Struttura e Funzioni della Cellula: Un Approfondimento Completo

Componenti Cellulari

Membrana cellulare: Guaina membranosa che contiene il citoplasma. La sua funzione di barriera è la selezione delle sostanze che entrano o escono dalle cellule. Nelle cellule vegetali, la membrana cellulare è addensata con un ponte rigido, costituito da cellulosa.

Citoplasma: Dove sono incorporati i componenti o gli organelli della cellula, è di consistenza gelatinosa, è composto principalmente da acqua e sali minerali.

Nucleo: Ricordiamo che le cellule eucariotiche differiscono dai procarioti per essere, in primo luogo, di solito più grandi e per possedere un nucleo, separato dal citoplasma da una membrana nucleare o succo nucleare. Al centro vi sono le informazioni ereditarie della cellula in forma di DNA, acronimo di acido desossiribonucleico (polimero di unità più piccole chiamate nucleotidi). Normalmente il DNA del nucleo è legato alle proteine per formare la cromatina. Durante la divisione cellulare la cromatina si condensa in cromosomi.

Nucleolo: Struttura arrotondata o ovale, facilmente visibile anche con il microscopio ottico nel nucleo delle cellule eucariotiche, cromatina strutturata per la produzione di RNA (acido ribonucleico ribosomiale).

Apparato di Golgi: Sacchi membranosi con vescicole sferiche alle estremità, di solito si trova vicino al nucleo, è responsabile del trasporto dei composti sintetizzati al di fuori della cellula. L'apparato di Golgi è collegato alla membrana plasmatica per espellere il contenuto al di fuori della cellula.

Mitocondri: Sono formati da una doppia membrana, una esterna liscia e una interna ripiegata a formare creste. All'interno dei mitocondri si trovano proteine, enzimi e ATP. I mitocondri sono sparsi nel citoplasma della cellula, la loro funzione è di generare ATP, o energia, dalla respirazione cellulare nel cosiddetto ciclo di Krebs. Sono note come le centrali elettriche della cellula.

Ribosomi: Più o meno sferici, distribuiti nella matrice citoplasmatica o attaccati alle membrane del reticolo endoplasmatico. I ribosomi sono composti da RNA (acido ribonucleico) e proteine. Sintetizzano proteine ed enzimi.

Reticolo Endoplasmatico: Il reticolo endoplasmatico si divide in liscio e rugoso, la sua funzione è lo scambio di materia tra la matrice e la cavità interna ed è coinvolto nella sintesi proteica interagendo con i ribosomi.

Vacuoli: Organuli più caratteristici delle cellule vegetali, appaiono e scompaiono a seconda delle esigenze. I vacuoli sono presenti nel citoplasma per immagazzinare le sostanze chimiche e mantenere il turgore cellulare, espellere e digerire i solidi. Ci sono diversi tipi: fagocitici, digestivi, secretori, ecc.

La Cellula: Unità Strutturale e Funzionale

Cellula: È l'unità strutturale e funzionale degli esseri viventi, perché tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule e perché è la più piccola unità di materia che può svolgere le funzioni di base degli esseri viventi (ogni cellula proviene da un'altra cellula esistente).

Classificazione delle Cellule dal Punto di Vista Strutturale

• Eucarioti: Possiedono il DNA separato dal resto del nucleo e dal citoplasma da una doppia membrana (le cellule animali e vegetali sono eucariote).
• Procarioti: Il DNA non è separato dal citoplasma da una membrana, ma disperso in esso (i batteri sono procarioti).

Struttura della Cellula Eucariota

Membrana plasmatica: È il limite della cellula, controlla lo scambio di sostanze tra la cellula e l'esterno ed è formata da un doppio strato lipidico in cui sono inserite le proteine.

Citoplasma: È diviso in compartimenti chiamati organuli circondati da membrane, la soluzione in cui sono immersi è chiamata ialoplasma.

Strutture Non Membranose

• Citoscheletro: Insieme di filamenti proteici che si distribuiscono nella rete ialoplasmatica, dà la forma alle cellule ed è responsabile dei loro movimenti.
• Centrosoma: Zona vicina al nucleo da cui derivano i filamenti del citoscheletro (nelle cellule animali contiene i centrioli).

Strutture Membranose

• Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL): Insieme di tubuli appiattiti uniti e diffusi in tutto il citoplasma. Appare come tubulare senza ribosomi, sintetizza i lipidi.
• Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER): Coperto esteriormente da ribosomi, strutture a membrana coinvolte nella sintesi delle proteine.
• Apparato di Golgi: Sacche membranose circondate da vescicole, la sua funzione è quella di inserire all'interno delle vescicole le macromolecole sintetizzate per espellerle all'esterno (secrezione).
• Lisosomi: Vescicole membranose contenenti enzimi digestivi (digestione).
• Mitocondri: Sono circondati da una doppia membrana che riveste lo spazio esterno chiamato matrice. La membrana interna si estende nella matrice formando creste (contiene piccole molecole di DNA, sono responsabili della produzione di energia).

Nucleo: È separato dal citoplasma da una membrana. La membrana nucleare è perforata, permettendo lo scambio di sostanze. All'interno del nucleo si trovano:

• Cromatina: Formata da fibrille costituite da una molecola di DNA, controlla e regola le funzioni vitali della cellula.
• Nucleolo: Una o più aree di aspetto granulare, in cui si formano i ribosomi.

Caratteristiche delle Cellule Vegetali

Le cellule vegetali sono prive di centrioli e possiedono organelli e strutture uniche come cloroplasti, parete cellulare e grandi vacuoli.

• Parete cellulare: Formata principalmente da cellulosa, protegge la cellula e mantiene la sua forma.
• Vacuoli: Possono arrivare ad occupare fino al 90% della cellula, svolgono funzioni di stoccaggio.
• Cloroplasti: Conducono la fotosintesi, hanno una doppia membrana che riveste lo spazio interno chiamato stroma che contiene formazioni membranose chiamate tilacoidi, le cui membrane contengono la clorofilla.

La Cellula come Unità Funzionale: Il Metabolismo

Nelle cellule avvengono reazioni chimiche che si chiamano metabolismo. Ci sono due processi metabolici:

• Anabolismo: Fabbricazione del proprio cibo da prodotti chimici o sostanze nutritive che incorpora dall'ambiente, sia dall'energia solare che dall'energia accumulata nei composti chimici.
• Catabolismo: I composti chimici sono suddivisi in componenti più semplici e rilasciano l'energia contenuta nei legami, utilizzata per il movimento e il trasporto di sostanze nutritive attraverso la membrana.

Il Ruolo dell'ATP

L'ATP è l'intermediario metabolico comune alla maggior parte dei processi che liberano energia (fotosintesi e respirazione). Una molecola di ATP è un nucleotide costituito da una base azotata, l'adenina, uno zucchero, il ribosio, e 3 gruppi fosfato uniti da legami chiamati "ad alta energia".

Scambio di Materia tra la Cellula e l'Ambiente

• Nutrizione autotrofa: Le cellule che producono la propria materia organica da nutrienti inorganici come CO2 e H2O.
• Nutrizione eterotrofa: La cellula ha bisogno di incorporare materia organica ambientale prodotta da altre cellule.

Trasporto Attraverso la Membrana

La membrana plasmatica permette il passaggio di certe sostanze e impedisce il passaggio di altre. Questo è causato da diversi meccanismi:

Trasporto di Piccole Molecole

• Diffusione: Separati da una membrana permeabile, acqua e soluti si muovono fino a raggiungere una concentrazione intermedia (attraversano dal lato di maggiore concentrazione a quello di minore concentrazione).
• Osmosi: Una membrana semipermeabile che permette solo il passaggio dell'acqua, questa si sposterà dalla soluzione più diluita (ipotonica) a quella più concentrata (ipertonica) fino a quando entrambe non saranno uguali (isotoniche).
• Trasporto attivo: Le piccole molecole sono trasportate in direzione opposta al gradiente di concentrazione, cioè da dove la loro concentrazione è minore a dove è maggiore (richiede energia ATP).

Caratteristiche delle Cellule Procariote ed Eucariote

Procarioti

• Il genoma si trova in una semplice catena di DNA e non è limitato da alcuna membrana.
• Mancanza di organuli citoplasmatici.
• Mancanza di un complesso di membrane all'interno delle cellule.
• Possiedono flagelli, senza capacità contrattile.

Eucarioti

• Due zone differenziate: il nucleo e il citoplasma, separati dalla membrana nucleare.
• Il nucleo della cellula si trova generalmente al centro.
• Il nucleo è composto da: membrana nucleare, materiale genetico, nucleoplasma, uno o più nucleoli.
• Tutti gli organuli citoplasmatici sono separati da membrane.
• Hanno flagelli con una complessa struttura contrattile.