La cellula

La cellula

Che cos'è la cellula

La cellula è l'unità funzionale e strutturale del nostro organismo, è un sistema a

controllo centralizzato, dove l’attività del DNA (trascrizione) viene modificata in

risposta a segnali chimici o ormoni inviati da vari punti della superficie e del

citoplasma. La cellula può essere più o meno organizzata, con diversi specifici

adattamenti, e diverse funzioni. Possono esserci cellule che costituiscono esse

stesse l'organismo (protozoi), o organismi costituiti da un'organizzazione di milioni

di cellule (gli umani). Esistono anche cellule con una piccolissima organizzazione

cellulare che comunque conta in ogni caso della presenza di un mitocondrio.

Per quanto riguarda gli organismi non cellulari, come per esempio i virus, essi

esistono senza un'organizzazione cellulare, non contengono organuli che

consentono il sostentamento (riproduzione e respirazione cellulare), per questo è

necessario che assumano una vita di tipo parassitaria, attraverso la quale,

sfruttando la cellula ospite, può vivere (nonché riprodursi). Il virus non è che un pacchetto di DNA o

RNA (nel caso dei retrovirus), contenuto in una capsula proteica. Il virus rimane in una situazione

latente finché non trova una cellula ad essa

complementare (complementarietà del capside)

nella quale inietterà il suo corredo genetico per

avviare la riproduzione. La caratteristica è quella

di riuscire a svilupparsi in modo tale da non farsi

riconoscere come antigene dalla cellula e quindi

completare in tranquillità il processo di

parassitosi. CARATTERISTICHE DELLE CELLULE

Si parla di cellula quando esiste una membrana che la

racchiude e che ne consente uno scambio con l'esterno. Di

fatti parleremo di membrana cellulare: una membrana

composta da un doppio strato di molecole fosfolipidiche, cioè

delle molecole anfipotiche (in parte idrofile, in parte idrofobe).

Nella membrana cellulare le cellule sono disposte in senso

opposto, in modo tale che le teste polari sia disposte verso

l'interno e le code apolari verso l'esterno. Nella membrana navigano delle proteine di membrana,

necessarie allo scambio con l'esterno, di molecole che non riescono a passare in modo autonomo

il doppio strato fosfolipidico, e quindi fungono da trasportatori.

Inoltre il sostegno, la forma, nonché la possibilità di

movimento, alla cellula viene dato dal citoscheletro.

Nella cellula possiamo trovare due caratteristiche:

- MOTO, interno al sistema (flussi intracellulari, moti interni,

ecc.).

- MOVIMENTO, spostamento solidale del sistema.

Moti intracellulari (correnti citoplasmatiche, spostamento

• di organelli, …).

Movimento ameboide.

• Movimento per ciglia o flagelli.

• Movimenti per contrazione muscolare.

•

Tutti questi moti/movimenti sono determinati dall’azione coordinata di microtubuli e microfilamenti,

strutture ultramicroscopiche del citoscheletro costituite da proteine motrici (actina e miosina).

Classificazione

Le cellule le possiamo suddividere in due classi: PROCARIOTE ed EUCARIOTE.

CELLULA PROCARIOTE.

•

È una cellula primitiva, propria del regno dei batteri (monere) con un'organizzazione elementare,

senza nessuna suddivisione, né organizzazione interna. Nello stesso spazio citoplasmatico c'è un

filamento circolare di DNA, dei piccoli ribosomi ed altri pochi organuli. L'elementarità di questa

cellula la rende molto rapida nelle sue operazioni, in quanto tutto è a portata di mano (un esempio

può essere la riproduzione cellulare di una cellula procariote, questa ha una durata media di 20

min, per questo le popolazioni batteriche si riproducono molto velocemente).

- I batteri:

Autotrofi, i quali producono le loro molecole organiche utilizzando come fonte di carbonio

I. l'anidride carbonica.

Eterotrofi, ricavano atomo di carbonio dai composti organici di altri organismi.

II. Considerando la fonte di

carbonio i batteri vengono

classificati in: utilizzano

I.Fotoautotrofi,

l'energia luminosa per

sintetizzare i composti organici.

utilizzano

II.Chemioautotrofi,

l'anidride carbonica come fonte

di carbonio ed utilizzano

l’energia. mediante ossidazioni

di composti inorganici, come

l'ammoniaca (NH3) e l’acido

solfidrico (H2S).

Fotoeterotrofi, ottengono carbonio da altri organismi, ma utilizzano la clorofilla ed altri

III. pigmenti fotosintetici per catturare l’energia luminosa.

Chemioeterotrofi, dipendono dalle molecole organiche sia per il carbonio che per

IV. l’energia.

CELLULA EUCARIOTE.

•

È la cellula più organizzata ed è propria dei regni più sviluppati quindi protisti, funghi, vegetali ed

animali. Per la formazione della cellula eucariote ci si basa sulla teoria endosimbiotica formulata

dall’americana Lynn Margulis negli anni ’70: Lynn Margulis ipotizzò che in passato gli organuli,

cloroplasti e mitocondri, fossero stati dei batteri. In particolare, i cloroplasti erano dei batteri

fotoautotrofi, quindi si cibavano tramite la luce, effettuando la fotosintesi clorofilliana. Per i

mitocondri ipotizzò che erano dei batteri chemioautotrofi, ossia si cibavano tramite le sostanze

chimiche che trovavano già pronte in natura. La tesi originale di Margulis ipotizzava che dei batteri

aerobi (che richiedevano

ossigeno per vivere), fossero

stati inglobati da batteri

anaerobi (per i quali

l’ossigeno era tossico), e che

ognuno avesse ottenuto un

vantaggio selettivo dalla

coabitazione. I batteri aerobi

potevano aiutare gli

anaerobi facendo fronte alla

tossicità dell’ossigeno,

mentre i batteri anaerobi

potevano sostenere dal

punto di vista alimentare i batteri aerobi, svolgendo anche una funzione protettiva. Il risultato è una

cellula con doppia membrana; la membrana più interna corrisponde alla membrana plasmatica del

batterio, quella più esterna proviene dalla cellula che lo ha inglobato.

Le cellule eucariote anche se con alcune differenziazioni hanno tutte la stessa organizzazione, con

una membrana cellulare, al cui interno troviamo organuli quali mitocondri, ribosomi, un nucleo,

contenente il contenuto genetico rappresentato dal DNA, condensato insieme ad istoni a formare i

cromosomi. Inoltre l'organizzazione è tale da trovare le varie strutture rivestite e racchiuse da

membrane, come per esempio il nucleo presente all'interno della membrana nucleare. La

particolarità è che nelle cellule vegetali, oltre ai mitocondri, troviamo i cloroplasti. Le cellule animali,

sono le uniche che non contengono una parete cellulare, in quanto conferirebbero una rigidità non

adatta alle cellule umane.

La cellula procariote

I batteri hanno una

dimensione massima di

alcuni micrometri, non si

vedono ad occhio nudo, ma

è necessario utilizzare un

microscopio ottico.

Le cellule procariote non

hanno nucleo, non hanno

organelli delimitati da

membrane.

Gli elementi che

contraddistinguono le

cellule procariote sono:

PARETE CELLULARE

•

La maggior parte delle cellule procariote hanno una parete cellulare esterna alla membrana con

funzione di sostegno e protezione. Le cellule batteriche hanno un'elevata concentrazione di soluti

e la parete avrete impedisce che esplodano in condizioni ipotoniche.

La parete cellulare e’ costituita da peptidoglicano, polimero complesso composto da due tipi di

zuccheri, NGM e NAM, legati a corti

polipetidi.

•CAPSULA

Alcuni batteri hanno una capsula

mucillaginosa di polisaccaridi con

funzioni di:

- Protezione (Streptococcus

pneumoniae) dalla fagocitosi.

- Adesione (placca).

- Antidisidratazione (zuccheri idrofilici).

NUCLEOIDE

•

I batteri contengono in genere un solo cromosoma che, a

differenza di quelli delle cellule eucariote, ha una forma

circolare; questo cromosoma è situato nel nucleoide, una zona

della cellula non avvolta da membrana. Un tipico cromosoma

batterico possiede qualche milione di nucleotidi e contiene

poche migliaia di geni; la maggior parte del cromosoma è

costituito da geni strutturali, mentre i restanti geni sono coinvolti

nell'espressione genica e nella duplicazione batterica.

PLASMIDE

•

Oltre al DNA cromosomi o, praticamente tutti i tipi di batteri contengono altre molecole di DNA

chiamate plasmidi. Essendo molto più piccoli del cromosoma, i plasmidi posseggono in genere

solo uno o due geni; i plasmidi più grandi, però, ne possono avere anche diverse decine. Come il

cromosoma barrico, anche i plasmidi sono circolari e hanno un DNA a doppio filamento; inoltre si

possono duplicare autonomamente in quanto posseggono un proprio punto d'origine della

duplicazione. Alcuni plasmidi si duplicano in sincronia con il cromosoma e ogni cellula figlia riceve

soltanto una copia del plasmidi; altri, invece, si duplicano più frequentemente del cromosoma con

risultato che le cellule possono contenere copie multiple del plasmide: nel caso di alcuni plasmidi

ne sono state trovate altri 50 copie in unica cellula. Viceversa, se il plasmide si duplica meno

frequentemente del cromosoma, le cellule figlie possono non riceverne una copia.

Esistono cinque principali categorie di plasmidi:

-

Plasmidi degradativi, che consentono ai batteri di metabolizzare

determinate sostanze, anche tossiche come alcuni residui del

petrolio o pesticidi.

-

Plasmidi Col, che codificano per le colicine, proteine in grado di

uccidere altri batteri.

-

Plasmidi della virulenza, che trasformano le cellule ospite in

patogeni.

-

Plasmidi F, che consenteno ai batteri di scambiare materiale

genetico; questo trasferimento di DNA da una cellula (F+) ad

un'altra cellula (F-) viene detto coniugazione.

-

Plasmidi R, i cui geni conferiscono resistenza ad alcuni agenti

antibatterici per esempio gli antibiotici.

I PROCARIOTI SI DIVIDONO PER SCISSIONE BINARIA

•

Nei procarioti la divisione cellulare ha come risultato la riproduzione dell’intero organismo. La

cellula cresce di dimensione, duplica il proprio DNA e poi si divide semplicemente in due con un

processo che prende il nome di scissione binaria.

Per trovare posto dentro la cellula, la molecola di DNA deve compattarsi: se fosse distesa sarebbe

quasi un migliaio di volte più grande dell’intera cellula. La molecola raggiunge questo scopo in

parte ripiegandosi su sé stessa, grazie anche a proteine basiche (carica positiva) legate al DNA,

che invece è acido (carica negativa).

Nel cromosoma procariotico sono presenti due zone che svolgono una funzione nella riproduzione

cellulare: la regione ori, costituisce il punto in cui inizia la duplicazione; la regione ter, è il punto in

cui termina la duplicazione.

La duplicazione del DNA avviene nella zona

centrale della cellula, le regioni ori delle due

molecole di DNA in formazione si spostano verso

le estremità opposte della cellula. Fondamentali

per la segregazione sono alcune proteine che si

legano al DNA contiguo alla regione ori. Si tratta

di un processo attivo, in quanto queste proteine

idrolizzano ATP per ricavare energia. Dopo che la

duplicazione del cromosoma si è conclusa, ha

inizio la citodieresi, ovvero la separazione delle

due cellule figlie. Il primo evento della citodieresi è

una strozzatura della membrana plasmatica che

forma un anello. I componenti principali di questo

anello sono delle fibre composte da una proteina

simile alla tubulina degli eucarioti (la proteina che

forma i microtubuli). A mano a mano che l’anello si

stringe, nella membrana si genera una

strozzatura; contemporaneamente, a livello della

parete cellulare si deposita nuovo materiale che

finisce per separare le due cellule

Struttura di una cellula eucariote

STRUTTURE CORRELATE ORGANELLI ENERGETICI

ALL'ESPRESSIONE DEL MATERIALE

GENETICO

Cromosomi Mitocondri

Nucleolo Cloroplasti

RIbosomi

SISTEMI DI MEMBRANE CELLULARI STRUTTURE DI SOSTEGNO

Reticolo Endoplasmatico Liscio Parete cellulare

Reticolo Endoplasmatico Rugoso Citoscheletro

Apparato del Golgi

Membrana nucleare

Lisosomi

Perissosomi

Vescicole cellulari

Con la nascita delle cellule eucariote, comincia la specializzazione, in cui ogni cellula si sviluppa

per svolgere al meglio un particolare ruolo.

La differenziazione ha portato a grandi differenze anche tra le cellule principali, come tra le cellule

vegetali e le cellule animali, nelle quali si possono notare strutture completamente diverse tra di

loro in funzione della loro attività.

Tra le cellule vegetali e le cellule animali si possono comunque delle strutture affini come:

• IL NUCLEO

Corpuscolo sferico

contenente il

- Nucleolo, adibito

alla costruzione dei

ribosomi e al

controllo dei vari

organuli del

citoplasma.

- Cromatina,

portatrice delle

informazioni

genetiche, cioè il

DNA (durante la

separazione i filamenti che compongono la cromatina si avvolgono formando i cromosomi).

Il nucleo è circondato dall’involucro nucleare che ha una struttura complessa, essendo costituito da

due membrane nucleari, dalla sottostante lamina

nucleare e dai complessi del poro.

Il complesso del poro nucleare consiste in una

invaginazione delle due membrane nucleari

(fusione), tenuta aperta da una struttura ad otto

raggi, fissati ad anello alle membrane. Dall’anello

posto sul lato citoplasmatico si estendono

filamenti

citoplasmatici,

mentre dal lato

nucleare i

filamenti

formano una

struttura a

canestro.

• RETICOLO ENDOPLASMATICO A continuazione della membrana nucleare esterna c'è

un esteso sistema chiuso di cavità comunicanti, per cui

le macromolecole vengono smistate e anche

parzialmente modificate. Ad es. nel reticolo

endoplasmatico e nell’apparato del Golgi avviene la

glicosilazione, ossia l’unione tra polipeptidi e mono o

oligosaccaridi per formare glicoproteine, più stabili, più

funzionali e più riconoscibili.

Il reticolo endoplasmatico lo dividiamo in rugoso e liscio

ENDOPLASMATICO RUGOSO.

I.RETICOLO

Definito rugoso in quanto presenta sulla sua superficie i

ribosomi. Il polipeptide in formazione si sviluppa verso il

lume del reticolo endoplasmatico rugoso, al cui interno viene smistato e parzialmente

trasformato. I polipeptidi nel lume del RER:

- Assumono la struttura terziaria.

- Vengono glicosilati: aggiunto un glucide.

I RIBOSOMI.

II.

Ribosomi sono organelli granulari, sono il luogo nel quale avviene

la sintesi proteica. I ribosomi sono composti da due subunitá una

maggiore ed una minore. Possono essere attaccati al reticolo

endoplasmatico rugoso o libere nel citoplasma, e a seconda del

luogo va a formare diverse proteine.

Ribosomi liberi:

- proteine intracitoplasmache >>> citosol.

Ribosomi RER:

- proteine integrali di membrana >>> membrana

- proteine da traslocare >>> lisosomiproteine di secrezione >>> secrezione.

Come detto è il sito della

costruzione delle proteine,

attraverso la sintesi proteica. Da

un filamento di RNA messaggero,

che entra nel ribosoma, si vanno a

legare i vari amminoacidi portati

dagli RNA di trasporto, fino a

completare la catena polipetidica

che verrà inserita nel lume del

reticolo endoplasmatico rugoso

rimanendoci fino alla sua

maturazione.

RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO.

III.

Il reticolo endoplasmatico liscio è privo di ribosomi; è la sede della sintesi e della distribuzione dei

lipidi complessi come i fosfolipidi, indispensabili alla costruzione di tutte le membrane della cellula.

Un altro importante compito del REL è quello di trasformare

determinate sostanze dannose per l'organismo, come ad

esempio l'etanolo, contenuto nelle bevande alcoliche, in

composti non tossici: per questo motivo vi è una notevole

presenza di REL nelle cellule del fegato, che, fra le sue

molteplici funzioni, comprende anche quella della

neutralizzazione delle sostanze tossiche.

Il REL è abbondante nelle:

- Cellule endocrine >>> ormoni steroidei.

- Cellule epatiche >>> colesterolo.

• APPARATO DEL GOLGI

Ogni apparato del Golgi è costituito da quattro o più sacchi appiattiti, chiamati cisterne, disposti in

pile; le cisterne sono formate da membrane e sono

circondate da tubuli e vescicole.

Nelle cisterne viene completata la trasformazione di

proteine e lipidi in glicoproteine e glicolipidi

attraverso l'assemblaggio finale con dei carboidrati.

Il prodotto finale viene inglobato nella membrana

formando una vacuolo che trasporterà il tutto,

attraverso le strutture del citoscheletro, fino alla sua

secrezione nella specifica destinazione:

- Enzimi lisosomiali -----> lisosomi.

- Proteine di membrana -----> membrana.

- Proteine di secrezione -----> esterno.

• LISOSOMI.

Hanno una duplice funzione, di identificazione e demolizione di macromolecole, organelli ed intere

cellule inefficienti, e difesa da agenti infettivi o tossici sia esterni che interni.

Sono vescicole membranose (prodotte dall’apparato del Golgi) contenenti 50 enzimi idrolitici per

degradare:

- Proteine (proteasi),

- Glicosidi (glicosidasi),

- Esteri fosforici (fosfatasi), ecc.

Riconoscono sostanze da degradare, vi si fondono, le degradano, le espellono. Operano a pH5 in

modo da non recare danno nel caso in cui la membrana dei lisosomi si rompesse nel citosol.

Il lisosoma, prodotto dall’apparato del Golgi, si fonde con il fagosoma, vescicola originata da una

introflessione della membrana plasmatica e contenente il corpo da digerire. Le piccole molecole

risultanti dalla digestione vengono poi riportate nel citosol per