La cellula

La cellula è l'unità fondamentale

degli organismi

Attività funzionali delle

cellule

• Crescita • Riproduzione • Trasformazione di

materia ed energia (metabolismo)

• Risposta agli stimoli esterni

• Mantenimento dell'equilibrio interno (omeostasi)

Caratteristiche

strutturali comuni

• La membrana cellulare le separa dall'esterno

• Il citoplasma, costituito prevalentemente da acqua, forma l'ambiente interno

• Il materiale ereditario (DNA) permette la riproduzione

Varietà di organizzazione

e dimensione o Organismi unicellulari (formati da una sola cellula) e

pluricellulari (costituiti da più cellule, con differenti funzioni)

o Organismi procarioti (con cellule più semplici, senza nucleo o altri organuli interni) ed eucarioti (cellule dotate di nucleo, che racchiude il DNA, e altri organuli con funzioni specifiche)

o Le dimensioni variano da 0,1 mm (micrometro= 1 milionesimo di metro) per le cellule batteriche più piccole a decine di cm (uovo di struzzo, 15 cm di diametro)

Perché le cellule sono

piccole? • Le dimensioni minime dipendono dal fatto che le cellule

devono contenere all'interno le molecole biologiche, in

quantità sufficiente alla loro sopravvivenza.

• Le dimensioni massime dipendono dal rapporto

superficie/volume, che deve essere ottimale

• La superficie regola gli scambi tra interno ed esterno: una

superficie estesa permette un maggior numero di scambi

• Il volume determina i processi che avvengono all'interno

della cellula: un volume troppo grande comporterebbe

troppa spesa energetica e tempi lunghi per spostare le

sostanze da un punto all'altro della cellula

Per osservare le cellule si

usa il microscopio • Microscopio ottico: utilizza una fonte di luce

esterna per illuminare il campione; l'ingrandimento avviene grazie alle lenti dell'obiettivo e a quelle dell'oculare; il potere di risoluzione (capacità di distinguere oggetti vicini) è 0,2 mm; permette di osservare campioni vivi

• Microscopio elettronico: utilizza un fascio di elettroni per colpire e "illuminare" il campione; il potere di risoluzione è dell'ordine dei nanometri (millesimi di micron); non permette l'osservazione di campioni vivi. Può essere • A trasmissione: gli elettroni attraversano il campione

e proiettano la sua immagine su un sensore

• A scansione: un sottile fascio di elettroni scansiona il campione e ne fornisce un'immagine in 3D

La membrana plasmatica Membrana costituita da un doppio strato di fosfolipidi: la testa polare idrofila (gruppo fosfato) interagisce con l'acqua mentre le code idrofobiche rimangono protette all'interno del doppio strato Altri componenti della

membrana sono le

proteine, con funzione di

canali trans-membrana, e

i carboidrati, che

permettono il

riconoscimento tra le

cellule

I componenti della

membrana non rimangono

fissi nelle loro posizioni,

ma sono in grado di

muoversi sulla superficie.

Per questo la membrana è

definita un mosaico

fluido

La cellula procariote ha

una struttura semplice

Nella cellula procariote, che caratterizza i batteri, manca la membrana nucleare

che separa il DNA dal resto della cellula, mancano inoltre organuli interni con

funzioni specifiche

Le cellule eucariotiche sono suddivise in

compartimenti con funzioni specifiche Nella cellula eucariote una

doppia membrana definisce

il nucleo, dove è contenuto

il DNA

Il volume interno è

caratterizzato da un sistema

di membrane con funzioni

specifiche:

• Reticolo endoplasmatico

rugoso (RER), in

continuità con la

membrana nucleare;

• Reticolo endoplasmatico

liscio (REL), collegato al

RER

• Apparato del Golgi,

costituito da vesciche

(cisterne) tra loro

separate

Le cellule eucariotiche sono suddivise in

compartimenti con funzioni specifiche Alcuni organuli si trovano

esclusivamente nella cellula

animale:

• I lisosomi, che

permettono la

demolizione delle

sostanze nutritive o delle

componenti danneggiate

• I centrioli, che

intervengono durante la

duplicazione della cellula

Nelle cellule eucariotiche vegetali sono presenti

strutture che non compaiono nelle cellule animali Nella cellula

vegetale una

parete di

cellulosa

(polisaccaride)

riveste la

membrana

cellulare;

il vacuolo

centrale

contribuisce a

mantenere la

forma della

cellula e a

mantenere il

turgore;

i cloroplasti

permettono la

fotosintesi

Mitocondri e cloroplasti

hanno la stessa origine

Mitocondrio • Organulo a

doppia membrana presente in tutte le cellule eucariote

• È la centrale energetica della cellula; al suo interno avviene la respirazione cellulare, che fornisce energia (ATP) alle cellule

Cloroplasto • Organulo a doppia

membrana presente

solo nelle cellule

eucariote vegetali

• Al suo interno

avvengono i processi

che trasformano

l'energia luminosa in

energia chimica, ossia

la fotosintesi

• La membrana interna

è ripiegata in strutture

dette tilacoidi; i

tilacoidi sono impilati

in grani

• La membrana interna è ripiegata a formare creste,

per aumentare la superficie disponibile

• Il volume interno, detto matrice, contiene gli enzimi

necessari per la respirazione, il DNA mitocondriale e

alcuni ribosomi

• Il volume interno è detto stroma e, come la matrice

dei mitocondri, contiene enzimi, DNA e ribosomi

necessari per la fotosintesi

Il citoscheletro fornisce sostegno e

permette il movimento degli organuli

Si tratta di un'impalcatura proteica formata da tre tipi di filamenti di diametro diverso

• Microfilamenti, costituiti da una doppia catena di actina, possono contrarsi e permettono il movimento di alcuni tipi di cellule (p.es. quelle muscolari)

• Filamenti intermedi, di diametro maggiore, formati da proteine fibrose, sono strutture di ancoraggio per gli organuli e di rinforzo per le cellule

• Microtubuli, tubi proteici formati da tubulina, hanno funzione di ancoraggio degli organuli e ne guidano gli spostamenti; formano inoltre gli organi di movimento delle cellule, ossia ciglia e flagelli