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CAPITOLO (
no, permettendo alla cellula di scambiare le sostanze con l’am-
biente esterno e di accumulare quelle necessarie per compiere
le reazioni biochimiche.
Le cellule tipicamente possiedono strutture interne, gli
organuli
, specializzate nello svolgere attività metaboliche. La
maggior parte degli organuli delle cellule eucariotiche (cellule
che possiedono il nucleo) sono formati da uno o più compar-
timenti circondati da membrana e sono in grado di regolare il
proprio ambiente interno per compiere funzioni specializzate,
come la conversione di energia in forma utilizzabile, la degra-
dazione di nutrienti e il riciclo di strutture danneggiate o non
necessarie alla cellula. Per esempio, l’informazione genetica in
tutte le cellule è immagazzinata nelle molecole del DNA che è
contenuto, duplicato e trascritto nel compartimento nucleare
delle cellule eucariotiche (vedi Capitolo 15).
Le membrane cellulari servono anche come rivestimento
di superficie per organizzare l’interazione di proteine che so-
no coinvolte in alcune reazioni biochimiche. Queste reazioni
graduali sono più efficienti e più rapide quando le componen-
ti proteiche sono disposte in modo da minimizzare le distanze
alle quali devono viaggiare. Come ben vedrete in questo capi-
tolo e nel Capitolo 8, la membrana interna dei compartimen-
ti mitocondriali degli eucarioti (così come la membrana pla-
smatica dei procarioti) contiene complessi proteici vicini che
si scambiano rapidamente gli elettroni e i protoni, converten-
do l’energia contenuta negli alimenti in ATP che viene uti-
lizzato in centinaia di diverse reazioni biochimiche che si ve-
rificano in ogni momento in una cellula vivente. Queste rea-
zioni chimiche che convertono l’energia da una forma all’al-
tra sono essenzialmente uguali in tutte le cellule, dalle reazio-
ni che si realizzano nei batteri a quelle che si verificano negli
organismi multicellulari animali e vegetali. Queste fondamen-
tali similitudini rappresentano forti prove dei rapporti evolu-
tivi della cellula.
Le dimensioni cellulari hanno un limite
Pur essendo le dimensioni cellulari estremamente variabili
(
FIG. 678
), la maggior parte delle cellule ha dimensioni micro-
scopiche; pertanto, per misurarle si utilizzano unità di misu-
ra molto piccole. L’unità di base di misura lineare nel siste-
ma metrico è il metro (m). Un millimetro (mm) è la millesima
parte di un metro ed è lungo all’incirca quanto il segmento in
parentesi (–). Il micrometro (
m
m) è l’unità di misura più con-
veniente per misurare le cellule. Un segmento di 1
m
m è lun-
go un milionesimo di metro, o anche un millesimo di millime-
tro, troppo piccolo per essere visibile a occhio nudo. Potreb-
be sembrare difficile pensare a unità di misura troppo piccole
per essere visibili e quindi potrebbe essere utile ricordare che
un micrometro sta a un millimetro come un millimetro sta a
un metro (1/1000).
Per quanto piccolo, il micrometro è troppo grande per mi-
surare la maggior parte dei componenti della cellula. A questo
scopo, può essere utilizzato il nanometro (nm), che corrispon-
de a un miliardesimo di metro, ovvero a un millesimo di mi-
crometro. Per addentrarsi nel concetto di nanometro, si può
ricordare che un millimetro è un millesimo di un metro, un
micrometro è un millesimo di un millimetro e un nanometro
è un millesimo di un micrometro.
Alcune cellule di particolari alghe e di animali sono visibi-
li persino a occhio nudo. La cellula uovo umana, ad esempio, ha
6.8
LA CELLULA: L’UNITÀ BASE
DELLA VITA
F
GHIJJHKH LH MNNOIPLHQIPJF
8
Illustrare la teoria cellulare e correlarla all’evoluzione della vita.
!
Spiegare le somiglianze dell’organizzazione delle cellule per
compiere le funzioni vitali essenziali.
R
Spiegare il significato funzionale delle dimensioni e della
forma delle cellule.
Le cellule, i mattoni che costituiscono gli organismi, sono un
ottimo esempio dell’unità di tutti gli organismi viventi.
La teoria cellulare è un concetto unificante
nella biologia
Due scienziati tedeschi, il botanico Matthias Schleiden nel
1838 e lo zoologo Theodor Schwann nel 1839 utilizzarono un
ragionamento induttivo per arrivare alla conclusione che tut-
te le piante e gli animali sono costituiti da cellule. Questi ricer-
catori si basarono sulle proprie osservazioni e su quelle di al-
tri scienziati per raggiungere le loro conclusioni. Più tardi, Ru-
dolf Virchow, un altro scienziato tedesco, osservò la divisione
cellulare e la formazione di cellule figlie. Nel 1855, Virchow
asserì che le cellule si potevano formare solo per divisione di
una cellula preesistente. Il lavoro di Schleiden, Schwann e Vir-
chow contribuì fortemente allo sviluppo della
teoria cellula-
re
, il concetto unificante che stabilisce che (1) le cellule rap-
presentano l’unità vivente fondamentale di funzione e di or-
ganizzazione di tutti gli organismi e (2) tutte le cellule deriva-
no da altre cellule.
Intorno al 1880, un altro biologo tedesco, August Wei-
smann, aggiunse un importante corollario al concetto di Vir-
chow, sottolineando che tutte le cellule viventi hanno un an-
tenato comune. Ciò è suggerito dalla somiglianza tra le loro
strutture e tra le molecole che le costituiscono. Esaminando
una varietà di organismi diversi, dai semplici batteri fino alle
piante e agli animali più complessi, si possono riscontrare a li-
vello cellulare somiglianze impressionanti. Studi accurati sulle
caratteristiche comuni delle cellule ci aiutano a tracciare la sto-
ria evolutiva di vari gruppi di organismi e a fornire prove evi-
denti del fatto che gli organismi viventi abbiano effettivamen-
te un’origine comune.
L’organizzazione di tutte le cellule è
fondamentalmente simile
L’organizzazione delle cellule e le loro piccole dimensioni so-
no proprietà critiche che permettono loro di mantenere in
equilibrio l’ambiente intracellulare per consentire il funzio-
namento corretto dei processi biochimici. Affinché la cellula
mantenga il suo equilibrio interno, i suoi contenuti devono es-
sere separati dall’ambiente esterno. La
membrana plasmatica
è una membrana di superficie strutturalmente distinta che cir-
conda tutte le cellule. Rendendo l’interno della cellula un com-
partimento chiuso, la membrana plasmatica permette che la
composizione chimica della cellula sia alquanto differente da
quella dell’ambiente esterno. La membrana plasmatica ha pro-
prietà uniche che le consentono di svolgere la funzione di bar-
riera selettiva tra l’ambiente cellulare interno e quello ester-