Non potrei non dedicare a lei il primo post di Pillole di Biologia: la CELLULA.
La cellula è la più piccola forma di vita esistente. Nonostante le sue dimensioni varino tra 10 e 50 µm (10-6 m) è equipaggiata di tutto quello che le serve per vivere. Alcuni organismi sono infatti costituiti da un’unica cellula, detti per questo unicellulari, mentre quelli pluricellulari sono più complessi e necessitano della collaborazione di più cellule. Per esempio è stimato che gli umani sono costituiti da qualcosa come 40 trilioni di cellule!
Nel 1665 il naturalista e fisico inglese Robert Hooke, usando un microscopio di sua invenzione, notò che il sughero e altri tessuti vegetali erano formati da piccole cavità separate da pareti. Le chiamò celle, cioè piccole stanze. (Il termine “cellula” e il suo significato odierno di “elementi base per la vita” è stato introdotto solo 150 anni dopo la scoperta di Hooke). Questa caratteristica di apparire come unità separate è dovuta alla presenza della membrana cellulare, un sottile strato che circonda la cellula e funziona da barriera tra l’interno e l’ambiente esterno. La membrana cellulare o plasmatica è costituita da un doppio strato fosfolipidico dove si trovano immerse numerose proteine, una piccola percentuale di glucidi, in forma di glicolipidi e di glicoproteine, e molecole di colesterolo, che la mantengono stabile. Il doppio strato non è omogeneo ovunque lungo la circonferenza della cellula e presenta una marcata asimmetria tra i due monostrati, riflettendone le differenti funzioni. Nel descrivere la membrana si fa riferimento al ” modello a mosaico fluido” introdotto da Singer e Nicholson nel 1972. Secondo questo modello lo strato lipidico si trova allo stato liquido e, grazie alla sua fluidità, permetterebbe un buon grado di motilità alle proteine in esso immerse. In realtà modelli successivi hanno dimostrato che esistono dei microdomini lipidici meno fluidi, chiamati zattere lipidiche, formati sopratutto da sfingolipidi, colesterolo e proteine, che funzionano da punti di trasporto delle componenti di membrana e da piattaforme per la genesi di segnali intracellulari.
Le proteine di membrana possono esse integrali o trasmembrana , se attraversano tutto il doppio stato lipidico, o periferiche se sono rivolte verso l’esterno o se inserite nel monostrato interno. In base alla loro posizione svolgono funzioni diverse. Alcune sono dei trasportatori o funzionano da canali per l’ingresso o l’uscita di molecole specifiche. La membrana permette infatti il passaggio per diffusione semplice, secondo gradiente di concentrazione, a molecole di acqua, ai gas e a piccole molecole idrosolubili prive di carica. Gli ioni e le molecole idrosolubili cariche necessitano invece di canali proteici a dispendio o meno di energia (secondo o contro gradiente di concentrazione), mentre le macromolecole sfruttano il trasporto vescicolare. Altre proteine di membrana sono dei marcatori e permettono il riconoscimento di altre cellule; alcune funzionano da molecole di legame consentendo a cellule diverse di unirsi e funzionare come un’unità, mentre altre ancora possono inviare o ricevere segnali dall’ambiente esterno. La membrana è quindi una barriera molto dinamica, in continua trasformazione, che presiede all’omeostasi della cellula. Ciò che la membrana deve proteggere è il citoplasma, la sostanza gelatinosa intracellulare che contiene numerosi elementi costitutivi e funzionali, in forma di molecole e organelli.
Gli organelli sono compartimenti membranosi distinti il cui scopo è quello di preservare le diverse reazioni chimiche che avvengono contemporaneamente nel citoplasma e che potrebbero risultare nocive se entrassero in contatto tra di loro.
Il nucleo è l’organello più grande, occupa molto spazio ed è ben visibile al microscopio. È formato da una doppia membrana ed è il centro di controllo della cellula, dove risiede il DNA e dove viene duplicato. Qui avviene anche la sua trascrizione in mRNA, che prosegue il suo percorso fino a proteina in un altro organello, in diretta continuità con la membrana esterna del nucleo: il reticolo endoplasmatico (RE). È costituito da una serie di camere e canali membranosi, collegati tra loro, e presenta nella sua superficie i ribosomi, organelli prodotti dal nucleolo costituiti di RNA e proteine, a cui è affidata la traduzione dell’RNA messaggero in proteine. (Per l’aspetto che gli conferiscono viene chiamato rugoso o RER) Oltre che sulla superficie del RE possono trovarsi anche liberi nel citoplasma. Il RE può anche essere liscio, ovvero senza ribosomi ed è la sede della sintesi lipidica e degli ormoni steroidei. Dal RE partono numerose vescicole dirette ad un altro organello, l’Apparato di Golgi. Anch’esso è un sistema di membrane continuo. formato da tubuli e cisterne, chiamati dattilosomi, nel cui lume le proteine neosintetizzate nel RER vengono rielaborate, modificate ed indirizzate, all’interno di vescicole, alla loro destinazione finale. Dal Golgi si originano i lisosomi, organelli specializzati nella digestione enzimatica di macromolecole in ambiente acido. Sono anche deputati alla digestione di sostanze assunte dall’esterno per fagocitosi. Un altro organello fondamentale, da considerare come il generatore della cellula, è il mitocondrio. Esso è sede della respirazione cellulare, la serie di complesse reazioni chimiche che portano all’ossidazione delle macromolecole alla produzione di energia sottoforma di ATP. (Il mitocondrio per la sua origine, la struttura ed altre particolarità è un organulo davvero interessante e vorrei dedicargli un post separato più approfondito).
Tutti gli organelli sono ancorati ad una grande rete di tubuli e filamenti connessi tra loro, che si estendono per tutto il citoplasma, chiamata citoscheletro. Ha il compito mantenere la forma della cellula, ma allo stesso tempo le permette di cambiarla durante il movimento, la fagocitosi e il ciclo cellulare. Inoltre rinforza la membrana plasmatica e nucleare, permette il trasporto di vescicole e rappresenta l’asse di sostegno di numerose strutture come ciglia, flagelli e i nostri villi intestinali.
Quella appena descritta è una classica cellula eucariote animale. Con il termine eucariote ci si riferisce ad una cellula complessa, compartimentalizzata e dotata di nucleo al cui interno è racchiuso il materiale genetico. Anche la cellula vegetale è eucariote e, rispetto a quella animale, presenta una parete cellulare esterna alla membrana, un vacuolo citoplasmatico e i cloroplasti, gli organelli deputati alla sintesi clorofilliana. Animali, Piante, Funghi, Protisti e Alghe sono gli Eucarioti e possono essere unicellulari o pluricellulari. Batteri e Archea sono invece Procarioti, organismi più semplici, esclusivamente unicellulari e sono caratterizzati dalla totale mancanza del nucleo; il loro genoma si trova libero nel citoplasma.
Scoprire come funziona una cellula e come è organizzata, è sempre una cosa sorprendente. Pensate che ve ne ho parlato solo in modo superficiale; studiarla nel dettaglio è davvero stupefacente!
Ma vi siete mai chiesti qual’è la sua origine, come e quando si è formata? Se sì, bene…lo vedremo nella prossima puntata!