Caratteristiche generali delle cellule

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Categoria:Biologia
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Testo


Teoria cellulare
Le cellule furono osservate per la prima volta nel 1665 da Robert Hooke, che studiò con un microscopio rudimentale sottili fettine di sughero e vide che esse erano formate da elementi di forma regolare. Egli chiamò cellule questi elementi (dal latino cellula, "piccola stanza"), perché esse avevano l'aspetto di piccole scatole. Ciò che egli vide erano in realtà pareti di cellule vegetali morte. Nel 1673 Antoni van Leeuwenhoek effettuò invece osservazioni su globuli rossi, su piccoli organismi presi da acque stagnanti e su spermatozoi (che egli considerava piccoli animali, "animalunculi"). Nel 1830 Theodor Schwann compì studi al microscopio sulla cartilagine di animali e vide che questa era formata da cellule simili a quelle delle piante, e ipotizzò che le cellule sono gli elementi costitutivi fondamentali di piante e animali; analoghe conclusioni trasse nel 1839 Matthias Schleiden. Nel 1860 Rudolf Virchow affermò che le cellule devono essere le "unità vitali" di tutti gli organismi, e che ogni cellula deriva da un'altra cellula. L'insieme degli studi al microscopio e le osservazioni di numerosi ricercatori permisero di arrivare alla moderna definizione della cosiddetta teoria cellulare, secondo la quale: 1) tutti i viventi sono formati da una o più cellule; 2) le cellule costituiscono le unità fondamentali di ciascun organismo; 3) tutte le cellule derivano da altre cellule.
Caratteristiche generali delle cellule
La cellula è la più piccola unità di un organismo in grado di funzionare in modo autonomo. Tutti i viventi sono costituiti da una o più cellule: in base a questa caratteristica, possono essere suddivisi, rispettivamente, in organismi unicellulari e pluricellulari. Al primo gruppo appartengono archeobatteri, eubatteri, alghe azzurre e i protisti; il secondo comprende le piante, gli animali e i funghi pluricellulari. Le cellule possono avere dimensioni e forme molto diverse (quelle batteriche sono le più piccole ) a seconda del tipo di lavoro che svolgono. Le cellule dei tessuti animali hanno forma estremamente varia, a seconda del tipo e della funzione (possono essere sferiche, dai contorni irregolari, stellate, poliedriche, cubiche, cilindriche ecc.). Le cellule nervose, ad esempio, hanno grossolanamente forma stellata, sono dotate di sottili prolungamenti che possono raggiungere anche diversi metri di lunghezza (come avviene, ad esempio, nelle fibre nervose che innervano il collo delle giraffe). Le cellule vegetali hanno solitamente forma poliedrica, la regolarità della loro forma è dovuta al fatto che esse possiedono, al contrario delle cellule animali, pareti cellulari rigide.In tutti i viventi, le cellule condividono alcune caratteristiche fondamentali. Tutte le cellule sono delimitate dalla membrana cellulare che racchiude il citoplasma, formato da una sostanza gelatinosa ricchissima di acqua, all'interno della quale sono presenti gli organuli (nella cellula eucariote) nei quali avvengono le trasformazioni che rendono possibile lo svolgersi della vita.Le informazioni necessarie allo svolgimento di tutte le attività metaboliche delle cellule e, in sostanza, le informazioni che rendono possibile la vita, sono contenute negli acidi nucleici, presenti all'interno delle cellule stesse: l'acido desossiribonucleico (DNA) fa da stampo per la produzione di acido ribonucleico (RNA) il quale, interagendo con i ribosomi, determina la produzione di molecole proteiche. In tal modo avviene la formazione degli enzimi che, a loro volta, permettono lo svolgimento di tutte le attività cellulari. Le cellule sono capaci di riprodursi: ciascuna di esse si divide in due cellule figlie mediante un processo che prende il nome di mitosi. La capacità di dividersi delle cellule è differente in base al tipo cui esse appartengono. Si possono riconoscere tre categorie: cellule soggette al rinnovamento, che per tutta la vita dell'individuo vengono continuamente sostituite da cellule nuove (come avviene nella cute); cellule in espansione, che smettono di dividersi quando l'individuo ha completato la sua crescita, ma che possono occasionalmente riprendere a dividersi come conseguenza di ferite o traumi (come avviene nel fegato, nella tiroide, nel tessuto muscolare liscio ); cellule statiche, che perdono la capacità di dividersi prima ancora che l'accrescimento dell'organismo sia completo (ad esempio, le cellule nervose). Alcune cellule nell'organismo mantengono la capacità di riprodursi per tutta la vita, e rimangono indifferenziate, potendo quindi dare luogo a diversi tipi cellulari: tali cellule sono dette staminali.
Le cellule, in base alla loro organizzazione interna, possono essere distinte in due grandi categorie: cellule procarioti e cellule eucarioti.
Cellula procariote
Le cellule procarioti sono tipiche degli archeobatteri, degli eubatteri e delle alghe azzurre. Esse sono relativamente piccole (con un diametro generalmente compreso fra 1 e 5 µm) e hanno una struttura interna alquanto semplice; il loro DNA si trova concentrato in una regione del citoplasma, senza essere delimitato da alcuna membrana. Sono prive di organuli, a eccezione dei ribosomi, preposti alla sintesi delle proteine. Hanno una parete che ricopre la membrana la cui costituzione è diversa da quella della parete delle cellule eucariote. Gli organismi formati da cellule procarioti sono detti procarioti.
Cellula eucariote
Le cellule eucarioti costituiscono tutti gli altri organismi viventi (i protisti, le piante, i funghi e gli animali) sono molto più grandi (solitamente il loro asse maggiore è compreso fra i 10 e i 50 µm); in esse il DNA è racchiuso da una membrana, formando così un particolare organulo chiamato nucleo (all'interno del quale vengono controllate tutte le funzioni vitali proprio grazie al dna cioè la molecola più importante della vita). Queste cellule possiedono organuli immersi nel citoplasma, ognuno deputato a svolgere una particolare funzione. Gli organismi formati da cellule eucarioti sono detti eucarioti.

Membrana cellulare
La membrana plasmatica è una struttura organizzata, racchiude il contenuto della cellula e costituisce una barriera fra l'ambiente intracellulare (ambiente interno) e quello extracellulare (ambiente esterno). È costituita da un doppio strato di molecole di fosfolipidi, ed è attraversata parzialmente o completamente da numerose proteine. I fosfolipidi sono particolari grassi, formati da una "testa" di glicerolo legato a un gruppo fosfato solubile in acqua che costituisce la testa idrofila e da due "code" di acidi grassi, insolubili in acqua.La funzione principale della membrana è quella di mantenere costante l'ambiente interno della cellula, grazie alla sua permeabilità selettiva impedisce il passaggio delle sostanze nocive, e favorisce quello delle sostanze importanti per il suo nutrimento. La capacità di "scegliere" dipende dalle proteine presenti nel doppio strato fosfolipidico , e sono chiamate proteine di membrana, invece quelle che hanno attraversato il doppio strato fosfolipidico sono chiamate proteine transmembranali. Le proteine sono formate da una sequenza di molecole, chiamate amminoacidi, legate l'una all'altra da legami peptidici. Queste catene permettono la comunicazione dell'ambiente extracellulare con quello intracellulare e viceversa grazie alla loro struttura tridimensionale.
curiosità
La membrana rappresenta anche, oltre che un filtro per le sostanze in entrata e in uscita, il mezzo con cui la cellula si "fa riconoscere" dalle altre cellule. Essa contiene molecole particolari, di solito formate da zuccheri legati a proteine, che corrispondono a una sorta di "carta d'identità" in base alla quale la cellula viene riconosciuta come facente parte del sé, ossia dell'organismo stesso, e non viene attaccata dal sistema immunitario, oppure come estranea (non sé) e come tale, da distruggere. L'insieme delle molecole che caratterizzano i diversi tipi di cellule e di tessuti dell'organismo viene chiamato complesso maggiore di istocompatibilità (MCH); esso è responsabile del fatto che i tessuti trapiantati agiscono da antigeni e vengono attaccati dall'organismo ricevente (fenomeno del rigetto). Pertanto, si sottopone il paziente a terapia immunodepressiva prima di un trapianto

Diffusione e osmosi
Le cellule hanno sempre bisogno di acqua, la consumano e la producono con reazioni come l’idrolisi e la condensazione dei polimeri, non ne possono fare a meno, perché tutte le reazioni chimiche al loro interno avvengono in soluzione.
Le molecole di acqua essendo molto piccole passano liberamente attraverso la membrana cellulare.
Il passaggio dell’acqua avviene per diffusione, cioè il passaggio di una sostanza da un ambiente dove essa è abbondante a uno ove ve ne sia poca o non ve ne sia affatto.
La diffusione non riguarda soltanto l’acqua ma è comune a tutti i liquidi e a tutti i gas ed è dovuta al caso: se le molecole sono libere di muoversi in tutte le direzioni si distribuiscono uniformemente.
In modo analogo una cellula in un ambiente molto ricco di acqua tende ad assorbire H2o e in un ambiente secco tende a perderla.
Quando due soluzioni a diversa concentrazione sono separate da una membrana semipermeabile, che lascia passare il solvente ma non i soluti, si verifica un particolare tipo di diffusione, l’osmosi.
(La concentrazione è il rapporto tra la massa della sostanza disciolta (soluto) e il volume della soluzione, che è dato dal volume dell’acqua (solvente) più il soluto.(Si esprime in g/L).
Nei fenomeni osmotici la diffusione avviene solo per il solvente non per i soluti e l’acqua passa per osmosi dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata.Essendo la membrana cellulare semipermeabile si verifica che:
La cellula assorbe acqua solo se al suo interno la concentrazione dei soluti è maggiore di quella dell’ambiente esterno;se, viceversa, la concentrazione dell’ambiente è maggiore di quella della cellula, la cellula perde acqua.

Trasporto attraverso le proteine.
Il passaggio di molecole più grandi e di particelle cariche attraverso la membrana cellulare avviene per trasporto ed è dovuta all’alto grado di specificità delle proteine transmembranali. La molecola viene riconosciuta dalla proteina di membrana (la particella si adatta alla struttura tridimensionale della proteina) e va a formare con essa un complesso che determina la modificazione della conformazione della proteina transmembranale. Di fatto è come se la sostanza passasse attraverso la membrana lungo un canale perfettamente adattato alla forma della molecola trasportata. La cellula può accumulare anche sostanze la cui concentrazione all’esterno della membrana sia molto bassa, viceversa può espellere sostanze che siano già molto concentrate nell’ambiente esterno. In entrambi i casi occorre andare contro la tendenza spontanea della diffusione e bisogna di conseguenza consumare energia.Questo tipo di trasporto è pertanto chiamato trasporto attivo. In altri casi il transito delle sostanze pur richiedendo l’interazione con proteine transmembranali, avviene nel verso della diffusione spontanea. Questo secondo tipo di trasporto che non richiede apporto di energia si chiama trasporto passivo.
Endocitosi ed Esocitosi
Una particella di dimensioni molto grandi può provocare nella membrana cellulare una infossatura all’interno della quale si colloca la particella stessa.
Quando i bordi dell’infossatura si saldano e si fondono, nella cellula viene a formarsi una cavità delimitata da membrana, che prende il nome di vacuolo alimentare, l’intero processo prende il nome di endocitosi.
Attraverso tale processo la cellula porta al proprio interno particelle, senza che queste vengano a contatto diretto con il materiale citoplasmatico. Il processo analogo che permette di trasportare dall’interno all’esterno viene definito esocitosi.
Citoplasma
L'intero volume della cellula, con esclusione del nucleo, è occupato dal citoplasma. Questo comprende una soluzione acquosa concentrata, denominata citosol, nella quale si trovano sospesi enzimi e gli organuli cellulari. Nel citoplasma avvengono reazioni come quelle di glicolisi e quella di fermentazione, importanti per l'ottenimento di energia. In esso si trova anche un sistema di filamenti proteici, il citoscheletro, che è coinvolto con numerose funzioni, quali il sostegno della membrana cellulare e il movimento ameboide della cellula..
Anabolismo catabolismo
Le molecole che la cellula può utilizzare come nutrimento sono immediatamente “riconosciute” dalle proteine transmembranali e sono trasportate all’interno con rapidità. Gli enzimi presenti nel citoplasma e quelli associati alle membrane dei mitocondri catalizzano le reazioni di demolizione delle molecole che servono da nutrimento. Per ognuna di queste molecole c’è uno specifico enzima. Tutto il complesso delle reazioni metaboliche di demolizione prende il nome di catabolismo.
Nel reticolo endoplasmatico vengono assemblati i monomeri per formare le biomolecole che permettono alla cellula di mantenere il suo alto livello di organizzazione, di metabolizzare e di riprodursi. Le reazioni di formazione delle biomolecole che avvengono nel reticolo endoplasmatico sono endoergoniche e utilizzano l’energia prodotta dal catabolismo. Tutto il complesso delle reazioni metaboliche di sintesi prende il nome di anabolismo.
ORGANULI DELLA CELLULA EUCARIOTE ANIMALE
Nelle cellule eucarioti strutture membranose dette organuli sono deputate allo svolgimento di specifiche funzioni, e permettono una compartimentazione delle funzioni cellulari, proprietà che non si riscontra nelle cellule procarioti e che rende le eucarioti molto più efficienti.
NUCLEO
L'organulo di maggiori dimensioni all'interno della maggior parte delle cellule vegetali e animali è il nucleo: è delimitato da una membrana e ha forma e dimensioni variabili a seconda del tipo cellulare. All'interno del nucleo si trovano il DNA, che costituisce il materiale genetico della cellula, e proteine (dette istoni) solitamente presenti in coppie, in un numero variabile e caratteristico di ciascuna specie.
CIGLIA E FLAGELLI
Molte cellule possiedono sulla superficie strutture flessibili, simili a "peli", denominate ciglia o flagelli, contenenti un fascio centrale di microtubuli che funziona da motore del movimento. Ciglia e flagelli si flettono dando luogo a un battito regolare, simile a quello di una frusta, reso possibile dall'energia conservata sotto forma di molecole di adenosina trifosfato (ATP) all'interno dei microtubuli.
MITOCONDRI
I mitocondri sono organuli cellulari di forma allungata e rotondeggiante, sono delimitati da due membrane: una esterna, che determina la forma dell'organulo, e una interna che forma molte ripiegature chiamate creste mitocondriali.Queste aumentano la superficie utile per gli scambi metabolici. Lo scambio racchiuso dalla membrana interna del mitocondrio si chiama matrice. I mitocondri costituiscono la sede del processo di respirazione cellulare, mediante il quale la cellula ricava energia (sotto forma di molecole di ATP) bruciando molecole di glucosio, derivanti dalla demolizione delle sostanze nutritive, in presenza di ossigeno.

RETICOLO ENDOPLASMATICO
I mitocondri sono organuli cellulari di forma allungata e rotondeggiante, sono delimitati da due membrane: una esterna, che determina la forma dell'organulo, e una interna che forma molte ripiegature chimate creste mitocondriali.Queste aumentano la superficie utile per gli scambi metabolici. Lo scambio racchiuso dalla membrana interna del mitocondrio si chiama matrice. I mitocondri costituiscono la sede del processo di respirazione cellulare, mediante il quale la cellula ricava energia (sotto forma di molecole di ATP) bruciando molecole di glucosio, derivanti dalla demolizione delle sostanze nutritive, in presenza di ossigeno.

Reticolo endoplasmatico rugoso Reticolo endoplasmatcio liscio
Si chiama così perchè alle sue E’ privo di ribosomi, è costituito da
membrane sono associati piccoli membrane e da piccoli canali ed è
organuli detti ribosomi responsabile della produzione di
quasi tutti i lipidi cellulari
RIBOSOMI
I ribosomi rappresentano la sede della sintesi delle proteine. Sono formati da due sub unità diverse di un particolare tipo di RNA (RNA ribosomiale) e possono essere associate alle membrane del reticolo endoplasmatico rugoso.

APPARATO DI GOLGI
E’ una regione particolare del reticolo endoplasmatico liscio ed è costituito da vescicole e cisterne appiattite delimitate da membrane, riceve le molecole sintetizzate nel reticolo endoplasmatico, le elabora e le indirizza a diversi siti interni o esterni alla cellula.

LISOSOMI PEROSSISOMI E VACUOLI

I lisosomi sono organuli cellulari (contenenti enzimi) che si formano per distacco dal complesso di Golgi. Sono piccole vescicole osservabili all'interno del citoplasma. La loro funzione è quella di svolgere la digestione di numerose molecole inutili o nocive per la cellula, proprio per questo motivo si fondono con i vacuoli contenenti particelle alimentari ingerite dalle cellule .
I perossisomi sono vescicole delimitate da membrana, che costituiscono un ambiente isolato e circoscritto per reazioni nel corso delle quali vengono generate e demolite forme particolarmente pericolose e reattive dei perossidi di idrogeno.
I vacuoli alimentari sono piccole cavità delimitate da una membrana, nelle quali vengono accumulate scorie del metabolismo cellulare. Nella cellula vengono continuamente formate e distrutte piccole vescicole membranose, deputate al trasporto dei materiali da un organulo all'altro. In una tipica cellula animale, il complesso degli organuli delimitati da membrana può occupare fino a metà del volume totale della cellula.
Organuli tipici della cellula vegetale

Esistono due tipi di cellula eucariote: quella animale e quella vegetale, quest'ultime appartengono alle piante. Le cellule vegetali possiedono alcune strutture tipiche: la parete, i plastidi e il vacuolo. Un grosso vacuolo centrale, ossia una cavità delimitata da una membrana e piena di un liquido detto succo vacuolare, costituisce per la cellula vegetale una sorta di idroscheletro, e svolge anche funzioni metaboliche. La parete costituisce uno strato rigido e robusto, posto all'esterno della membrana cellulare. Dobbiamo però distinguerlo dal vacuolo alimentare presente solamente nella cellula eucariote animale. I plastidi si possono considerare come sacche membranose, nelle quali la cellula può accumulare sostanze. I leucoplasti sono plastidi nei quali viene confinato l'amido di riserva, in attesa di utilizzazione; i cromoplasti sono plastidi nei quali si accumulano pigmenti detti carotenoidi, di colore rosso o giallo. I cloroplasti sono costituiti da una doppia membrana che racchiude la parete interna, lo stroma. L'interno del cloroplasto è formato da lamelle, organizzate anche in pile di vescicole sovrapposte, che appaiono al microscopio ottico come strutture compatte chiamate grani, al microscopio elettronico si distinguono le vescicole, i tilacoidi, di cui è fatto il grano. Sulle lamelle dei cloroplasti è presente una molecola contenente magnesio, la clorofilla, che permette di utilizzare l'energia solare per trasformare molecole a basso contenuto energetico, permettendo così il processo di fotosintesi clorofigliana.
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Esempio



  



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