Termodinamica cellulare

La cellula: il laboratorio della vita

Gli organismi viventi sono costituiti da una o più unità elementari, le cellule. Gli organismi unicellulari sono formati da una sola cellula, invece, gli organismi pluricellulari sono costituiti da più cellule; in questo caso, le cellule svolgono ruoli diversificati e costituiscono i vari organi e tessuti dell’organismo.

Ogni cellula è delimitata da una membrana plasmatica, che la separa dall’ambiente esterno. Alcune cellule sono suddivise internamente in compartimenti (anche denominati organuli o organelli) mediante altre membrane interne. In base alla struttura interna, le cellule possono essere suddivise in procariote ed eucariote.

• Le cellule procariote costituiscono i batteri e gli archeobatteri; sono le più semplici: esse presentano soltanto la membrana plasmatica e al loro interno non sono presenti ulteriori suddivisioni, tutti i componenti cellulari (compreso il materiale genetico) sono distribuiti nel fluido interno, il citosol.
• Le cellule eucariote costituiscono gli animali e le piante e hanno una struttura più complessa: oltre alla membrana plasmatica, sono presenti delle membrane che suddividono la cellula internamente in compartimenti, quali ad esempio: il nucleo, che contiene il materiale genetico; i ribosomi, sede della sintesi delle proteine; i mitocondri, ovvero la centrale energetica della cellula. L’insieme degli organuli e del citosol, in cui sono distribuiti, costituisce il citoplasma.

Le membrane interne sono delle strutture altamente specializzate che non svolgono soltanto la funzione di pareti divisorie, esse assolvono vari compiti:

• Sono sede di numerosi processi chimici e biochimici attraverso i quali si produce l’energia necessaria per il corretto funzionamento dell’organismo.
• Si occupano del mantenimento del gradiente di concentrazione, ovvero della differenza di concentrazione delle specie chimiche presenti. La concentrazione è definita come il rapporto fra la quantità di soluto e la quantità di solvente. Fra due lati della membrana può essere presente una differenza di concentrazione, che regola determinate reazioni interne attraverso il passaggio e la fuoriuscita di determinate specie chimiche, essendo la membrana selettiva.
• Sono in grado di ricevere, codificare e inviare segnali provenienti dall’ambiente esterno: sulle membrane sono presenti dei recettori, che ricevono i segnali. Successivamente, i segnali vengono trasdotti, ovvero trasferiti dalla cellula che, in questo modo, può adeguare il suo funzionamento in risposta allo stimolo ricevuto.

La termodinamica cellulare

Tutti gli organismi viventi ubbidiscono alle stesse leggi che regolano i fenomeni naturali, inoltre, il processo evolutivo, nel corso del tempo, ha fatto in modo che gli esseri viventi possano utilizzare al meglio queste leggi per il proprio funzionamento e per adattarsi all’ambiente.

In ogni cellula di un organismo si verificano contemporaneamente e in modo coordinato, un numero incalcolabile di processi chimici e di scambi di energia con l’ambiente esterno. Gli organismi pluricellulari sono dotati di un maggiore grado di complessità in quanto questi processi coinvolgono miliardi di cellule che operano in maniera coordinata.

I processi che si verificano nella cellula e nell’organismo attraverso i quali avvengono scambi di materia ed energia con l’ambiente esterno, portano ad una variazione positiva dell’entropia dell’universo, ovvero ad un aumento dello stato di disordine nell’ambiente e ad una variazione negativa dell’entropia del sistema, ovvero ad una diminuzione dello stato di disordine nel sistema.

Infatti, il secondo principio della termodinamica impone che qualsiasi processo che si verifica nell’universo porta ad un aumento dello stato di disordine complessivo, nonostante possa portare ad un aumento dello stato di ordine in una porzione circoscritta dell’universo: tutti i sistemi che riescono ad ottenere questo tipo di ordine sono denominati strutture dissipative. Tuttavia, l’entropia complessiva risulta positiva.

Gli esseri viventi sono delle strutture dissipative in quanto sono dei sistemi aperti che scambiano energia e materia con l’ambiente, in questo modo, aumentano il proprio stato di ordine attraverso il metabolismo, ovvero l’insieme di processi attraverso cui l’organismo assume componenti dall’esterno, li trasforma e li restituisce all’ambiente, aumentando lo stato di disordine universale. Il metabolismo è definito come il complesso di reazioni biochimiche di sintesi ( anabolismo ) e di degradazione ( catabolismo ), che si svolgono in ogni organismo vivente.

I processi metabolici comprendono esoergonici ed endoergonici:

• I processi esoergonici sono spontanei in quanto non necessitano energia per avvenire. Gli organismi tendono ad uno stato energetico più basso e rilasciano energia libera all’esterno, determinando la

La cellula: il laboratorio della vita

Gli organismi viventi sono costituiti da una o più unità elementari, le cellule. Gli organismi unicellulari sono formati da una sola cellula, invece, gli organismi pluricellulari sono costituiti da più cellule; in questo caso, le cellule svolgono ruoli diversificati e costituiscono i vari organi e tessuti dell'organismo.

Ogni cellula è delimitata da una membrana plasmatica, che la separa dall'ambiente esterno. Alcune cellule sono suddivise internamente in compartimenti (anche denominati organuli o organelli) mediante altre membrane interne. In base alla struttura interna, le cellule possono essere suddivise in procariote ed eucariote.

• Le cellule procariote costituiscono i batteri e gli archeobatteri; sono le più semplici: esse presentano soltanto la membrana plasmatica e al loro interno non sono presenti ulteriori suddivisioni, tutti i componenti cellulari (compreso il materiale genetico) sono distribuiti nel fluido interno, il citosol.
• Le cellule eucariote costituiscono gli animali e le piante e hanno una struttura più complessa: oltre alla membrana plasmatica, sono presenti delle membrane che suddividono la cellula internamente in compartimenti, quali ad esempio: il nucleo, che contiene il materiale genetico; i ribosomi, sede della sintesi delle proteine; i mitocondri, ovvero la centrale energetica della cellula. L'insieme degli organuli e del citosol, in cui sono distribuiti, costituisce il citoplasma.

Le membrane interne sono delle strutture altamente specializzate che non svolgono soltanto la funzione di pareti divisorie, esse assolvono vari compiti:

• Sono sede di numerosi processi chimici e biochimici attraverso i quali si produce l'energia necessaria per il corretto funzionamento dell'organismo.
• Si occupano del mantenimento del gradiente di concentrazione, ovvero della differenza di concentrazione delle specie chimiche presenti. La concentrazione è definita come il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente. Fra i due lati della membrana può essere presente una differenza di concentrazione, che viene regolata dalle membrane interne attraverso il passaggio e la fuoriuscita di determinate specie chimiche, creando una permeabilità selettiva.
• Consentono la trasduzione, ovvero l'interpretazione dei segnali provenienti dall'ambiente esterno: sulle membrane sono presenti dei recettori, che ricevono i segnali. Successivamente, i segnali vengono trasdotti, ovvero vengono elaborati dalla cellula che, in questo modo, può adeguare il suo funzionamento in risposta al segnale ricevuto.

La termodinamica cellulare

Tutti gli organismi viventi ubbidiscono alle stesse leggi che regolano i fenomeni naturali, inoltre, il processo evolutivo, nel corso del tempo, ha fatto in modo che gli esseri viventi possano utilizzare al meglio queste leggi per il proprio funzionamento e per adattarsi all'ambiente.

In ogni cellula di un organismo si verificano contemporaneamente e in modo coordinato, un numero incalcolabile di processi chimici e di scambi di energia con l'ambiente esterno. Gli organismi pluricellulari sono dotati di un maggiore grado di complessità in quanto questi processi coinvolgono miliardi di cellule che operano in maniera coordinata.

I processi che si verificano nella cellula e nell'organismo attraverso i quali avvengono scambi di materia ed energia con l'ambiente esterno, portando a una variazione positiva dell'entropia dell'universo, ovvero ad un aumento dello stato di disordine nell'ambiente e ad una variazione negativa dell'entropia del sistema, ovvero ad una diminuzione dello stato di disordine nel sistema.

Infatti, il secondo principio della termodinamica impone che qualsiasi processo che si verifica nell'universo porta ad un aumento dello stato di disordine complessivo, nonostante possa portare ad un aumento dello stato di ordine in una porzione circoscritta dell'universo: tutti i sistemi che riescono ad ottenere questo tipo di ordine sono denominate strutture dissipative. Tuttavia, l'entropia complessiva risulta positiva.

Gli esseri viventi sono delle strutture dissipative in quanto sono dei sistemi aperti che scambiano energia e materia con l'ambiente, in questo modo, aumentano il proprio stato di ordine attraverso il metabolismo, ovvero l'insieme di processi attraverso cui l'organismo assume componenti dall'esterno, li trasforma e li restituisce all'ambiente, aumentando lo stato di disordine universale. Il metabolismo è definito come il complesso di reazioni biochimiche di sintesi ( anabolismo ) e di degradazione ( catabolismo ), che si svolgono in ogni organismo vivente.

I processi metabolici comprendono esosergonici ed endoergonici:

• I processi esosergonici sono spontanei in quanto non necessitano energia per avvenire. Gli organismi tendono ad uno stato energetico più basso e rilasciano energia libera all'esterno, determinando la