LE CELLULE La cellula è il più piccolo elemento al mondo classificabile come essere vivente. Alcuni organismi come i batteri possono essere formati da una sola cellula e sono detti unicellulari, altri invece sono formati da più cellule e vengono detti pluricellulari come ad esempio l'uomo, gli animali e le piante. Mentre gli organismi unicellulari hanno una struttura cellulare molto simile, gli organismi pluricellulari, a seconda della loro complessità, tendono ad avere una struttura cellulare leggermente differente in base alle funzioni che svolgono. Le cellule sono organismi autosufficienti, in grado di assumere nutrienti e trasformarli in energia, svolgere delle funzioni specifiche e se necessario riprodursi. Le caratteristiche comuni a tutte le cellule sono: Una membrana che le separa dall'ambiente esterno contengono il materiale genetico (DNA) che indirizza le attività metaboliche e consente la riproduzione Tutta via esistono due tipi di cellule che si differenziano dal punto di vista strutturale: Procariotiche: sono le cellule primordiali, i più antichi esseri viventi del nostro pianeta. La loro caratteristica principale è di non avere una membrana che racchiude il nucleo, sede del materiale genetico. Eucariotiche: in questa tipologia di cellule il DNA è circondato da una doppia membrana che lo racchiude e lo separa dalle altre strutture cellulari. Tra le cellule eucariotiche, le cellule vegetali si diversificano per la presenza di una parete cellulare intorno alla membrana e di particolari organi interni. CELLULA PROCARIOTICA Le cellule procariotiche hanno una struttura più elementare rispetto alle altre cellule. Esse infatti non hanno il nucleo delimitato da una doppia membrana, in più hanno un numero minore di organuli interni. Tutte le cellule procariotiche hanno in comune alcune strutture: La membrana plasmatica: separa la cellula dall'ambiente esterno e permette il passaggio di sostanze Il nucleoide: è costituito da una lunga molecola di DNA che contiene il materiale genetico ereditario I ribosomi: sono corpuscoli coinvolti nella sintesi delle proteine e controllati dal DNA
Alcuni procarioti sono dotati di flagelli, appendici che ne favoriscono il movimento nei liquidi. LA MEMBRANA PLASMATICA Essa è comune sia alle cellule procariotiche che alle eucariotiche. Forma il confine della cellula e controlla il flusso di molecole in entrata e in uscita. La membrana è formata da fosfolipidi, molecole del gruppo dei lipidi che contengono fosforo. Questa molecola è formata da una testa e una coda. Le teste dei fosfolipidi sono idrofile, essendo polarizzate legano con facilità alle molecole d'acqua. Le code invece sono idrofobe e quindi tendono ad allontanarsi dall'acqua. I fosfolipidi si aggregano spontaneamente disponendo le teste verso la soluzione acquosa e le code verso l'interno fino a formare una doppia fila chiusa a circonferenza dove le code si isoleranno lontane dall'acqua. Inserite nel doppio strato si trovano molte proteine che svolgono svariate funzioni tra cui il trasporto di sostanze in entrata e uscita. Sulla superficie della membrana legate alle proteine e ai lipidi ci sono delle catene di carboidrati che fungono da segnali atti a contraddistinguere i diversi tipo di cellula.
CELLULA EUCARIOTICA La cellula eucariotica è sostanzialmente un'evoluzione della procariotica. Essa infatti ha il nucleo delimitato dalla membrana e diversi organuli interni. Gli studi sull'evoluzione della cellula hanno teorizzato che la cellula abbia invaginato con la sua membrana il materiale genetico per permettere l'aumento dei cromosomi. Inoltre fagocitando altre cellule hanno sviluppato una simbiosi con alcune di esse che col tempo si sono trasformate in apparati specifici come i Cloroplasti e i Mitocondri (che infatti hanno una doppia membrana, una del precedente stato di batterio e una acquisita durante la fagocitosi). ed un DNA proprio LA CELLULA EUCARIOTICA ANIMALE Essa è formata da diversi organuli tra i quali abbiamo: Reticolo endoplasmatico: Formato da una serie di tubuli interconnessi si sviluppa intorno al nucleo. Si occupa della sintesi proteica, del metabolismo dei grassi e della distruzione delle cellule tossiche. Ribosomi: Sono coinvolti nella sintesi delle proteine, se ne trovano in quantità vicino il reticolo endoplasmatico. Golgi: Importante apparato che trasforma le molecole che si staccano dal reticolo. E' formato da cisterne dove le molecole vi passano in successione subendo varie trasformazioni. L'ultima parte indirizza le molecole dove sono necessarie, marcandole chimicamente. Lisosomi: Piccole bolle staccate dal Golgi. Sono ricche di enzimi digestivi. Attaccano il cibo e dopo averlo inglobato lo digeriscono ed espellono. Perossisomi: Hanno la funzione di demolire le sostanze più tossiche. Mitocondri: Sono organuli circondati da due membrane e sono pieni di enzimi. Servono alla respirazione, cioè a ricavare energia dagli zuccheri. Hanno un proprio DNA svincolato da quello del nucleo di cui non seguono i comandi.
LA CELLULA EUCARIOTICA VEGETALE Le cellule eucariotiche vegetali presentano alcune differenze rispetto a quelle animali: La cellula vegetale è delimitata da un parete cellulare piuttosto rigida che circonda la membrana plasmatica ed è composta di cellulosa Non possiede i lisosomi perchè ha una digestione molto più semplice rispetto a quella animale e non effettua la fagocitosi. Ha alcuni organuli caratteristici che mancano alla cellula animale: 1. Cloroplasti: come i mitocondri possiedono una doppia membrana e si pensa abbiano un'origine molto simile a questi ultimi. Sono la sede del processo di fotosintesi clorofilliana, cioè utilizzano la luce per sintetizzare gli zuccheri a partire da molecole inorganiche. 2. Il vacuolo centrale: la sua funzione principale è immagazzinare acqua e sostanze essenziali.
FORMA, MOVIMENTO E GUINZIONE DELLE CELLULE La forma della cellula Le parti interne della cellula non galleggiano ma sono legate da filamenti intermedi che danno la forma e sostengono gli organuli ; essi sono fatti di proteine. Ciglia e flagelli Ciglia e flagelli sono estroflessioni filiformi e flessibili della membrana plasmatica, simili a peli, presenti sulla superficie di alcune cellule animali, mentre sono assenti nella cellula eucariote vegetale. Le ciglia sono generalmente corte e numerose sulla superficie cellulare, mentre i flagelli sono più lunghi e presenti nel numero di uno o due per cellula. Nell'uomo non sono più presenti fatta eccezione per la trachea dove ci sono cellule cigliate che proteggono i polmoni dalle impurità, e per lo spermatozoo che è invece flagellato. Giunzione cellulare Spesso le cellule sono aderenti tra loro e attaccate attraverso giunzioni cellulari composte di filamenti proteici che creano veri e propri bottoni tra le cellule. Inoltre si creano dei condotti comunicanti che permettono all'acqua e altre sostanze di passare da una cellula all'altra. LA RESPIRAZIONE CELLULARE La respirazione cellulare non è il classico scambio di gas a cui siamo abituati a pensare. Per respirazione in biologia si intende il processo attraverso il quale le cellule ottengono energia da alcune molecole presenti negli alimenti. La molecola più utilizzata come combustibile è il glucosio. I mitocondri spaccano lo zucchero e producono molecole ed energia liberando anidride carbonica ed acqua. Nelle piante abbiamo anche la reazione opposta ovvero acqua, anidride carbonica ed energia vengono utilizzate per formare gli zuccheri. Questo processo è chiamato fotosintesi.
IL METABOLISMO CELLULARE Il metabolismo cellulare è l'insieme delle reazioni chimiche che avvengono nelle cellule e possono essere di due tipi a seconda che si liberi energia (come nella respirazione) o che venga assorbita energia (come nella fotosintesi) Tutte queste reazioni si hanno tra la cellula e le sostanze nutritive che vengono assunte che possiamo distinguere in due gruppi principali: Proteine: (contenute in carne, uova, latticini, legumi) Sono catene di aminoacidi. Attraverso gli enzimi vengono smontate e usate per ricostruire parti dell'organismo. Esse hanno una funzione strutturale. Poiché le proteine compongono gli enzimi assumono anche l importantissima funzione di regolare il metabolismo dell organismo. Zuccheri: (contenute in pasta, pane, amido o verdure) Sono formati da una o più molecole di glucosio. Hanno una funzione prettamente energetica e in questo senso sono molto più spendibili delle proteine (dette sostanze nobili) o dei grassi (usati come riserva) Gli enzimi Lo zucchero, per produrre energia, richiede a sua volta un'energia di attivazione, che all'aria aperta corrisponderebbe a diverse centinaia di gradi centigradi. Come può avvenire dunque in una cellula a 37? Potrebbe, ma ci vorrebbero millenni. Qui entrano in gioco gli enzimi che sono fondamentali in questo processo. L'enzima è una speciale proteina che funge da catalizzatore biologico e abbassa l'energia di attivazione delle sostanze. Essa ha un sito attivo dove abbiamo la forma della molecola specifica che una volta individuata viene divisa in due parti e libera energia. Essendo l'energia potenziale dello zucchero molto alta se bruciato tutto insieme reagirebbe con quantità di energia incompatibili con la sopravvivenza della cellula. Per questo esso viene bruciato molto lentamente in più fasi, come scendere dal terzo piano al cortile attraverso le scale o butandoci giù dalla finestra. ATP L'energia per essere spesa al momento giusto viene immagazzinata in speciali molecole dette ATP (Adenosinatrifosfato). La molecola di ATP è formata da una parte di azoto, una di zucchero e tre gruppi di fosforo. L'energia è trattenuta quindi sotto forma di legame chimico dei tre gruppi di fosforo, in particolare nel legame del terzo gruppo fosforico. Attraverso gli enzimi, il legame viene rotto e si sprigiona quindi energia lasciando solo due elementi di fosforo. La molecola rimasta viene chiamata quindi ADP (Adenosinadifosfato). L'ADP può ritornare ATP legando un altro fosforo mediante energia. Fermentazione Le reazioni chimiche finora descritte avvengono sempre in presenza di ossigeno, perciò dette respirazione. Esse possono avvenire anche in sua assenza se pur con un efficienza energetica inferiore. Il processo detto fermentazione crea un minor numero di ATP a favore della creazione di altre sostanze come l'alcool etilico che ha però un grosso potenziale energetico. La fermentazione è tipica dei batteri (fermentazione lattica come ad esempio nello yogurt dove si produce acido lattico)
e dei lieviti (fermentazione alcolica con produzione di alcol etilico) COME LE CELLULE EFFETTUANO LO SCAMBIO DI SOSTANZE Diffusione Generalmente le sostanze si trasportano per diffusione. La tendenza delle sostanze è infatti di cercare un equilibrio di concentrazione spontaneamente. Quindi un eccesso di sostanza tende spontaneamente a spostarsi verso zone di carenza di concentrazione. Questo avviene anche nella cellula considerando però che non sempre è possibile in quanto la membrana non permette il passaggio di alcune sostanze. Osmosi L'osmosi è una forma di diffusione che coinvolge l'acqua e le sostanze in essa disciolte. Quando il passaggio della sostanza disciolta è inibito ma quello dell'acqua è permesso è quest'ultima a cercare l'equilibrio spostandosi nella zona più ricca di sostanza fino ad ottenere una diluizione tale da eguagliare la concentrazione di sostanza disciolta. Nelle cellule questo passaggio di acqua è inibito attraverso i fosfolipidi ma permesso attraverso canali situati in alcune proteine transmembrana. In pratica l osmosi si può definire come la tendenza dell acqua a diluire le soluzioni concentrate Diffusione facilitata Le molecole più grandi o ionizzate non riescono a passare nelle membrana o perchè troppo grandi o per la polarità della stessa che si oppone alla ionizzazione. Anche esse sfruttano dei passaggi attraverso le proteine transmembrana detti canali ionizzati. Trasporto Attivo A differenza dei metodi finora descritti il trasporto attivo non segue la tendenza della diffusione ma avviene in maniera opposta al gradiente di concentrazione. Questo fenomeno è possibile grazie a delle proteine di trasporto situate nella membrana che prendono la sostanza e la spostano controcorrente. Questo tipo di trasporto per avvenire ha bisogno di energia sotto forma di ATP. Fagocitosi Nel caso si voglia trasportare molecole di grosse dimensioni o batteri, nessuno dei succitati metodi è sufficiente. In questo caso è la membrana stessa che invagina la sostanza esterna e la immette all'interno in una membrana a bolla (Endocitosi) Il processo contrario avviene inglobando una bolla interna, contenente la sostanza, nella membrana che ne espelle il contenuto (Esocitosi).