La Cellula Umana

cellula umana

Siamo composti da 100.000 miliardi di cellule.

Comprendere la composizione e il funzionamento di base della cellula può aiutarci a comprendere cosa accade a livelli più complessi di organi e sistemi.

La formazione del sistema solare e della terra è avvenuta circa 4,6 miliardi di anni fa.

In una prima fase, detta evoluzione chimica, da molecole semplici come idrogeno, ammoniaca, metano, monossido e biossido di carbonio, per azione di radiazioni ultraviolette (sole), calore e scariche elettriche (fulmini), si formarono molecole intermedie molto reattive come l'acetaldeide, il cianuro di idrogeno, la formaldeide, e forse anche qualche acido grasso semplice come l'acido acetico e qualche amminoacido semplice come l'analina.

Seguì una seconda fase, detta evoluzione biologica, in cui si formarono molecole più complesse di acidi, di amminoacidi, di proteine, e sopratutto di acidi nucleici.

  • La prima cellula procariota (cellula vegetale) è comparsa circa 3,5-3.0 miliardi di anni fa.
     
  • La prima cellula eucariota (cellula animale) è comparsa molto dopo, circa 0,9 miliardi di anni fa.
     
  • L'Homo Sapiens ha fatto la sua apparizione 400 mila anni fa.

Ipotesi sull'origine della cellula.

Secondo Jacques Monod e altri autori, le strutture di ordine man mano crescenti formatesi nella cellula sono determinate dalla informazione genetica contenuta nel DNA: dalla sequenza primaria di una catena polipeptidica si hanno per gradi le strutture secondarie e terziarie delle proteine, poi la formazione di composti oligomerici, e infine, per interazione tra proteine, lipidi e acidi nucleici, la formazione delle prime cellule vegetali semplici.

Probabilmente, solo con la comparsa del codice genetico si è potuta determinare la formazione della prima cellula procariota eterotrofa (che si nutre di molecole organiche) ed anaeroba (che vive in assenza di ossigeno).

Successivamente comparvero procarioti autotrofi (che utilizzano il cibo sintetizzato al proprio interno), ovviamente provvisti di pigmenti fotosintetici.

Con la comparsa e l'accumularsi dell'ossigeno, nascono le prime cellule procariote autotrofe e aerobe.

A sua volta, questo tipo di cellula apre la strada alla formazione della prima cellula eucariota, che compare dopo ben 2.6-3,1 miliardi di anni dopo quella della cellula procariota.

La struttura di una cellula eucariota

Le cellule presentano caratteri morfologici uniformi solo negli organismi più semplici; negli altri, le cellule si differenziano per forma, grandezza e compiti.

Esistono due tipi di cellule:

  1. cellula eucariota (animali ed uomo), che contiene un nucleo cellulare delimitato da una membrana nucleare e organuli separati;
     
  2. cellula procariota (vegetali), che sono invece prive di membrana nucleare e organuli intracellulari, ad eccezione dei ribosomi.

Nelle cellule si possono distinguere:

1. Membrana Cellulare

Isola la cellula dall'ambiente esterno.

La struttura tipo della membrana cellulare è costituita da un doppio strato fosfolipidico compreso fra due strati proteici situati a livello delle superfici di separazione tra le fasi interna ed esterna della cellula. L'acqua entra ed esce agevolmente, mentre per molte altre sostanze questo passaggio non è così agevole.

Questa capacita della membrana di permettere o meno il passaggio di sostanze è detta "capacita selettiva".

2. Nucleo

Costituisce la parte più importante della cellula controllandone tutte le attività.

Ad esempio, il nucleo porta alla cellula l'informazione ereditaria per la costruzione di un tipo di organismo "unico"; dirige le attività della cellula, assicurando che le molecole complesse che la cellula richiede per la realizzazione delle varie attività cellulari e per la formazione degli organelli e delle altre strutture, siano nel numero e del tipo necessario; decide quando è il momento giusto della riproduzione cellulare e ne controlla tutte le fasi.

Il nucleo è avvolto dalla membrana nucleare che lo separa dal citoplasma. La membrana nucleare è cosparsa di numerosi forellini detti pori nucleari, grazie ai quali avviene il passaggio di diverse sostanze dal citoplasma all’interno del nucleo.

Il nucleo contiene il DNA combinato con proteine (cromatina). Il DNA cromosomico svolge due tipi di attività: autosintetica ed allosintetica; nel primo caso la molecola di DNA si replica attraverso un processo semiconservativo, nel secondo caso sintetizza i tre tipi di RNA. Quando la cellula si divide, dalla cromatina si formano i cromosomi. Nei cromosomi è insito il genoma della cellula.

All'interno del nucleo è presente un corpo molto denso, il nucleolo, formato anch'esso, come i cromosomi, da DNA e proteine; nel nucleolo si forma inoltre un particolare tipo di RNA, l'RNA ribosomiale.

3. Citoplasma

È la sostanza viscosa compresa tra la membrana cellulare e l'involucro nucleare.

All’interno del citoplasma avvengono la maggior parte delle attività cellulari, inoltre viene prodotta l’energia necessaria per la vita della cellula. In esso si trovano degli organuli adibiti alle varie funzioni che la cellula deve svolgere. Essi sono:

  1. MITOCONDRI: microscopiche centrali energetiche, dove avviene la formazione di ATP (energia necessaria per le cellule) tramite reazioni biochimiche
     
  2. RIBOSOMI: sono di fondamentale importanza, perchè in essi avviene la sintesi proteica. I ribosomi sono gli organelli cellulari più numerosi; sono costituiti da due subunità, una maggiore e una minore, che si dissociano alla fine di ogni ciclo di sintesi di una proteina. La sequenza di RNA viene tradotta nella corrispondente sequenza di aminoacidi assemblati a formare la proteina. Il ribosoma è quindi un apparecchio per sintetizzare le proteine, in grado di riunire nella disposizione opportuna le molecole necessarie per la reazione di sintesi.
     
  3. LISOSOMI: organelli vescicolari intracellulari delimitati da una sola membrana, contenenti vari enzimi, e localizzabili attorno al nucleo; possono considerarsi l'apparato digerente della cellula eucariota, per l'azione svolta dai vari enzimi con degradazione, ad esempio, delle glicoproteine e dei glicolipidi mediante le idrolasi isosomiali, e degradazione di componenti senescenti della stessa cellula, nonchè riciclo e trasporto delle molecole degradate ai comparti dove sono necessarie per la sintesi di nuovi prodotti, con conseguente risparmio energetico.
     
  4. RETICOLO ENDOPLASMATICO: struttura dinamica, che aumenta o diminuisce a seconda dell’attività cellulare. Nelle cellule abbiamo il reticolo endoplasmatico ruvido ed il reticolo endoplasmatico liscio: il primo, a cui sono attaccati i ribosomi, è coinvolto sia nella sintesi che nel trasporto fuori dalla cellula delle proteine; il secondo, che fisicamente è una porzione dello stesso reticolo endoplasmatico ruvido, ma è privo di ribosomi, è importante nella sintesi dei lipidi e nel trasporto di sostanze dal reticolo endoplasmatico ruvido all’apparato del Golgi.
     
  5. APPARATO DEL GOLGI : ha la funzione di rielaborare, selezionare ed esportare i prodotti cellulari.
     
  6. CENTRIOLI: svolgono un'importante funzione nella divisione cellulare.

Il DNA ed il codice genetico

I concetti che seguono servono ad approfondire i modi con i quali il DNA di una cellula stabilisce ad esempio quali proteine servono al nostro organismo e quando servono.

Il DNA è presente in tutte le cellule capaci di riprodursi.

Anche se non prende parte direttamente alla sintesi proteica, il DNA contiene il codice per costruire tutte le proteine che occorrono a partire dai 20 amminoacidi, buona parte dei quali sono sintetizzati anche dalle cellule, ad eccezione di alcuni amminoacidi che debbono essere introdotti necessariamente con l'alimentazione, e che pertanto sono detti essenziali

L'acido desossiribonucleico o deossiribonucleico (DNA) è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi.

Struttura del DNA

Dal punto di vista chimico, il DNA è un polimero organico costituito da monomeri chiamati nucleotidi.

Tutti i nucleotidi sono costituiti da tre componenti fondamentali:

  1. un gruppo fosfato;
     
  2. il deossiribosio (zucchero pentoso);
     
  3. una base azotata che si lega al deossiribosio con legame N-glicosidico.

Quattro sono le basi azotate che possono essere utilizzate nella formazione dei nucleotidi da incorporare nella molecola di DNA: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).

Il DNA, l'albero della vita

Il DNA è formato da due catene polinucleotidiche avvolte ad elica, attorno allo stesso asse centrale.

Le due catene sono connesse l'una all'altra da legami chimici, formati da ponti di idrogeno fra le coppie di basi. Le sole coppie possibili sono AT e CG, e ciò comporta sia una distanza fissa tra le due catene (in figura, i ponti di idrogeno non sono raffigurati, ed A eT e C e G sembrano a diretto contatto, ma in realtà distano di circa 0.30 nm), sia il fatto che, dato un ordine delle basi in una catena, l'altra catena è esattamente complementare.

Durante la duplicazione del DNA (vedi sintesi proteica), le due catene si dissociano e ognuna serve da stampo per la sintesi di una catena complementare.

Siccome le molecole di DNA sono lunghissimi polimeri, il numero delle possibili combinazioni delle quattro basi è enorme, e ciò spiega il gran numero di caratteri ereditari presenti nel codice genetico.

Il codice genetico

Per conservare e scambiare le informazioni genetiche, in oltre 3 miliardi di anni, la natura ha costruito il codice genetico, un linguaggio basato su di un alfabeto a 4 lettere , tante quante sono le basi presenti nella molecola di DNA, e cioè le suddette basi adenina, timina, guanina e citosina.

Tre coppie di basi formano un codone, che identifica o uno specifico amminoacido da utilizzare per la sintesi proteica (vedi appresso), o un segnale di interruzione della sintesi stessa.

Quasi tutti gli esseri viventi usano il medesimo codice genetico, chiamato codice genetico standard.

La sintesi proteica

In base al dogma centrale della biologia molecolare, l'informazione genetica del DNA viene trascritta sotto forma di RNA e successivamente tradotta in proteina, in base alle seguenti tre fasi:

  1. replicazione (o duplicazione) del DNA, mediante l'enzima RNA polimerasi;
  1. trascrizione dell'informazione genetica nell'RNA messagero
  1. traduzione (o sintesi proteica).

Il passaggio dell'informazione è quasi sempre monodirezionale (e cioè l'informazione contenuta nel DNA è trascritta in modo irreversibile nell'mRNA e poi ancora irreversibilmente è tradotta nella proteina), tranne in pochi casi, come ad esempio per i retrovirus, per i quali l'RNA messaggero non traduce l'informazione nella specifica proteina di sintesi, ma la retrotrascrive nel citoplasma in una molecola di DNA (cellula virale!).

 

 

Contatti

info@lacittadellaluce.org

 

Telefono +39.071.7959090
Facilitatori

 

 

Seguici su Facebook

 

Newsletter