Cellula

Dopo una prima lezione riguardante le biomolecole, ci occuperemo ora dell'unità fondamentale per la vita, cioè la cellula. Qualsiasi essere vivente è formato da cellule: ne basta anche una sola, e infatti moltissimi batteri e lieviti sono formati da una sola cellula, ma non ci sono organismi viventi che non siano formati da cellule. I virus, che non hanno cellula ma sono solo un frammento di DNA circondato da un involucro proteico, non possono essere considerati forme viventi, dato che non sono in grado di compiere da soli le funzioni caratteristiche di un essere vivente (per riprodursi, ad esempio, devono parassitare delle cellule e sfruttarne le capacità).

Procarioti ed eucarioti

La prima grande distinzione da fare, parlando di cellule viventi, è tra organismi procarioti ed eucarioti. I primi, generalmente unicellulari, hanno una cellula molto semplice, dotata di pochi organuli al suo interno, non presentano la membrana nucleare e solitamente hanno un'unica molecola di DNA circolare più o meno libera nel citoplasma (il liquido denso interno alla cellula). Le cellule eucariote, invece, sono molto più complesse, dotate di una moltitudine di organuli, presentano una membrana nucleare e quindi un nucleo, all'interno del quale si trovano diverse molecole di DNA.

Dato che le piante sono organismi eucarioti, in questa lezione ci occuperemo soprattutto di questo tipo di cellule.

Struttura della cellula

Membrana cellulare

La membrana cellulare è la linea (anzi la superficie) di confine tra ciò che sta dentro la cellula e ciò che sta fuori, e come tale ha anche la funzione di far passare o meno sostanze dall'esterno all'interno e viceversa.

La membrana non ha la funzione di dare forma o rigidità alla cellula, al contrario deve essere facilmente modellabile a seconda delle necessità. La natura, per ottenere una membrana con queste caratteristiche, ha scelto come elementi costituenti i fosfolipidi. Questi, essendo composti da una testa idrofila e due code lipofile, si dispongono su due strati, in modo da mostrare verso l'esterno e l'interno della cellule le teste idrofile (sia all'esterno che all'interno della cellula si trovano soluzioni acquose), mentre le code lipofile sono rivolte le une contro le altre all'interno della membrana. Questa disposizione genera forze sufficienti a tenere insieme la membrana, ma dato che non si formano legami forti tra le molecole queste possono ancora muoversi indipendemente dalle altre lungo la superficie della membrana, dando al tutto un aspetto di mosaico fluido.
Questa struttura è così utile che tutte le membrane presenti nelle cellule, sia quelle che delimitano la cellula sia quelle che compongono i suoi organelli, sono fatte in questo modo.

Pur essendo i componenti prevalenti, i fosfolipidi non sono le uniche molecole della membrana: molte proteine si trovano su di essa, alcune sporgenti da una sola parte della membrana, agganciate ad essa attraverso un segmento lipofilo che si inserisce nel doppio strato fosfolipidico; altre proteine (proteine integrali) la attraversano completamente con una o più α-eliche (lipofile). Altre proteine ancora (proteine periferiche) non toccano direttamente la membrana, ma sono legate ad altre che a loro volta sono legate alla membrana. Tutte queste proteine svolgono le funzioni che coinvolgono sia l'interno e l'esterno della cellula; in seguito ne discuteremo alcune.

Soprattutto sulla faccia esterna della membrana sono presenti diversi carboidrati, legati o alle proteine (che in questo caso si chiamano glicoproteine) o ai fosfolipidi (chiamati allora glicolipidi).

La membrana, pur definendo un confine tra il dentro e il fuori, non è completamente impermeabile: molecole abbastanza lipofile (molecole apolari, molecole polari non troppo grandi, ma non molecole cariche) e di dimensioni non eccessive possono attraversare la membrana per diffusione. Per le necessità delle cellule, però, spesso questo sistema di trasporto non basta: nella parete cellulare, quindi, si trovano anche proteine addette al trasporto di sostanze da una parte all'altra.

Citoplasma

Il citoplasma è il contenuto liquido-denso della cellula. A determinare la notevole densità del citoplasma è il citosol, che a sua volta contiene enzimi e ATP (adenosina tri fosfato). All'interno del citoplasma sono contenuti tutti gli organuli della cellula.

Citoscheletro

Non è altro che una rete di filamenti proteici.

Apparato di Golgi

Questo è il centro di sintesi delle molecole complesse che la cellula ingerisce. Per far sì che questo accada, il reticolo endoplasmatico rugoso produce le vescicole (che sono delle specie di bolle) all'interno dei quali sono presenti le molecole complesse di cui la cellula non necessita. Le vescicole fanno uscire dalla cellula il loro contenuto mediante il processo di esocitosi. L'apparato di Golgi è inoltre composto da quattro o più sacchi appiattiti chiamati cisterne

Reticolo endoplasmatico

Si divide in reticolo endoplasmatico rugoso e liscio. Il primo è provvisto di ribosomi (all'interno del quale vengono sintetizzate le proteine a partire dagli amminoacidi), mentre il secondo è come se fosse una sorta di 'autostrada', all'interno del quale le sostanze passano più velocemente. Il reticolo endoplasmatico liscio ha inoltre il compito di sintetizzare i lipidi e in particolare i fosfolipidi.

Lisosomi

Questi non sono altro che gli stomaci della cellula. Sono alcune delle vescicole dell'apparato di Golgi e all'interno di essi sono presenti enzimi che sintetizzano le molecole complesse.

Mitocondri

I mitocondri sono le fabbriche di energia della cellula. Essi sono dei batteri entrati in simbiosi miliardi di anni fa nelle cellule. Il loro compito è quello di demolire le molecole mediante l'ossigeno al fine di ricavare l'energia che la cellula necessita.

Cloroplasti

Sono gli organuli all'interno del quale avviene la fotosintesi clorofilliana grazie all'energia luminosa e all'acqua.

Centrioli

Intervengono nella divisione della cellula.

Nucleo

Il nucleo è l'organulo più massiccio della cellula ed è circondato da una membrana nucleare costituita da doppi strati di fosfolipidi (vd. modello a mosaico fluido). Sono inoltre presenti dei buchi di spessore molto piccolo chiamati pori nucleari, che permettono il passaggio di sostanze molto piccole (come l'RNA o gli enzimi più piccoli). All'interno del nucleo è presente la cromatina, un gruppo di filamenti sottili che formano gli acidi nucleici. All'interno di essa sono presenti i cromosomi, le entità della vita.

Bibliografia

• Susan E. Eichhorn; Ray F. Evert; Peter H. Raven. BIOLOGIA DELLE PIANTE. Bologna, Zanichelli, 2002.