Contenuto
- Struttura cellulare di base
- La membrana cellulare
- Il Nucleo
- I ribosomi
- Mitocondri e cloroplasti
- Il citoscheletro
- Altri organelli
Le cellule, in generale, sono unità simili a quelle identiche che compongono un tutto. I blocchi di prigione e gli alveari, ad esempio, sono costituiti principalmente da cellule. Applicato ai sistemi biologici, il termine fu probabilmente coniato dallo scienziato del 17 ° secolo Robert Hooke, inventore del microscopio composto e pioniere in un numero notevole di sforzi scientifici. Una cellula, come descritta oggi, è la più piccola unità di un essere vivente che conserva le caratteristiche della vita stessa. In altre parole, le singole cellule non contengono solo informazioni genetiche, ma usano e trasformano energia, ospitano reazioni chimiche, mantengono l'equilibrio e così via. Più colloquialmente, le cellule sono tipicamente e appropriatamente chiamate "i mattoni della vita".
Le caratteristiche essenziali di una cellula includono una membrana cellulare per separare e proteggere il contenuto della cellula dal resto del mondo; citoplasma, o una sostanza simile al liquido all'interno della cellula in cui si verificano processi metabolici; e materiale genetico (acido desossiribonucleico o DNA). Questo essenzialmente descrive una cellula procariotica o batterica nella sua interezza. Gli organismi più complessi, tuttavia, chiamati eucarioti - compresi animali, piante e funghi - presentano anche una varietà di altre strutture cellulari, tutte evolute in base alle esigenze di esseri viventi altamente specializzati. Queste strutture sono chiamate organelli. Gli organelli sono per le cellule eucariotiche ciò che i tuoi organi (stomaco, fegato, polmoni e così via) sono per il tuo corpo nel suo insieme.
Struttura cellulare di base
Le celle, strutturalmente, sono unità organizzative. Sono formalmente classificati in base a dove ottengono la loro energia. I procarioti comprendono due dei sei regni tassonomici, Archaebacteria e Monera; tutte queste specie sono monocellulari e la maggior parte sono batteri, e risalgono a circa 3,5 miliardi di anni fa (circa l'80 percento dell'età stimata della Terra stessa). Gli eucarioti hanno un "mero" 1,5 miliardi di anni e includono Animalia, Plantae, Fungae e Protista. La maggior parte degli eucarioti sono pluricellulari, sebbene alcuni (ad es. Lievito) non lo siano.
Le cellule procariotiche, come minimo assoluto, presentano un agglomerato di materiale genetico sotto forma di DNA all'interno di un recinto delimitato da una membrana cellulare, detta anche membrana plasmatica. All'interno di questo recinto si trova anche il citoplasma, che nei procarioti ha la consistenza dell'asfalto bagnato; negli eucarioti, è molto più fluido. Inoltre, molti procarioti hanno anche una parete cellulare al di fuori della membrana cellulare per fungere da strato protettivo (come vedrai, la membrana cellulare svolge una varietà di funzioni). In particolare, le cellule vegetali, che sono eucariotiche, includono anche pareti cellulari. Ma le cellule procariotiche non includono gli organelli e questa è la principale distinzione strutturale. Anche se si sceglie di vedere la distinzione come metabolica, ciò è ancora legato alle rispettive proprietà strutturali.
Alcuni procarioti hanno flagelli, che sono polipeptidi a forma di frusta usati per la propulsione. Alcuni hanno anche pili, che sono sporgenze simili a peli utilizzate a scopo adesivo. Anche i batteri si presentano in più forme: i cocchi sono rotondi (come i meningococchi, che possono causare meningite nell'uomo), baccilli (bastoncelli, come le specie che causano l'antrace) e spirilla o spirochete (batteri elicoidali, come quelli responsabili della sifilide) .
E i virus? Questi sono solo piccoli frammenti di materiale genetico, che possono essere DNA o RNA (acido ribonucleico), circondati da un rivestimento proteico. I virus non sono in grado di riprodursi da soli e devono quindi infettare le cellule e "dirottare" il loro apparato riproduttivo per propagare copie di se stessi. Gli antibiotici, di conseguenza, colpiscono tutti i tipi di batteri ma sono inefficaci contro i virus. Esistono farmaci antivirali, con l'introduzione di nuovi e più efficaci continuamente, ma i loro meccanismi d'azione sono completamente diversi da quelli degli antibiotici, che di solito colpiscono le pareti cellulari o gli enzimi metabolici particolari delle cellule procariotiche.
La membrana cellulare
La membrana cellulare è una meraviglia poliedrica della biologia. Il suo compito più ovvio è quello di fungere da contenitore per il contenuto della cellula e fornire una barriera agli insulti dell'ambiente extracellulare. Questo, tuttavia, descrive solo una piccola parte della sua funzione. La membrana cellulare non è una partizione passiva ma un insieme altamente dinamico di porte e canali che aiutano a garantire il mantenimento di un ambiente interno delle cellule (cioè il suo equilibrio o omeostasi) consentendo selettivamente le molecole dentro e fuori la cellula come richiesto.
La membrana è in realtà una doppia membrana, con due strati uno di fronte all'altro in modo speculare. Questo è chiamato doppio strato di fosfolipidi e ogni strato è costituito da un "foglio" di molecole di fosfolipidi, o più propriamente, molecole di glicerofosfolipidi. Queste sono molecole allungate costituite da "teste" di fosfato polare che si affacciano dal centro del doppio strato (cioè verso il citoplasma e l'esterno della cellula) e "code" non polari costituite da una coppia di acidi grassi; questi due acidi e il fosfato sono attaccati ai lati opposti di una molecola di glicerolo a tre atomi di carbonio. A causa della distribuzione asimmetrica della carica sui gruppi fosfato e della mancanza di asimmetria di carica degli acidi grassi, i fosfolipidi posti in soluzione si assemblano spontaneamente in questo tipo di doppio strato, quindi è energeticamente efficiente.
Le sostanze possono attraversare la membrana in vari modi. Uno è la semplice diffusione, che vede piccole molecole come ossigeno e anidride carbonica muoversi attraverso la membrana da regioni di concentrazione più elevata ad aree di concentrazione più bassa. La diffusione facilitata, l'osmosi e il trasporto attivo aiutano anche a mantenere un rifornimento costante di nutrienti che entrano nella cellula e ai prodotti di scarto metabolici in uscita.
Il Nucleo
Il nucleo è il sito di conservazione del DNA nelle cellule eucariotiche. (Ricordiamo che i procarioti mancano di nuclei perché mancano di organelli legati alla membrana di qualsiasi tipo.) Come la membrana del plasma, la membrana nucleare, chiamata anche involucro nucleare, è una barriera fosfolipidica a doppio strato.
All'interno del nucleo, il materiale genetico di una cellula è organizzato in corpi distinti chiamati cromosomi. Il numero di cromosomi che un organismo ha varia da specie a specie; gli esseri umani hanno 23 coppie, di cui 22 coppie di cromosomi "normali", chiamati autosomi e una coppia di cromosomi sessuali. Il DNA dei singoli cromosomi è organizzato in sequenze chiamate geni; ogni gene porta il codice genetico per un particolare prodotto proteico, sia esso un enzima, un contributo al colore degli occhi o un componente del muscolo scheletrico.
Quando una cellula subisce divisione, il suo nucleo si divide in modo distinto, a causa della replicazione dei cromosomi al suo interno. Questo processo riproduttivo si chiama mitosi e la scissione del nucleo è nota come citochinesi.
I ribosomi
I ribosomi sono il sito della sintesi proteica nelle cellule. Questi organelli sono costituiti quasi interamente da un tipo di RNA opportunamente chiamato RNA ribosomiale o rRNA. Questi ribosomi, che si trovano in tutto il citoplasma cellulare, includono una grande subunità e una piccola subunità.
Forse il modo più semplice per immaginare i ribosomi è come piccole linee di assemblaggio. Quando è il momento di fabbricare un determinato prodotto proteico, l'RNA messaggero (mRNA) trascritto nel nucleo dal DNA si fa strada verso la porzione di ribosomi in cui il codice mRNA viene tradotto in aminoacidi, i mattoni di tutte le proteine. In particolare, le quattro diverse basi azotate di mRNA possono essere disposte in 64 modi diversi in gruppi di tre (4 elevati alla terza potenza sono 64), e ciascuno di questi "tripletti" codifica per un amminoacido. Poiché ci sono solo 20 amminoacidi nel corpo umano, alcuni amminoacidi sono derivati da più di un codice tripletto.
Quando l'mRNA viene tradotto, ancora un altro tipo di RNA, l'RNA di trasferimento (tRNA) trasporta qualsiasi amminoacido che è stato evocato dal codice nel sito ribosomiale di sintesi, dove l'amminoacido è attaccato all'estremità della proteina in- progresso. Una volta che la proteina, che può essere lunga da dozzine a centinaia di amminoacidi, è completa, viene rilasciata dal ribosoma e trasportata ovunque sia necessaria.
Mitocondri e cloroplasti
I mitocondri sono le "centrali elettriche" delle cellule animali e i cloroplasti sono i loro analoghi nelle cellule vegetali. I mitocondri, che si ritiene abbiano avuto origine da batteri indipendenti prima di essere incorporati nelle strutture che sono diventate cellule eucariotiche, sono il sito del metabolismo aerobico, che richiede ossigeno per estrarre energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) dal glucosio. I mitocondri ricevono molecole di piruvato derivate dalla scomposizione del glucosio indipendente dall'ossigeno nel citoplasma; nella matrice (interna) dei mitocondri, il piruvato è sottoposto al ciclo di Krebs, chiamato anche ciclo dell'acido citrico o ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA). Il ciclo di Krebs genera un accumulo di portatori di protoni ad alta energia e funge da set-up per le reazioni aerobiche chiamate catena di trasporto degli elettroni, che si verificano nelle vicinanze della membrana mitocondriale, che è l'ennesimo doppio strato lipidico. Queste reazioni generano molta più energia sotto forma di ATP rispetto alla glicolisi; senza i mitocondri, la vita animale non avrebbe potuto evolversi sulla Terra a causa dei prodigiosi fabbisogni energetici degli organismi "superiori".
I cloroplasti sono ciò che conferisce alle piante il loro colore verde, poiché contengono un pigmento chiamato clorofilla. Mentre i mitocondri scompongono i prodotti a base di glucosio, i cloroplasti utilizzano effettivamente l'energia solare per costruire glucosio dall'anidride carbonica e dall'acqua. La pianta utilizza quindi parte di questo combustibile per i propri bisogni, ma la maggior parte di esso, insieme all'ossigeno liberato nella sintesi del glucosio, raggiunge l'ecosistema e viene utilizzato dagli animali, che non possono produrre il proprio cibo. Senza un'abbondante vita vegetale sulla Terra, gli animali non potrebbero sopravvivere; è vero il contrario, poiché il metabolismo animale genera anidride carbonica sufficiente per l'uso da parte delle piante.
Il citoscheletro
Il citoscheletro, come suggerisce il nome, fornisce supporto strutturale a una cellula nello stesso modo in cui il tuo scheletro osseo fornisce un'impalcatura stabile per organi e tessuti. Il citoscheletro è costituito da tre componenti: microfilamenti, fibre intermedie e microtubuli, dal più piccolo al più grande. Microfilamenti e microtubuli possono essere assemblati e disassemblati in base alle esigenze della cellula in un determinato momento, mentre i filamenti intermedi tendono ad essere più permanenti.
Oltre a fissare gli organelli in posizione proprio come i fili guida collegati alle alte torri di comunicazione mantengono questi fissi al suolo, il citoscheletro aiuta a spostare le cose all'interno di una cellula. Questo può essere sotto forma di punti di ancoraggio per flagelli, come fanno alcuni microtubuli; in alternativa, alcuni microtubuli forniscono il condotto effettivo (percorso) per consentire alle cose di muoversi. Quindi il citoscheletro può essere sia motorio che autostradale, a seconda del tipo specifico.
Altri organelli
Altri organelli importanti includono Corpi del Golgi, che sembrano pile di frittelle all'esame microscopico e servono come siti di immagazzinamento e secrezione di proteine, e il reticolo endoplasmatico, che sposta i prodotti proteici da una porzione all'altra della cellula. Il reticolo endoplasmatico si presenta in forme lisce e ruvide; questi ultimi sono così chiamati perché costellati di ribosomi. I corpi del Golgi danno origine a vescicole che spezzano i bordi dei "pancake" e contengono proteine; se questi possono essere considerati container di spedizione, il reticolo endoplasmatico che riceve questi corpi è come un sistema autostradale o ferroviario.
I lisosomi sono anche importanti nel mantenimento delle cellule. Queste sono anche vescicole, ma contengono specifici enzimi digestivi che possono lisare (dissolvere) i prodotti di scarto metabolico delle cellule o sostanze chimiche che non dovrebbero essere presenti, ma che hanno in qualche modo violato la membrana cellulare.