Cenni di citologia: la cellula

Di Glauco Collalti

Analisi della cellula, unità strutturale e biologica elementare: citoplasma, ribosomi, mitocondri, lisosomi, reticolo endoplasmatico

Contenuto dell'articolo

  1. Organizzazione della cellula: il citoplasma
  2. Organizzazione della cellula: i mitocondri
  3. Organizzazione della cellula: i ribosomi
  4. Organizzazione della cellula: reticolo endoplasmatico
  5. Organizzazione della cellula: lisosomi
  6. Apparato di Golgi
  7. Nucleo

Il corpo umano è formato da organi che si associano a costituire apparati e sistemi. Ciascun apparato, organo o tessuto, ingrandito migliaia di volte, risulta formato da più tessuti, i quali a loro volta sono formati da insiemi di cellule. La cellula rappresenta l’unità strutturale e biologica elementare, che svolge il ruolo di effettore per le funzioni del corpo umano, ntrattenendo con l’ambiente circostante un incessante scambio energetico e metabolico, riproducendosi, crescendo e reagendo agli stimoli provenienti dall’esterno.

La cellula è l’unità morfologica-funzionale dell’essere vivente. Ognuna di esse può essere definita come un’entità chiusa e autosufficiente in grado di assumere nutrienti e convertirli in energia, così come di svolgere funzioni specializzate e di riprodursi.

la cellula

Le cellule si distinguono in due tipi:

  • Eucariote, nelle quali il materiale genetico all’interno della cellula è raccolto in un nucleo, racchiuso in un involucro che lo separa dalla parte restante, detta citoplasma
  • Procariote, con una struttura molto semplice, senza nucleo e prive di tale membrana, con il DNA libero nel citoplasma, in una regione chiamata nucleoide

Eucariote e procariote

A questo tipo appartengono solo organismi monocellulari come i batteri, i cianobatteri e gli archeobatteri.

Tutte le cellule mostrano alcune caratteristiche comuni tra cui la riproduzione- attraverso la divisione cellulare (mitosi o meiosi). Hanno un metabolismo cellulare che incorpora i materiali grezzi per costruire componenti cellulari in grado di generare energia e di rilasciare prodotti di scarto. Le cellule si dividono in:

  • Piatte
  • Cubiche o cilindriche del tessuto epiteliale
  • Cellule fusiformi della muscolatura liscia

La loro forma dipende da vari fattori sia fisici che funzionali. Se una cellula si trova in un ambiente acquoso tenderà ad assumere una forma sferica per effetto della tensione superficiale.
Assumono la forma appiattita quando si trovano in ambienti che risentono della pressione degli strati cellulari sovrastanti, come nel caso delle cellule epiteliali. La forma della cellula è in relazione con la funzione che deve assolvere, ad esempio le cellule muscolari sono allungate per svolgere la funzione di contrazione.

Ogni cellula vivente indipendentemente dalla sede, dalle dimensioni e dalle funzioni, è caratterizzata da componenti principali e costanti:

  • Il citoplasma, costituito da un piccolo agglomerato di materia vivente (protoplasma) avvolto da una membrana
  • Il nucleo è una regione circoscritta, delimitata esternamente da una struttura chiamato involucro nucleare

La membrana plasmatica o anche definita membrana cellulare è un sottile rivestimento con uno spessore compreso tra i 5 e i 10 nm che delimita la cellula di tutti gli organismi viventi.
La sua funzione è di separazione dell’ambiente interno con l’esterno regolandone gli scambi di elementi e composti chimici per la sua sopravvivenza e riproduzione.

É formata principalmente da lipidi, specialmente da fosfolipidi, che formano il bilayer fosfolipidico dove si inseriscono con importanti funzioni fisiologiche, delle proteine e una piccola percentuale di glucidi, in forma di glicoproteine e glicolipidi stabilizzate da molecole di colesterolo.

La membrana impedisce alle sostanze esterne di penetrare all’interno della cellula, l’ingresso dei nutrienti e di altri composti chimici avviene tramite delle proteine che attraversano la membrana, chiamate proteine carrier o di trasporto, e meccanismi passivi o attivi. I meccanismi passivi permettono il passaggio della sostanza attraverso il plasmalemma senza dispendio energetico, seguendo sempre un gradiente di concentrazione. Questi fenomeni di trasporto passivo (cioè senza consumo di energia da parte della cellula) sono noti anche come diffusione semplice, diffusione facilitata e osmosi.

I meccanismi di trasporto attivo, richiedono un processo di diffusione che comporta un consumo di energia, perché avviene in direzione opposta a quella prevista dalle leggi fisiche naturali. Per portare una sostanza da una zona in cui è meno concentrata ad una in cui lo è di più, occorre una pompa, un carrier proteico, che consumando energia, trasporta forzatamente la sostanza attraverso la membrana.

Le numerose molecole proteiche e glicoproteiche, inserite all’interno della struttura lipidica della membrana possono muoversi liberamente tanto da essere definita sin dagli anni’70, da Singer e Nicholson, a mosaico fluido.

Questo permette alle suddette macromolecole di agire come canali o pompe per il trasporto delle molecole all’interno o all’esterno della cellula.

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Inoltre, sulla superficie della cellula sono presenti numerosi recettori, sempre proteine, che permettono di interpretare e rispondere ai segnali ormonali provenienti dall’esterno. La membrana, essendo semi-permeabile, permette ad alcune sostanze di passare liberamente e ad altre di passare in una determinata quantità o di non permetterne affatto il passaggio.

la membrana cellulare

Organizzazione della cellula: il citoplasma

Il citoplasma è la porzione della cellula contenuta all’interno della membrana cellulare sia nelle cellule eucariote che procariote. È formato da organuli cellulari dispersi in una matrice fluida detta citosolialoplasma.
Il citoplasma nella cellula è la parte del protoplasma compresa tra la membrana plasmatica e la membrana nucleare. Si distinguono nello ialoplasma i vari organelli, mitocondri, plastidi, lisosomi, ribosomi, reticolo endoplasmatico, ecc. e le differenziazioni specifiche come le miofibrille, le neurofibrille, le ciglia, i flagelli, ecc. La regione del citoplasma priva di organelli è detta citosol. Nelle cellule animali la maggior parte del citosol è costituito quasi esclusivamente dal citoscheletro. Nel citosol di molte cellule si possono trovare dei granuli, non circondati da una membrana, detti corpi di inclusione, come nelle cellule muscolari e gli epatociti che contengono granuli di glicogeno con funzione di deposito di energia o nelle cellule del tessuto adiposo contenenti trigliceridi.

Organizzazione della cellula: i mitocondri

Il mitocondrio è un organello cellulare di forma allungata presente in tutte le cellule eucariote. È dotato di un DNA proprio, detto DNA mitocondriale. Sono presenti nel citoplasma delle cellule animali a metabolismo aerobico, infatti sono addetti alla respirazione cellulare contenenti enzimi respiratori.

Sono costituiti da due membrane, una interna ed una esterna, lo spazio che si trova tra le due membrane è detto spazio intermembrana. Lo spazio delimitato dalla membrana interna si chiama matrice mitocondriale mentre la parte interna si estende nella matrice dando forma a delle pieghe dette creste mitocondriali contenenti molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre molecole.
Il mitocondrio svolge molteplici funzioni tra cui la principale è estrarre energia dai substrati organici che gli giungono per produrre l’ATP (adenosintrifosfato). Importante è ricordare che il mitocondrio è responsabile della sintesi dell’eme, la sintesi del colesterolo, la β-ossidazione degli acidi grassi, la produzione del calore. Il mitocondrio estrae energia dai substrati organici per la produzione di ATP (adenosintrifosfato).

La produzione di energia è la funzione principale del mitocondrio, attraverso il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa. L’energia viene prodotta dalla demolizione di una molecola di glucosio attraverso i quattro stadi della respirazione cellulare, glicolisi, piruvato deidrogenasi, ciclo di Krebs e catena di trasporto di elettroni. La produzione è di 30 - 32 molecole di ATP a seconda del meccanismo utilizzato per trasferire il potere riducente del NADH citosolico alla matrice cellulare.

mitocondrio

Organizzazione della cellula: i ribosomi

I ribosomi sono dei complessi molecolari presenti in tutte le cellule, possono essere immersi nel citoplasma, ancorati al reticolo endoplasmatico ruvido o contenuti nei mitocondri e nei cloroplasti. La loro funzione è quella di sintetizzare le proteine traducendo l’informazione contenuta nel RNA messaggero

Organizzazione della cellula: reticolo endoplasmatico

Il reticolo endoplasmatico è composto da una serie di endomembrane consistenti in una serie di canali membranosi uniti tra loro all’interno del citoplasma.
Possono assumere varie forme: cisterne, tuboli e vescicole. Si tratta di una struttura citoplasmatica deputata alla sintesi e al rimaneggiamento delle proteine, alla detossificazione di sostanze sterne potenzialmente dannose, al rimaneggiamento della membrana della cellula e alla sintesi di lipidi e steroli. In base alla presenza o meno dei ribosomi, esso si distingue rispettivamente in rugoso (RER) e liscio (REL).

Il REL è importante nella sintesi dei lipidi e nel trasporto di sostanze dal RER all’Apparato del Golgi. La Glicosilazione è invece una delle funzioni principali del RER. Si tratta di un processo enzimatico di aggiunta di zuccheri a una proteina che inizia nelle RER e termina nel complesso del Golgi.

Organizzazione della cellula: lisosomi

I lisosomi sono delle vescicole presenti nelle cellule e rappresentano il sistema digerente della cellula in quanto compie la degradazione e la digestione di molecole estranee e macromolecole ingerite dalla cellula.
Attraverso questo processo, i lisosomi si disfano di microorganismi patogeni catturati dai globuli bianchi.

Apparato di Golgi

L’apparato di Golgi rielabora, seleziona ed esporta i prodotti del reticolo endoplasmatico. L’apparato di Golgi può interagire con altri organuli per indirizzare ed etichettare le vescicole contenenti prodotti cellulari verso la loro destinazione finale, che potrebbe essere di farle confluire in altri organi o integrarli nella membrana plasmatica e farne uscire il contenuto (vedi anche De Pascalis La cellula e le sue strutture).

Apparato di Golgi

Centrioli

Il centriolo è presente nella maggior parte delle cellule animali, fanno eccezione le cellule muscolari nei vertebrati.
Ha una struttura cilindrica cava, di lunghezza circa 0,5 micron e larga 0,2 micron, la parete è formata da nove triplette di microtuboli, chiamati microtuboli A composti da 13 protofilamenti, B composti da 10 microfilamenti e C da 10 protofilamenti incastrati l’uno nell’altro, è dotato di appendici nell’estremità distale.

La funzione principale la svolgono durane la mitosi essendo coinvolti nell’assemblaggio del fuso mitotico.

centrioli

Nucleo

Il nucleo cellulare è un compartimento cellulare contenente la maggior parte del patrimonio genetico delimitato da una membrana.
La forma del nucleo cambia notevolmente, generalmente seguendo la geometria della cellula; dunque cellule cilindriche avranno nuclei oblunghi, mentre cellule sferiche avranno nuclei della stessa forma.
L’involucro nucleare è composto da due membrane fosfolipoproteiche con uno spessore di circa 8nm che delimita il lume della cisterna perinucleare di circa 15 - 40 nm.
La cisterna è in continuità con il RER.

Il nucleo cellulare ha la funzione di trasmissione dei caratteri ereditari attraverso la meiosi e la mitosi e del controllo del matabolismo cellulare. È il centro di controllo che programma e coordina le varie attività della cellula.
La cromatina, presente nel nucleo, è un complesso di proteine e acidi nucleici in cui è organizzato il genoma cellulare. Suo componente principale è il DNA. Si divide in eucromatina e in eterocromatina a seconda se si colori o meno.
L’eterocromatina si suddivide in costitutiva e facoltativa (centromero e telomero), dipendente dalle regioni di DNA silenziato in base alla specificità cellulare dovuta al differenziamento o dalla momentanea inattività di particolari geni.

Voci glossario

ATP Cellula Ciclo di Krebs Glicogeno Glucosio Lipidi Metabolismo Mitocondri Zuccheri