La Cellula

La Cellula   La cellula è la più semplice struttura di un sistema biologico Tutti gli organismi viventi animali e vegetali sono costituiti da cellule. Molti esseri viventi microscopici sono costituiti da una sola cellula e vengono detti unicellulari, invece gli organismi che possiamo vedere ad occhio nudo sono detti pluricellulari. Teoria cellulare: Tutti gli organismi sono formati da cellule che ne costituiscono le unità fondamentali di struttura e funzione Tutte le cellule sono generate da altre cellule.

Tutte le cellule svolgono le funzioni essenziali degli esseri viventi: si riproducono, crescono e reagiscono agli stimoli esterni e per fare questo consumano energia che viene fornita da specifiche strutture al loro interno. Esistono due tipi generali di cellule: quelle dotate di nucleo, che si chiamano cellule eucariotiche e che possono essere organismi indipendenti (per es. l’Ameba) o parte di organismi più complessi (per es. l’uomo); quelle senza nucleo, note come cellule procariotiche, che rappresentano la forma vivente più primitiva, della quale fanno parte per esempio i batteri (tra cui molte forme patogene per l’uomo).

Cellula procariotica (batteri) Nella figura è riportata una cellula batterica dotata di un’appendice esterna filiforme (flagello) usata dall’organismo unicellulare per il movimento. Non è evidente il nucleo (il DNA batterico si trova nel citoplasma, nucleoide); gli unici organuli presenti nel citosol sono i ribosomi, coinvolti nella sintesi proteica o traduzione.

Cellula Eucariota (animale) Nella figura è illustrata una cellula Eucariota tipica (sono molto evidenti il nucleo e gli organuli citoplasmatici). Si tratta di una cellula animale. Ciò si evince dalla presenza dei centrioli (organuli che intervengono durante la duplicazione cellulare) e dei lisosomi (organuli contenenti enzimi idrolitici in grado di demolire le sostanze alimentari e di rifiuto della cellula).

Cellula Eucariota (vegetale) Le cellule vegetali sono eucariote, perciò hanno gli stessi organuli presenti nelle cellule animali, ma hanno delle particolarità. Oltre alla membrana cellulare sono formate da un ulteriore rivestimento chiamato parete cellulare, che nelle cellule giovani è sottile ed elastica e si irrobustisce  man mano che queste diventano adulte. La parete cellulare è costituita da polisaccaridi, come la cellulosa e la lignina. I vacuoli nella cellula vegetale mantengono costante l’ambiente cellulare e svolgono molteplici funzioni. Nell’illustrazione è riportata una cellula vegetale dotata di un unico grande vacuolo. Organuli tipici della cellula vegetale sono i plastidi, tra cui i cloroplasti con funzione fotosintetica.

Il Nucleo Il nucleo, presente unicamente nelle cellule eucariote è circondato dall’involucro nucleare costituito, da due membrane separate e provvisto di pori. Esso contiene i cromosomi, filamenti di DNA che si evidenziano durante la divisione cellulare. Nel DNA dei cromosomi è racchiusa l’informazione genetica per la trasmissione dei caratteri ereditari.Il DNA può copiare se stesso, cioè può auto-duplicarsi. Da una molecola di DNA se ne ottengono due perfettamente uguali alla prima. La duplicazione del DNA è il fenomeno che precede e consente la duplicazione o divisione cellulare.

Nucleo (in alto nella figura) contenente i cromosomi. Il DNA (biomolecola con struttura a doppia elica) è contenuto nei cromosomi.

La Membrana Cellulare Membrana cellulare, anche detta membrana plasmatica, è un sottile rivestimento che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la separa dall'ambiente esterno e ne regola gli scambi con questo. Formata in prevalenza da lipidi, e più precisamente fosfolipidi. I fosfolipidi, costituiti da due code di acidi grassi (apolari o idrofobici) e da una testa polare (idrofila), si dispongono secondo uno schema coda-coda, minimizzando il contatto con le molecole polari come l’acqua. Le teste polari sono rivolte verso l’ambiente acquoso extracellulare ed intracellulare (la membrana cellulare è formata da un doppio strato di molecole di fosfolipidi). Nella componente lipidica si vanno a collocare, con importanti funzioni fisiologiche, proteine e una piccola percentuale di glucidi, in forma di glicoproteine e glicolipidi, e di molecole di colesterolo (steroide animale) che la stabilizzano. La membrana plasmatica presiede all'omeostasi cellulare, grazie alla sua permeabilità selettiva. .

La Membrana Cellulare Modello a MOSAICO FLUIDO

Trasporto passivo Trasporto passivo . Il trasporto passivo consiste nel passaggio di molecole secondo gradiente di concentrazione. Per tale passaggio non è richiesto l’utilizzo di energia biochimica (cioè ATP). Esso può essere mediato da proteine di membrana. Questo tipo di trasporto può avvenire in tre modi differenti: diffusione semplice, diffusione facilitata, osmosi. Diffusione semplice :La diffusione semplice è un tipo di trasporto che non necessita di nessun sistema proteico. In questo tipo di trasporto, le sostanze passano da una regione della cellula in cui sono più concentrate ad una regione in cui lo sono di meno. Non c'è pertanto una spesa energetica in termini di ATP per spingere la molecola dall’altra parte della membrana. Diffusione facilitata :La diffusione facilitata differisce da quella semplice perché sono presenti delle proteine trasportatrici, proteine di membrana che facilitano ed aumentano la velocità del passaggio di una determinata molecola, attraverso la formazione di legami deboli, necessari per facilitare il rilascio della molecola dall’altra parte della membrana. In questo tipo di trasporto, il gradiente di concentrazione è favorevole, ed è di segno positivo, pertanto non c’è una spesa energetica (in termini di ATP) per spingere la molecola dall’altra parte della membrana.

Trasporto attivo Il trasporto attivo permette il passaggio di soluti contro gradiente di concentrazione. Tale passaggio è mediato da proteine di membrana che richiedono l’utilizzo di energia biochimica (ATP).

Osmosi Osmosi Quando una membrana non fa passare le molecole di soluto ma solo quelle di solvente (che nel caso delle membrane biologiche è l’acqua) allora la membrana si dice semipermeabile. Quando esiste un gradiente di concentrazione ai lati di una membrana semipermeabile le molecole di soluto non possono diffondere dall'area a concentrazione maggiore a quella a concentrazione minore. Si assiste, dunque, al fenomeno dell'osmosi, cioè al passaggio delle molecole di solvente dall'area a minor concentrazione di soluto a quella a maggior concentrazione di soluto, in modo da diluire la soluzione più concentrata e annullare il gradiente di concentrazione.

Il Citoplasma Il citoplasma è la sede delle varie attività della cellula: al suo interno avvengono le reazioni chimiche che consentono alla cellula di vivere. Il Citoplasma ha anche il compito di immagazzinare materiali di riserva. È costituito da un materiale viscoso, fluido in continuo movimento. È formato prevalentemente da acqua, nella quale sono disciolte numerose sostanze. Nel citoplasma si trovano i vari organuli, ognuno dei quali svolge una specifica funzione all’interno della cellula.

I Mitocondri I Mitocondri servono alla cellula per produrre energia dalla demolizione(ossidazione) delle sostanze nutritive (zuccheri e grassi). L’energia prodotta è conservata nei legami chimici di una molecola particolare: l’ATP. In questi processi i mitocondri consumano ossigeno e producono anidride carbonica che sono i gas della respirazione: si parla perciò della respirazione cellulare. La membrana interna è ripiegata a formare le creste mitocondriali. Nella matrice è presente il DNA mitocondriale (indipendente dal DNA del nucleo).

L’Apparato del Golgi L’Apparato del Golgi è un organulo cellulare che ha la funzione di modificare, immagazzinare ed “espellere” le proteine ed i lipidi prodotti rispettivamente a livello dei ribosomi e del REL. E’ costituito da una pila di membrane che formano cisterne appiattite in collegamento col reticolo endoplasmatico.

Plastidi I plastidi sono un gruppo di organuli cellulari specifici della cellula vegetale sede di numerosissime attività connesse al metabolismo cellulare. Si possono trovare nelle cellule dei vegetali e dei protisti fotosintetici. Sono coinvolti sia nei processi di FOTOSINTESI sia in quelli di accumulo. Si trasmettono di cellula in cellula e di generazione in generazione, moltiplicandosi esclusivamente per SCISSIONE. Una cellula non può dunque formare un plastidio dal nulla, può averne uno solo se lo ha ereditato dalla cellula dei genitori. In base alla loro funzione possono essere distinti in: CLOROPLASTI: funzione fotosintetica. Nei plastidi inoltre avviene la sintesi dei nucleotidi , degli acidi grassi e della maggior parte degli amminoacidi, composti che nella cellula animale sono prodotti nel citosol. LEUCOPLASTI : funzione di riserva (contengono soprattutto amido) CROMOPLASTI: coinvolti nella pigmentazione di fiori e frutti.

I cloroplasti sono dei plastidi verdi presenti nelle cellule delle foglie. Il loro colore è dovuto alla presenza di un pigmento verde, la clorofilla, che permette alle piante di svolgere la fotosintesi clorofilliana. I cloroplasti hanno una struttura molto complessa e contengono proprie molecole di DNA, indipendenti dal DNA del nucleo (DNA plastidiale).

Reticolo endoplasmatico Il reticolo endoplasmatico è un sistema di cisterne e di canalicoli delimitati da membrane di natura lipoproteica, che si divide in due compartimenti fra loro comunicanti, ma che differiscono per costituzione e per le funzioni svolte: REG - reticolo endoplasmatico granulare:  strutturato a cisterne. REG è anche noto come RER (reticolo endoplasmatico ruvido) REL - reticolo endoplasmatico liscio: strutturato a canalicoli Questi due compartimenti intercomunicanti hanno in comune un costituente di membrana dello spessore di 5¸6 nm, la cui struttura è simile a quella di altre citomembrane. I compartimenti differiscono per la forma delle cisterne delimitate da queste membrane e, nel caso del REG, per la presenza sulla faccia esterna di granulazioni dette ribosomi, che vi sono ancorate. IL REG, grazie proprio alla funzione dei ribosomi, è coinvolto nella sintesi proteica, mentre il REL è coinvolto nella sintesi dei lipidi.

Citoscheletro Il citoscheletro è l'insieme delle strutture cellulari che danno sostegno e forma alla cellula. Il citoscheletro svolge un ruolo importante in molti processi della vita cellulare, fra cui: la replicazione cellulare, la meiosi, la motilità cellulare, il trasporto di vescicole e di organelli intracellulari. Il citoscheletro è rappresentato da tre diverse strutture con caratteristiche e compiti ben precisi e definiti, che differiscono per le unità di base che le compongono:   ·        Microfilamenti ·        Microtubuli ·        Filamenti intermedi

Ribosomi I ribosomi sono piccoli corpuscoli del citoplasma di forma quasi sferica: sono particolarmente importanti perche' in essi avviene la costruzione delle proteine (sintesi proteica o traduzione). Sono costituiti da un complesso di proteine e di un particolare tipo di RNA detto RNA ribosomiale (rRNA), sintetizzato nel nucleolo.