La Cellula

La cellula

Introduzione

Il primo a descrivere le cellule è stato lo scienziato inglese Robert Hooke intorno al 1665. Il corpo umano contiene migliaia di miliardi di cellule, e tutte le attività umane sono il prodotto della risposta combinata e coordinata di milioni o miliardi di cellule. Ogni singola cellula funziona come un’entità individuale.

Nel corpo umano esistono 2 tipi di cellule:

• Cellule sessuali: o cellule riproduttive, sono rappresentate dagli spermatozoi maschili e dagli ovociti femminili;
• Cellule somatiche: includono tutte le altre cellule del corpo.

Metodi di studio delle cellule

La citologia è lo studio della struttura e della funzione delle cellule. I due metodi più comuni per studiare la struttura cellulare e tissutale sono:

• Microscopia ottica: è una metodica in cui il raggio luminoso viene fatto passare attraverso l’oggetto che si vuole osservare. Un’immagine al microscopio ottico è detta micrografia ottica (MO). Il microscopio ottico può fornire immagini di strutture cellulari ingrandite fino a mille volte e mostrare dettagli fino a 0,25µm (µm significa micrometro; 1 µm = 0,001mm). Il microscopio ottico permette di distinguere i tipi cellulari;
• Microscopia elettronica: il microscopio elettronico adopera un fascio di elettroni, e non un fascio luminoso, per esaminare la struttura cellulare. Esistono 2 tipi di microscopio elettronico:
  • Microscopio elettronico a trasmissione (MET): osserva sezioni ultrasottili che vengono attraversate da un fascio di elettroni. L’immagine viene proiettata su una pellicola fotografica e ne risulta una micrografia elettronica a trasmissione;
  • Microscopio elettronico a scansione (MES): il fascio di elettroni rimbalza sulla superficie di un campione rivestito da uno strato di oro-carbonio, creando una micrografia elettronica a scansione.

Citologia

Il tipo ed il numero di organelli cellulari contenuti in una singola cellula dipendono dalla funzione della cellula stessa. La cellula rappresentativa si trova immersa in un mezzo acquoso detto fluido extracellulare. Una membrana plasmatica separa il contenuto cellulare, il citoplasma, dal fluido extracellulare. Il citoplasma, a sua volta, può ulteriormente essere suddiviso in una componente fluida, il citosol, ed in strutture intracellulari note come organuli.

Membrana plasmatica

La membrana plasmatica, detta anche membrana cellulare, costituisce il limite esterno della cellula. Generalmente è molto sottile e delicata, ed il suo spessore varia da 6 a 10nm (1nm = 0,001 µm). Essa presenta una struttura complessa costituita da fosfolipidi, proteine, glicolipidi e colesterolo, che possono variare a seconda della funzione svolta dalla cellula. La membrana plasmatica è definita doppio strato fosfolipidico, in quanto i fosfolipidi che la compongono formano due strati distinti. In ogni strato, le molecole di fosfolipidi sono disposte in maniera tale che le teste si trovano in superficie e le code rivolte verso l’interno.

Esistono due tipi generali di proteine di membrana:

• Proteine periferiche: sono attaccate alla superficie esterna o interna della membrana;
• Proteine integrali: sono immerse nella membrana. Le proteine transmembrana sono proteine integrali che occupano l’intero spessore della membrana. Alcune tra le proteine transmembrana formano canali che permettono il passaggio di molecole di acqua, ioni e piccoli composti idrosolubili verso l’interno o verso l’esterno della cellula. Le superfici interna ed esterna della membrana cellulare differiscono nella composizione proteica e lipidica.

Le componenti glucidiche delle glicoproteine e dei glicolipidi che si trovano sul versante esterno formano un rivestimento superficiale e vischioso detto glicocalice. Alcune di queste molecole funzionano come recettori: legandosi a specifiche molecole presenti nel liquido extracellulare. Un recettore di membrana può determinare modificazioni dell’attività cellulare.

Le funzioni generali della membrana cellulare includono:

• Isolamento fisico: il doppio strato lipidico della membrana cellulare è una sorta di barriera fisica in grado di separare l’interno della cellula dal liquido extracellulare;
• Regolazione degli scambi: la membrana cellulare controlla l’entrata di ioni e di sostanze nutritizie, l’eliminazione di sostanze di rifiuto e il rilascio di prodotti di secrezione;
• Sensibilità: la membrana cellulare è la prima parte della cellula interessata da modificazioni dell’ambiente extracellulare. Essa contiene un gran numero di recettori che permettono alla cellula di riconoscere determinate molecole. Ogni alterazione a livello della membrana determina una modificazione dell’attività cellulare;
• Supporto strutturale: connessioni specializzate tra le membrane cellulari, o tra queste ultime e il materiale extracellulare. Conferisce stabilità al tessuto.

Il colesterolo contribuisce a stabilizzare la struttura della membrana e a mantenere fluidità.

Permeabilità della membrana: processi passivi

La permeabilità della membrana è una proprietà che determina l’efficienza della barriera. Se la membrana non può essere attraversata è detta impermeabile. Se qualunque sostanza può attraversarla senza alcun ostacolo è detta liberamente permeabile. Le membrane cellulari hanno una permeabilità intermedia e sono dette selettivamente permeabili.

La permeabilità di una membrana cellulare varia a seconda dell’organizzazione, del tipo di lipidi e proteine di membrana. Il passaggio attraverso la membrana può essere:

• Processo attivo: richiedono un dispendio di energia da parte della cellula;
• Processo passivo: trasportano ioni o molecole attraverso la membrana cellulare senza alcun dispendio di energia.

I processi passivi comprendono:

• Diffusione: passaggio netto di sostanze da una zona di maggiore concentrazione ad una zona di minore concentrazione. La differenza tra le concentrazioni rappresenta il gradiente di concentrazione. Quando il gradiente di concentrazione viene annullato si stabilisce una condizione di equilibrio. Vi sono solo 2 meccanismi attraverso i quali gli ioni e le molecole possono attraversare la membrana cellulare: o attraverso un canale di membrana oppure attraverso la sua componente lipidica. La dimensione e la carica elettrica di uno ione o di una molecola ne determinano la capacità di attraversare la componente lipidica.