Fondamenti di Biologia

Biologia teoria cellulare

Cellule procariote

Le cellule procariote (batteri e archeobatteri) sono molto piccole rispetto a quelle eucariotiche e anche molto più semplici. Non hanno un nucleo ma un nucleoide verosimilmente centrale dove risiede il DNA. Hanno in più rispetto alle eucariotiche i flagelli, che hanno funzione motoria della cellula, e una capsula talvolta che ha funzione di difesa. I batteri fotosintetici poi hanno avuto la capacità di convertire l’energia solare in ossigeno, riuscendo a cambiare nel corso di migliaia di anni la chimica atmosferica, arricchendola di ossigeno che poi diventerà utile per la vita eucariotica.

Dopo di che la nascita delle cellule eucariotiche è ipotizzata come una simbiosi tra due cellule procariote, una ne ha inglobata un’altra ma senza distruggerne il contenuto, che poi si è altamente specializzato, diventando mitocondrio.

Mitocondrio e cellule eucariotiche

MITOCONDRIO = CELLULA EUCARIOTICA; la cellula eucariotica ha dei compartimenti specializzati. A questo punto sono state redatte le tre regole della teoria cellulare:

• La cellula è l’unità base dei viventi.
• Tutti gli organismi viventi hanno cellule.
• Una cellula può provenire solo da una cellula genitore, non può autogenerarsi.

La vita perciò è un fenomeno continuo.

Eucariote animale

I mitocondri sono le “centrali energetiche” della cellula tramite i processi di respirazione cellulare e quindi utilizzo di glucosio trasformato in ATP. Nucleo: presente solo nelle eucariotiche e contiene il DNA, sotto forma di cromatina che può essere condensata in funzione della vita cellulare.

Cromatina: DNA + proteine istoniche e non istoniche, che insieme formano il cromosoma. Nucleolo: regione più interna rispetto al nucleo dove viene sintetizzato l’rRNA, serve quindi all’immagazzinamento delle informazioni genetiche. Tutto il resto dell’RNA viene sintetizzato dal resto del nucleo.

Membrana nucleare: divide il nucleo dal citosol ed è costituita da una lamina nucleare interna ed esterna intervallata dai pori nucleari, che servono allo scambio di informazioni con il resto della cellula. Il poro è costituito da proteine di struttura che formano due anelli nucleari rivolti uno verso l’esterno (citosol) e uno verso l’interno (nucleoplasma). Nel versante esterno il poro rimane ancorato in posizione tramite proteine legate al citoscheletro (a forma di canestro), che di conseguenza stabilizza tutto l’intero nucleo nella posizione definitiva nella cellula.

Membrana plasmatica

È la struttura che delimita la cellula dall’esterno, zona intracellulare e zona extracellulare, deve essere fluida come caratteristica fondamentale. Serve agli scambi e sente gli stimoli esterni come ad esempio le differenze dei potenziali nei muscoli. Costituita da fosfolipidi, proteine, glicolipidi e colesterolo. La membrana è fatta da un doppio strato in soluzione acquosa di fosfolipidi che con le loro teste idrofiliche e le code idrofobiche permettono la divisione degli ambienti. Nella quale però sono inserite proteine intrinseche ed estrinseche (parziali), quindi si trovano o sul versante interno o sul versante esterno, che formano il modello a mosaico fluido asimmetrico, l’interno della membrana e l’esterno possono essere profondamente diversi.

La possibilità di movimento lungo l’asse orizzontale, permessa dai grassi insaturi, favorisce lo scambio di sostanze. Nel caso in cui, per condizioni chimiche (eccessivo colesterolo) e/o fisiche (temperatura), la membrana plasmatica dovesse irrigidirsi o indebolirsi, gli scambi si limitano di molto. Chi limita l’irrigidimento è lo steroide colesterolo.

Le proteine intrinseche possono essere integrali o non-integrali e ulteriormente quelle non-integrali possono avere un dominio estrinseco o intrinseco con importanti funzioni se quelle proteine sono recettori o enzimi che attivano e catalizzano gli scambi chimici cellulari.

Gli scambi cellulari sono regolati da correnti elettriche, che movimentano sostanze dall’interno all’esterno e viceversa. Per poter attivare il processo, le cellule eccitabili hanno un potenziale di resting, di base, che se cambiato influenza gli scambi.

Meccanismi di trasporto

I meccanismi di trasporto possono essere passivi (no ATP) o attivi (con ATP). I passivi si chiamano:

• Diffusione semplice: muove le molecole secondo gradiente di concentrazione, permette il passaggio di molecole liposolubili e di piccole dimensioni.
• Diffusione facilitata: facilitata dalle proteine intrinseche carrier e proteine canali, che rispettivamente trasportano specifiche molecole e con numero limitato dato il numero limitato delle proteine stesse (fino alla fase di plateau). Invece, quelle canali insufflazionano migliaia di molecole insieme. Le proteine vengono attivate da stimoli chimici (ligandodipendenti) o elettrici (voltaggiodipendenti).
• Osmosi: in questo caso si muovono le molecole di acqua e non i soluti, sempre passiva attraverso una membrana semi-permeabile. L’acqua quindi si muove dalla soluzione ipotonica (soluti molto disciolti) a quella ipertonica (soluti poco disciolti e quindi secchi).

Gli attivi sono:

• Primario: pompe ioniche, pompa Na⁺/K⁺. Inizialmente sono disponibili solo i siti di legame dello ione sodio, in quanto la proteina è aperta verso il citosol, mentre i siti per il potassio sono inaccessibili. Poi arriva ATP che fa cambiare conformazione alla proteina, la quale si apre verso l’esterno rilasciando il sodio e rendendo disponibili i recettori per il potassio, che verranno poi immessi nella cellula.
• Secondario: questo tipo di proteina non sfrutta direttamente l’ATP, ma fa in modo di trasportare contro gradiente la molecola da trasportare in funzione del trasporto primario. Quindi l’energia per far funzionare il trasporto secondario deve comunque essere “investita” dalla cellula. Ad esempio, il glucosio si attacca alla molecola di sodio che è stata appena emessa dalla pompa sodio-potassio per poi ridiffondere secondo gradiente di concentrazione nella cellula.

Le proteine trasportatori possono essere: uniporto (senso unico), simporto (doppio senso unico), antiporto (doppio senso). Questi meccanismi quindi servono a regolare tutti gli equilibri cellulari. Esistono però molecole talmente grandi o specifiche che la membrana non riesce a dedicargli un “canale privilegiato” adottando tecniche di trasporto, allora attua meccanismi di endocitosi (porta dentro) ed esocitosi (porta fuori) tramite vescicole, che possono essere anche lipoproteine come nel caso del colesterolo. L’endocitosi poi viene controllata e gestita dai lisosomi (organelli di controllo), che si attaccano.