L’organizzazione della cellula

Una tipica cellula vista al microscopio ottico, appare costituita da due parti principali: il nucleo e il citoplasma Il nucleo risulta separato dal citoplasma per mezzo di una membrana (la membrana nucleare) mentre il citoplasma è separato dal liquido circostante da un’altra membrana (la membrana cellulare). Nel loro insieme, le diverse sostanze che costituiscono la cellula formano ciò che si chiama il protoplasma.

L’ORGANIZZAZIONE DELLA CELLULA

Il protoplasma risulta composto da cinque costituenti principali: acqua, elettroliti, proteine, lipidi, carboidrati e acqua.

Componenti della cellula

ACQUA

L’acqua rappresenta il principale mezzo liquido delle cellule, nella maggior parte delle quali, con l’eccezione delle cellule adipose, è presente in una concentrazione tra il 70 e 1’85%. Molti componenti chimici cellulari si trovano disciolti in acqua, mentre altri sono sospesi in forma di particelle o in forma membranosa. Reazioni chimiche avvengono tra le sostanze disciolte oppure a livello della superficie di contatto tra l’acqua e le particelle o le membrane in sospensione.

ELETTROLITI

I più importanti elettroliti della cellula sono potassio, magnesio, fosfati, solfati, bicarbonati, e piccole quantità di sodio, cloro e calcio. Questi componenti cellulari verranno trattati più dettagliatamente nel Capitolo 4, che considererà i rapporti fra liquidi intracellulare ed extracellulare. Gli elettroliti partecipano come costituenti inorganici alle reazioni cellulari. Inoltre, essi sono necessari per la messa in opera di alcuni meccanismi di controllo cellulare. Ad esempio, il passaggio di alcuni elettroliti attraverso la membrana cellulare permette la generazione e la trasmissione di impulsi nelle fibre nervose e muscolari, mentre la concentrazione di elettroliti intracellulari determina e controlla varie reazioni catalizzate da enzimi, necessarie per il metabolismo cellulare.

PROTEINE

Dopo l’acqua, il componente più abbondante nella maggior parte delle cellule è costituito dalle proteine, le quali normalmente rappresentano dal 10 al 20% dell’intera massa cellulare. Esse si possono distinguere in due diversi tipi, proteine strutturali e proteine globulari, che sono principalmente enzimi. Per dare un’idea di che cosa si intende per proteine strutturali può essere sufficiente considerare che la cute è costituita principalmente da proteine strutturali e che un capello è formato quasi interamente da una proteina strutturale. Proteine di questo tipo sono presenti nella cellula principalmente in forma di lunghi filamenti sottili, che a loro volta sono polimeri di molte molecole proteiche. ruolo più rilevante di questi filamenti intracellulari è quello di costituire la base del meccanismo contrattile dei muscoli. Peraltro, filamenti si trovano anche organizzati in miicrotubuli che formano il “citoscheletro” di organuli, come le ciglia, gli assoni delle cellule nervose, i fusi mitotici delle cellule in divisione. Nell’ambiente extracellulare, inoltre, proteine fíbrillari si trovano specialmente nelle fibre di collageno e di elastina del tessuto connettivo, di vasi sanguigni, tendini, legamenti e così via. Le proteine globulari, invece, sono proteine del tutto differenti, costituite di solito da singole molecole proteiche o, al più, da aggregati di poche molecole in forma globulare. Esse svolgono principalmente il ruolo di enzimi cellulari e spesso, a differenza di quelle fíbrillari, sono disciolte nel liquido intracellulare, oppure sono parte integrante di strutture membranarie all’interno della cellula o aderiscono a queste. Gli enzimi vengono a contatto diretto con altre sostanze all’interno della cellula e catalizzano reazioni chimiche. Per esempio, le reazioni chimiche che scindono il glucosio in costituenti più semplici e poi ne favoriscono la combinazione con l’ossigeno formando anidride carbonica ed acqua, fornendo nello stesso tempo energia per le funzioni cellulari, sono catalizzate da una serie di enzimi proteici.

LIPIDI

I lipidi comprendono vari tipi di sostanze che vengono raggruppate insieme sulla base della loro proprietà comune di essere solubili nei solventi dei grassi. Nella maggior parte delle cellule i lipidi più importanti sono i fosfolipidi e il colesterolo, che costituiscono circa il 20% della massa totale cellulare. La particolare importanza dei fosfolipidi e del colesterolo nella cellula è legata al fatto che essi sono insolubili o solo parzialmente solubili in acqua e perciò vengono utilizzati per formare le membrane cellulari così come le membrane di organuli intracellulari, per separare differenti compartimenti intracellulari. Oltre ai fosfolipidi e al colesterolo alcune cellule contengono grandi quantità di trigliceridi, chiamati anche grassi neutri. Nelle cellule adipose il contenuto di trigliceridi può raggiungere perfino il 95% della massa cellulare. Il grasso immagazzinato in queste cellule rappresenta la principale riserva di materiale energetico dell’organismo, che può essere mobilizzato ed utilizzato per la produzione di energia, quando se ne presenti la necessità. Carboidrati. In genere, i carboidrati svolgono un ruolo strutturale assai modesto nella cellula, salvo che come costituenti di molecole glicoproteiche, mentre hanno un ruolo di primaria importanza per la nutrizione cellulare. Nell’uomo la maggior parte delle cellule non contiene grandi riserve di carboidrati, costituendo questi circa 1’1%, in media, della loro massa totale, ma potendo arrivare al 3% nelle cellule muscolari e fino al 6% nelle cellule epatiche.

CARBOIDRATI

I carboidrati, sotto forma di glucosio, sono sempre presenti nel liquido extracellulare circostante, così da essere prontamente disponibili per le cellule. Una piccola quantità di carboidrati è di solito immagazzinata nelle cellule in forma di glicogeno, che è un polimero insolubile del glucosio e può essere rapidamente utilizzato per coprire il fabbisogno energetico delle cellule.

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