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Cellula

 

Descrizione

La cellula (dal latino, piccola camera) è l'unità fondamentale di tutti gli organismi viventi, la più piccola struttura ad essere classificabile come vivente.

Alcuni organismi, come ad esempio i batteri acidoplastici o i protozoi, possono consistere di una singola cellula ed essere definiti unicellulari. Gli altri organismi, come l'uomo, formato da circa 100 mila miliardi (1014) di cellule, vengono definiti invece pluricellulari. I principali organismi pluricellulari appartengono tipicamente ai regni animale, vegetale e dei funghi. Le cellule degli organismi unicellulari presentano caratteri morfologici solitamente uniformi. Con l'aumentare del numero di cellule di un organismo, invece, le cellule che lo compongono si differenziano in forma, dimensioni, rapporti e funzioni specializzate, fino alla costituzione di tessuti, organi ed apparati (o sistemi) ...

La scienza che si occupa dello studio morfologico della cellula è la citologia.

 

Storia

Il termine "cellula" è legato all'analogia che Robert Hooke immaginò tra le microstrutture che osservò nel legno di sughero, utilizzando un microscopio di sua invenzione, e le piccole camere che caratterizzano molti monasteri. Il suo libro Micrographia del 1665, in cui descrive la morfologia delle cavità lasciate vuote dalle cellule del sughero, ormai morte, è dunque il primo testo in cui tale termine viene usato in riferimento ad un'unità biologica.

Soltanto due secoli più tardi furono gettate le basi della moderna teoria cellulare. Nel 1831 il botanico scozzese Robert Brown descrisse ad un congresso il primo organulo ad esser stato individuato: il nucleo cellulare. Successivamente sarebbe anche stato proposto l'uso del termine citoplasma per indicare lo spazio cellulare interno compreso tra la membrana plasmatica ed il nucleo.

Alla fine del 1830, Matthias Jakob Schleiden e Theodor Schwann misero riportarono i punti originari della teoria cellulare, secondo cui tutti gli organismi sono composti da una o più cellule.

Secondo tale teoria, tutte le funzioni vitali di base di un organismo si svolgono all'interno delle cellule, che possiedono l'informazione genetica necessaria per regolare le funzioni cellulari e per trasmettere l'informazione alla generazione successiva. In particolare, secondo i successivi assunti di Rudolph Virchow (1855), ogni cellula può provenire solo da cellule preesistenti (omnis cellula ex cellula).

 

Cenni generali

Ogni cellula può esser definita come un'entità chiusa ed autosufficiente: essa è infatti in grado di assumere nutrienti, di convertirli in energia, di svolgere funzioni specializzate e di riprodursi se necessario. Per fare ciò, ogni cellula contiene al suo interno tutte le informazioni necessarie.

Tutte le cellule mostrano alcune caratteristiche comuni:

la riproduzione attraverso divisione cellulare (scissione binaria/mitosi o meiosi);

l'utilizzo di enzimi ed altre proteine (o anche di acidi nucleici) prodotti a partire dai geni presenti sul DNA, utilizzando come intermedio DNA/proteine, un trascritto di RNA (dogma centrale della biologia molecolare);

il metabolismo, che permette alle cellule di incorporare materiali grezzi e di sintetizzare componenti cellulari, di ricavare energia e di rilasciare i prodotti di scarto; il funzionamento di una cellula dipende dalla sua capacità di estrarre ed utilizzare l'energia chimica contenuta nelle molecole organiche (tale energia viene rilasciata durante i pathway metabolici);

la risposta a stimoli interni ed esterni, come variazioni di temperatura, pH o nei livelli di nutrienti od ormoni;

un contenuto cellulare racchiuso in una membrana plasmatica, composta da un doppio foglietto fosfolipidico.

Alcune cellule procariote contengono importanti compartimenti interni racchiusi all'interno di membrane, ma sono solo quelle eucariote a presentare in genere diverse compartimentazioni interne racchiuse da membrane fosfolipidiche (definite organelli). Lo scambio di materiali tra queste diverse regioni è garantito da complessi sistemi di trasporto di piccole vescicole, come quello delle chinesine.

 

Dimensioni della cellula

Le dimensioni della cellula variano da pochi micrometri ad alcune decine. Per tale motivo, una cellula non può essere identificata ad occhio nudo (a parte alcuni casi particolari, come le uova). Per motivi fisiologici la cellula non può superare una certa dimensione: un aumento di diametro di n (n = numero non definito) volte comporterebbe un aumento della superficie cellulare di circa n2 volte, con conseguente maggiore possibilità di scambi con l'esterno (sia in termini di nutrimento che di eliminazione dei rifiuti) ma anche un aumento del volume di n3 volte. Non essendo l'aumento della superficie cellulare proporzionale a quello del volume, quindi, una cellula troppo grande rischierebbe di morire per denutrizione o per uno smaltimento inefficiente dei prodotti di scarto. Le membrane di molte cellule sono ampiamente ripiegate per permettere un aumento della superficie di scambio senza un elevato incremento del volume interno (e quindi delle necessità). Le dimensioni di una cellula umana sono di 50 µm.

 

Forma della cellula

La forma di una cellula dipende da fattori fisici e funzionali. Se una cellula si trova in ambiente acquoso, questa tende ad assumere una forma sferica per effetto della tensione superficiale; le cellule possono anche avere una forma appiattita se risentono della pressione degli strati cellulari sovrastanti (come nel caso delle cellule epiteliali). Tuttavia, esiste una stretta relazione tra la forma di una cellula e la sua funzione: le fibre muscolari sono alquanto allungate per poter svolgere la contrazione; i neuroni possiedono una struttura fortemente ramificata per poter ricevere (attraverso i dendriti) e trasmettere (per mezzo degli assoni) gli impulsi nervosi.

 

Tipi di cellule

Tutte le cellule possono essere grossolanamente ricondotte a due generici tipi: le cellule procariotiche e quelle eucariotiche. La tabella sottostante riporta le principali differenze.

 

 

Cellula procariote

Cellula eucariote

Organismi tipici

Batteri ed archeobatteri

Protisti, funghi, piante ed animali

Dimensioni tipiche

~ 1-10 µm

~ 10-100 µm (con poche eccezioni, come gli spermatozoi)

Tipo di nucleo cellulare

Nucleoide: nessun nucleo davvero definito

Nucleo racchiuso da doppia membrana

DNA

Solitamente circolare

Molecole lineari (cromosomi) complessate da istoni

Sintesi di RNA e proteine

Accoppiate nel citoplasma

Sintesi dell'RNA nel nucleo e delle proteine nel citoplasma

Ribosomi

50S+30S

60S+40S

Strutture citoplasmatiche

Poche strutture

Numerose strutture racchiuse da membrane e citoscheletro

Movimento cellulare

Flagelli composti di flagellina

Flagelli e ciglia composte di tubulina

Mitocondri

Nessuno

Da uno a diverse migliaia (con alcune eccezioni)

Cloroplasti

Nessuno

Nelle alghe e nelle piante

Parete cellulare

Presente

Presente nelle piante

Organizzazione

Solitamente unicellulare

Unicellulare, a colonie e in organismi pluricellulari (contenenti cellule specializzate)

Divisione cellulare

Fissione binaria

Mitosi (fissione o gemmazione) e meiosi

 

Cellula procariotica

Ci sono due tipi di cellula procariote che, secondo la proposta tassonomica del 1990 di Carl Woese, costituiscono due dei tre domini viventi: gli Eubacteria (a volte, semplicemente, Bacteria) e gli Archaea. Tra questi due domini non ci sono tuttavia differenze strutturali sostanziali. Le principali strutture che caratterizzano la cellula procariote sono tre:

La presenza di una o più appendici chiamate flagelli e/o pili (strutture proteiche che protrudono dalla superficie cellulare).

Un contenitore cellulare costituito da parete cellulare e/o da capsula, barriere supplementari nei confronti dell'esterno. I componenti del contenitore possono essere estremamente variabili. Se la membrana plasmatica è presente in tutte le cellule procariotiche, esse presentano grandi differenze relativamente alla presenza e/o alla composizione di capsula e parete. La parete delle cellule procariotiche può essere di due tipi; questi si distinguono per mezzo della colorazione di Gram in: Gram-positivo o Gram-negativo. Le pareti Gram-positive se colorate tramite il colorante cristalvioletto, e poi risciacquate, mantengono la colorazione, mentre quelle Gram-negative no. La differenza sta tutta nella composizione della parete. Sia i Gram-positivi che i Gram-negativi, possiedono uno strato esterno detto peptidoglicano, che è il frutto dell'unione di due acidi e alcuni residui aminoacidici. Il peptidoglicano dei Gram-positivi è molto spesso, mentre quello dei Gram-negativi, oltre ad essere più sottile, è sormontato da uno strato LPS (lipolisaccaridico).

- Una regione citoplasmatica priva di nucleo e/o organelli, che contiene principalmente il genoma ed i ribosomi. Un cromosoma procariote è solitamente una molecola circolare. Anche senza un vero nucleo, il DNA è condensato in un nucleoide. I procarioti possono avere elementi di DNA extracromosomico chiamati plasmidi, che sono solitamente circolari e che possono apportare capacità aggiuntive come la resistenza agli antibiotici. Le funzioni che gli organelli svolgono negli eucarioti, nei procarioti sono svolte a cavallo della membrana plasmatica.

 

Cellula eucariota

Una tipica cellula eucariotica presenta solitamente una dimensione circa 10 volte maggiore rispetto ad una tipica cellula procariotica, con un volume cellulare complessivo che può essere dunque anche 1.000 volte maggiore. La principale caratteristica delle cellule eucariote, che le distingue da quelle procariote, è la presenza di una notevole compartimentazione interna, costituita dalla presenza di vescicole ed invaginazioni racchiuse da membrane fosfolipidiche nelle quali hanno luogo specifiche attività metaboliche. Il compartimento più importante è senza dubbio il nucleo cellulare, un organulo in cui viene conservato il DNA cellulare e che dà il nome alla cellula stessa (dal greco ευ, bene/vero e κάρυον, nucleo).

A livello strutturale, le cellule eucariote presentano differenze rilevanti dai procarioti in tre regioni:

La membrana plasmatica è del tutto simile a quella procariotica nella struttura e nella funzione. La parete cellulare non è invece presente, se non nella cellula vegetale (che presenta tuttavia una composizione profondamente diversa).

Il DNA eucariotico è organizzato in molecole lineari chiamate cromosomi, associate ad istoni e contenute interamente nel nucleo. Anche alcuni organelli eucariotici (come i mitocondri ed i cloroplasti) possono contenere DNA.

Gli eucarioti possono utilizzare ciglia e flagelli per muoversi, sebbene la loro struttura sia decisamente più complessa di quella delle protrusioni procariotiche.

 

Cellula animale

La cellula animale è una cellula eucariotica che, per via di alcuni aspetti, è differente dalla cellula vegetale:

L'assenza di una parete cellulare, ma la sola presenza di una membrana cellulare;

La presenza dei lisosomi: rappresentano il sistema digerente della cellula in quanto sono responsabili della degradazione e della digestione (distruzione) di molecole estranee e macromolecole ingerite dalla cellula via endocitosi così come di macromolecole endogene;

La presenza dei centrioli: intervengono al momento della duplicazione cellulare e sono responsabili di un'ordinata disposizione degli organuli cellulari;

L'assenza di flagelli: per il movimento cellulare;

L'assenza dei plastidi e dei vacuoli, tipici delle cellule vegetali.

 

Voci correlate

- DNA;

- Biologia;

- Organismo vivente;

Ciclo cellulare;

 

Tratto da Wikipedia e modificato

 

 

 

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