Origine, evoluzione e struttura delle cellule

La cellula è l’unità base degli esseri viventi dotata di tutte le caratteristiche vitali: si riproduce, si nutre, respira, si sviluppa, si adatta all’ambiente, ha un proprio metabolismo e svolge tutte le funzioni biochimiche.

Le cellule sono molto piccole e la loro dimensione varia da 1 £$\mu m^3$£ a 1000 £$\mu m^3$£ (1 £$\mu m$£ = 1×£$10^{-6}$£ m).

Per poterle visualizzare è necessario utilizzare un microscopio, uno strumento scientifico dotato di lenti che permettono di ingrandire le immagini. Il microscopio può essere ottico oppure elettronico.

L’inglese Robert Hooke (1635-1703) costruì un microscopio che gli permise di studiare i tessuti vegetali e di scoprire che erano formati da piccole cavità separate da pareti che chiamò celle.

Solamente in seguito la cellula fu concepita come unità base degli esseri viventi.

La cellula procariotica è la più semplice fra le cellule e forma soltanto organismi unicellulari come i batteri e i cianobatteri (alghe azzurre).

La parte più esterna della cellula procariotica è composta da:

• La MEMBRANA CELLULARE formata da un doppio strato fosfolipidico che permette gli scambi di sostanze in entrata e in uscita;
• La PARETE  CELLULARE formata da proteine, lipidi e polisaccaridi. È un rivestimento rigido esterno e ha la funzione di proteggere la cellula da urti o danneggiamenti;
• La CAPSULA, una sostanza gelatinosa composta da polisaccaridi che si trova solo in alcuni batteri e ha diverse funzioni (protezione, aderenza alle superfici).

All’interno della cellula procariotica troviamo:

• Il CITOPLASMA è un materiale semifluido nel quale avvengono le reazioni cellulari;
• I RIBOSOMI sono corpuscoli tondeggianti indispensabili per la produzione delle proteine costituiti da RNA e proteine;
• I FLAGELLI sono lunghe appendici in grado di contrarsi costituite da proteine;
• I PILI sono presenti in alcuni batteri e sono appendici simili ai flagelli anche se numerose e corte. I pili permettono alla cellula procariotica di aderire ad altri organismi;
• I PLASMIDI sono piccole molecole circolari di DNA che possono essere trasferite da un batterio ad un altro;
• Il NUCLEOIDE è una regione del citoplasma dove si trova il materiale genetico.

Le cellule eucariotiche degli animali hanno degli aspetti comuni con le cellule procariotiche.

Entrambe possiedono:

• MEMBRANA CELLULARE;
• CITOPLASMA;
• RIBOSOMI.

Il citoplasma delle cellule eucariotiche però possiede gli ORGANULI delimitati da membrana, ognuno dei quali ha una particolare funzione. Vediamoli nello specifico:

• NUCLEO
  È l’organulo principale della cellula eucariotica che contiene DNA associato alle proteine. Il nucleo è’ avvolto dalla membrana nucleare che è costituita da due membrane separate tra loro da uno spazio e attraversate da pori che permettono la comunicazione tra nucleo e citoplasma.
• MITOCONDRI
  Producono energia attraverso la respirazione cellulare;
• RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO
  Ha un aspetto granulare ed è formato da una serie di sacchetti appiattiti connessi tra loro. Trasporta i ribosomi nel citoplasma per sintetizzare le proteine;
• RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO
  È il proseguimento di quello rugoso, ma non presenta ribosomi. Sintetizza i lipidi che servono a riparare e a costruire le membrane della cellula;
• RIBOSOMI
  Utili per la sintesi delle proteine. Sono organuli tondeggianti composti di RNA e proteine;
• LISOSOMI
  Vescicole di membrana con enzimi responsabili della digestione dei rifiuti prodotti dalla cellula;
• CENTRIOLI
  Cilindri composti da  9 coppie di microtubuli proteici che intervengono nella divisione cellulare facilitando lo spostamento dei cromosomi all’ interno della cellula;
• CITOSCHELETRO
  Formato da microtubuli e filamenti proteici che sostengono la cellula;
• APPARATO DI GOLGI
  Contiene cisterne (che rifiniscono e rilasciano le proteine) e vescicole (che immagazzinano sostanze di scarto del metabolismo);
• CIGLIA E FLAGELLI
  Sono fibre proteiche capaci di contrarsi utili per il movimento della cellula. Le ciglia sono corte e numerose mentre i flagelli sono poco numerosi e lunghi;
• VACUOLI
  Sono sacche che accumulano sostanze di riserva energetica.

Come la cellula eucariotica animale anche la cellula eucariotica vegetale contiene un nucleo, mitocondri, reticolo endoplasmatico rugoso e liscio, ribosomi e lisosomi, centrioli, citoscheletro, apparato di Golgi, ciglia e flagelli.

Diversamente però dalle cellule animali quelle vegetali presentano i seguenti organuli:

• PARETE CELLULARE
  è un rivestimento spesso e rigido esterno alla membrana che protegge e sostiene l’organismo. Inoltre determina la forma della cellula stessa. È costituita da cellulosa (polisaccaride), lignina (fibra insolubile) e pectina (fibra idrosolubile);
• VACUOLO CENTRALE
  ha la forma di un sacchetto che agisce come un lisosoma delle cellule animali, immagazzina acqua contribuendo a far aumentare le dimensioni della cellula, immagazzina sostanze chimiche essenziali e prodotti di rifiuto del metabolismo cellulare;
• CLOROPLASTI
  utilizzano la luce solare per sintetizzare zuccheri a partire da molecole inorganiche, sono quindi la sede del processo della fotosintesi.

I batteri sono microrganismi appartenenti ai procarioti, molto diffusi in quanto possono vivere in qualsiasi ambiente. Vivono in acqua, nell’aria, nel terreno, negli alimenti, negli oggetti o come parassiti di altri organismi.

La loro dimensione varia da 1 £$\mu m$£ a 10 £$\mu m$£ e si distinguono per la loro forma che può essere a bastoncino, sferica, a spirale oppure a virgola.

In base alla forma si dividono in Cocchi (diplococchi, streptococchi, stafilococchi, tetradi, sarcine), Bacilli (displobacilli, streptobacilli), Coccobacilli, Vibrioni, Spirilli e Spirochete.

A seconda del loro bisogno di ossigeno si dividono in:

• AEROBI: vivono solo in ambienti con ossigeno;
• ANAEROBI: vivono solo in ambienti privi di ossigeno;
• AEROBI / ANAEROBI: vivono in ambienti sia con che senza ossigeno.

Oltre a procarioti ed eucarioti esistono i virus che sono microrganismi privi di cellula e delle dimensioni di 20-1000 nm (1 nm = 10^-9m).

I virus vengono definiti come parassiti endocellulari obbligati:

• PARASSITI in quanto si possono riprodurre solamente all’interno di una cellula viva;
• ENDOCELLULARI perché devono inserire il loro materiale genetico nella cellula per riprodursi;
• OBBLIGATI perché per vivere hanno bisogno di una cellula al di fuori della quale possono sopravvivere per periodi brevi.

La loro struttura è semplice in quanto sono costituiti da un acido nucleico e da un involucro proteico detto capside. 

La loro forma è varia e può essere poliedrica, elicoidale, filamentosa o cubica. 

I virus si dividono principalmente in due categorie:

Virus con GENOMI A DNA:

• DNA a singolo filamento
  Esempio: quinta malattia
• DNA a doppio filamento
  Esempio: vaiolo
• DNA a doppio filamento con RNA intermedio
  Esempio: epatite B

Virus con GENOMI A RNA:

• RNA a singolo filamento 
  Esempio: coronavirus COVID-19
• RNA a doppio filamento
  Esempio: rotavirus