La cellula (superiori)

lezione La cellula (superiori)
	Tipo: lezione
	Materia: Scienze naturali per le superiori 2
	Avanzamento: lezione completa al 100%

Ciò che rende la cellula interessante è che ancora oggi molti suoi meccanismi non sono stati pienamente compresi. Una cellula è un sistema complesso con migliaia di componenti molecolari che lavorano insieme in modo coordinato per produrre il fenomeno che chiamiamo vita. Durante tutto il XX secolo queste componenti molecolari vennero identificati (per esempio, vedi Progetto Genoma) ma la ricerca continua sui dettagli dei processi cellulari come il controllo della divisione della cellula e della differenziazione cellulare. La rottura dei normali meccanismi di divisione cellulare può causare un anormale comportamento della cellula come i fenomeni tumorali.

Le cellule hanno interazioni complesse con l'ambiente che le circondano. Che esternamente vi sia un ambiente o altre cellule, i meccanismi di interazione sono presenti e complessi. Lo studio dei meccanismi con i quali le cellule rispondono in modo appropriato all'ambiente costituisce un vasto settore della ricerca moderna. Per fare un esempio, un ormone come l'insulina interagente con la superficie di una cellula può risultare nel comportamento alterato di centinaia di componenti molecolari all'interno della cellula.

Il materiale genetico di tutte le cellule è identico: eppure esistono migliaia di cellule differenti all'interno del corpo umano e tutte contribuiscono a conferire al corpo di ogni individuo forma e dimensioni differenti. Tutte queste cellule hanno un antenato comune, lo zigote. Lo studio di come le cellule di differenziano durante lo sviluppo dell'embrione (biologia dello sviluppo) costituisce un ramo della Biologia. Molto del controllo sulla differenziazione della cellula è a livello genetico (vedi trascrizione), tramite l'mRNA. Genetisti, biologi molecolari e cellulari stanno lavorando per scoprire i dettagli di come le cellule si specializzano per raggiungere funzioni complesse e differenti come a contrazione dei muscoli all'immagazzinamento di informazioni nella memoria.

Le dimensioni delle cellule

Le cellule sono così piccole che questo ammasso di cellule di topo misura soltanto 50 microns

Benché in genere le cellule biologiche sono troppo piccole per essere viste senza microscopio ci sono eccezioni interessanti nelle dimensioni delle cellule. Le cellule degli Eucarioti sono tipicamente 10 volte più grandi di quelle dei Procarioti. In media le cellule delle piante sono fra le più grandi , probabilmente perché contengono molta acqua e molti vacuoli.

Ecco una lista di esempi utili a farsi un'idea delle dimensioni delle cellule.Fate molta attenzione a notare la grande varietà di tipi e di grandezze che le cellule possono raggiungere.

0.1 nm (nanometro) diametro di un atomo di idrogeno
0.8 nm Amminoacido
2 nm Diametro di una elica di DNA
4 nm Proteina Globulare
6 nm microfilamenti
10 nm spessore della membrana cellulare
11 nm Ribosoma
25 nm Microtubulo
50 nm Poro nucleare
100 nm Grande Virus
150-250 nm piccoli batteri come mycoplasma
200 nm Centriolo
200 nm (200 to 500 nm) Lisosoma
200 nm (200 to 500 nm) Perossisoma
800 nm virus gigante Mimivirus

A questo punto entriamo nell' area dei colossi della biologia :

1 - 10 µm dimensioni normali per i Procarioti
1 µm Diameter of human nerve cell process
2 µm E.coli - un batterio che vive nell' intestino
3 µm Mitocondri
5 µm lunghezza di un cloroplasto
6 µm il nucleo
9 µm Globulo rosso

A 10 µm siamo nella vita vera e propria :

10 - 30 µm La maggior parte delle cellule animali degli Eucarioti
(10 - 100 µm) Cellule delle piante degli Eucarioti
90 µm Piccola Ameba
100 µm Ovocita umano
160 µm Megacariocita
500 µm Batterio gigante Thiomargarita
800 µm grande Ameba
1 mm Diametro di cellula nervosa di polpo gigante
40mm Diametro di una ameba gigante Gromia Sphaerica
120 mm Diametro di un uovo di struzzo
3 metri Lunghezza della cellula nervosa del collo di una giraffa

Di cosa è fatta una cellula

I più importanti elementi chimici che compongono la cellula sono:

59% Idrogeno (H)
24% Ossigeno (O)
11% Carbonio (C)
4% Azoto (N)
2% Altri - Fosforo(P), Zolfo (S), etc.

La differenza tra questi elementi sono i rispettivi pesi atomici, gli elettroni ed in generale le loro proprietà chimiche. Un atomo può legarsi solo a determinati altri atomi in numero limitato. Per esempio il carbonio (C) può legarsi soltanto a 4 atomi, avendo quattro elettroni di valenza esterni; l'idrogeno ne ha solo uno e di conseguenza può legarsi soltanto ad un altro atomo. Un esempio può essere il metano CH₄. L'ossigeno ha solo due elettroni liberi e può anche formare soltanto un doppio legame con un singolo atomo che in chimica organica si chiama 'estere'.

Metano	Acqua	Metanolo (Alcool Metilico)
H \| H-C-H \| H	H H \ / O	H \| H-C-O-H \| H

Le più importanti molecole organiche che formano una cellula sono :

50% proteine
15% acidi nucleici
15% carboidrati
10% lipidi
10% Altro

Ecco una lista di elementi chimici con simbolo, peso atomico e rispettivo ruolo biologico.

Elemento	Simbolo	Peso Atomico	Ruolo Biologico
Calcio	Ca	40.1	ossa; messaggero della contrazione muscolare
Carbonio	C	12.0	Costituente strutturale delle molecole organiche
Cloro	Cl	35.5	Digestione e fotosintesi
Rame	Cu	63.5	necessario per alcuni molluschi
Fluoro	F	19.0	Necessario nello sviluppo dei denti
Idrogeno	H	1.0	nell' acqua e in molte altre molecole
Iodio	I	126.9	Tiroxina (un ormone)
Ferro	Fe	55.8	Emoglobina
Magnesio	Mg	24.3	Parte della clorofilla, il pigmento fotosintetico; essenziale per alcuni enzimi.
Manganese	Mn	54.9	Essenziale per alcuni enzimi.
Azoto	N	14.0	Costituente di tutte le proteine ed acidi nucleici.
Ossigeno	O	16.0	Respirazione; parte dell' acqua; coinvolto nella maggior parte delle molecole organiche.
Fosforo	P	31.0	Legame ad alta energia in ATP.
Potassio	K	39.1	Generazione di impulsi nervosi.
Selenio	Se	79.0	Per il lavoro di molti enzimi.
Silicio	Si	28.1	Gusci di diatomee.
Sodio	Na	23.0	Parte del Sale; conduzione nervosa
Zolfo	S	32.1	Costituente di molte proteine. Importante nella struttura delle proteine: i legami zolfo sono solidi.
Zinco	Zn	65.4	Essenziale per l'enzima ossidativo dell' alcool.