari del doppio strato.
• Proteine intrinseche: interagiscono in modo forte con il doppio strato poiché hanno un elevato contenuto di amminoacidi idrofobici.
• Proteine transmembrana: sono proteine intrinseche che presentano una porzione che sporge sulla faccia extracellulare e quella citoplasmatica. Possono essere recettori.

Funzioni della membrana

• Mantenere l’integrità strutturale della cellula
• Regolare la funzione osmotica tra ambiente intra ed extracellulare
• Mediare il trasporto di piccole o grandi molecole in entrata e uscita
• Mediare i fenomeni di endocitosi, esocitosi e gemmazione
• Riconoscere le molecole e le particelle mediante recettori
• Trasdurre segnali extracellulari in eventi intracellulari
• Essere sede di fenomeni bioelettrici come il potenziale di membrana
• Essere coinvolta nei fenomeni di adesione cellulare
• Presentare zone specializzate

Le proteine e i lipidi che formano la membrana costituiscono una struttura a mosaico fluido. Sulla superficie della membrana si alternano irregolarmente porzioni di doppio strato fosfolipidico (idrofobo) e porzioni formate da glicoproteine globulari o proteine (idrofile). Questo tipo di disposizione fa sì che la membrana sia libera di spostarsi lateralmente grazie alla fluidità delle componenti lipidiche.

La matrice pericellulare o glicocalice

La matrice pericellulare o glicocalice è formata da complessi proteico-saccaridici come glicoproteine e proteoglicani, che rivestono la membrana cellulare. Le glicoproteine e i proteoglicani hanno un ruolo fondamentale nelle interazioni con l’esterno, ad esempio nell’adesione cellulare.

Il trasporto attraverso la membrana plasmatica

La membrana plasmatica permette il passaggio di sostanze verso l’interno e l’esterno della cellula. Si distingue tra:

• Trasporto passivo: diffusione semplice e la diffusione facilitata, che sono regolate dall’equilibrio di concentrazione e sono quindi un processo spontaneo senza consumo di energia. Usato da molecole piccole, ossigeno, acqua.
• Trasporto attivo: quando la cellula accumula o espelle contro gradiente di concentrazione e prevede l’utilizzo di energia. La fonte di energia più usata nel trasporto attivo è l’ATP. Viene utilizzato per molecole di grandi dimensioni.

Endocitosi

L’endocitosi è un processo attraverso il quale la cellula internalizza molecole o corpi presenti nello spazio extracellulare in maniera massiva tramite la modifica della forma della sua membrana plasmatica, che crea uno spazio per racchiudere il materiale da introdurre nella cellula in una vescicola, detta vescicola endocitica. Richiede consumo di energia da parte della cellula. Tra le sue funzioni vi sono quelle di consentire l'introduzione di strutture cellulari e di molecole ad alto peso molecolare per la loro digestione intracellulare per azione di enzimi idrolitici presenti nei lisosomi, e di consentire l'internalizzazione di specifiche molecole esposte sulla sua superficie in modo da regolare la morfologia, l'area e la funzione di segnalazione della membrana plasmatica.

Si riconoscono tre tipi di endocitosi:

• Endocitosi mediata da recettori: è regolata e specifica. In questo tipo di endocitosi la cellula riconosce la molecola mediante proteine di membrana. L'endocitosi mediata da recettori è sfruttata anche dai virus per entrare nelle cellule ospiti.
• Pinocitosi: è costitutiva e aspecifica, ossia la cellula introduce piccole gocce di matrice extracellulare (ECM) in maniera indifferenziata. Questo è possibile perché il materiale in questione è presente disciolto in soluzione acquosa.
• Fagocitosi: è una forma specializzata di endocitosi in cui grosse particelle come microrganismi e cellule morte sono ingerite tramite grosse vescicole endocitiche, chiamate fagosomi. È importante nella maggior parte degli animali per scopi diversi dalla nutrizione ed è attuata principalmente da cellule specializzate, i cosiddetti fagociti professionisti. Nei mammiferi, tre classi di globuli bianchi agiscono da fagociti professionisti: macrofagi, neutrofili e cellule dendritiche. I fagosomi hanno diametri che sono determinati dalle dimensioni della particella ingerita e possono essere grandi quasi quanto la stessa cellula fagocitica. I fagosomi si fondono con i lisosomi dentro la cellula e il materiale ingerito viene quindi degradato. Le sostanze indigeribili rimarranno nei lisosomi, formando i corpi residui.

Esocitosi

L'esocitosi è il processo cellulare con il quale la cellula riversa al suo esterno (ovvero nel liquido extracellulare) delle molecole accumulate all'interno di una vescicola, tramite la fusione di quest'ultima con la membrana plasmatica. Tale vescicola è limitata da una membrana e originata dall'apparato di Golgi per vescicolazione. Il suo contenuto può essere costituito da proteine o molecole a basso peso molecolare, come i neurotrasmettitori.

Gemmazione

La gemmazione è la produzione di una vescicola che si stacca dalla membrana plasmatica e si libera all'esterno della cellula.