La Cellula

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 è necessario che la sostanza sia liposolubile;

- OSMOSI: le membrane cellulari sono molto permeabili alle di molecole di acqua. Questo

processo consiste nel passaggio di acqua da una zona a maggiore concentrazione ad una

zona di minore concentrazione;

- DIFFUSIONE FACILITATA: molti nutrienti essenziali (es. glucosio ed aminoacidi) non

sono liposolubili e nemmeno sufficientemente piccoli per passare attraverso i canali di

membrana. Queste sostanze possono attraversare la membrana solo se trasportate

passivamente da PROTEINE TRASPORTATRICI (CARRIER). Per essere trasportata,

la molecola si lega al sito recettoriale di una proteina transmembrana. 3

Permeabilità della membrana: processi attivi

I processi attivi richiedono dispendio di energia, generalmente sottoforma di ATP.

Essi comprendono:

- TRASPORTO ATTIVO: quando l’energia necessaria per muovere ioni o molecole

attraverso la membrana è fornita dal legame ad alta energia dell’ATP. Il meccanismo

richiede l’intervento di specifici enzimi oltre alle proteine carrier. Tutte le molecole viventi

+ + 2+ 2+

mostrano un trasporto attivo di sodio (Na ), potassio (K ), calcio (Ca ) e magnesio (Mg ).

- 2+

Cellule specializzate possono trasportare ioni particolari come lo ioduro (I ) o il ferro (Fe );

- ENDOCITOSI: materiale extracellulare viene incluso in vescicole a livello della membrana

cellulare ed importato nella cellula. Questo processo spesso coinvolge grandi quantità di

materiale extracellulare ed alcune volte è detto trasporto massivo. Tutte le forme di

endocitosi producono piccoli compartimenti racchiusi da membrane, detti endosomi.

Esistono 3 tipi principali di endocitosi:

• FAGOCITOSI;

• PINOCITOSI;

• ENDOCITOSI MEDIATA DA UN RECETTORE. 4

Estensioni del plasmalemma: i microvilli

I MICROVILLI sono piccole proiezioni digitiformi della membrana cellulare. Si trovano nelle

cellule la cui funzione è principalmente quella di assorbire materiali dal fluido extracellulare, come

le cellule dell’intestino tenue e del rene.

I microvilli sono importanti perché incrementano l’area della superficie esposta all’ambiente

extracellulare disponibile per l’assorbimento.

Citoplasma

Per CITOPLASMA si intende tutto il contenuto cellulare. In esso si trovano molte più proteine che

nel liquido extracellulare e queste proteine rappresentano il 15-30% del peso cellulare.

Il citoplasma può essere suddiviso in:

- CITOSOL: o liquido intracellulare, in esso si trovano i nutrienti disciolti, ioni, proteine

solubili ed insolubili e i prodotti di rifiuto. Esso si differenzia dal liquido extracellulare per 3

ragioni:

• +

Nel citosol si trova una maggiore concentrazione di potassio (K ) rispetto al liquido

+

extracellulare, dove invece è maggiore la concentrazione di sodio (Na ). All’esterno

della membrana plasmatica vi è un eccesso di cariche positive, mentre all’interno vi

è un eccesso di cariche negative. Ciò determina la creazione di un potenziale

transmembrana, come se fosse una piccola batteria;

• Il citosol contiene una maggiore concentrazione di proteine le quali gli conferiscono

una maggior consistenza (densità);

• Il citosol contiene una quantità piuttosto scarsa di carboidrati (metabolizzati per

produrre energia) e grosse riserve di aminoacidi (utili per sintetizzare proteine) e di

lipidi (impiegati per mantenere la membrana plasmatica e come scorta di energia in

caso di assenza dei carboidrati);

- ORGANULI: si trovano in tutte le cellule anche se il loro numero e tipo variano nei diversi

tipi cellulari. Essi possono essere suddivisi in:

• ORGANULI NON MEMBRANOSI: sempre a contatto con il citosol

(citoscheletro, centrioli, flagelli, ribosomi);

• ORGANULI MEMBRANOSI: circondati da una membrana che ne isola in

contenuto dal citosol.

Citoscheletro

Il CITOCHELETRO è costituito da una rete proteica che conferisce resistenza e flessibilità al

citoplasma.

Le 4 principali componenti sono:

- MICROFILAMENTI: sottili filamenti proteici composti principalmente dalla proteina

ACTINA. Essi hanno 2 principali funzioni:

• Ancorano il citoscheletro alle proteine transmembrana;

• I microfilamenti di actina possono interagire con microfilamenti o strutture più

grandi costituite dalla proteina MIOSINA;

- FILAMENTI INTERMEDI: sono così definiti sulla base della loro dimensione.

Ad esempio, i filamenti intermedi specializzati si trovano nei neuroni e sono detti

NEUORFILAMENTI.

I filamenti intermedi:

• Forniscono resistenza;

• Stabilizzano la posizione degli organuli;

• Trasportano materiale nel citoplasma. 5

- FILAMENTI SPESSI: sono filamenti relativamente spessi composti dalla proteina

miosina. Sono numerosi soprattutto nelle cellule muscolari, dove interagiscono con i

filamenti di actina per produrre potenti contrazioni;

- MICROTUBULI: si trovano in tutte le cellule. Sono strutture a forma di tubo cavo il cui

costituente principale è la proteina globulare TUBULINA.

Essi possiedono varie funzioni:

• Rappresentano il componente principale del citoscheletro, conferendo alla cellula

resistenza e rigidità;

• Il loro assemblaggio e/o disassemblaggio determina un cambiamento nella forma

della cellula;

• I microtubuli possono legare gli organuli e altre sostanze intracellulari e spostarli

all’interno della cellula;

• Durante la divisione cellulare formano l’apparato del fuso, che determina la

distribuzione dei cromosomi che si sono duplicati ai poli opposti della cellula in

divisione;

• I microtubuli sono componenti strutturali di alcuni organuli, come i centrioli, ciglia e

flagelli.

Centrioli, ciglia e flagelli

Gruppi di microtubuli possono interagire tra loro per costituire strutture complesse:

- CENTRIOLI: sono strutture cilindriche composte da corti microtubuli. Contengono 9

triplette di microtubuli, questa disposizione viene definita disposizione 9+0. Questa

espressione indica il numero di gruppi di microtubuli periferici disposti ad anello ed il

numero di microtubuli presenti al centro dell’anello.

I centrioli dirigono il movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare. Le cellule

che non si dividono come gli eritrociti maturi e le cellule muscolari scheletriche, non

possiedono i centrioli.

Il CENTROSOMA è la regione di citoplasma che contiene la coppia di centrioli e dirige

l’organizzazione dei microtubuli del citoscheletro;

- CIGLIA: sono costituite da 9 coppie di microtubuli che circondano una coppia posta al

centro. Questa disposizione è conosciuta come disposizione 9+2.

Le ciglia sono ancorate ad un CORPUSCOLO BASALE compatto, posto appena sotto la

superficie cellulare.

La porzione libera del ciglio è completamente ricoperta dalla membrana cellulare.

“battono”

Le ciglia ritmicamente ed il loro movimento coordinato sposta i liquidi e le

secrezioni presenti sulla superficie cellulare.

Le ciglia presenti a livello dell’epitelio che riveste le vie respiratorie, battono in maniera

sincrona e fanno scorrere il muco e le particelle in esso incorporate verso il collo,

allontanandole dalla delicata superficie respiratoria;

- FLAGELLI: sono simili alle ciglia ma sono molto più lunghi.

I flagelli spostano una cellula all’interno del liquido che la circonda.

Le sole cellule umane munite di flagelli sono gli spermatozoi, i cui flagelli determinano il

loro spostamento lungo le vie genitali femminili. 6

Ribosomi

I RIBOSOMI sono organuli piccoli e densi che non possono essere mai visti al microscopio ottico.

Si trovano in tutte le cellule ma il loro numero varia a seconda del tipo di cellule e delle loro

attività. Ogni ribosoma è costituito per il 60% da RNA e per il 40% da proteine.

Questi organuli sono fabbriche intracellulari che sintetizzano proteine utilizzando l’informazione

fornita dal DNA presente all’interno del nucleo.

Un ribosoma è costituito da due subunità (subunità maggiore e subunità minore) che si incastrano

tra loro appena inizia la sintesi proteica. Quando la sintesi proteica termina, le due subunità si

separano.

Esistono 2 tipi di ribosomi:

- RIBOSOMI LIBERI: sono dispersi nel citoplasma e le proteine che sintetizzano si

disperdono nel citosol;

- RIBOSOMI FISSI: sono adesi al RETICOLO ENDOPLASMATICO e le proteine

sintetizzate entrano nella cavità interna del reticolo, o lume, nel quale vengono modificate ed

assemblate prima di essere trasferite altrove. 7

Organuli membranosi

Ogni organulo membranoso è completamente circondato da un doppio strato lipidico che lo isola

dal citosol.

I principali organuli membranosi sono:

- MITOCONDRI: sono organuli dotati di un insolito doppio rivestimento membranoso.

La membrana più interna contiene numerosi ripiegamenti detti CRESTE. Le creste

incrementano la superficie esposta al fluido che lo stesso mitocondrio contiene, detto

MATRICE MITOCONDRIALE. La matrice contiene enzimi metabolici che catalizzano

le reazioni chimiche che producono l’energia necessaria al metabolismo cellulare. Gli

enzimi attaccati alle creste sono responsabili della produzione della maggior parte dell’ATP

mitocondriale che, a sua volta, rappresenta il 95% dell’energia necessaria alla sopravvivenza

della cellula.

I mitocondri producono ATP demolendo le molecole organiche attraverso una serie di

reazioni chimiche che consumano ossigeno (O ) e producono anidride carbonica (CO ).

2 2

Gli eritrociti sono privi di mitocondri (ottengono energia in altri modi), mentre le cellule

muscolari scheletriche ne contengono circa 300.

I mitocondri sono in grado di rispondere ad un aumento delle richieste energetiche

duplicandosi;

- NUCLEO: è il centro di controllo di tutte le