La Cellula

 "Ognuna delle nostre cellule possiede in ciascun momento e per l'intero arco della sua esistenza la facoltà di autodistruggersi in poche ore e noi siamo società cellulari formate da componenti la cui vita è "in sospeso" e che sono incapaci di sopravvivere da sole e per ciascuna delle nostre cellule vivere significa aver saputo impedire, per il momento, il suicidio". (dal libro "Al cuore della vita. Il suicidio cellulare e la morte creatrice" di Jean Claude  Amaisen)

Cellule Staminali

Tutti noi sappiamo distinguere un organismo vivente da un qualcosa che non vive. Questo post ha lo scopo di illustrare quali sono le caratteristiche di un organismo vivente e descrivere l'unità fondamentale della vita che ne esprime queste caratteristiche. Gli organismi viventi sono formati da centinaia e migliaia di piccolissime unità che, sono state chiamate da Hooke, cellule. Esse, in un organismo pluricellulare, collaborano insieme per formare tessuti, organi e apparati che contribuiscono al corretto funzionamento dell'intero organismo.
Ma come viene definita una cellula? E quali sono le caratteristiche di un organismo vivente?
La cellula è definita come la più piccola parte di un organismo, in grado di esprimere tutte le proprietà vitali di dell'organismo stesso.
Queste proprietà sono:
- Metabolismo ------> con questo termine si intende l'insieme di tutte le reazioni chimiche che avvengono        nell'ambito dell'organismo e comprendono reazioni di scissione di sostanze nutritizie e la loro assimilazione, di accrescimento, eliminazione di scorie metaboliche, di formazione di energia sotto forma di ATP (Adenosina Tri Fosfato).

- Motilità ------> capacità di spostarsi nell'ambiente, anche in risposta agli stimoli e ai cambiamenti ambientali.
- Evoluzione ------> un organismo vivente si adatta all'ambiente circostante attuando tutta una serie di modificazioni fenotipiche che selezionano gli organismi più adatti a sopravvivere nelle condizioni ambientali date.
- Riproduzione ------> Assicura la sopravvivenza della specie.
La cellula esprime tutte queste proprietà ed è anche essa un organismo vivente e per essere tale, queste proprietà si devono verificare contemporaneamente nell'ambito dello stesso organismo. Inolte, la cellula è definibile anche morfologicamente, ha una struttura, una forma e un volume, ed è separata dall'ambiente circostante da una membrana (membrana cellulare).
L'individualità morfologica e funzionale della cellula è dimostrata dall'esistenza di numerosi microrganismi unicellulari, cioè organismi viventi costituiti da una sola cellula e capaci di una vita autonoma. Anche le cellule degli organismi pluricellulari, come le piante e gli animali, possono vivere in ambienti creati artificialmente (colture in vitro).

LA TEORIA CELLULARE

Una delle più importanti scoperte della Biologia è che tutti gli animali e le piante sono costituite da questi elementi piccolissimi, di dimensioni microscopiche (ordine di grandezza del micrometro, millesima parte del millimetro) che sono alla base dello studio di tutti gli organismi viventi.
Il primo che coniò il termine "cellula" fu Hooke che descrisse in un libro (Micrographia), tutto ciò che aveva osservato al microscopio rudimentale da lui costruito, studiando una sottile fettina di sughero.
Hooke vide che era composta da da minuscole cavità separate da sottili pareti rigide, cavità che egli chiamò Kytos (piccola cella) e dal latino cella (spazio cavo).
Hooke non si rese conto dell'importanza di questa scoperta. Quello che lui in realtà aveva osservato erano cellule vegetali morte che si erano ormai svuotate del fluido vitale. Infatti il sughero è un tessuto morto che si forma al di sotto della corteccia dei fusti di alcuni alberi.
In seguito, quando sono stati perfezionati i microscopi si arrivò alla certezza che tutti gli organismi viventi erano formati da cellule.
Teodor Schwann e Mattia Schleiden, enunciarono la teoria cellulare della vita. Essa si basa su tre postulati:
- Tutti gli organismi viventi, piante e animali, sono formati da cellule.
- La cellula è l'unità fondamentale della materia vivente
- Una cellula deriva da un'altra cellula (Rudolph Virchow).
Dal punto di vista evolutivo, le cellule presentano due livelli di organizzazione. La più semplice per struttura e dimensioni è la cellula Procariota caratteristica di Batteri e Cianofite.
Più complessa invece è la cellula Eucariotica, caratteristica di tutti gli organismi più complessi, unicellulari come i protisti e pluricellulari come metazoi (animali) e metafiti (piante).

 ORGANIZZAZIONE DI UNA CELLULA PROCARIOTICA

I Procarioti sono microrganismi unicellulari, formati da una sola cellula ad organizzazione procariotica, molto più semplice rispetto agli organismi eucariotici, ma sono dotati di tutti gli organelli e apparati che ne assicurano una vita autonoma (DNA, RNA, Enzimi, Proteine..).
Dal punto di vista strutturale si distinguono da una cellula eucariotica, dalla mancanza di un vero nucleo centrale e dalla mancanza di organelli citoplasmatici circondati da membrana.
Anche gli enzimi sono ridotti rispetto a quelli della cellula eucariotica, ma sono estremamente efficienti che assicurano a questi microrganismi una vita autonoma in ambienti estremi.
Tra i procarioti, ricordiamo i Batteri, che sono in grado di riprodursi rapidamente su un substrato composto da poche molecole nutritive e si trovano ovunque, possono vivere anche in condizioni ambientali estreme.
Un altro gruppo di procarioti sono detti Cianofite o Cianobatteri, che effettuano la fotosintesi clorofilliana. questo gruppo è estremamente importante per mantenere l'equilibrio  degli ecosistemi acquatici.
La cellula procariotica è costituita da una sostanza gelatinosa (citoplasma) al cui interno vi è disperso, sottoforma di un unico filamento anulare, il materiale genetico (DNA), ancorato alla membrana plasmatica interna in un punto detto perno.
I Batteri si riproducono asessualmente  per scissione trasversale del citoplasma dopo aver duplicato il materiale genetico. In questo modo, ogni cellula figlia sarà dotata di una copia completa di DNA.
Tuttavia molte specie di Batteri effettuano una specie di riproduzione sessuata, scambiandosi porzioni di DNA, sottoforma di anelli detti plasmidi che contengono  i fattori che determinano la sessualità e altri geni, come la resistenza agli antibiotici.
Il citoplasma dei procarioti, a differenza della cellula eucariotica non ha altri organelli circondati da membrata ma contiene un numero elevatissimo di ribosomi, organelli granulari che hanno la funzione di sintetizzare le proteine e sono costituiti da RNA e proteine ribosomiali.
L'efficienza della cellula procariotica deriva dal numero estremamente elevato di ribosomi nel loro citoplasma, in condizioni ambientali ottimali. Se i Batteri si trovano in condizioni di nutrienti scarsi, entrano in una fase di quiescenza, abbassano tutti i paramentri vitali e possono rimanere, in queste condizioni anche mesi e anni. Alcuni di questi Batteri si racchiudono in una struttura estremamente resistente detta spora, in grado di sopravvivere in condizioni ambientali avverse.
Un'altra caratteristica, che differenzia una cellula procariotica da quella eucaritica, è la presenza, oltre di una membrana plasmatica esterna, di una parete rigida (cell-wall), simile a quella che troviamo nelle cellule vegetali, solo che non è costituita da cellulosa ma da mureina.
Le cianofite, invece, sono circondate da una capsula gelatinosa.

Le forme dei Batteri sono variabili e assumono denominazioni diverse:
- cocchi ------> forma sferica
- bacilli ------> forma bastoncellare
- vibrioni ------> forma a virgola
- spirochete ------> forma spiralata

Possono vivere isolati oppure in colonie senza però la caratteristica suddivisione dei compiti che troviamo nei tessuti degli organismi pluricellulari.

LA COMPLESSITA' DELLA CELLULA EUCARIOTICA

Hanno un'organizzazione eucariotica tutti gli altri organismi viventi, compresi i quattro regni della natura, Protisti, Funghi, Animali e Vegetali, e vengono detti Eucarioti.

A parte i Protisti e vari Funghi che sono specie unicellulari formati da cellule che hanno una struttura estremamente complessa, tutti gli altri organismi che fanno parte degli altri regni, sono tutti pluricellulari, cioè formati da più cellule che a loro volta si aggregano a formare tessuti e organi, con una funzione ben precisa, nell'ambito dell'organismo stesso.

Le cellule eucariotiche hanno una vastità di forme e dimensioni che rispecchiano la loro funzione all'interno dei tessuti ma hanno una struttura di base comune.

A differenza delle cellule procariotiche, hanno un nucleo ben definito, circondato da una membrana, contenente nel suo interno il DNA, la macromolecola responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari. 

La sua complessità deriva dalla "compartimentazione" degli organuli cellulari, ogni organulo è suddiviso in comparti da membrane, simili alla membrana plaslatica, ognuno con una specifica funzione.

Al microscopio elettronico è possibile osservare le caratteristiche di una cellula eucariotica :

• la cellula è delimitata da una membrana plasmatica costituita da fosfolipidi. Essa funge da membrana semipermeabile selettiva, cioè seleziona le molecole in entrata e in uscita dalla cellula, oltre che separarla dall'ambiente acquoso esterno.
• Il nucleo, solitamente centrale e ben definito, è delimitato da una doppia membrana. Sulla membrana esterna, rivolta verso il citoplasma cellulare, vi sono  numerosi granuli (ribosomi), che hanno la funzione di sintetizzare le proteine. L'involucro nucleare presenta numerosi pori, detti pori nucleari, che mettono in comunicazione il citoplasma con l'interno del nucleo, dove risiede il DNA,sottoforma di cromatina.
• Nel citoplasma, al di fuori del nucleo e all'interno della membrana plasmatica, vi sono numerosi organelli cellulari, cicondati da membrana e che svolgono funzioni specifiche:                    

- Apparato di Golgi: costituito da una serie di cisterne appiattite disposte  parallelamente e da vescicole che si staccano dalla sua superficie. La sua  funzione è quella di modificare ulteriormente le proteine, soprattutto  quelle  destinate  ad uscire fuori dalla cellula e sintetizzare i polisaccaridi.

- Ribosomi: di forma granulare, hanno la funzione di sintetizzare le proteine. Si possono trovare liberi nel citoplasma o legati al reticolo endoplasmico.

- Centrioli : di forma bastoncellare disposti perpendicolarmente tra loro intervengono nella formazione del fuso mitotico durante la divisione cellulare.

- Mitocondri: sono di forma bastoncellare delimitati da una doppia membra, di  cui quella interna si ripiega formando delle dicitazioni dette creste mitocondriali. Lo spazio interno contiene una sostanza granulare detta matrice. Sono considerati "la centrale energetica" della cellula in quanto nel loro interno avvengono le reazioni chimiche che portano alla produzione di energia, che viene racchiusa nelle molecole di ATP.

- Reticolo Endoplasmatico: è costituito da un sistema di tubuli e di cisterne collegate tra loro. Si distinguono due regioni che differiscono sia per l'aspetto sia per le funzioni che svolgono: il reticolo endoplasmatico rugoso (RER), ricco di ribosomi, locallizzato generalmente a ridosso della membrana nucleare, ed il reticolo

endoplasmatico liscio (REL), privo di ribosomi. Hanno funzioni diverse, il RER è legato alla secrezione di proteine sintetizzate a livello dei ribosomi che vengono, nel suo interno, ulteriormente modificate e indirizzate ad altri organelli. Il REL svolge numerose funzioni biosintetiche e cataboliche come la sintesi di ormoni steroidei.  

- Lisosomi: organelli circondati da membrana contenenti enzimi idrolitici e servono a digerire sostanze e particelle estranee.

- Il tutto viene sorretto da una rete di microtubuli e filamenti costituiti da proteine che  viene detto Citoscheletro, che costituisce lo scheletro vero e proprio della cellula che altrimenti non avrebbe consistenza.

 LA CELLULA VEGETALE

La cellula vegetale ha tutte le caratteristiche, descritte per una tipica cellula animale, si differenzia però per alcuni aspetti:

• Al di fuori della membrana plasmatica presenta una parete semirigida costituita da cellulosa. 
• Nel citoplasma sono presenti grossi sacchi, vacuoli, ripieni di liquido e circondati da una membrana, il tonoplasto.
• Presenza nel citoplasma di plastidi, organuli circondati da membrana propria e sono di tre tipi: 

- Leucoplasti -----> incolori, privi di attività fotosintetica.
- Cromoplasti ----> contenenti pigmenti colorati come il beta carotene di colore arancio.
- Cloroplasti ----> di colore verde, contenente la clorofilla, ed hanno attività fotosintetica.

Come possiamo vedere lo studio di una cellula sia essa procariotica che eucariotica, è lungo e complesso. Da considerare che all'interno di ogni organello avvengono una miriade di reazioni chimiche che danno quel fenomeno che viene chiamato VITA. Avremo modo di approfondire le maggiori reazioni chimiche che avvengono nell'ambito di un organismo vivente.

PER APPROFONDIRE:

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Un inatteso meccanismo di segnalazione cellulare

Studiare un fungo termofilo per capire le cellule eucariotiche