Spazio di collaborazione

 Cellule animali e vegetali

[A sinistra: Rappresentazione di una cellula animale. A destra: rappresentazione schematica di una cellula vegetale (Disegni d Fabrizio Boccardo)]

Ogni organismo vivente è costituito da unità strutturali elementari chiamate cellule. Distinguiamo cellule eucariote e cellule procariote: la cellula procariote ha una struttura relativamente semplice, non possiede organelli interni e il DNA(i) è immerso direttamente nel citoplasma; la cellula eucariote invece ha una struttura più complessa, contiene numerosi organelli interni circondati da membrane intracellulari e un nucleo (anch'esso circondato da una membrana, nucleare) in cui risiede il DNA. Inoltre la cellula eucariote di quella procariote.

In massima parte gli eucarioti sono organismi pluricellulari, ma ne esistono anche di monocellulari, per esempio i lieviti.  Gli organismi superiori, come gli animali e le piante con cui abbiamo a che fare tutti i giorni, sono multicellulari, cioè sono formati da molte cellule, fino a migliaia di miliardi nel caso degli organismi più complessi. Per esempio, nel corpo umano si contano dalle 10.000 ai 100.000 miliardi di cellule (Balzani e Venturi, 2012), valori numerici ancora soggetti a studi e verifiche molto recenti (Bianconi et al. 2013). Per contro gli organismi multicellulari più semplici possono contare anche poche migliaia di cellule. Per comprendere la complessità della vita è necessario scoprire come la cellula, questa microscopica unità elementare con un volume dell'ordine di pochi milionesimi di mm3, al proprio interno sia invece estremamente differenziata e come i suoi numerosi organelli svolgano funzioni molto specializzate nei diversi tessuti, organi e apparati, in cui è organizzato ogni organismo multicellulare.  

Nelle cellule animali oltre al nucleo in cui è custodito il materiale genetico, vi sono altri organelli tra questi i più importanti sono il reticolo endoplasmatico sistema di sacchi e tubuli di membrane che delimitano cavità di forma e grandezza variabile in continuità tra loro; si distinguono il reticolo ruvido e il reticolo liscio. Il primo porta sulle proprie superfici membranose i ribosomi dove avviene la sintesi proteica, mentre il reticolo liscio è privo di ribosomi e interviene nel metabolismo lipidico. Il citoscheletro svolge una funzione di supporto e da forma alla cellula, controlla la sua citocinesi (i.e i suoi movimenti) e ancora la membrana cellulare. L'apparato di Golgi dove vengono rielaborate le proteine prodotte dal reticolo endoplasmatico. I mitocondri ovvero la centrale energetica della cellula, con tutta probabilità di origne batterica (cioè derivato dall'inclusione in tempi remoti di un batterio all'interno di una cellula eucariote ancestrale, vedi figura sotto). I lisosomi dove si accumulano e vengono degradati i prodotti di scarto della cellula. Infine (ultima nell'elenco ma non ultima per importannza) la membrana cellulare che racchiude la cellula e separa il se dal diverso da se. La membrana controlla gli scambi di materia ed energia con il mondo esterno e la comunicazione cellulare tra cellula e cellula. Allo stesso modo le membrane degli organelli interni alla cellula circondano e identificano le diverse strutture interne alla cellula e con diverse modalità regolano la comunicazione intracellulare. 

Dal perfetto sincronismo e dal funzionamento coordinato di milioni e milioni di cellule organizzate in decine, a volte centinaia di differenti tipologie cellulari (circa 200 nel caso dell'uomo, Martino 2012) dipende la crescita e la sopravvivenza degli organismi. Le cellule sono infatti organizzate in organi come il cervello, i muscoli, il cuore, la pelle, il fegato ecc ...  e sistemi quali il sistema circolatorio, il sistema immunitario, il sistema cardiovascolare, e così via.E’ evidente come non solo sia importante che la comunicazione intercellulare (tra cellula e cellula) all'interno di un singolo organo (ma anche tra organi diversi) sia ben sincronizzata ma anche come sia indispensabile una differenziazione delle funzioni di cellule che appartengono a tessuti e organi diversi. Quando una cellula muore o “impazzisce” e cessa di comunicare con le altre, si possono avere conseguenze gravi per l’organismo. 

Pertanto qualsiasi variazione delle condizioni microambientali in cui si trova la singola cellula può interferire sul coordinamento di numerose altre entità a questa connesse, con conseguenze difficilmente immaginabili a priori.

Le cellule hanno dimensioni molto diverse, tipicamente molto piccole dell'ordine dele decine di milionesimi di metro (da pochi micrometri (i) a centinaia di micrometri) e quindi non sono visibili a occhio nudo ma possono essere visualizzate solo al microscopio ottico. Tuttavia alcune di esse fanno eccezione e hanno dimensioni rilevanti, come nel caso del neurone che controlla il movimento del mantello del calamaro con un diametro che è quasi di 1 mm e una lunghezza di qualche cm; ma anche i motoneuroni dell'uomo sono lunghi oltre un metro, con il corpo somatico situato nel midollo spinale e l'assone che raggiunge l'alluce del piede. 

Tra i moltissimi meccanismi che presiedono alla comunicazione tra cellule svolge un ruolo determinante la membrana cellulare e in particolare le proteine di membrana (canali ionici e trasportatori) che sono delegate al mantenimento delle condizioni di omeostasi cellulare, alla trasmissione dei segnali elettrici e chimici essenziali per la distribuzione di informazioni sia all'interno della cellula che tra una cellula e cellule adiacenti oppure anche relativamente lontane. Nella sezione Trasporto ionico e comunicazione cellulare vediamo come "nanoelementi" tossici provenienti dall'ambiente esterno possono interferire con questi importanti nanomeccanismi presenti in qualsiasi cellula di ogni organismo, scompensandone il funzionamento: E' opportuno però sottolineare che, per fortuna, entro certi limiti gli organismi viventi hanno forti capacità di difesa e di risposta a segnali potenzialmente pericolosi.

In altre pagine di questa sezione saranno illustrate, a cominciare dal cervello e dal sistema respiratorio, le funzioni specialistiche svolte dalle celllule in diversi organi e sistemi biologici più vicini alle problematiche del progetto. 

Bibliografia

Alberts, B., Johnson, A., Walter, P.,  Lewis, J., Raff. M., Roberts, K., Orme, N. Molecular Biology of the cell.

Balzani V. e Venturi M. (2012) Chimica: Leggere e scrivere il libro della natura (Scienza Express Editori)

Bianconi E. et al. (2013) Annals of Human Biology, An estimation of the number of cells in the human body

Brooker, R.J., Widmaier, E.P., Graham, L.E., Stiling, P.D. (2011) Biologia - Cellula. McGraw-Hill

Martino, G. (2012) Il cervello gioca in difesa. Mondadori Università Editore

Chiedi all'esperto
*
*
DNA è un acido nucleico, depositario del patrimonio genetico di ogni organismo vivente. Esso è un polimero formato da monomeri nucleotidici. Ogni nucleotide contiene un gruppo fosfato, un deossiribosio (zucchero pentoso) e una base azotata tra le quattro possibili (adenina, guanina, citosina e timina). Il DNA è organizzato in una doppia elica di due filamenti associati tramite l'accoppiamento di due basi azotate. In realtà fin dagli anni '50 è stata dimostrata anche un'organizzazione a tripla elica, con possibili funzioni di regolazione genica (Martino 2012, pg. 117)
1 micrometro = 1 milionesimo di metro