Cellula

Una cellula è una struttura legata alla membrana che si presenta come unità funzionale indipendente della vita (come negli organismi unicellulari, per esempio batteri, protozoi, ecc.), o come unità strutturale o fondamentale in un tessuto biologico specializzato per svolgere una funzione particolare negli organismi multicellulari (ad esempio piante e animali).

Definizione di cellula

In biologia, una cellula (, “plurale: cellule”) è definita come l’unità strutturale, funzionale e biologica di tutti gli organismi. È un’unità autonoma auto-replicante che può esistere come unità funzionale indipendente della vita (come nel caso di un organismo unicellulare), o come sub-unità in un organismo multicellulare (come nelle piante e negli animali) che svolge una funzione particolare in tessuti e organi.

Etimologia: Il termine “cellula” deriva dal latino “cella”, “cellula”, che significa “una piccola stanza”.

Leggi: Cellula biologica – Introduzione (Tutorial)

Tipi di cellule

Le cellule possono essere tipizzate in diversi modi. Per esempio, in base alla presenza di un nucleo ben definito, una cellula può essere eucariotica o procariotica. Le cellule possono anche essere classificate in base al numero di cellule che compongono un organismo, cioè “unicellulari”, “multicellulari” o “acellulari”.

Cellula procariotica contro cellula eucariotica

Le cellule possono essere classificate in due tipi principali: cellule procariotiche (per esempio cellule batteriche) e cellule eucariotiche (per esempio cellule vegetali o animali). La differenza principale tra i due è un nucleo ben definito circondato da un involucro nucleare membranoso presente solo nelle cellule eucariotiche. Oltre al nucleo, ci sono altri organelli presenti nelle cellule eucariotiche. Questi organelli sono mitocondri, plastidi, reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi. Questi organelli non sono presenti nelle cellule procariotiche. Nonostante queste differenze, le cellule procariotiche ed eucariotiche condividono una serie di caratteristiche comuni: l’informazione genetica è immagazzinata nei geni, le proteine servono come principale materiale strutturale, i ribosomi sono usati per sintetizzare le proteine, l’adenosina trifosfato è la principale fonte di energia metabolica per sostenere vari processi cellulari, e una membrana cellulare che controlla il flusso di sostanze dentro e fuori la cellula.

Unicellulari vs. multicellulari vs. acellulari

Le cellule possono essere usate come base per descrivere gli organismi come unicellulari o multicellulari. Gli organismi unicellulari sono quelli che hanno una sola cellula, cioè unicellulari. Esempi sono i procarioti e i protisti. Gli organismi multicellulari sono quelli che possiedono più di una cellula. Esempi sono le piante e gli animali. Le cellule di un organismo multicellulare possono avere caratteristiche e funzioni comuni.

Queste cellule che agiscono come unità costituiscono un tessuto. I tipi fondamentali di tessuti negli animali sono tessuti epiteliali (o epitelio), tessuto nervoso, tessuto connettivo, tessuto muscolare e tessuto vascolare. Nelle piante, i diversi tipi di tessuti sono i tessuti embrionali o meristematici (come il meristema apicale e il cambium), i tessuti permanenti (per esempio l’epidermide, il sughero, il tricoma) e i tessuti riproduttivi (cioè i tessuti sporigeni). I tessuti permanenti possono essere ulteriormente classificati in fondamentali (per esempio parenchima, collenchima, sclerenchima) e complessi (per esempio tessuti floema e xilema). I tessuti che lavorano all’unisono per svolgere un insieme specifico di funzioni formano un organo biologico. Al contrario, il termine “acellulare” si riferisce a un tessuto che non è fatto di cellule o non è diviso in cellule. Un esempio di tessuto acellulare sono le ife di alcuni funghi.

Struttura di una cellula

Una cellula è una struttura legata alla membrana che contiene citoplasma e strutture citoplasmatiche. La membrana cellulare è composta da due strati di fosfolipidi con proteine incorporate. Separa il contenuto della cellula dal suo ambiente esterno e regola ciò che entra ed esce dalla cellula. Un’altra caratteristica interessante della membrana cellulare è la presenza di molecole di superficie (per esempio glicoproteine, glicolipidi, ecc.) che fungono da “firma” per una cellula. Ogni cellula ha una diversa ‘firma’ o ‘marcatore’ che si pensa funzioni nel riconoscimento cellulare, o in una sorta di sistema di identificazione cellulare. Altre cellule hanno ulteriori strati protettivi sopra la membrana cellulare, per esempio la parete cellulare nelle piante, nelle alghe, nei funghi e in alcuni procarioti.

La componente liquida del citoplasma che circonda gli organelli e altre strutture citoplasmatiche insolubili in una cellula intatta, dove avviene una grande varietà di processi cellulari, è chiamata citosol. Il citosol è composto da acqua, ioni (ad esempio potassio, sodio, cloruro, bicarbonato, magnesio e calcio) e diverse biomolecole, come acidi nucleici, proteine, lipidi e carboidrati. Gli ioni di potassio sono più numerosi nel citosol che nel fluido extracellulare circostante. È nel citosol che avvengono molte reazioni metaboliche, per esempio l’osmoregolazione, la generazione del potenziale d’azione e la segnalazione cellulare.

Nelle cellule eucariotiche, gli organelli cellulari sono i “piccoli organi” all’interno della cellula. Questi organelli svolgono funzioni speciali. Le cellule eucariotiche che svolgono la fotosintesi (per esempio le cellule vegetali) avrebbero numerosi plastidi, in particolare cloroplasti (un tipo di plastide che contiene pigmenti verdi). La presenza di cloroplasti è un modo per distinguere una cellula vegetale da una cellula animale. Altri organelli che si possono trovare sia nelle cellule vegetali che in quelle animali sono il nucleo, i mitocondri, il reticolo endoplasmatico e l’apparato di Golgi. Il nucleo è il grande organello che contiene il materiale genetico (DNA) organizzato in cromosomi. I mitocondri sono considerati la centrale elettrica delle cellule eucariotiche. Questo perché è l’organello che fornisce energia generando adenosina trifosfato (ATP) attraverso la respirazione cellulare. Il reticolo endoplasmatico si presenta come una rete interconnessa di sacche appiattite o tubuli coinvolti nella sintesi dei lipidi, nel metabolismo dei carboidrati, nella disintossicazione dai farmaci e nell’attacco dei recettori sulle proteine della membrana cellulare. È anche coinvolto nel trasporto intracellulare, come il trasporto dei prodotti (del reticolo endoplasmatico ruvido) ad altre parti della cellula come l’apparato di Golgi. L’apparato di Golgi è composto da pile di membrane. È coinvolto nella glicosilazione, nel confezionamento di molecole per la secrezione, nel trasporto di lipidi all’interno della cellula e nel dare origine ai lisosomi.

Altre strutture citoplasmatiche non sono considerate da altri riferimenti come “organelli” perché sono legate da una sola membrana in contrasto con gli organelli di cui sopra che sono a doppia membrana. Per esempio, i lisosomi e i vacuoli non sono considerati da alcune referenze come organelli ma strutture citoplasmatiche basate sul resoconto di cui sopra. I lisosomi sono strutture a singola membrana che contengono vari enzimi digestivi e quindi sono coinvolti nella digestione intracellulare. I vacuoli, a loro volta, sono vescicole legate alla membrana coinvolte nella secrezione intracellulare, escrezione, stoccaggio e digestione. Allo stesso modo, i ribosomi non sono organelli ma strutture citoplasmatiche.

Una cellula procariotica manca dei tipici organelli legati alla membrana presenti in una cellula eucariotica. Tuttavia, può possedere alcune strutture simili agli organelli come il carbossisoma (un compartimento proteico-guscio per la fissazione del carbonio in alcuni batteri), il clorosoma (un complesso di raccolta della luce nei batteri a zolfo verde), e il magnetosoma (presente nei batteri magnetotattici), e il tilakoide (in alcuni cianobatteri). Ha anche un nucleosoma, che non è una struttura a doppia membrana ma una regione nella cellula procariotica contenente materiale nucleare.

I mitocondri e i plastidi hanno il loro proprio DNA (chiamato DNA extranucleare per distinguerlo dal DNA che si trova all’interno del nucleo). Questi organelli sono semi-autonomi. A causa di ciò, si presume che provengano da batteri endosimbiotici (secondo la teoria endosimbiotica).

Ciclo cellulare

Il ciclo cellulare riguarda la sequenza di crescita e divisione di una cellula. In sostanza, il ciclo cellulare comporta la duplicazione del DNA attraverso la replicazione del DNA e questo porta alla divisione della cellula madre, producendo due cellule figlie. Questi processi sono essenziali per la crescita, la replicazione e la divisione delle cellule. Negli eucarioti, il ciclo cellulare è composto da una serie di eventi biologici: la fase di riposo, l’interfase e la divisione cellulare. Durante la fase di riposo, la cellula è in uno stato inattivo, non ciclico. L’interfase è quella fase del ciclo cellulare in cui la cellula cresce di dimensioni, il suo DNA si replica e fa una copia del DNA della cellula per prepararsi alla prossima divisione cellulare. L’interfase è composta da tre fasi: G1, fase S e G2. La fase finale è la divisione cellulare.

Divisione cellulare

La divisione cellulare è il processo in cui una cellula madre si divide, dando origine a due o più cellule figlie. È un processo cellulare vitale perché permette la crescita, la riparazione e la riproduzione. Negli eucarioti, la divisione cellulare può avvenire sotto forma di mitosi o meiosi. Nella mitosi, il risultato sono due cellule geneticamente identiche. Nella meiosi, il risultato sono quattro cellule geneticamente non identiche.

Crescita cellulare e metabolismo

Le cellule dopo essersi divise vanno incontro a crescita. La crescita della cellula è resa possibile dal metabolismo. Il metabolismo può essere classificato in due: catabolismo e anabolismo. Il catabolismo comprende una serie di reazioni chimiche degradative che scompongono molecole complesse in unità più piccole, di solito rilasciando energia nel processo. L’anabolismo include una sequenza di reazioni chimiche che costruisce o sintetizza molecole da unità più piccole, di solito richiedendo un input di energia (ATP) nel processo. Così, biomolecole come acidi nucleici, proteine, carboidrati e lipidi sono prodotte, immagazzinate e degradate all’interno della cellula. Per esempio, il sito di biosintesi del DNA e dell’mRNA è il nucleo. Le proteine, a loro volta, sono sintetizzate dai ribosomi. La sintesi dei lipidi avviene nel reticolo endoplasmatico.

Motilità

Alcune cellule hanno strutture specializzate coinvolte nella locomozione. I flagelli, per esempio, sono estensioni lunghe, sottili, filiformi, simili a fruste, che permettono il movimento per propulsione. Alcuni flagelli però non sono usati per il movimento ma per la sensazione e la trasduzione del segnale, per esempio le cellule fotorecettrici dell’occhio, i neuroni recettori olfattivi del naso, il kinocilio nella coclea dell’orecchio. Le ciglia sono proiezioni simili a capelli sulla superficie di alcune cellule. Le cilia sono generalmente di due tipi: cilia mobili (per la locomozione) e cilia non mobili (per la sensorialità). Esempi di cellule tissutali con ciglia sono gli epiteli che rivestono i polmoni e che spazzano via fluidi o particelle. Esempi di organismi che hanno ciglia sono i protozoi che le usano per il movimento.

Ricerca

La biologia cellulare (o citologia) è lo studio scientifico delle cellule. Robert Hooke è stato nominato come il primo a scoprire le cellule, nel 1665. Matthias Jakob Schleiden e Theodor Schwann furono i primi a formulare la teoria delle cellule, nel 1839.

Termini correlati

• Biologia cellulare
• Cella staminale

Vedi anche

• Citologia
• Tessuto
• Organella
• Citoplasma
• Prokaryote
• Eukaryote

Riferimenti e ulteriori letture

1. kazilek. (2009, settembre 27). Parti di cellule | Chiedi a un biologo. Recuperato dal sito Asu.edu: https://askabiologist.asu.edu/cell-parts
2. Genetica Home Reference. (2019). Che cos’è una cellula? Retrieved from Genetics Home Reference website: https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/cell
3. CELLULE II: ORGANIZZAZIONE CELLULARE. (2019). Recuperato dal sito Estrellamountain.edu: https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookCELL2.html
4. APPUNTI SU CELLULE E ORGANELLI. (2019). Recuperato dal sito Edu.pe.ca: http://www.edu.pe.ca/gray/class_pages/rcfleming/cells/notes.htm
5. Struttura e funzione cellulare. (2019). Recuperato dal sito web Msu.edu: https://msu.edu/~potters6/te801/Biology/biounits/cellstructure&function.htm