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LA CELLULA
la teoria cellulare si basa su tre affermazioni: La cellula è l’unità di base degli esseri viventi, Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule che possono essere unicellulari o pluricellulari Nuove cellule possono derivare soltanto da cellule preesistenti. CARATTERISTICHE STRUTTURALI COMUNI DELLE CELLULE: Membrana cellulare o plasmatica: : sottile involucro che delimita la cellula separandola dall’ambiente esterno, Citoplasma: matrice fluida racchiusa dalla membrana plasmatica in cui sono immersi gli organuli cellulari in cui si svolgono le diverse funzioni cellulari, Materiale genetico (DNA): componente in cui sono archiviate le informazioni per creare o far funzionare un organismo unicellulare o pluricellulare. METABOLISMO DI UNA CELLULA: la cellula deve essere in grado di riprodursi e rispondere a degli stimoli interni ed esterni. Per fare ciò, essa ricorre al metabolismo. Il metabolismo di una cellula comprende una serie di reazioni chimiche che vengono catalizzate dagli enzimi: Per degradare molecole e produrre energia (CATABOLISMO) Per far avvenire una serie di reazione per costruire nuove molecole, che richiedono energia (ANABOLISMO) LA FORMA DELLE CELLULE: negli organismi pluricellulari possono essere a forma Arrotondata, Cubica, Prismatica, Stellata, Provvista di molti prolungamenti La loro forma dipende anche dalla funzione che svolgono o dall’interazione con le altre cellule. Ad esempio: una cellula che si trova in un ambiente acquoso, se non possiede strutture rigide, come la parete cellulare, assume una forma sferica per effetto della tensione superficiale. DIMENSIONE DELLE CELLULE: sono molto variabili, si differenziano per la dimensione a seconda delle loro funzioni e variano non solo dimensione ma anche forma. Infatti, esistono: Cellule dei batteri che sono le più piccole (1 – 5 μm) Cellule uovo di alcuni animali (100 μm) e fibre di alcune piante In media le cellule sono visibili solo al microscopio ed hanno dimensioni che vanno da 10 μm a 50 μm. ad es. l’uovo di gallina o di struzzo (la cellula uovo ha dimensioni piccole, il resto è materiale di riserva per il nascituro come acqua, proteine e grassi), altro esempio sono le cellule nervose della giraffa e dell’elefante che superano il mezzo metro.
GLI
ORGANISMI
UNICELLULARI
sono costituiti da una sola cellula
che provvede a tutti i compiti
fondamentali della vita.
PLURICELLULARI
sono costituiti da diversi tipi di cellule
(nell'uomo ce ne sono circa miliardi di
cellule). insieme di cellule che svolgono
determinate funzioni differenziandosi
Le cellule di piccole dimensioni hanno notevoli vantaggi: Ad esempio, i globuli rossi possono passare dentro i tessuti e portare ossigeno a tutti i tessuti del corpo grazie alle loro ridottissime dimensioni, Oppure per vivere la cellula deve scambiare molti materiali con l’ambiente esterno. Tali sostanze che entrano ed escono devono passare attraverso una membrana cellulare e ciò avviene rapidamente più nelle cellule piccole in cui il rapporto superficie/ volume è maggiore rispetto ad una cellula grande della stessa forma, Infine, le cellule piccole consentono anche di mantenere un rapporto ottimale con l’ambiente. CLASSIFICAZIONE DELLE CELLULE: PROCARIOTICA (più semplice e primitiva): EUCARIOTICA (più complessa ed evoluta): Ha una struttura più semplice delle cellule eucariotiche ed è più piccola, Sono cellule piccole, che non hanno un nucleo circondato da una membrana Il loro DNA è situato in una regione detta nucleotide, direttamente nel citoplasma Sono costituite da: numerosi ribosomi (deputati alla sintesi proteica) una parete cellulare (esterna alla membrana cellulare, funge da rivestimento rigido che protegge e dà forma alla cellula) una capsula (secondo possibile rivestimento esterno alla parete) pili (corte appendici che aiutano il batterio ad aderire alle superfici) flagelli (lunghe appendici filamentose che consentono alla cellula di muoversi nei liquidi sono prive di un nucleo racchiuso in una membrana gli organismi unicellulari costituiti da cellule procariotiche (i procarioti), sono classificati in due domini: o archei o batteri sono cellule più evolute di quelle batteriche e costituiscono più complessi: unicellulari, pluricellulari (piante, funghi, animali, l’uomo) hanno dimensioni maggiori rispetto a quelle batteriche si contraddistinguono per la presenza di un nucleo, delimitato da una doppia membrana che racchiude e protegge il patrimonio genetico dell’organismo in esse esiste un sistema di membrane interne che suddivide il citoplasma in zone diverse, gli organelli cellulari con funzioni diverse, facilitando l’insieme delle attività chimiche indicate come metabolismo cellulare. Esse si suddividono in: CELLULA ANIMALE CELLULA VEGETALE Le strutture presenti in entrambe le cellule sono: Membrana plasmatica che contiene il citoplasma in cui sono immersi i vari organuli Nucleo Organuli costituiti da membrane che a loro volta suddividono il citoplasma: reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, vari tipi di vescicole (perossisomi, mitocondri e citoscheletro) Ribosomi CELLULA EUCARIOTICA ANIMALE: Il NUCLEO è il centro di controllo della cellula (solitamente è l’organulo più grande ed è separato dal citoplasma tramite la membrana nucleare. Inoltre, è anche il centro di controllo genetico della cellula eucariotica perché contiene il DNA che dirige tutte le attività cellulari, Il RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO (RER) è contraddistinto dalla presenza di ribosomi sulla membrana e sintetizza le proteine, Il RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO (REL) non presenta ribosomi alla superficie e sintetizza lipidi di vario tipo. Proteine e lipidi vengono inglobati all’interno di vescicole di trasporto e diretto all’apparato di Golgi I RIBOSOMI sulla superficie del retico endoplasmatico ruvido producono proteine che sono secrete nel citoplasma, inserite nelle membrane o trasportate attraverso vescicole ad altri organuli, L’APPARATO DI GOLGI rielabora, seleziona e trasporta i produttori cellulari. Esso è composto da sacchetti appiattiti impilati uno sull’altro, che ricevono e modificano i prodotti del reticolo endoplasmatico e li trasportano o ad altri organuli o sulla superficie della cellula (per essere espulsi). tale apparato modifica e confeziona le proteine; transitando in esso, proteine e lipidi subiscono degli
La cellula è un microcosmo vivente racchiuso in un velo trasparente e complesso chiamato membrana cellulare, detta anche membrana plasmatica. Tale struttura ha uno spessore di 5 nm e riveste ogni cellula vivente e pur separando l’ambiente cellulare interno da quello esterno, ne regola i frequentissimi scambi. In alcuni organismi come batteri, piante e funghi la membrana è ricoperta da una parete cellulare (robusta struttura che protegge e conferisce rigidità alla cellula. Esso è un organulo estremamente attivo, flessibile e dinamico che prende parte a moltissimi processi vitali della cellula. STRUTTURA DELLA MEMBRANA CELLULARE: è composta da fosfolipidi, proteine, una piccola percentuale di colesterolo, di sfingolipidi e di glucidi sotto forma di glicolipidi e glicoproteine. I fosfolipidi possiedono una testa polare e una coda apolare; quindi, hanno una natura anfipatica (manifestano proprietà idrofiliche e idrofobiche in due porzioni diverse della molecola). Grazie a questa proprietà, i fosfolipidi formano un doppio strato (bilayer) che ospita le restanti tipologie di molecole. Il modello principale per descrivere la struttura della membrana cellulare è detto modello a mosaico fluido e fu proposto da Jonathan Singer e Garth Nicholson, due importanti biologi statunitensi. secondo tali ipotesi la membrana: è costituita da un doppio strato di fosfolipidi in cui sono immersi le proteine, deputate a numerose funzioni per la vita della cellula, risulta essere in uno stato liquido – cristallino, dove i lipidi rappresentano un mare fluido, in cui galleggiano e si muovono casualmente le proteine solide. Una versione più recente di questo modello fu pubblicato da due biologi finlandesi Kai Simons ed Elina Ikonen dove spiegavano che la membrana presenta le cosiddette zattere lipidiche. In accordo con questo modello, all’interno del bilayer fluido sono presenti zone a minor fluidità simili appunto a delle zattere nel mare. La diversità chimica di queste aree risiede nella presenza di colesterolo e sfingolipidi, grassi più rigidi e ingombranti dei fosfogliceridi. Queste molecole sono in grado di aggregarsi, creando piattaforme in cui le proteine si concentrano per svolgere alcune importanti funzioni, come la segnalazione intracellulare. La principale differenza risiede nel fatto che le proteine non si muovono nel mare lipidico secondo una distribuzione casuale, ma sono tenute vicine dall’affinità per la piattaforma, da interazioni tra loro, con i lipidi o con il citoscheletro. Analizzando meglio la composizione chimica della membrana troviamo che i lipidi costituiscono il 50% circa della sua massa e sono suddivisi principalmente in 70% di fosfolipidi, 20% di colesterolo e 5% di glicolipidi. Una così alta percentuale di lipidi riflette le loro importanti funzioni. Essi svolgono un’evidente funzione strutturale, racchiudendo il citoplasma e tutto ciò che vi è contenuto, fungono da barriera semipermeabile, lasciandosi attraversare solo da specifiche molecole e partecipano ad alcuni metabolismi come mediatori o trasportatori lipidici. Dal punto di vista strutturale il colesterolo svolge un importante ruolo nel conferire rigidità alla membrana. La sua struttura planare, infatti, non è flessibile come quella degli altri grassi e intercalandosi tra i fosfolipidi, ne riduce la libertà di movimento e quindi la flessibilità. Le proteine rappresentano l’altra fondamentale componente della membrana cellulare e sono caratterizzate da una grande variabilità strutturale e funzionale. Esse sono in minor numero rispetto ai lipidi, ma rappresentano una frazione della membrana cospicua, avendo una massa molto maggiore delle molecole lipidiche. Sono dislocate in ogni parte del bilayer e, in base alla loro posizione rispetto al doppio stato lipidico, le proteine si distinguono in: PROTEINE proteine INTEGRALI TRANMEMBRANA se attraversano integralmente il bilayer INTRAMEMBRANA se attraversano il bilayer solo parzialmente CON ANCORE LIPIDICHE o PROTEICHE quando solo una piccola porzione delle molecole le aggancia alla membrana proteine PERIFERICHE interne o esterne allacellula, si associano al bilayer fosfolipidico interagendo con le proteine integrali o con le teste polari dei lipidi, ma non si inseriscono mai nella membrana
Le proteine di membrana svolgono importanti funzioni come quella recettoriale, captando i segnali chimici extracellulari e quella enzimatica, legata soprattutto alla trasmissione dei segnali chimici intracellulari. Ricoprono anche una funzione strutturale e meccanica e forniscono punti di ancoraggio per varie strutture, anche extracellulari. I TRASPORTI DI MEMBRANA: è possibile dedurre che la membrana cellulare è una struttura altamente dinamica e provvede numerose funzioni di grande importanza per la vitalità della cellula infatti: delimita il citoplasma separandolo dall’ambiente esterno, regola gli scambi di sostanze fra l’interno e l’esterno della cellula, consente alle cellule di comunicare fra loro, rende identificabile una cellula grazie a una varietà di segnali molecolari di riconoscimento posti sulla superficie esterna la membrana cellulare è dotata di una permeabilità selettiva ( può decidere da quali composti lasciarsi attraversare). A causa delle loro elevate dimensioni o della loro polarità, infatti, molte molecole non possono oltrepassarla. In base alla natura della molecola, si possono avere diverse modalità di passaggio attraverso il bilayer fosfolipidico DIFFUSIONE SEMPLICE, è una forma di trasporto passivo, quindi senza consumo di energia, in cui le molecole si spostano nello spazio secondo gradiente di concentrazione. La permeabilità della membrana è determinata dalla dimensione, dalla forma e dalla liposolubilità della molecola che deve diffondere, dalla temperatura e dallo spessore della membrana. Per diffusione semplice passano alcune molecole apolari, specie se di piccole dimensioni come i gas 0₂, CO₂. DIFFUSIONE FACILITATA, forma di trasporto passivo che avviene tra due speciali tipi di proteine di trasporto poste nella membrana: o TRASPORTATORI o CARRIER che legano in modo specifico molecole come glucidi, a.a, e nucleosidi da una parte della membrana e, tramite una modificazione conformazionale, le rilasciano dall’atra. Il numero è limitato, così, quando tutti i trasportatori sono impegnati, la velocità di passaggio non può essere ulteriormente aumentata, o CANALI presentano una struttura terziaria ripiegata a formare pori che si estendono da un lato all’altro della membrana e consentono il passaggio di acqua dentro e fuori dalla cellula In questo tipo di diffusione quindi la permeabilità della membrana è determinata da due fattori: la velocità di trasporto dei trasportatori e la loro quantità di membrana. In base alle modalità di passaggio dei compisti si dividono in: Uniporto, trasporto di un’unica specie di soluto, Simporto, trasporto accoppiato di due specie diverse di soluti nella stessa direzione Antiporto, trasporto accoppiato di due diverse specie di soluti in direzione opposta. TRASPORTO ATTIVO, in esso alcuni particolari trasporti di membrana spostano le molecole contro gradiente, cioè da una regione a concentrazione minore verso una a concentrazione maggiore. Per effettuare ciò è necessario sfruttare una fonte di energia che può essere l’ATP o altre molecole energetiche (trasporto primario) oppure il gradiente elettrochimico di un’altra sostanza (trasporto secondario). I trasportatori presentano due siti attivi: uno lega in modo specifico la molecola da trasportare, per esempio il glucosio, l’altro lega l’ATP che fornisce energia per la modificazione conformazionale che realizza il passaggio. Un esempio di trasporto attivo è la POMPA SODIO – POTASSIO che, sfruttando l’ATP spinge il K⁺ dentro la cellula, dove è molto più concentrato che fuori e manda il Na⁺ all’esterno, sempre contro gradiente. Mantenere questa disparità di concentrazione è fondamentale per le cellule in quanto l’efficienza nella trasmissione dell’impulso nervoso dipende proprio da questi gradienti. Alcune sostanze, infine, possono utilizzare alternativamente vari tipi di trasporto. il glucosio, ad esempio, entra nella maggior parte delle cellule per diffusione facilitata, mentre in alcune di esse, come gli epatociti che lo accumulano per generare glicogeno, sfrutta il trasporto attivo.
